CN101339819B - 一种可遥控的四部分独立运动准直器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辐射照相、工业CT、大型集装箱/货物检查系统等高能无损检测技术领域，本发明公开的可遥控四部分独立运动准直器包括四个可独立运动的部分，每一部分由准直块、固定装置、传动装置、限位装置、传感装置和电机组成，他们安装在一个准直器框架内，同时还包括电源装置、控制装置、通讯装置、远端控制器，以及配合他们工作的第零准直器。本发明的准直器可以灵活地对辐射场进行二维界定，可以将辐射场准直为适于辐射照相的各种方锥形状，或者准直为适于扫描成像的扁扇形，准直块具有较大的厚度和特定的形状，且采用圆弧形运动轨道，使得辐射场的边界非常清晰，同时本准直器可以配备遥控装置和显示设备对准直器的状态进行远端控制。

Description

一种可遥控的四部分独立运动准直器

技术领域

本发明涉及辐射照相、工业CT、大型集装箱/货物检查系统等高能无损检测技术领域，尤其涉及一种可遥控四部分独立运动准直器。 

背景技术

以高能射线源为辐射源的高能无损检测领域，包括辐射照相、工业CT、大型集装箱/货物检查系统等。高能射线源通常是加速器，也有少量系统使用的是高能放射性核素。高能无损检测包括辐射照相、工业CT、大型集装箱/货物检查系统等，其中辐射照相是让被检物体在高能射线源的辐射场中曝光一段时间，通过其背光侧的感光装置(X光胶片或X光成像屏)获得物体的形状/结构信息；工业CT是让被检物体置于高能射线源与探测器之间，通过探测器探取的射线强度然后利用计算机处理成像获得物体的结构信息，并可以通过多角度多层次的辐射成像获得物体非常细致的二维或三维结构图像；大型集装箱/货物检测系统是被检物体如集装箱、汽车、行李包裹等通过高能射线源与探测器之间的通道，通过计算机信号处理最后生成被检测物体的透视图像。在这些高能无损检测中都需要通过准直器对高能射线源的辐射场进行界定，只利用其中的一部分射线进行辐射照相或者扫描成像。 

准直器的主体部分通常由对X射线具有阻挡/吸收作用的物质做成，通过一定的结构设计，可以阻挡一部分X射线，而让另一部分X射线通过，以达到准直的目的。对于需要阻挡的X射线，其阻挡效果由准直器的材料和厚度决定。在不同的无损检测系统中，准直器将X射线束准直成不同的形状，如辐射照相中通常需将辐射场准直成方锥形，在扫描成像中通常需将辐射场准直成薄扇形，在探测器前部通 常按探测器的形状设计准直器，以阻挡散射的X射线，让探测器只吸收前向透射过物体的X射线。准直器对无损检测系统的照相或者成像效果有极为重要的影响，是无损检测系统中的重要部件之一。 

现有的技术中，准直器有的做成中间开有细缝的固定块模式，或者中间开长方孔的固定块模式，这些准直器结构简单，成本低，但是每个准直器只能形成一种固定的射线场，而不能对射线场进行灵活调整，应用条件非常有限。 

现有技术中，也有准直器做成可活动的结构，但是射线场只能在一个维度的方向上进行调整，如专利US7031434B1公开了一种用于CT系统可调整射线厚度的准直器，他利用双偏心轴圆柱结构，在两轴转动时，两圆柱的间隙发生变化实现对射线场的厚度进行调整。这种结构中，限定射线场的边界是圆的切线，准直器阻挡射线的部分是由薄到厚逐渐变化的，阻挡射线的效果也是由弱到强逐渐变化的，使得射线场边界的射线强度是由强到弱逐渐变化的，导致射线场的边界有一个模糊的区域，影响系统的照相或成像质量。如专利US6173039B1公开了另一种用于医疗CT系统可调整射线厚度的准直器。他们都只能对射线场实现一个维度上的厚度调整，不能实现二维调整。 

