一种工业检测CT装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及便携移动式工业CT装置领域，尤其涉及一种工业检测CT装置及其控制系统。

背景技术

随着移动式工业CT装置机动化、轻型化、操作场所多元化、检测快速和简单操作化发展，针对各种工况使用情况，由于检测场地环境局限和人员专业要求等问题。因此，对移动式工业CT装置扫描控制提出了更快、更人性化和自动化的要求。当有在外场检测工件多任务需求，此时则需要一套便携式可移动的工业检测CT装置，目的为了实现快速的拆装组件、快速检测工件和快速工件图像处理分析。由于在恶劣外场环境下进行对工件的检测，涉及到射线源出束的辐射剂量对人体造成辐射伤害，而在外场对不可移动多工件只能依靠采取距离防护，操作人员必须在安全距离内进行远程控制。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种工业检测CT装置及其控制系统，该系统能够同时满足实现DR扫描成像、锥束CT扫描成像要求，系统控制主要通过远程控制区的人机互动单元和急停控制单元实现，操作人员直接通过软件进行现场机械运动机构的控制及系统出束图像采集等工作。

本发明的第一方面，提出一种工业检测CT系统，包括远程控制模块及与远程控制模块电性连接的现场检测模块，所述现场检测模块包括现场检测元件及运动组件，所述远程控制模块包括电源及控制器、与控制器通讯连接的驱动器、路由器和交换机，还包括人机互动单元；所述远程控制模块完成如下功能：

为现场检测模块供能；

通过人机互动单元设置检测增益校正所需的扫描参数，控制现场检测元件及运动组件的运动并采集数据；

接受现场检测单元采集的数据；

对采集的数据进行处理。

本发明的另一方面，提出一种工业检测CT装置，包括现场检测区和远程控制区，所述现场检测区可拆卸设置有组装式环形轨道组件，所述环形轨道组件上可拆卸设置有射线源和探测器，所述射线源和探测器同步旋转；所述远程控制区内设置电柜，所述电柜内集成设置有电源、驱动器、控制器、路由器和交换机，所述电柜通过线缆与现场检测区连通；所述电柜外部还通过线缆与人机互动单元通讯连接。

本发明具有如下优点：

1)兼顾远程控制和近程控制，以远程控制为主，避免射线源的辐射剂量对人体造成伤害；

2)具有便携移动式拆卸组件，有效提高检测效率；

3)通过控制器控制检测设备及运动单元，实现运动轴半封闭的准确定位。

附图说明

图1为本发明实施例中一种工业检测CT装置的分布简图。

图2为本发明实施例中一种工业检测CT系统的软件控制设备流程图。

图3为本发明一个优选实施例中环形轨道组件的侧视结构示意图。

图4为本发明一个优选实施例中环形轨道组件的俯视结构示意图。

附图标记如下：

1、现场检测区；2、远程控制区；3、射线源；4、摄像头；5、探测器；6、线缆；7、电源；8、驱动器；9、控制器；10、电柜；11、交换机；12、路由器；13、人机互动单元；14、急停控制盒；15、环形轨道组件；16、支撑装置；17、环形基座；18、驱动装置；19、运动滑板；20、支撑腿；21、防滑垫；22、导向杆；23、提升装置；24、提升台；25、举升电机；26、提升杆；27、同步杆；28、驱动电机；29、驱动齿轮；30、轨道轮；31、外导轨；32、外齿圈；33、支撑导向装置；34、滚轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的设计原则如下

模块化设计：通过系统功能组件作用划分各个功能模块，有效降低部件和模块之间的耦合，使模块具有独立性和完整性，方便制造、检验，提升整机质量。

标准化设计：从整机到各分项，包括机械、电气、数据等接口遵循一致、规范、完备的协议或规范，机械、电气、软件、外观上符合相关国家标准、企业规范，在材料选用、工艺装备、工艺方法、试验方法等方面规定统一标准，设备和部件中使用的元器件尽可能使用可靠的标准元部件，使仪器具有快速复制、降低成本、提升品质的特性。

