CN110794875B - 一种用于射线源的浮动靶驱动机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于射线源的浮动靶驱动机构及控制方法，包括膨胀杆、调节组件、靶座、浮动靶和射线源壳体，所述浮动靶固定设置在所述靶座上，所述射线源壳体端部通过波纹管与所述靶座进行弹性连接，所述膨胀杆一端连接在所述射线源壳体上，另一端通过所述调节组件与所述靶座相连，所述膨胀杆温度变化后在热胀冷缩作用下在轴线方向产生线性膨胀，以调节所述靶座和所述射线源壳体的相对位置，射线源设置于所述射线源壳体内；本发明采用材料的热胀冷缩原理，使用可控温的膨胀杆作为动力源，力量大，结构紧凑，解决了电机加减速箱的常规驱动机构体积过大、安装不便的问题。

Description

一种用于射线源的浮动靶驱动机构及控制方法

技术领域

本发明涉及X射线成像领域，具体涉及一种用于射线源的浮动靶驱动机构及控制方法。

背景技术

X射线源是X射线成像系统的核心部件，广泛应用于封装检测、材料探伤、医疗成像等领域。X射线源是主要功能是产生X射线，其原理是利用射线源内部场致发射或热电子发射产生的电子束轰击窗口靶产生X射线，产生的X射线透过窗口靶向射线源外辐射。

常规的射线源窗口靶一般采用镀钨金刚石片制成，X射线主要由高能电子束轰击金刚石表面的钨涂层产生，由于金刚石窗口的钨层长期受到高能电子束轰击，电子束在靶上的某一靶点连续轰击形成聚焦点，会造成镀层点蚀，从而丧失靶功能，无法保证射线源能长期稳定工作。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种用于射线源的浮动靶驱动机构，包括膨胀杆、调节组件、靶座、浮动靶和射线源壳体，所述浮动靶固定设置在所述靶座上，所述射线源壳体端部通过波纹管与所述靶座进行弹性连接，所述膨胀杆一端连接在所述射线源壳体上，另一端通过所述调节组件与所述靶座相连，所述膨胀杆温度变化后在热胀冷缩作用下在轴线方向产生线性膨胀，以调节所述靶座和所述射线源壳体的相对位置，射线源设置于所述射线源壳体内。

较佳的，所述调节组件包括杠杆、转接座，所述膨胀杆两端分别与所述杠杆、所述转接座铰接，所述杠杆的支点与所述转接座铰接，所述杠杆的一端与所述靶座接触相连从而可拨动所述靶座，所述转接座固定于所述射线源壳体上。

较佳的，所述膨胀杆内设置有加热器和测温头，所述加热器控温实现所述膨胀杆的热膨胀或冷收缩，所述测温头用于监控所述膨胀杆的温度。

较佳的，所述调节组件还连接有控温器，所述加热器和所述测温头通过线缆连接到所述控温器，所述控温器通过通讯线缆连接到上位机，所述上位机通过靶位置控制软件控制所述控温器。

较佳的，所述膨胀杆上还设置有隔热层和隔热层护壳，所述隔热层和所述隔热层护壳均套设于所述膨胀杆外部。

较佳的，一种用于射线源的浮动靶驱动机构的控制方法，在所述浮动靶上靶面设置的被射线源轰击的位置域，对所述位置域内进行区分形成若干分区，在所述分区内由随机函数产生若干随机位置点，所述随机位置点交替重复使用。

较佳的，各所述分区具有相同数量的所述随机位置点，所述随机位置点在对应所述分区上的位置由随机函数随机确定。

较佳的，所述位置域由若干正方形的所述分区均匀排列组成，所述分区的边长大于射线源发出的射线束直径的几十倍。

较佳的，所述分区的控制过程，包括步骤；

S1，读取所述分区的使用记录；

S2，所述靶位置控制软件调取中心温度值，并采用随机函数产生随机偏移温度值，从而计算目标温度值；

S3，所述靶位置控制软件发送所述目标温度值至所述控温器，从而控制所述膨胀杆温度使所述浮动靶形成靶浮动量，将电子束的聚焦点位置移动至所述目标温度值对应的随机位置点上；

