CN107436308B - 一种板状工件ct层析扫描装置 - Google Patents

一种板状工件ct层析扫描装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种板状工件CT层析扫描装置，涉及工件三维层析成像技术领域。包括旋转平台、升降机构和翻转机构，其中，旋转平台可在升降机构的作用下在竖向进行上下移动，在翻转机构的作用下在竖直面内翻转，使得旋转平台的轴线与竖直线之间形成固定夹角，旋转平台在升降机构和翻转机构的作用下调整好位置后，可在自身所在的平面内进行旋转，由于放置在旋转平台上的板状工件旋转轴心线与竖直线(射线束中心线)夹角α固定，且板状工件厚度δ不变，所以，在板状工件随着旋转平台运动的过程中，同一束射线在板状工件不同旋转位置的透照厚度T＝δ×arccosα不变，实现对板状工件的精准扫描。

Description

一种板状工件CT层析扫描装置
技术领域
本发明涉及工件三维层析成像技术领域，尤其涉及一种板状工件CT层析扫描装置。
背景技术
目前，CT层析扫描装置通常使用水平旋转部件，扫描时，将工件垂直放置在旋转部件上，工件可以随着旋转部件相对于检测系统(射线机与探测器)在竖直面内进行360°旋转，射线照射在工件上，由于一定的射线能量只能穿透一定厚度的工件，所以，在扫描过程中，一般根据被检工件的材质和厚度选择需要的射线透照能量，且在扫描过程中，射线透照能量保持不变。因此，现有技术中的CT层析扫描装置，对近似圆柱形工件的检测具有高精度、定位准确的特点，因为，对于近似圆柱形工件，在360°旋转过程中，射线的照射厚度不会发生变化，则当射线透照能量保持不变的情况下，其检测精度高。而对于板状工件进行扫描成像时，工件旋转360°的实际透照厚度变化很大，具体过程如下：射线束垂直于工件厚度方向开始扫描，此时透照厚度是工件自身厚度，随着工件的旋转，透照厚度逐渐增加，当旋转到90°时，透照厚度达到最大，此时透照厚度为工件的长度(射线无法穿透工件)，然后透照厚度逐渐变小，达360°时，透照厚度又为工件厚度。当射线透照能量保持不变的情况下，板状工件旋转导致其透照厚度发生变化时，无法获得全部工件信息，检测精度低，因此，现有技术的CT层析扫描装置无法实现对板状工件的精准扫描。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板状工件CT层析扫描装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种板状工件CT层析扫描装置，包括：高频X-射线源、数字探测器、旋转平台、升降机构和翻转机构，所述高频X-射线源发射的射线束中心线可穿过所述旋转平台的中心照射到所述数字探测器的中心；所述旋转平台为中空直驱电机，所述旋转平台包括中空定子和中空转子，所述转子为所述中空直驱电机的外圈，所述转子为所述中空直驱电机的内圈，所述升降机构可在竖直方向上下移动，所述翻转机构固定在所述升降机构上，所述翻转机构的旋转部件与所述定子固定连接，所述定子可在所述旋转部件的带动下绕所述定子所在平面进行转动，所述旋转平台倾斜设置，所述旋转平台的轴线与铅垂线之间形成一定角度的夹角。
优选地，所述翻转机构包括涡轮蜗杆减速器和伺服电机，所述伺服电机与所述涡轮蜗杆减速器连接，所述涡轮蜗杆减速器的旋转轴与所述定子连接。
优选地，所述定子和所述转子通过轴承连接。
优选地，所述转子的中空范围内设置有载物台。
优选地，还包括射线源平移导轨和射线源翻转机构，所述高频X-射线源可沿所述射线源平移导轨在水平面上进行移动，所述高频X-射线源可沿所述射线源翻转机构在竖直面内翻转。
优选地，还包括探测器位置调整机构和底座，所述数字探测器和所述探测器位置调整机构均安装在所述底座上，所述探测器位置调整机构可调节所述数字探测器进行前后、左右和上下移动。
优选地，还包括支架，所述支架安装在所述底座上，所述升降机构安装在所述支架上。
优选地，所述翻转结构和所述升降机构分别设置为两个，且对称设置于所述旋转平台的两侧。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，包括旋转平台、升降机构和翻转机构，其中，旋转平台可在升降机构的作用下在竖向进行上下移动，在翻转机构的作用下在竖直面内翻转，使得旋转平台的轴线与竖直线之间形成固定夹角，旋转平台在升降机构和翻转机构的作用下调整好位置后，可在自身所在的平面内进行旋转，使用过程中，将板状工件放置在旋转平台上，随着旋转平台进行运动，由于板状工件旋转轴心线与竖直线(射线束中心线)夹角α固定，且板状工件厚度δ不变，所以，采用本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，在板状工件随着旋转平台运动的过程中，同一束射线在板状工件不同旋转位置的透照厚度T＝δ×arccosα不变，实现对板状工件的精准扫描。
附图说明
图1是本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置的主视图；
