一种照射野可调准直器

技术领域

本发明涉及X射线无损检测技术领域，特别是涉及一种照射野可调准直器。

背景技术

次级准直器是加速器无损检测系统中的一个重要的组件，其主要功能是进一步限定电子辐射的范围，使得工件需要检测的部位成像清晰，以及保护靶区外的部位使其免受照射。

在实际应用中，为了达到检测成像清晰，也是因为无损检测加速器前端特有的环境，如射线、温度、湿度等都不同于常规机械设备，要求机构尽量简单，所以以前常用的准直器产生的轮廓辐射野尺寸、形状以及位置都是固定的，只适用于某一种成像方式。但是随着射线检测在工业应用方面的迅速发展，在实际工作中越来越需要多种形状的辐射野，以匹配不同的探测器或者胶片等等外部环境，从而让某一台探伤加速器的性能得到更大的发挥。因此需要可调可控的射野可调准直器。

发明内容

本发明的目的是提供一种照射野可调准直器，具有结构紧凑、可调可控、精度高且实用性强的特点，利用新材料新电器元件以及结构改进，使得设备精度提高、体积缩小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种照射野可调准直器，可拆卸设置在探伤加速器机头箱体的右端外侧，安装在初级准直器后面，包括：四个准直块以及准直块传动结构，其中，两个准直块上下对应设置，构成横缝准直块组，另外两个准直块左右对应设置，构成竖缝准直块组，所述横缝准直块组和竖缝准直块组按前后顺序设置；所述准直块传动结构包括平行设置的左丝杠和右丝杠，左丝杠上设置有左同步带轮，右丝杠上设置右同步带轮，左同步带轮和右同步带轮之间通过第一同步带传动连接，左丝杠或右丝杠通过第二同步带与电机传动连接，左丝杠上设置左滑块，右丝杠上设置右滑块，准直块设置在左丝杠和右丝杠之间，并分别连接到左滑块和右滑块上，左滑块和右滑块带动准直块上下滑动，准直块上下滑动的同时转动角度。

进一步地，所述准直块传动结构还包括左导杆和右导杆，左导杆穿过所述左滑块，右导杆穿过所述右滑块；所述左滑块连接到所述左丝杠的丝杠螺母，所述右滑块连接到所述右丝杠的丝杠螺母。

进一步地，所述准直块传动结构还包括导向支架板，所述准直块的两侧分别设置左轨迹滚轮和右轨迹滚轮，所述导向支架板上设置有分别与左轨迹滚轮和右轨迹滚轮相适配的导向槽，所述准直块沿着左导杆和右导杆做直线运动的同时也在导向槽中转动。

进一步地，所述电机连接角度采样电位器，所述角度采样电位器连接PLC控制器。

进一步地，所述准直块为钨块。

进一步地，所述照射野可调准直器通过连接螺钉连接到加速器机头箱体的右端外侧。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的照射野可调准直器，包括横向、纵向两组准直块，四台电机分别控制四个准直块，准直块沿着导杆做直线运动的同时也在导向槽中转动，随着准直块的开合产生角度变化，产生轮廓大小可变的方形、矩形或直缝辐射野；本发明能够保证准直块在调整到任何工作角度时，都能有跟固定式准直块能达到的姿态，即准直块形成的中心孔的射线边界的准直厚度最大，这就需要准直块开合时不仅要做平移，还要扭转，以保证准直块边缘与从靶点出来的射线角度重合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-1为本发明提供的照射野可调准直器在探伤加速器中的位置结构主视图；