专利FR2864685A1公开了一种用于辐射照相系统可对射线场进行二维调整的准直器。他使用六块平板，每三块一组对一个方向进行调整，其中两块为一对，安装在一个轴上，进行相对运动，另一块安装在另一个轴上，可以单独运动，这六块平板通过复杂的运动组合来实现对辐射场的二维调整。该专利使用了六块平板，四个轴，结构相对比较复杂；准直器主体为比较薄的平板，可以满足能量很低的以X光机为辐射源的辐射照相系统，不适用于以能量很高的加速器为辐射源的辐射照相系统。 

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的。 

本发明的目的是提供一种可遥控的四部分独立运动准直器，该四部分均可独立运动，其中每部分准直器均包括安装在安装架框形结构内的准直块、固定装置、导轨、丝杠及安装架框形结构外的电机、传动装置、传动连接装置。 

其中所述固定装置包括传动固定装置和滑动固定装置，所述准直块两侧分别安装有一对滑动固定装置，每对滑动固定装置与处于它们之间的一根导轨紧密接触，滑动固定装置与导轨之间可以滑动，准直块运动过程中因为滑动固定装置的作用将严格沿导轨的轨迹运动。 

所述导轨和丝杠分别成对安装在安装架框形结构内的边缘，所述准直块通过其两侧的一对传动固定装置安装在所述丝杠上，所述传动固定装置与丝杠紧密配合，丝杠通过传动固定装置承受准直块的重量并带动准直块运动。所述传动固定装置与准直块之间是一种活动连接，使得准直块相对于传动固定装置有少量的前后移动和转动。 

四个准直块分别能够在以射线为中心点往上、下、左、右的区域内往复运动，从而使四个准直块的运动组合能够在二维区域内对射线野进行任意界定。导轨的形状是中心与射线源点重合的弧形。 

在某些应用场合，可以根据条件具体要求，不以射线束的中心为中心，进行射线野的界定(如图8B，8D) 

所述准直块在运动过程中，构成的射线野张角的角点一直保持在射线源点O点处，从而使准直块界定的射线场保持最为“陡峭”的边缘。 

所述丝杠的一头从安装架的框形结构中伸出，每一对丝杠上分别安装有主传动轮和从传动轮，电机、主传动轮、从传动轮之间设置有传动连接装置(如皮带轮、链条等)，使得它们在一定的条件下协调动作，电机带动主传动轮，主传动轮带动从传动轮，主从传动轮同步带动一对丝杠动作，使准直块运动，实现对射线野的范围调整。 

安装架框形结构外还安装有位置传感器，所述位置传感器与主、从传动轮两者或其一构成运动连接，能够从主、从传动轮的运动中获得准直块的精确动作信息。 

此外，安装架框形结构内还安装有限位装置，所述限位装置成对安装在安装架框形结构内侧，且安装位置可以适当调整，当准直块运动到系统限定的极限位置时，准直块边缘触动限位装置。 

安装架框形结构外还安装有显示装置、手动开关装置、控制装置、电源接口、远端通讯接口和远端控制系统。通过所述显示装置，手动开关装置及控制装置，能够就近对各准直块的运动进行控制并实时得到信息反馈。 

本发明的独立运动准直器还设置有远端通讯接口和远端控制系统，所述远端通讯接口安装在安装架框形结构外，与远端控制系统进行通讯连接，使得各准直块的运动在远端控制系统进行操作，并实时得到位置信息的反馈。所述控制装置具有可编程的逻辑控制器件，如PLC，可以对手动开关装置、位置传感器信息、限位装置信息在特定程序下进行逻辑综合判断。 

本发明的四部分可独立运动准直器应用于以加速器为辐射源的系统，通过准直器将辐射场准直成方锥形或者扁扇形，可以使系统同时用于辐射照相和扫描成像，拓宽了系统的应用范围。其中准直器的四部分可独立运动结构，使辐射场可灵活调整，大大增加了准直器的应用范围和系统灵活性。采用圆弧形运动轨道，使得辐射场的边界非常明显，有利于消除边缘效应，提高照相质量和成像质量。 