图2是本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置的侧视图；
图3是本发明实施例提供的板状工件旋转过程中厚度的计算图形示意图。
图中，各符号的含义如下：
1高频X-射线源，2射线束，3旋转平台，4板状工件，5数字探测器，6探测器位置调整机构，7底座，8升降机构，9射线源平移导轨，10射线源翻转机构，11翻转机构，12倾斜轴线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，本发明实施例提供了一种板状工件CT层析扫描装置，包括：高频X-射线源1、数字探测器5、旋转平台3、升降机构8和翻转机构11，高频X-射线源1发射的射线束中心线可穿过旋转平台3的中心照射到数字探测器5的中心；旋转平台3为中空直驱电机，旋转平台3包括中空定子和中空转子，所述转子为所述中空直驱电机的外圈，所述转子为所述中空直驱电机的内圈，升降机构8可在竖直方向上下移动，翻转机构11固定在升降机构8上，翻转机构11的旋转部件与所述定子固定连接，所述定子可在所述旋转部件的带动下绕所述定子所在平面进行旋转，旋转平台3倾斜设置，旋转平台3的轴线与铅垂线之间形成一定角度的夹角。
上述结构的扫描装置，其工作过程为：
首先，将板状工件放置在旋转平台的转子上，调整翻转机构，使旋转平台呈倾斜状态，且自身的轴线与铅垂线成夹角a，其中，角度a可以根据实际情况通过计算得到，在该角度下对工件进行照透，其扫描效果最好；
将旋转平台的位置调整好之后，再调整射线源平移导轨及射线源翻转机构，使射线束的中心线通过旋转平台的中心；
然后，调整探测器位置调整机构，使探测器的中心通过射线束中心线；
最后，调整升降机构，使旋转平台升降至适当位置(位置可以由理论计算得出)；
位姿调整结束后，打开射线，控制旋转平台在自身平面内旋转，高频X-射线源发出的锥束射线对板状工件进行透照，板状工件在旋转平台的带动下绕倾斜轴线旋转，板状工件旋转一周，探测器采集板状工件在不同视角下的DR投影，经过软件重建，得出结果。
在旋转平台带动板状工件旋转过程中，由于板状工件旋转轴心线与竖直线(射线束中心线)夹角固定，且板状工件厚度δ不变，所以，采用本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，同一束射线在板状工件不同旋转位置的透照厚度T＝δ×arccosα不变，实现对板状工件的精准扫描。
可见，本发明实施例提供的板状工件CT成像的扫描装置，作为高频CT层析系统的工件的支撑平台。在系统装配及调试中，采用机械中空转台，通过该装置的运动机构，可调整板状工件旋转轴线与射线束中心线的夹角，以及扫描放大比例，最终扫描重建得出三维图像。
该装置的主要优点体现为：
1)该装置体积小巧，重量轻，结构简单；
2)该装置调节精度可达到像素级，有利于提高重建精度，抑制图像伪影；
3)该装置不但适用于高频CT层析系统，也可用于其他类型CT系统的改造升级，对于提升产品性能具有应用推广价值；
4)该装置各个维度的精度控制可以用微动机构实现，降低对部件材料和加工精度的要求，从而有效节省的成本。
在本发明的一个优选实施例中，翻转机构11包括涡轮蜗杆减速器和伺服电机，所述伺服电机与所述涡轮蜗杆减速器连接，所述涡轮蜗杆减速器的旋转轴与所述定子连接。
旋转轴旋转，带动旋转平台整体在竖直面内发生翻转，使得旋转平台处于倾斜状态，且旋转平台的轴线与铅垂线之间形成一定角度的夹角，在扫描过程中，该夹角保持不变。
在本发明的一个优选实施例中，所述定子和所述转子通过轴承连接。
在旋转平台绕自身所在平面旋转过程中，定子固定不动，转子发生旋转，所以，采用轴承连接定子和转子，有利于定子和转子之间发生相对移动。
本发明实施例中，所述转子的中空范围内设置有载物台。
通过设置载物台，可以将板状工件放置在该载物台上，并跟随转子进行转动。
本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，还可以包括射线源平移导轨9和射线源翻转机构10，高频X-射线源1可沿射线源平移导轨9在水平面上进行移动，高频X-射线源1可沿射线源翻转机构10在竖直面内翻转。
通过采用上述结构，可以调整高频X-射线源发射出的射线束的位置，使射线束的中心线能够照射旋转平台的中心。
本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，还可以包括探测器位置调整机构6和底座7，数字探测器5和探测器位置调整机构6均安装在底座7上，探测器位置调整机构6可调节数字探测器5进行前后、左右和上下移动。
通过采用上述结构，可以调整数字探测器的位置，使数字探测器的中心通过射线束中心线，从而能够实现数字探测器精准的采集板状工件在不同视角下的DR投影。
本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，还可以包括支架，所述支架安装在底座7上，升降机构8安装在所述支架上。
本发明实施例中，翻转结构11和升降机构8分别设置为两个，且对称设置于旋转平台3的两侧。
