專利名稱:一種可遙控的四部分獨立運動準直器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及輻射照相、工業(yè)CT、大型集裝箱/貨物檢查系統(tǒng)等高能無損檢測技術領域：
，尤其涉及一種可遙控四部分獨立運動準直器。
背景技術：
以高能射線源為輻射源的高能無損檢測領域，包括輻射照相、工業(yè)CT、大型集裝箱 /貨物檢查系統(tǒng)等。高能射線源通常是加速器，也有少量系統(tǒng)使用的是高能放射性核素。高能無損檢測包括輻射照相、工業(yè)CT、大型集裝箱/貨物檢查系統(tǒng)等，其中輻射照相是讓被檢物體在高能射線源的輻射場中曝光一段時間，通過其背光側的感光裝置(X光膠片或X光成像屏)獲得物體的形狀/結構信息；工業(yè)CT是讓被檢物體置于高能射線源與探測器之間， 通過探測器探取的射線強度然后利用計算機處理成像獲得物體的結構信息，并可以通過多角度多層次的輻射成像獲得物體非常細致的二維或三維結構圖像；大型集裝箱/貨物檢測系統(tǒng)是被檢物體如集裝箱、汽車、行李包裹等通過高能射線源與探測器之間的通道，通過計算機信號處理最后生成被檢測物體的透視圖像。在這些高能無損檢測中都需要通過準直器對高能射線源的輻射場進行界定，只利用其中的一部分射線進行輻射照相或者掃描成像。
準直器的主體部分通常由對X射線具有阻擋/吸收作用的物質做成，通過一定的結構設計，可以阻擋一部分χ射線，而讓另一部分χ射線通過，以達到準直的目的。對于需要阻擋的X射線，其阻擋效果由準直器的材料和厚度決定。在不同的無損檢測系統(tǒng)中，準直器將X射線束準直成不同的形狀，如輻射照相中通常需將輻射場準直成方錐形，在掃描成像中通常需將輻射場準直成薄扇形，在探測器前部通常按探測器的形狀設計準直器，以阻擋散射的X射線，讓探測器只吸收前向透射過物體的X射線。準直器對無損檢測系統(tǒng)的照相或者成像效果有極為重要的影響，是無損檢測系統(tǒng)中的重要部件之一。
現(xiàn)有的技術中，準直器有的做成中間開有細縫的固定塊模式，或者中間開長方孔的固定塊模式，這些準直器結構簡單，成本低，但是每個準直器只能形成一種固定的射線場，而不能對射線場進行靈活調整，應用條件非常有限。
現(xiàn)有技術中，也有準直器做成可活動的結構，但是射線場只能在一個維度的方向上進行調整，如專利US7031434B1公開了一種用于CT系統(tǒng)可調整射線厚度的準直器，他利用雙偏心軸圓柱結構，在兩軸轉動時，兩圓柱的間隙發(fā)生變化實現(xiàn)對射線場的厚度進行調整。這種結構中，限定射線場的邊界是圓的切線，準直器阻擋射線的部分是由薄到厚逐漸變化的，阻擋射線的效果也是由弱到強逐漸變化的，使得射線場邊界的射線強度是由強到弱逐漸變化的，導致射線場的邊界有一個模糊的區(qū)域，影響系統(tǒng)的照相或成像質量。如專利 US6173039B1公開了另一種用于醫(yī)療CT系統(tǒng)可調整射線厚度的準直器。他們都只能對射線場實現(xiàn)一個維度上的厚度調整，不能實現(xiàn)二維調整。
專利FR2864685A1公開了一種用于輻射照相系統(tǒng)可對射線場進行二維調整的準直器。他使用六塊平板，每三塊一組對一個方向進行調整，其中兩塊為一對，安裝在一個軸上，進行相對運動，另一塊安裝在另一個軸上，可以單獨運動，這六塊平板通過復雜的運動組合來實現(xiàn)對輻射場的二維調整。該專利使用了六塊平板，四個軸，結構相對比較復雜；準直器主體為比較薄的平板，可以滿足能量很低的以X光機為輻射源的輻射照相系統(tǒng)，不適用于以能量很高的加速器為輻射源的輻射照相系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的。
本發(fā)明的目的是提供一種可遙控的四部分獨立運動準直器，該四部分均可獨立運動，其中每部分準直器均包括安裝在安裝架框形結構內的準直塊、固定裝置、導軌、絲杠及安裝架框形結構外的電機、傳動裝置、傳動連接裝置。
其中所述固定裝置包括傳動固定裝置和滑動固定裝置，所述準直塊兩側分別安裝有一對滑動固定裝置，每對滑動固定裝置與處于它們之間的一根導軌緊密接觸，滑動固定裝置與導軌之間可以滑動，準直塊運動過程中因為滑動固定裝置的作用將嚴格沿導軌的軌跡運動。
