一種x射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括載物臺(tái)、傳動(dòng)裝置、射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器、圖像處理裝置、內(nèi)置測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)，通過影像探測(cè)器和圖像處理裝置自動(dòng)識(shí)別被檢測(cè)對(duì)象的位置信號(hào)，并通過控制系統(tǒng)控制傳動(dòng)裝置的七軸聯(lián)動(dòng)精密跟蹤物象點(diǎn)，自主完成被檢測(cè)對(duì)象的3D斷層掃描成像，并在X光成像存在偏差時(shí)，根據(jù)內(nèi)置測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)用設(shè)計(jì)的魯棒控制器自適應(yīng)調(diào)節(jié)載物臺(tái)的上升下降、X-Y平移和左右旋轉(zhuǎn)以使X光成像清晰。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，其精確移位、精確定位、無(wú)積累誤差、精度高。
【專利說(shuō)明】一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密電子封裝過程中的高速高精度視覺檢測(cè)/控制一體化領(lǐng)域，具體涉及一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線探傷作為常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程檢驗(yàn)和在用產(chǎn)品檢驗(yàn)。計(jì)算機(jī)斷層掃描作為一種X-RAY成像方法，它在一個(gè)物體圍繞一根軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，拍攝大量二維X-RAY圖像，再利用幾何圖形的數(shù)學(xué)處理來(lái)生成這個(gè)物體的三維虛擬模型。
[0003]然而，在載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)掃描過程中，若載物臺(tái)、影像探測(cè)器和X-RAY源的聯(lián)動(dòng)控制配合不當(dāng)將給3D CT重建帶來(lái)嚴(yán)重的影響。比如，在載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)掃描過程中，旋轉(zhuǎn)后載物臺(tái)有可能與其下方的X-RAY管發(fā)生碰撞，因此X-RAY管需下降一段距離避免碰撞。光管的焦點(diǎn)與被探測(cè)的物體的焦點(diǎn)距離會(huì)發(fā)生了變化，被測(cè)物體所投射的范圍變大，同時(shí)放大倍率卻變小，導(dǎo)致圖像旋轉(zhuǎn)后發(fā)生畸變。
[0004]因此，控制影像探測(cè)器、載物臺(tái)和X-RAY源三者之間的相對(duì)位置以保證圖像的放大倍率與旋轉(zhuǎn)之前相同并且成像清晰是實(shí)現(xiàn)高速X光學(xué)斷層掃描檢測(cè)的核心技術(shù)之一，也是實(shí)現(xiàn)高端封裝元件，尤其是3D封裝元件高精度質(zhì)量檢查的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其能實(shí)現(xiàn)精確移位、精確定位、無(wú)積累誤差。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)，包括載物臺(tái)、傳動(dòng)裝置、射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器、圖像處理裝置、內(nèi)置測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)，其中
[0009]載物臺(tái)，包括固定件以及設(shè)置在固定件上可360度旋轉(zhuǎn)的托盤，托盤上放置待測(cè)物體；
[0010]傳動(dòng)裝置帶動(dòng)載物臺(tái)、射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器移動(dòng)，具體如下:在傳動(dòng)裝置中，與載物臺(tái)固定件固定連接的X軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)、Y軸帶動(dòng)載物臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)、Z軸帶動(dòng)載物臺(tái)上升下降、R軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右60度旋轉(zhuǎn)，以及帶動(dòng)托盤360度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸、帶動(dòng)射線產(chǎn)生裝置上升下降的傳動(dòng)軸一、帶動(dòng)影像探測(cè)器上升下降的傳動(dòng)軸二 ；
[0011]射線產(chǎn)生裝置，作為X光的光源發(fā)出錐束X光，掃描放置在托盤中的待測(cè)物體；
[0012]影像探測(cè)器，由X光掃描待測(cè)物體，獲得待測(cè)物體的射線投影數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理裝置；
[0013]圖像處理裝置，通過仿射變換將射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為載物臺(tái)的上升下降、X-Y平移和左右旋轉(zhuǎn)，仿射變換式如下所示:[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括載物臺(tái)、傳動(dòng)裝置、射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器、圖像處理裝置、內(nèi)置測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)，其中載物臺(tái)，包括固定件以及設(shè)置在固定件上可360度旋轉(zhuǎn)的托盤，托盤上放置待測(cè)物體；傳動(dòng)裝置，包括分別與載物臺(tái)固定件固定連接的X軸、Y軸、Z軸、R軸，其中X軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)、Y軸帶動(dòng)載物臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)、Z軸帶動(dòng)載物臺(tái)上升下降、R軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右60度旋轉(zhuǎn)，以及帶動(dòng)托盤360度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸、帶動(dòng)射線產(chǎn)生裝置上升下降的傳動(dòng)軸一、帶動(dòng)影像探測(cè)器上升下降的傳動(dòng)軸二； 射線產(chǎn)生裝置，作為X光的光源發(fā)出錐束X光，掃描放置在托盤中的待測(cè)物體； 影像探測(cè)器，由X光掃描待測(cè)物體，獲得待測(cè)物體的射線投影數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理裝置； 