本准直器配备遥控装置和显示设备，可进行远端控制，使得系统的使用更加便利。更重要的是在高能无损检测系统中，辐射源通常具有放射性残留或者长期具有放射性，准直器的远端控制功能使工作人员远离放射源，工作环境更安全。 

附图说明

图1表示一种应用本发明的辐射照相和CT两用无损检测系统具体布置方案； 

图2表示本发明的一种四部分可独立运动准直器； 

图3表示图2中四个准直块的相对布置关系； 

图4表示四部分可独立运动准直器只安装一个部分时的情况； 

图5表示图2的水平剖视示意图； 

图6表示图2的竖直剖视示意图； 

图7表示控制系统的一种布置方式； 

图8表示准直器形成的几种射线野示例。 

图中：1、加速器；2、屏蔽装置；3、第零准直器；4、准直器；5、锥形涉嫌束；6、受检物体；7、感光装置；8、扁扇形射线束；9、后准直器；10、探测器；11、信号处理与成像系统；12、远端控制系统；401、准直块；402、滑动固定装置；403、传动固定装置；404、导轨；405、丝杠；406、主传动轮；407、从传动轮；408、电机；409、限位装置；410、位置传感器；411、位置显示装置；412、手动开关装置；413、控制装置；414、电源接口；415、远端通讯接口；416、安装架；417、安装架框形结构；418、传动连接装置。 

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

图1表示一种应用本发明的辐射照相和CT两用无损检测系统具体布置方案，该检测系统主要由加速器1、屏蔽装置2、第零准直器3、准直器4、锥形射线束5、受检物体6、感光装置7、扁扇形射线束8、后准直器9，探测器10、信号处理与成像系统11和远端控制系统12等组成。 

其中加速器1是X射线源，产生一以前向为主按4π角度立体空间分布的X射线，屏蔽装置2将侧向和后向无用的X射线阻挡掉，以消除杂散X射线对检测质量的影响，第零准直器3将前向有用的X 射线限制在一个较大的锥形射线野范围内。系统需要工作于辐照照相模式时，准直器4按照远端控制系统12的控制进行调整可以将从第零准直器3出来的X射线按照受检物体的形状或检测区域相匹配的范围限制成一锥形射线束5，该锥形射线束5穿过受检物体6，使处于受检物体6后侧的感光装置7感光，从而可以在感光装置7上获得受检物体的内部信息。辐照照相模式下后准直器9、探测器10、信号处理与成像系统11无需工作。系统需要工作于CT模式时，准直器4按照控制系统的要求进行调整可以将从第零准直器出来的X射线准直成一扁扇形射线束8，该锥形射线束穿过受检物体，通过只允许直接从受检物体透射过来的X射线通过的后准直器，进入探测器，探测器将其获得的反映受检物体结构的信息发送给信号处理与成像系统，在该系统中最终生成受检物体的精细结构图像。CT模式下，无需放置感光装置7。 

图2表示了本发明一种四部分可独立运动准直器，主要由安装架416、安装架框形结构417、安装在安装架框形结构417内侧的4根导轨404、8根丝杠405、8个限位装置409、安装在丝杠405上的8个传动固定装置403、由传动固定装置403固定的4个准直块401、成对安装在准直块侧面的16个滑动固定装置402、安装在丝杠405外端的4个主传动轮406和4个从传动轮407、安装在安装架框形结构417外侧的4个电机408、4个位置传感器410、传动连接装置418，以及安装在安装架416上的4个位置显示装置411、4个手动开关装置412、控制装置413、电源接口414、远端通讯接口415等组成。其中电机、传动连接装置、主从传动轮、丝杠、传动固定装置准直块构成了一套运动系统；导轨、滑动固定装置构成定位系统；位置传感器、限位装置构成运动反馈系统；位置显示装置、手动开关装置、控制装置构成本地控制系统；通讯接口与远端控制装置构成遥控系统。 