S4，单个所述随机位置点使用时间结束后，再次进入步骤S1。

较佳的，在步骤S1中，在一个周期内，被读取的所述分区内的各所述随机位置点均已被使用，则对下一所述分区进行使用记录读取，直至有所述随机位置点未被使用的分区，并进入步骤S2。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明采用材料的热胀冷缩原理，使用可控温的膨胀杆作为动力源，力量大，结构紧凑，解决了电机+减速箱的常规驱动机构体积过大、安装不便的问题；通过随机函数发生器产生靶的随机位置，可以更有效地规避因定位误差而发生靶的局部寿命提前耗尽引起使用故障。

附图说明

图1为所述用于射线源的浮动靶驱动机构的结构图；

图2为图1中A-A的结构视图；

图3为所述膨胀杆的连接示意图；

图4为所述分区的控制流程图。

图中数字表示：

1-膨胀杆；2-杠杆；3-靶座；4-浮动靶；5-测温头；6-加热器；7-射线源壳体；8-转接座；9-隔热层护壳；10-隔热层；11-控温器；12-上位机。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为所述用于射线源的浮动靶驱动机构的结构图；本发明所述用于射线源的浮动靶驱动机构包括膨胀杆1、调节组件、靶座3、浮动靶4和射线源壳体7，所述浮动靶4固定设置在所述靶座3上，所述射线源壳体7端部通过波纹管与所述靶座3进行弹性连接，所述膨胀杆1一端连接在所述射线源壳体7上，另一端通过所述调节组件与所述靶座3相连，所述膨胀杆1温度变化后在热胀冷缩作用下在轴线方向产生较大的线性膨胀，膨胀力克服所述靶座3移动的阻力，从而调节所述靶座3和所述射线源壳体7的相对位置。

所述射线源壳体7可以为圆柱形外壳或固定射线源的机架。所述调节组件设置为常规的凸轮机构或斜面滑块等其它运动转换机构。

较佳的，所述调节组件可设置两个，且两所述调节组件沿所述射线源壳体7的径向方向垂直设置，从而可对所述浮动靶4进行倾斜状态的调节，避免所述射线源壳体7内射线源发出的电子束在所述浮动靶4上的某一固定靶点连续轰击形成聚焦点，降低镀层点蚀的形成。

较佳的，所述调节组件包括杠杆2、转接座8，所述膨胀杆1两端分别与所述杠杆2、所述转接座8铰接，所述杠杆2的支点与所述转接座8铰接，所述杠杆2的一端与所述靶座3接触相连从而可拨动所述靶座3，所述转接座8固定于所述射线源壳体7上。

如图2所示，图2为所述膨胀杆的结构图；所述膨胀杆1内设置有加热器6和测温头5，所述加热器6实现所述膨胀杆1的热膨胀或冷收缩，所述测温头5用于监控所述膨胀杆1的温度。

利用材料的热胀冷缩原理，所述膨胀杆1的热膨胀或冷收缩产生驱动力，通过所述杠杆2或通过其它机构，或直接驱动所述靶座3使其偏移中心位置，偏移量由所述膨胀杆1的当前温度决定。

故较佳的，如图3所示，图3为所述膨胀杆的连接示意图；所述调节组件还连接有控温器11，所述加热器6和所述测温头5通过线缆连接到所述控温器11，所述控温器11通过通讯线缆连接到外部的上位机12，所述上位机通过靶位置控制软件控制所述控温器11，从而实现对所述膨胀杆1的状态控制。