图1-2为本发明提供的照射野可调准直器在探伤加速器中的位置结构俯视图；

图2为本发明提供的照射野可调准直器横缝方向结构示意图；

图3为本发明提供的照射野可调准直器竖缝方向结构示意图；

图4-1至图4-3分别为本发明提供的准直块传动结构的主视图、俯视图和侧视图；

图5为准直块边界位置与角度的理论状态示意图；

图6为准直块边界位置与角度的实际状态示意图；

图7为横缝方向上准直块扭转角度用包络线法绘制导向槽；

图8为本发明照射野可调准直器的射野形成示意图一；

图9为本发明照射野可调准直器的射野形成示意图二；

图10为本发明照射野可调准直器的射野形成示意图三；

附图标记说明：

1、导向支架板；2、左轨迹滚轮；3、左丝杠；4、左滑块；5、准直块；6、第一同步带；7、角度采样电位器；8、第二同步带；9、第一电机；10、右丝杠；11、左导杆；12、同步带轮；13、右同步带轮；14右导杆；15、右轨迹滚轮；16、横缝上准直块；17、横缝下准直块；18、照射野可调准直器主体；19、调整螺钉；20、初级准直器；21、射线靶点；22、铅屏蔽层；23、加速管；24、连接螺钉；25、竖缝左准直块；26、竖缝右准直块；27、第二电机；28、机架；29、弧形导向槽；30、左准直块电机；31、右准直块电机；32、竖缝左准直块；33、竖缝右准直块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种结构紧凑、更高精度且实用性强的照射野可调准直器。为达到照射野边界清晰的效果，就必需保证准直块在调整到任何工作角度时，都能有跟固定式准直块能达到的姿态，即准直块形成的中心孔的射线边界的准直厚度最大，这就需要准直块开合时不仅要做平移，还要扭转，以保证准直块边缘与从靶点出来的射线角度重合。准直器的材料和形状也要适合这种要求，以增加射线屏蔽能力；加工性能也要好，保证准直块边界清晰；形位公差要能满足活动后的重复定位精度。原准直块定位精度不够，支撑力度不足，自由度没有完全限制住，需要增加整体刚性；还需要找到更适合的体积较小的电机，分别驱动四个准直块，这样也可以实现非对称射野。此外，增加远程调控，模拟信号输出，方便准直块角度更换以及调试。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图9所示，本发明提供的照射野可调准直器，可拆卸设置在探伤加速器机头箱体的右端外侧，安装在初级准直器后面，包括：四个准直块以及准直块传动结构，其中，两个准直块上下对应设置，构成横缝准直块组，靠近初级准直器设置，可以称为里门，遮挡通过初级准直锥的射线，形成横缝，如如2所示。另外两个准直块左右对应设置，构成竖缝准直块组，远离初级准直器设置，可以称为外门，遮挡通过初级准直锥的射线，形成竖缝，如图3所示；或者与里门配合，形成面阵，所述横缝准直块组和竖缝准直块组按前后顺序装插在外壳里，里门的上、下两个准直块，外门的左右两个准直块，分别由四个电机驱动、四个电位器控制。图2示意了横缝视野的形成，上准直块打开到10°、下准直块在0°的状态。图3示意了竖缝视野的形成，左准直块打开到10°、右准直块在0°的状态。

如图4所示，所述准直块传动结构包括平行设置的左丝杠3和右丝杠10，左丝杠3上设置有左同步带轮12，右丝杠上设置右同步带轮13，左同步带轮12和右同步带轮13之间通过第一同步带6传动连接，左丝杠3或右丝杠10通过第二同步带8与第一电机9传动连接，左丝杠3上设置左滑块4，右丝杠10上设置右滑块13，准直块5设置在左丝杠3和右丝杠10之间，并分别连接到左滑块4和右滑块13上，左滑块4和右滑块带动准直块5上下滑动，准直块5上下滑动的同时转动角度。所述准直块传动结构还包括左导杆11和右导杆14，左导杆11穿过所述左滑块4，右导杆14穿过所述右滑块，所述左滑块4连接到所述左丝杠3的丝杠螺母，所述右滑块连接到所述右丝杠10的丝杠螺母。所述准直块传动结构还包括导向支架板1，所述准直块5的两侧分别设置左轨迹滚轮2和右轨迹滚轮15，所述导向支架板1上设置有分别与左轨迹滚轮和右轨迹滚轮相适配的导向槽，所述准直块5沿着左导杆11和右导杆14做直线运动的同时也在导向槽中转动。

四个准直块以及准直块的传动结构是一样的，如图4，动力传递方式：电机9→同步带8→丝杠10→右同步带轮13→同步带6→左同步带轮12→丝杠3→滑块4，然后左滑块4和右滑块一起带动准直块5沿着导杆11和14直线移动，同时轨迹滚轮2和15在支架1的导向槽中导向与限位。

所述电机连接角度采样电位器，所述角度采样电位器连接PLC控制器。电机主轴的转动驱动准直块的开启和闭合，同时改变采样电位器的阻值，进而改变其输出电压。准直块张角最小值为0°，最大值为10°，在此范围内的数个角度进行测量，找到电位器对应的输出电压，该电压值输入到PLC的模拟量采集模块进行模数转换，将该转换值和准直块实际测量的角度进行标定拟合并在PLC程序中进行计算，得到准直块角度的实时值。该值以字节的形式通过自由口通讯传至远程监控界面显示。