所述導軌和絲杠分別成對安裝在安裝架框形結構內的邊緣，所述準直塊通過其兩側的一對傳動固定裝置安裝在所述絲杠上，所述傳動固定裝置與絲杠緊密配合，絲杠通過傳動固定裝置承受準直塊的重量并帶動準直塊運動。所述傳動固定裝置與準直塊之間是一種活動連接，使得準直塊相對于傳動固定裝置有少量的前后移動和轉動。
四個準直塊分別能夠在以射線為中心點往上、下、左、右的區(qū)域內往復運動，從而使四個準直塊的運動組合能夠在二維區(qū)域內對射線野進行任意界定。導軌的形狀是中心與射線源點重合的弧形。
在某些應用場合，可以根據(jù)條件具體要求，不以射線束的中心為中心，進行射線野的界定(如圖8B，8D)
所述準直塊在運動過程中，構成的射線野張角的角點一直保持在射線源點0點處，從而使準直塊界定的射線場保持最為“陡峭”的邊緣。
所述絲杠的一頭從安裝架的框形結構中伸出，每一對絲杠上分別安裝有主傳動輪和從傳動輪，電機、主傳動輪、從傳動輪之間設置有傳動連接裝置(如皮帶輪、鏈條等)，使得它們在一定的條件下協(xié)調動作，電機帶動主傳動輪，主傳動輪帶動從傳動輪，主從傳動輪同步帶動一對絲杠動作，使準直塊運動，實現(xiàn)對射線野的范圍調整。
安裝架框形結構外還安裝有位置傳感器，所述位置傳感器與主、從傳動輪兩者或其一構成運動連接，能夠從主、從傳動輪的運動中獲得準直塊的精確動作信息。
此外，安裝架框形結構內還安裝有限位裝置，所述限位裝置成對安裝在安裝架框形結構內側，且安裝位置可以適當調整，當準直塊運動到系統(tǒng)限定的極限位置時，準直塊邊緣觸動限位裝置。
安裝架框形結構外還安裝有顯示裝置、手動開關裝置、控制裝置、電源接口、遠端通訊接口和遠端控制系統(tǒng)。通過所述顯示裝置，手動開關裝置及控制裝置，能夠就近對各準直塊的運動進行控制并實時得到信息反饋。
本發(fā)明的獨立運動準直器還設置有遠端通訊接口和遠端控制系統(tǒng)，所述遠端通訊接口安裝在安裝架框形結構外，與遠端控制系統(tǒng)進行通訊連接，使得各準直塊的運動在遠端控制系統(tǒng)進行操作，并實時得到位置信息的反饋。所述控制裝置具有可編程的邏輯控制
4器件，如PLC，可以對手動開關裝置、位置傳感器信息、限位裝置信息在特定程序下進行邏輯綜合判斷。
本發(fā)明的四部分可獨立運動準直器應用于以加速器為輻射源的系統(tǒng)，通過準直器將輻射場準直成方錐形或者扁扇形，可以使系統(tǒng)同時用于輻射照相和掃描成像，拓寬了系統(tǒng)的應用范圍。其中準直器的四部分可獨立運動結構，使輻射場可靈活調整，大大增加了準直器的應用范圍和系統(tǒng)靈活性。采用圓弧形運動軌道，使得輻射場的邊界非常明顯，有利于消除邊緣效應，提高照相質量和成像質量。
本準直器配備遙控裝置和顯示設備，可進行遠端控制，使得系統(tǒng)的使用更加便利。 更重要的是在高能無損檢測系統(tǒng)中，輻射源通常具有放射性殘留或者長期具有放射性，準直器的遠端控制功能使工作人員遠離放射源，工作環(huán)境更安全。


圖1表示一種應用本發(fā)明的輻射照相和CT兩用無損檢測系統(tǒng)具體布置方案；
圖2表示本發(fā)明的一種四部分可獨立運動準直器；
圖3表示圖2中四個準直塊的相對布置關系；
圖4表示四部分可獨立運動準直器只安裝一個部分時的情況；
圖5表示圖2的水平剖視示意圖；
圖6表示圖2的豎直剖視示意圖；
圖7表示控制系統(tǒng)的一種布置方式；
圖8表示準直器形成的幾種射線野示例。
圖中1、加速器；2、屏蔽裝置；3、第零準直器；4、準直器；5、錐形涉嫌束；6、受檢物體；7、感光裝置；8、扁扇形射線束；9、后準直器；10、探測器；11、信號處理與成像系統(tǒng)； 12、遠端控制系統(tǒng)；401、準直塊；402、滑動固定裝置；403、傳動固定裝置；404、導軌；405、絲杠；406、主傳動輪；407、從傳動輪；408、電機；409、限位裝置；410、位置傳感器；411、位置顯示裝置；412、手動開關裝置；413、控制裝置；414、電源接口 ；415、遠端通訊接口 ；416、安裝架；417、安裝架框形結構；418、傳動連接裝置。
具體實施方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