较佳的，所述膨胀杆1上还设置有隔热层10和隔热层护壳9，所述隔热层10和所述隔热层护壳9均套设于所述膨胀杆1外部，以保证所述膨胀杆1温度的精准控制。

本发明所述用于射线源的浮动靶驱动机构的工作原理如下：利用材料的热胀冷缩原理，所述膨胀杆1的热膨胀或冷收缩产生驱动力，通过所述杠杆2或通过其它机构，或直接驱动所述靶座3使其偏移中心位置，偏移量由所述膨胀杆1的当前温度决定，安装在所述上位机12中的所述靶位置控制软件按照预定策略计算当前的温度目标值，把温度目标值发送给所述控温器11进行实时刷新，所述控温器11通过所述加热器6和所述测温头5对所述膨胀杆1进行闭环控温，使所述膨胀杆1的温度逼近目标值，所述隔热层10和所述隔热层护壳9用来降低无效损耗。

本发明所述用于射线源的浮动靶驱动机构采用材料的热胀冷缩原理，使用可控温的膨胀杆作为动力源，力量大，结构紧凑，解决了“电机+减速箱”的常规驱动机构体积过大、安装不便的问题。

实施例二

靶浮动量控制策略为：使电子束照射点在所述浮动靶4上靶面设置的具有一定区域的位置域内，所述位置域内电子束照射点在空间分布上和时间分布上皆均匀，从而使所述浮动靶4的寿命增长。

故本发明所述用于射线源的浮动靶驱动机构的控制方法，具体方法为：采用在所述位置域内进行区分形成若干分区，而在所述分区内由随机函数产生若干随机位置点，一个随机位置点的寿命分为多次使用，所述随机位置点即为电子束的聚焦点位置。在各所述分区上所述随机位置点的数量为相同的固定数量，但所述随机位置点在对应所述分区上的位置由随机函数确定。

较佳的，所述分区一般设置为正方形面，即所述位置域由若干正方形的所述分区均匀排列组成，所述分区的边长大于靶定位误差的几十倍，大于射线束直径的几十倍，如此可以防止所述浮动靶4上同一位置因所述调节组件的误差等因素被长期照射。

在一周期内，各所述分区循环使用，且各所述分区内的各所述随机位置点均被依次使用。

分区的目的是为了避免设定温度在短时间内大范围变动，从而过于耗能，或者加热或冷却的时间过长。随机位置策略和分期使用策略，可以更有效地规避因定位误差而发生靶的局部寿命提前耗尽引起使用故障。

如图4所示，图4为所述分区的控制流程图，所述分区的靶控制过程具体包括；

S1，读取所述分区的使用记录；

S2，所述靶位置控制软件调取中心温度值，并采用随机函数产生随机偏移温度值，从而计算目标温度值；

S3，所述靶位置控制软件发送所述目标温度值至所述控温器，从而控制所述膨胀杆温度使所述浮动靶形成靶浮动量，将电子束的聚焦点位置移动至所述目标温度值对应的随机位置点上；

S4，单个所述随机位置点使用时间结束后，再次进入步骤S1。

在步骤S1中，在一个周期内，被读取的所述分区内的各所述随机位置点均已被使用，则对下一所述分区进行使用记录读取，直至有所述随机位置点未被使用的分区，并进入步骤S2。

其中，步骤S2中，所述目标温度值对应换算过的靶浮动量，所述中心温度值对应所述分区的物理中心，随机函数产生的所述偏移温度值小于或等于对应所述分区的最大偏移量，经过算法处理不会超出范围。

在步骤S3中，所述靶浮动量由所述膨胀杆的膨胀量和所述调节组件放大倍数共同决定；所述膨胀杆的膨胀量由所述膨胀杆的当前温度与常温的差值和所述膨胀杆有效长度决定；所述膨胀杆的当前温度由加热功率和散热功率的差值决定；所述加热器功率由所述靶位置控制软件的控温策略动态设定。

一般的，步骤S4中，在一所述分区内在固定数量的所述随机位置点全部被使用后再进入下一所述分区，一般的一所述分区的全部所述随机位置点在开始时均已被计算完成，从而避免重复计算产生重叠。