以前的结构中，为了简化结构方便调整，准直块只依靠两端的丝杠螺母定位，但实际上丝杠螺母只是传递了动能，起不到定位作用——准直块两端虽然被丝杠螺母拉紧，但因为丝杠本身的挠度比较大、连接轴的间隙是大尺寸的过渡配合，这些因素都导致准直块可以自由扭动1至2度，所以改动时两端都增加了导杆，导杆优良的刚性很好的解决了这个问题，准直块被完全定位。

如图4，同步带轮由涨套代替键连接后，可以方便调节准直块两端与丝杠的连接，保证准直块两端滑块4和13运动的同步性一致性，从而保证了准直块的运动更精准，产生的射野缝隙的形状更规整。因为同步齿形带不是无极的，两个轮相差半个齿形时很难调整，用无键连接可以很好的解决这个问题。

示例地，如图1-1和图1-2所示，所述照射野可调准直器通过连接螺钉连接到加速器机头箱体的右端外侧，不使用时可以松开连接螺钉取下。加速器本身为一外形整齐的长方体设备，为了方便安装、拆卸，该射野可调准直器也设计成外形整齐、结构紧凑的长方体，安装在加速器前门出束处，在初级准直器后面。

加速器靶点侧面的铅屏蔽以及初级准直器保证了X射线只沿着30°准直锥射向前方，在这个基础上，本发明中次级准直器继续对射线进行遮挡，实现线阵或面阵射野。初级准直器和次级准直器都是由机加工件固定安装好，粗定与靶点的位置，调试时，先用剂量仪校准细调四周定位螺钉，并固定好初级准直器；接着用剂量仪细调并固定好次级准直器箱体。

图5展示了准直块单侧打开10°的状态。这时准直块的边界是与射线法线方向重合的，也就是准直块形成的中心孔的射线边界的准直厚度最大，这种状态下的成像效果最清晰，尤其是线阵的时候，比如开到0.5°时，能保证出束剂量达标，而不是耗损在准直块的厚度方向上。

实际上，准直块不是像图4理论轨迹一样走弧线，而是沿直线导轨走直线，然后在导向槽作用下，沿着直线导杆滑动的准直块在打开到一定角度的同时做扭转，保持姿态与理论角度一致，如图6所示。这样做既简化了机构，又节省了空间。

图7为把每一度的状态用包络线联接起来建模，加工中心可以直接使用这个模型编程加工导向槽。

为达到照射野边界清晰的效果，就必需保证准直块在调整到任何工作角度时，都能有跟固定式准直块一样的姿态，即准直块形成的中心孔的射线边界的准直厚度最大。钨块自身的形状和位置要尽量靠近以靶心为圆心的弧面上，如图6所示，在准直块沿着直线导杆开合时，通过导向板上的导向槽来转动准直块，以实现图5的理论状态。导向槽为弧线，用凸轮包络线原理绘制，用慢走丝加工中心来加工，如图7。

图8中，射线从靶点发出，通过30°初级锥形准直器后，在距离靶点0.5米处形成的圆形射野。

图9中，射线依次通过30°初级锥形准直器，横缝调整到20°、竖缝调整到10°的次级准直器后，在距离靶点0.5米处形成的矩形射野。

钨是高原子序数材料，在同等厚度条件下，钨合金的射线屏蔽能力是铅的1.7倍多，钨合金材质具有环保特性，易进行切削加工等优点，所以选用钨合金代替以前的铅锑合金，既能保证准直块边界清晰，又能保证形位公差达标，满足活动后的重复定位精度，而且还可以加工成适当外形，去掉多余的部分以减轻重量。

经过增加导杆等措施改进结构、加工中心保证加工精度、无键连接等手段提高装配调试水平后，准直块的重复定位精度得到提高，误差小于0.1度。

左、右准直块，上、下准直块为分别控制运动，使用4个电机独立驱动4个钨块运动。在加速器机头和远程监控界面上显示准直块开启的四个角度，提供准直块角度控制信号。

综上，本发明利用远程控制和新材料、新加工手段，实现了射野可调准直的实用性，它在垂直和水平轴上提供了从零到二十度的可变X射线孔径控制，通过远程或本地控制，可以产生面阵、线阵或对称或非对称等多种辐射野形式，可以在胶片成像以及探测器成像技术中配套使用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。