图3表示了图2中四个准直块的相对布置关系。准直块401a可 以上下运动，运动范围为射线中心点往上区域；准直块401b可以上下运动，运动范围为射线中心点往下区域；这两个准直块构成了对射线野上下区域的界定。准直块401c可以左右运动，运动范围为射线中心点往右区域；准直块401d可以左右运动，运动范围为射线中心点往左区域；这两个准直块构成了对射线野左右区域的界定。四个准直块的运动组合就可以在二维区域内对射线野进行任意界定。 

图4表示了一种四部分可独立运动准直器只安装一个部分时的情况。准直块401a通过一对传动固定装置403a、403b固定在一对丝杠405a、405b上，准直块401a与传动固定装置403a、403b之间是活动连接，允许有相对的前后位移及转动。准直块401a固定安装有两对滑动固定装置402a、402b、402c、402d，分别卡住两根导轨404a、404b，使得准直块401a只能沿导轨决定的轨迹运动。丝杠405a上安装有主传动轮406a，丝杠405b上安装有从传动轮407a。电机408a安装在安装架416上，通过传动连接装置418a(如皮带或链条)带动主传动轮406a，主传动轮406a再通过通过传动连接装置418b(如皮带或链条)带动从传动轮407a和位置传感器410a，主从传动轮同步带动丝杠405a、405b动作，使准直块401a上升或下降，实现对射线野的范围调整。 

图5表示了图2水平剖视时的情况。左右运动准直块401c、401d的导轨404为弧形，使得准直块401c、401d运动过程中，其张角的角点一直保持在射线源点O点处，这样使得准直块界定的射线场保持最为“陡峭”的边缘，提高照相质量和成像质量。 

图6表示了图2竖直剖视时的情况。上下运动准直块401a、401b的导轨404为弧形，使得准直块401a、401b运动过程中，其张角的角点一直保持在射线源点O点处。 

图7表示了控制系统的一种布置方式。系统的电源由电源接口414接入，通过远端通讯接口415与远端控制系统12连接，远端控 制装置可以是PC、PLC、触摸屏等可编程带有人机界面的控制设备。系统可以通过本地控制和遥控的方式进行工作。本地控制方式通过操作人员直接按动手动开关装置412，动作命名直接送到控制装置413中，远端控制方式通过操作人员在远端控制系统12上发出动作命令，通过远端通讯接口415送达控制装置413。控制装置413接到动作命令后通过其内部的PLC逻辑判断和电机驱动电路板将命令转换形成作用于电机的驱动电流驱动电机408动作，电机408同时带动准直块401和位置传感器410动作。位置传感器410实时将准直块401的位置信息反馈到控制装置413，控制装置413通过判断和整理将准直块401的位置信息同时传送到位置显示装置411和远端控制系统12显示出来。准直块401运动到极限位置时，将触动限位装置409，限位装置409将相应的信号反馈到控制装置413，控制装置413作出判断并使电机408停止动作，准直块401是否达到极限位置也可通过位置传感器410反馈的信息进行判断。 

图8表示了准直器形成的几种射线野示例。(A)是以射线束中心O为中心的矩形野，(B)是中心不在O点的矩形野，(C)用于CT的水平窄缝野，(D)完全偏于一个象限的矩形野，其中(B)、(D)在某些应用场合，可以根据条件具体要求不以射线束的中心为中心，进行射线野的界定。 

本发明典型的工作流程如下： 

本地控制方式：操作人员直接按动手动开关装置412，动作命名由手动开关装置412送到控制装置413中。控制装置413接到动作命令后通过其内部的PLC逻辑判断和电机驱动电路板将命令转换形成作用于电机的驱动电流驱动电机408动作，电机408同时带动准直块401和位置传感器410动作。位置传感器410实时将准直块401的位置信息反馈到控制装置413，控制装置413通过判断和整理将准直块401的位置信息同时传送到位置显示装置411和远端控制系统12显 示出来，其中操作员可实时观测系统的工作状态。当准直块401运动到极限位置时，将触动限位装置409，限位装置409将相应的信号反馈到控制装置413，控制装置413作出判断并使电机408停止动作，准直块401是否达到极限位置也可通过位置传感器410反馈的信息进行判断。 