可靠性设计：元器件选择与控制、热设计、降额设计、电磁兼容设计、环境防护设

全寿命周期设计：系统考虑部件和仪器的可加工性、可靠性、可维护性、可装配性、美观性和耐用性，实现制造、调试一次成功。

快速检测技术：在部件和设备结构优化、仪器外观设计中，采用数字化仿真设计(如三维结构设计)，实现仪器结构的优化和美化。

依照上述原则，设计一种工业检测CT系统，包括远程控制模块及与远程控制模块电性连接的现场检测模块，所述现场检测模块包括现场检测元件及运动组件，所述远程控制模块包括电源7及控制器9、与控制器9通讯连接的驱动器8、路由器12和交换机11，还包括人机互动单元13；所述路由器12和交换机11与现场检测模块通过无线模块通讯连接；所述远程控制模块还包括通过控制器9控制现场检测模块的急停控制开关；所述远程控制模块完成如下功能：

为现场检测模块供能；

通过人机互动单元13设置检测增益校正所需的扫描参数，控制现场检测元件及运动组件的运动并采集数据；

接受现场检测单元采集的数据；

对采集的数据进行处理。

针对上述系统及其功能，本发明提出一种实施例，一种工业检测CT装置，如图1所示，包括现场检测区1和远程控制区2，所述现场检测区1可拆卸设置有组装式环形轨道组件15，所述环形轨道组件15上可拆卸设置有射线源3和探测器5，所述射线源3和探测器5同步旋转；所述远程控制区2内设置电柜10，所述电柜10内集成设置有电源7、驱动器8、控制器9、路由器12和交换机11，所述电柜10通过线缆6与现场检测区1连通；其中电源7、驱动器8用于为现场检测区1各元器件供能，两者由控制器9协调控制，交换机11通过无线模块与探测器5通讯连接，用于接收探测器5采集的数据，然后通过路由器12传输至控制器9中，所述电柜10外部还通过线缆6与人机互动单元13通讯连接，人机互动单元13一般采用PC或便携式笔记本电脑，用于对检测参数进行调整，对控制器9发出指令和处理接收到的数据。

本发明的一个优选实施例中，如图3、图4所示，所述环形轨道组件15包括支撑装置16、环形基座17、驱动装置18、运动滑板19，所述支撑装置16包括一组对称设置的支撑架，一组内一般设置两个，所述支撑架底部设置有三个呈三角形分布的支撑腿20，三角形的结构使支撑所述支撑腿20中部铰接在支撑台上，使得支撑腿20的角度可以调节，支撑腿20的底部设置有防滑垫21，防止支撑腿20窜动；所述支撑台上设置有导向杆22，所述导向杆22上设置有提升装置23，提升装置23可以在导向杆22上上下滑动，提升装置23一般采用举升缸，举升缸由设置在支撑台上的举升电机25驱动；所述提升装置23上设置有朝向检测对象的提升台24，所述提升台24上设置有提升杆26，所述提升杆26顶部连接设置所述环形基座17，所述环形基座17上滑动设置有相互对称的所述运动滑板19，所述运动滑板19上分别设置射线源3和探测器5，保证射线源3和探测器5相对设置，所述运动滑板19之间通过同步杆27固定连接，同步杆27呈半圆弧形，其中一运动滑板19外侧设置有驱动所述运动滑板19绕所述环形基座17转动的所述驱动装置18。所述环形基座17顶部一侧设置有凸起的外导轨31，环形基座17内侧与外导轨31对应的位置设置有内导轨，所述运动滑板19底部设置有一组轨道轮30分别扣合在内导轨和外导轨31上；所述驱动装置18包括固定在运动滑板19外侧的驱动电机28，所述驱动电机28输出轴竖直向下伸出并在运动滑板19底部与驱动齿轮29固定连接，所述环形基座17外部位于外导轨31下方设置有环形外齿圈32，所述环形外齿圈32与驱动齿轮29啮合。驱动电机28启动时，带动驱动齿轮29转动，在轨道轮30的作用下使得运动滑板19绕环形基座17做圆周运动；同步杆27采用与环形基座17同轴的圆弧形结构，保证所有的运动滑板19在驱动装置18驱动下同步绕环形基座17转动，从而使得射线源3和探测器5绕被检测元件做同步圆周运动。