圖1表示一種應用本發(fā)明的輻射照相和CT兩用無損檢測系統(tǒng)具體布置方案，該檢測系統(tǒng)主要由加速器1、屏蔽裝置2、第零準直器3、準直器4、錐形射線束5、受檢物體6、感光裝置7、扁扇形射線束8、后準直器9，探測器10、信號處理與成像系統(tǒng)11和遠端控制系統(tǒng) 12等組成。
其中加速器1是X射線源，產(chǎn)生一以前向為主按角度立體空間分布的X射線， 屏蔽裝置2將側向和后向無用的X射線阻擋掉，以消除雜散X射線對檢測質量的影響，第零準直器3將前向有用的X射線限制在一個較大的錐形射線野范圍內。系統(tǒng)需要工作于輻照照相模式時，準直器4按照遠端控制系統(tǒng)12的控制進行調整可以將從第零準直器3出來的X射線按照受檢物體的形狀或檢測區(qū)域相匹配的范圍限制成一錐形射線束5，該錐形射線束5穿過受檢物體6，使處于受檢物體6后側的感光裝置7感光，從而可以在感光裝置7 上獲得受檢物體的內部信息。輻照照相模式下后準直器9、探測器10、信號處理與成像系統(tǒng)11無需工作。系統(tǒng)需要工作于CT模式時，準直器4按照控制系統(tǒng)的要求進行調整可以將從第零準直器出來的X射線準直成一扁扇形射線束8，該錐形射線束穿過受檢物體，通過只允許直接從受檢物體透射過來的X射線通過的后準直器，進入探測器，探測器將其獲得的反映受檢物體結構的信息發(fā)送給信號處理與成像系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中最終生成受檢物體的精細結構圖像。CT模式下，無需放置感光裝置7。
圖2表示了本發(fā)明一種四部分可獨立運動準直器，主要由安裝架416、安裝架框形結構417、安裝在安裝架框形結構417內側的4根導軌404、8根絲杠405、8個限位裝置409、 安裝在絲杠405上的8個傳動固定裝置403、由傳動固定裝置403固定的4個準直塊401、成對安裝在準直塊側面的16個滑動固定裝置402、安裝在絲杠405外端的4個主傳動輪406和 4個從傳動輪407、安裝在安裝架框形結構417外側的4個電機408、4個位置傳感器410、傳動連接裝置418，以及安裝在安裝架416上的4個位置顯示裝置411、4個手動開關裝置412、 控制裝置413、電源接口 414、遠端通訊接口 415等組成。其中電機、傳動連接裝置、主從傳動輪、絲杠、傳動固定裝置準直塊構成了一套運動系統(tǒng)；導軌、滑動固定裝置構成定位系統(tǒng)； 位置傳感器、限位裝置構成運動反饋系統(tǒng)；位置顯示裝置、手動開關裝置、控制裝置構成本地控制系統(tǒng)；通訊接口與遠端控制裝置構成遙控系統(tǒng)。
圖3表示了圖2中四個準直塊的相對布置關系。準直塊401a可以上下運動，運動范圍為射線中心點往上區(qū)域；準直塊401b可以上下運動，運動范圍為射線中心點往下區(qū)域；這兩個準直塊構成了對射線野上下區(qū)域的界定。準直塊401c可以左右運動，運動范圍為射線中心點往右區(qū)域；準直塊401d可以左右運動，運動范圍為射線中心點往左區(qū)域；這兩個準直塊構成了對射線野左右區(qū)域的界定。四個準直塊的運動組合就可以在二維區(qū)域內對射線野進行任意界定。
圖4表示了一種四部分可獨立運動準直器只安裝一個部分時的情況。準直塊401a 通過一對傳動固定裝置403a、403b固定在一對絲杠40fe、4(^b上，準直塊401a與傳動固定裝置403a、40;3b之間是活動連接，允許有相對的前后位移及轉動。準直塊401a固定安裝有兩對滑動固定裝置4(^a、402b、402c、402d，分別卡住兩根導軌4(Ma、404b，使得準直塊401a 只能沿導軌決定的軌跡運動。絲杠40 上安裝有主傳動輪406a，絲杠40 上安裝有從傳動輪407a。電機408a安裝在安裝架416上，通過傳動連接裝置418a (如皮帶或鏈條)帶動主傳動輪406a，主傳動輪406a再通過通過傳動連接裝置418b (如皮帶或鏈條)帶動從傳動輪407a和位置傳感器410a，主從傳動輪同步帶動絲杠40fe、4(^b動作，使準直塊401a 上升或下降，實現(xiàn)對射線野的范圍調整。
圖5表示了圖2水平剖視時的情況。左右運動準直塊401c、401d的導軌404為弧形，使得準直塊401c、401d運動過程中，其張角的角點一直保持在射線源點0點處，這樣使得準直塊界定的射線場保持最為“陡峭”的邊緣，提高照相質量和成像質量。