远端控制方式：操作人员在远端控制系统12上发出动作命令，通过远端通讯接口415送达控制装置413。控制装置413接到动作命令后通过其内部的PLC逻辑判断和电机驱动电路板将命令转换形成作用于电机的驱动电流驱动电机408动作，电机408同时带动准直块401和位置传感器410动作。位置传感器410实时将准直块401的位置信息反馈到控制装置413，控制装置413通过判断和整理将准直块401的位置信息同时传送到位置显示装置411和远端控制系统12显示出来。操作员可实时观测系统的工作状态。准直块401运动到极限位置时，将触动限位装置409，限位装置409将相应的信号反馈到控制装置413，控制装置413作出判断并使电机408停止动作，准直块401是否达到极限位置也可通过位置传感器410反馈的信息进行判断。 

虽然本发明是结合一个具体实施方式表述的，但本领域技术人员可以对其中的某些特征加以适当改变或者将其应用到其它领域以解决辐射照相方面的问题，因此本领域技术人员在本实施例的基础上进行的所有相关的扩展和应用都应落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于该四部分均可独立运动，其中每部分准直器均包括安装在安装架框形结构内的准直块、固定装置、导轨、丝杠及安装架框形结构外的电机、传动装置、传动连接装置，所述导轨的形状是中心与射线源点重合的弧形；

所述固定装置包括传动固定装置和滑动固定装置，所述准直块两侧分别安装有一对滑动固定装置，每对滑动固定装置与处于它们之间的一根导轨紧密接触，滑动固定装置与导轨之间可以滑动，准直块运动过程中因为滑动固定装置的作用将严格沿导轨的轨迹运动；

所述导轨和丝杠分别成对安装在安装架框形结构内的边缘，所述准直块通过其两侧的一对传动固定装置安装在所述丝杠上，所述传动固定装置与丝杠紧密配合，丝杠通过传动固定装置承受准直块的重量并带动准直块运动。

2.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于所述传动固定装置与准直块之间是一种活动连接，使得准直块相对于传动固定装置有少量的前后移动和转动。

3.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于四个准直块中的第一准直块能够在以射线为中心点往上的区域内往复运动，第二准直块能够在以射线为中心点往下的区域内往复运动，第三准直块能够在以射线为中心点往左的区域内往复运动，第四准直块能够在以射线为中心点往右的区域内往复运动，从而使四个准直块的运动组合能够在二维区域内对射线野进行任意界定。

4.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于所述准直块位移将不以射线束的中心为中心，进行偏心射线野的界定。

5.如权利要求1或3所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于所述准直块在运动过程中，构成的射线野张角的角点一直保持在射线源点O点处，从而使准直块界定的射线场保持最为“陡峭”的边缘。

6.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于安装架框形结构内还安装有限位装置，所述限位装置成对安装在安装架框形结构内侧，当准直块运动到系统限定的极限位置时，准直块边缘触动限位装置。

7.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于安装架框形结构外还安装有显示装置、手动开关装置、控制装置、电源接口、远端通讯接口和远端控制系统。

8.如权利要求7所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于通过所述显示装置，手动开关装置及控制装置，能够就近对各准直块的运动进行控制并实时得到信息反馈。

9.如权利要求1所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于还设置有远端通讯接口和远端控制系统，所述远端通讯接口安装在安装架框形结构外，与远端控制系统进行通讯连接，使得各准直块的运动在远端控制系统进行操作，并实时得到位置信息的反馈。

10.如权利要求7所述的可遥控的四部分独立运动准直器，其特征在于所述远端通讯接口与远端控制系统进行通讯连接，使得各准直块的运动在远端控制系统进行操作，并实时得到位置信息的反馈。

Images