圖像處理裝置，通過仿射變換將射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為載物臺(tái)的上升下降、X-Y平移和左右旋轉(zhuǎn)，仿射變換式如下所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，控制系統(tǒng)控制X/Y/Z/R軸轉(zhuǎn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)如下: A、基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能最大化的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃: a、點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃:考慮電機(jī)的飽和極限條件、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻力情況、光柵尺的速度限制以及離散化等的影響，設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的通用算法；確定電機(jī)驅(qū)動(dòng)的飽和特性；分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻力情況；并根據(jù)條件，確定運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法中的參數(shù)； b、物象點(diǎn)追蹤規(guī)劃:根據(jù)仿射變換要求,求解每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)路徑；同時(shí),對(duì)一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑得出其余軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，所有運(yùn)動(dòng)規(guī)劃都滿足每個(gè)軸的飽和限制條件，從而確保X光成像清晰，成像仿射變化偏差最??； B、由于上述的X\Y\R的運(yùn)動(dòng)控制模型具有一定的相似性，因此統(tǒng)一寫成Py+O V = U-G(v)，這里I為輸出的位移，包括X方向，Y方向以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ，M與N分別依賴于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與向心力，與不確定干擾力矩Ff，F(xiàn)ss, TL, Tg相關(guān)；在同一周期內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，以消除干擾: 設(shè)定周期[0，T]，在該周期中設(shè)計(jì)控制律為:
3.—種X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制方法，包含以下順序的步驟: I)將待測(cè)物體放置在載物臺(tái)的托盤上，射線產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的錐束X光掃描待測(cè)物體，影像探測(cè)器獲得射線投影數(shù)據(jù)，其中傳動(dòng)裝置帶動(dòng)載物臺(tái)、射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器移動(dòng)，具體如下:在傳動(dòng)裝置中，與載物臺(tái)固定件固定連接的X軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)、Y軸帶動(dòng)載物臺(tái)前后運(yùn)動(dòng)、Z軸帶動(dòng)載物臺(tái)上升下降、R軸帶動(dòng)載物臺(tái)左右60度旋轉(zhuǎn)，以及帶動(dòng)托盤360度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸、帶動(dòng)射線產(chǎn)生裝置上升下降的傳動(dòng)軸一、帶動(dòng)影像探測(cè)器上升下降的傳動(dòng)軸二； 2)影像探測(cè)器將投影數(shù)據(jù)傳送給圖像處理裝置成像，若成像清晰，則直接輸出圖像，若成像有偏差，則進(jìn)行下一步； 3)利用圖像處理裝置的仿射變換，將射線產(chǎn)生裝置、影像探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為載物臺(tái)的上升下降、X-Y平移和左右旋轉(zhuǎn)，仿射變換式如下所示:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線物象點(diǎn)自主精密追蹤控制方法，其特征在于，步驟5)中，所述的控制X/Y/Z/R軸轉(zhuǎn)動(dòng)的控制系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)如下: A、基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能最大化的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃: a、點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃:考慮電機(jī)的飽和極限條件、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻力情況、光柵尺的速度限制以及離散化等的影響，設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的通用算法；確定電機(jī)驅(qū)動(dòng)的飽和特性；分析運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的阻力情況；并根據(jù)條件，確定運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法中的參數(shù)；b、物象點(diǎn)追蹤規(guī)劃:根據(jù)仿射變換要求,求解每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)路徑；同時(shí),對(duì)一個(gè)軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑得出其余軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，所有運(yùn)動(dòng)規(guī)劃都滿足每個(gè)軸的飽和限制條件，從而確保X光成像清晰，成像仿射變化偏差最??； B、由于上述的X\Y\R的運(yùn)動(dòng)控制模型具有一定的相似性，因此統(tǒng)一寫成Py+ Oy = U- G(V),這里I為輸出的位移，包括X方向，Y方向以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ，M與N分別依賴于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與向心力，G(V)與不確定干擾力矩Ff，F(xiàn)ss, TL, Tg相關(guān)；在同一周期內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，以消除干擾: 設(shè)定周期[O，T]，在該周期中設(shè)計(jì)控制律為:
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103558862SQ201310496742
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】胡躍明, 高紅霞, 馬鴿, 章熙春, 袁鵬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)