圖6表示了圖2豎直剖視時的情況。上下運動準直塊401a、401b的導軌404為弧形，使得準直塊401a、401b運動過程中，其張角的角點一直保持在射線源點0點處。
圖7表示了控制系統(tǒng)的一種布置方式。系統(tǒng)的電源由電源接口 414接入，通過遠端通訊接口 415與遠端控制系統(tǒng)12連接，遠端控制裝置可以是PC、PLC、觸摸屏等可編程帶有人機界面的控制設備。系統(tǒng)可以通過本地控制和遙控的方式進行工作。本地控制方式通過操作人員直接按動手動開關裝置412，動作命名直接送到控制裝置413中，遠端控制方式通過操作人員在遠端控制系統(tǒng)12上發(fā)出動作命令，通過遠端通訊接口 415送達控制裝置 413?？刂蒲b置413接到動作命令后通過其內部的PLC邏輯判斷和電機驅動電路板將命令轉換形成作用于電機的驅動電流驅動電機408動作，電機408同時帶動準直塊401和位置傳感器410動作。位置傳感器410實時將準直塊401的位置信息反饋到控制裝置413，控制裝置413通過判斷和整理將準直塊401的位置信息同時傳送到位置顯示裝置411和遠端控制系統(tǒng)12顯示出來。準直塊401運動到極限位置時，將觸動限位裝置409，限位裝置409 將相應的信號反饋到控制裝置413，控制裝置413作出判斷并使電機408停止動作，準直塊 401是否達到極限位置也可通過位置傳感器410反饋的信息進行判斷。
圖8表示了準直器形成的幾種射線野示例。㈧是以射線束中心0為中心的矩形野，⑶是中心不在0點的矩形野，(C)用于CT的水平窄縫野，⑶完全偏于一個象限的矩形野，其中(B)、(D)在某些應用場合，可以根據(jù)條件具體要求不以射線束的中心為中心，進行射線野的界定。
本發(fā)明典型的工作流程如下
本地控制方式操作人員直接按動手動開關裝置412，動作命名由手動開關裝置 412送到控制裝置413中?？刂蒲b置413接到動作命令后通過其內部的PLC邏輯判斷和電機驅動電路板將命令轉換形成作用于電機的驅動電流驅動電機408動作，電機408同時帶動準直塊401和位置傳感器410動作。位置傳感器410實時將準直塊401的位置信息反饋到控制裝置413，控制裝置413通過判斷和整理將準直塊401的位置信息同時傳送到位置顯示裝置411和遠端控制系統(tǒng)12顯示出來，其中操作員可實時觀測系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當準直塊401運動到極限位置時，將觸動限位裝置409，限位裝置409將相應的信號反饋到控制裝置413，控制裝置413作出判斷并使電機408停止動作，準直塊401是否達到極限位置也可通過位置傳感器410反饋的信息進行判斷。
遠端控制方式操作人員在遠端控制系統(tǒng)12上發(fā)出動作命令，通過遠端通訊接口 415送達控制裝置413?？刂蒲b置413接到動作命令后通過其內部的PLC邏輯判斷和電機驅動電路板將命令轉換形成作用于電機的驅動電流驅動電機408動作，電機408同時帶動準直塊401和位置傳感器410動作。位置傳感器410實時將準直塊401的位置信息反饋到控制裝置413，控制裝置413通過判斷和整理將準直塊401的位置信息同時傳送到位置顯示裝置411和遠端控制系統(tǒng)12顯示出來。操作員可實時觀測系統(tǒng)的工作狀態(tài)。準直塊401 運動到極限位置時，將觸動限位裝置409，限位裝置409將相應的信號反饋到控制裝置413， 控制裝置413作出判斷并使電機408停止動作，準直塊401是否達到極限位置也可通過位置傳感器410反饋的信息進行判斷。
雖然本發(fā)明是結合一個具體實施方式
表述的，但本領域技術人員可以對其中的某些特征加以適當改變或者將其應用到其它領域以解決輻射照相方面的問題，因此本領域技術人員在本實施例的基礎上進行的所有相關的擴展和應用都應落入本申請的保護范圍。
權利要求