采用上述结构，可以使得旋转平台的整体随着翻转结构和升降机构的运动更加统一和精准，而不会出现不对称的情况。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，包括旋转平台、升降机构和翻转机构，其中，旋转平台可在升降机构的作用下在竖向进行上下移动，在翻转机构的作用下在竖直面内翻转，使得旋转平台的轴线与竖直线之间形成固定夹角，旋转平台在升降机构和翻转机构的作用下调整好位置后，可在自身所在的平面内进行旋转，使用过程中，将板状工件放置在旋转平台上，随着旋转平台进行运动，由于板状工件旋转轴心线与竖直线(射线束中心线)夹角α固定，且板状工件厚度δ不变，所以，采用本发明实施例提供的板状工件CT层析扫描装置，在板状工件随着旋转平台运动的过程中，同一束射线在板状工件不同旋转位置的透照厚度T＝δ×arccosα不变，实现对板状工件的精准扫描。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。
上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，包括：高频X-射线源、数字探测器、旋转平台、升降机构和翻转机构，所述高频X-射线源发射的射线束中心线可穿过所述旋转平台的中心照射到所述数字探测器的中心；所述旋转平台为中空直驱电机，所述旋转平台包括中空定子和中空转子，所述转子为所述中空直驱电机的外圈，所述转子为所述中空直驱电机的内圈，所述升降机构可在竖直方向上下移动，所述翻转机构固定在所述升降机构上，所述翻转机构的旋转部件与所述定子固定连接，所述定子可在所述旋转部件的带动下绕所述定子所在平面进行转动，所述旋转平台倾斜设置，所述旋转平台的轴线与铅垂线之间形成一定角度的夹角；还包括射线源平移导轨和射线源翻转机构，所述高频X-射线源可沿所述射线源平移导轨在水平面上进行移动，所述高频X-射线源可沿所述射线源翻转机构在竖直面内翻转；还包括探测器位置调整机构和底座，所述数字探测器和所述探测器位置调整机构均安装在所述底座上，所述探测器位置调整机构可调节所述数字探测器进行前后、左右和上下移动；所述扫描装置的工作过程为：首先，将板状工件放置在旋转平台的转子上，调整翻转机构，使旋转平台呈倾斜状态，且自身的轴线与铅垂线成夹角a，其中，角度a可以根据实际情况通过计算得到，在该角度下对工件进行照透，其扫描效果最好；将旋转平台的位置调整好之后，再调整射线源平移导轨及射线源翻转机构，使射线束的中心线通过旋转平台的中心；然后，调整探测器位置调整机构，使探测器的中心通过射线束中心线；最后，调整升降机构，使旋转平台升降至适当位置，位置可以由理论计算得出；位姿调整结束后，打开射线，控制旋转平台在自身平面内旋转，高频X-射线源发出的锥束射线对板状工件进行透照，板状工件在旋转平台的带动下绕倾斜轴线旋转，板状工件旋转一周，探测器采集板状工件在不同视角下的DR投影，经过软件重建，得出结果；在旋转平台带动板状工件旋转过程中，板状工件旋转轴心线与射线束中心线夹角固定，且板状工件厚度δ不变，则同一束射线在板状工件不同旋转位置的透照厚度T＝δ×arccosα不变，实现对板状工件的精准扫描。
2.根据权利要求1所述的板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，所述翻转机构包括涡轮蜗杆减速器和伺服电机，所述伺服电机与所述涡轮蜗杆减速器连接，所述涡轮蜗杆减速器的旋转轴与所述定子连接。
3.根据权利要求1所述的板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，所述定子和所述转子通过轴承连接。
4.根据权利要求1所述的板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，所述转子的中空范围内设置有载物台。
5.根据权利要求1所述的板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，还包括支架，所述支架安装在所述底座上，所述升降机构安装在所述支架上。
6.根据权利要求1所述的板状工件CT层析扫描装置，其特征在于，所述翻转机构和所述升降机构分别设置为两个，且对称设置于所述旋转平台的两侧。
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A practical method to calibrate the slant angle of central X-ray for laminography scanning system;Min Yang,JianhuaZhu, QiLiu, ShenglingDuan, LihongLiang, XingdongLi, WenliLiu, FanyongMeng;NDT&E International;全文 *
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