所述靶浮动量按照规定算法，可以由所述靶位置控制软件即时计算得出，也可以由所述靶位置控制软件提前算出后按照规则放置在所述靶位置控制软件的数据表内，使用时查询得到。

所述浮动靶4一次使用一所述分区的时间不超过总寿命的十分之一即转移到其它所述分区，并平均使用各所述分区直至全部寿命。

所述膨胀杆的驱动力与所述膨胀杆的材料的弹性模量正线性相关，由于大多数金属材料的弹性模量数值很大，因此可以用较小的截面积获得很大的驱动力。

所述膨胀杆的驱动力与所述膨胀杆的截面积正线性相关，驱动距离与所述膨胀杆的长度正线性相关，在一定范围内，驱动距离与所述膨胀杆的温度也近似正线性相关，因而驱动力和驱动距离易于协调设计。

通过设定所述膨胀杆的温度控制膨胀量从而控制靶的浮动量，控制系统也十分简单。

通过随机函数发生器产生靶的随机位置，可以更有效地规避因定位误差而发生靶的局部寿命提前耗尽引起使用故障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于射线源的浮动靶驱动机构，其特征在于，包括膨胀杆、调节组件、靶座、浮动靶和射线源壳体，所述浮动靶固定设置在所述靶座上，所述射线源壳体端部通过波纹管与所述靶座进行弹性连接，所述膨胀杆一端连接在所述射线源壳体上，另一端通过所述调节组件与所述靶座相连，所述膨胀杆温度变化后在热胀冷缩作用下在轴线方向产生线性膨胀，以调节所述靶座和所述射线源壳体的相对位置，射线源设置于所述射线源壳体内；

所述调节组件包括杠杆、转接座，所述膨胀杆两端分别与所述杠杆、所述转接座铰接，所述杠杆的支点与所述转接座铰接，所述杠杆的一端与所述靶座接触相连从而可拨动所述靶座，所述转接座固定于所述射线源壳体上；

所述膨胀杆内设置有加热器和测温头，所述加热器控温实现所述膨胀杆的热膨胀或冷收缩，所述测温头用于监控所述膨胀杆的温度。

2.如权利要求1所述的用于射线源的浮动靶驱动机构，其特征在于，所述调节组件还连接有控温器，所述加热器和所述测温头通过线缆连接到所述控温器，所述控温器通过通讯线缆连接到上位机，所述上位机通过靶位置控制软件控制所述控温器。

3.如权利要求1所述的用于射线源的浮动靶驱动机构，其特征在于，所述膨胀杆上还设置有隔热层和隔热层护壳，所述隔热层和所述隔热层护壳均套设于所述膨胀杆外部。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的用于射线源的浮动靶驱动机构的控制方法，其特征在于，在所述浮动靶上靶面设置的被射线源轰击的位置域，对所述位置域内进行区分形成若干分区，在所述分区内由随机函数产生若干随机位置点，所述随机位置点交替重复使用；

所述分区的控制过程，包括步骤；

S1,读取所述分区的使用记录；

S2，所述靶位置控制软件调取中心温度值，并采用随机函数产生随机偏移温度值，从而计算目标温度值；

S3，所述靶位置控制软件发送所述目标温度值至控温器，从而控制所述膨胀杆温度使所述浮动靶形成靶浮动量，将电子束的聚焦点位置移动至所述目标温度值对应的随机位置点上；

S4，单个所述随机位置点使用时间结束后，再次进入步骤S1；

在步骤S1中，在一个周期内，被读取的所述分区内的各所述随机位置点均已被使用，则对下一所述分区进行使用记录读取，直至读取到所述分区中的所述随机位置点未被使用，并进入步骤S2。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，各所述分区具有相同数量的所述随机位置点，所述随机位置点在对应所述分区上的位置由随机函数随机确定。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述位置域由若干正方形的所述分区均匀排列组成，所述分区的边长大于射线源发出的射线束直径的几十倍。

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