1.一種可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于該四部分均可獨立運動，其中每部分準直器均包括安裝在安裝架框形結構內的準直塊、固定裝置、導軌、絲杠及安裝架框形結構外的電機、傳動裝置、傳動連接裝置，所述導軌的形狀是中心與射線源點重合的弧形；所述固定裝置包括傳動固定裝置和滑動固定裝置，所述準直塊兩側分別安裝有一對滑動固定裝置，每對滑動固定裝置與處于它們之間的一根導軌緊密接觸，滑動固定裝置與導軌之間可以滑動，準直塊運動過程中因為滑動固定裝置的作用將嚴格沿導軌的軌跡運動；所述導軌和絲杠分別成對安裝在安裝架框形結構內的邊緣，所述準直塊通過其兩側的一對傳動固定裝置安裝在所述絲杠上，所述傳動固定裝置與絲杠緊密配合，絲杠通過傳動固定裝置承受準直塊的重量并帶動準直塊運動。
2.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于所述傳動固定裝置與準直塊之間是一種活動連接，使得準直塊相對于傳動固定裝置有少量的前后移動和轉動。
3.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于四個準直塊中的第一準直塊能夠在以射線為中心點往上的區(qū)域內往復運動，第二準直塊能夠在以射線為中心點往下的區(qū)域內往復運動，第三準直塊能夠在以射線為中心點往左的區(qū)域內往復運動， 第四準直塊能夠在以射線為中心點往右的區(qū)域內往復運動，從而使四個準直塊的運動組合能夠在二維區(qū)域內對射線野進行任意界定。
4.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于所述準直塊位移將不以射線束的中心為中心，進行偏心射線野的界定。
5.如權利要求
1或3所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于所述準直塊在運動過程中，構成的射線野張角的角點一直保持在射線源點0點處，從而使準直塊界定的射線場保持最為“陡峭”的邊緣。
6.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于安裝架框形結構內還安裝有限位裝置，所述限位裝置成對安裝在安裝架框形結構內側，當準直塊運動到系統(tǒng)限定的極限位置時，準直塊邊緣觸動限位裝置。
7.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于安裝架框形結構外還安裝有顯示裝置、手動開關裝置、控制裝置、電源接口、遠端通訊接口和遠端控制系統(tǒng)。
8.如權利要求
7所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于通過所述顯示裝置，手動開關裝置及控制裝置，能夠就近對各準直塊的運動進行控制并實時得到信息反饋。
9.如權利要求
1所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于還設置有遠端通訊接口和遠端控制系統(tǒng)，所述遠端通訊接口安裝在安裝架框形結構外，與遠端控制系統(tǒng)進行通訊連接，使得各準直塊的運動在遠端控制系統(tǒng)進行操作，并實時得到位置信息的反饋。
10.如權利要求
7所述的可遙控的四部分獨立運動準直器，其特征在于所述遠端通訊接口與遠端控制系統(tǒng)進行通訊連接，使得各準直塊的運動在遠端控制系統(tǒng)進行操作，并實時得到位置信息的反饋。
專利摘要
本發(fā)明涉及輻射照相、工業(yè)CT、大型集裝箱/貨物檢查系統(tǒng)等高能無損檢測技術領域：
，本發(fā)明公開的可遙控四部分獨立運動準直器包括四個可獨立運動的部分，每一部分由準直塊、固定裝置、傳動裝置、限位裝置、傳感裝置和電機組成，他們安裝在一個準直器框架內，同時還包括電源裝置、控制裝置、通訊裝置、遠端控制器，以及配合他們工作的第零準直器。本發(fā)明的準直器可以靈活地對輻射場進行二維界定，可以將輻射場準直為適于輻射照相的各種方錐形狀，或者準直為適于掃描成像的扁扇形，準直塊具有較大的厚度和特定的形狀，且采用圓弧形運動軌道，使得輻射場的邊界非常清晰，同時本準直器可以配備遙控裝置和顯示設備對準直器的狀態(tài)進行遠端控制。
文檔編號G21K1/04GKCN101339819SQ200710118431
公開日2012年3月7日 申請日期2007年7月5日
發(fā)明者劉晉升, 劉耀紅, 唐傳祥, 唐華平, 陳玉梅, 高峰 申請人:同方威視技術股份有限公司, 清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),