本发明的一个优选实施例中，如图3，所述运动滑板19底部铰接设置有支撑导向装置33，所述支撑导向装置33包括固定设置在运动滑板19底部的导向座，所述导向座上铰接设置有伸缩式顶杆，所述伸缩式顶杆末端设置有滚轮34；所述支撑导向装置33呈环形阵列分布。支撑导向装置33用于配合提升装置23调整环形基座17在被检测工件的位置，即调整检测的位置。

本发明的一个优选实施例中，如图1，所述远程控制区2还设置有远程操作控制台，所述远程操作控制台上设置有所述人机互动单元13，还设置有急停控制开关，所述急停控制开关通过线缆6连接入电柜10中。远程操作控制台用于将电脑和急停控制开关集成起来，便于人工控制，避免发生紧急情况来不及反应。

本发明的一个优选实施例中，所述现场检测区1外围设置有红外感应探头，所述红外感应探头与射线源3联锁设置；所述现场检测区1还设置有摄像头4，所述远程控制区2内设置有与摄像头4关联的显示装置,比如液晶显示屏。近程工况下射线联锁，通过红外感应探头探测周围直径15m范围内入侵者(人或其他活物)，保证射线出束在安全前提下进行；远程工况下，通过摄像头4监控发现应急工况时可通过按下远程急停控制盒14上的急停按钮，可对系统中运动控制轴进行急停和射线源3进行停束操作。

上述实施例使用时，采用配套设置的CTScan软件进行控制，具体界面及操作方式可以参考现有技术，如图2：

1、设备预置

将所有组件放置到检测工件现场并安装到位，当工作状态处于就绪时，按下控制柜上启动瞬动按钮为设备进行上电操作。确定现场设备处于正常状态后人员撤离到远程控制小型操作台，闭合卷线盘上的电源开关。打开笔记本电脑启动“CTScan”软件，进行设备初始化，确定控制软件与下位控制器通信成功(“通信”指示灯亮)，菜单选择“运行->初始化”启动初始化操作。初始化过程耗时约1分钟。调出电源7控制面板，给探测器5和射线源3进行供电。

2、调整几何参数

菜单选择“诊断->几何参数调整”启动几何参数调整界面，调整到工件扫描开始位置；设置探测器5增益校正所需的扫描参数(须和背景校正一致)；开启射线源3出束并稳定，探测器5采集一段时间(几秒钟)直至数据基本稳定，进行背景校正和空气校正，菜单选择“标定->背景校正”和“标定->空气校正”。

3、启动DR成像

设置探测器5合并模式、探测增益等参数。在背景及空气校正后不应再更改探测器5参数，否则图像将异常；在探测控制面板选择“拍片”模式，设置适当的采集帧数，点击“开始采集”按钮启动探测器5采集，查看采集图像。

4、启动锥束CT扫描

在软件左侧“扫描控制”面板，设置扫描方式(锥束扫描)及扫描分度数，然后点击“开始扫描”按钮启动锥束CT扫描，控制提升装置23和驱动电机28以控制射线源3和探测器5的运动路径，以实现锥束扫描。通过图像处理软件可查看所采集的图像，还可以对采集的图像进行处理，如灰度拉伸等，以及测量、标记等操作；具体参考图像处理软件的使用说明。

5、设备关机

扫描结束后，应停止射线源3出束后方可移除工件。长按“电源7”按钮3秒并释放，设备将自动断电。

本系统主要目标是协调控制X射线源3、平板探测器5、精密机械平台以及图像重建与处理系统有序配合完成CT扫描，同时还包括各单元电源7控制、紧急安全装置、报警显示、人机交互以及状态诊断等辅助控制。控制器9的功能包括：高精度运动控制；射线源3的控制；探测器5的采集同步控制；系统电源7控制；系统自检、故障诊断与安全联锁保护；系统状态监控及状态指示；数据通讯。

为实现系统完成功能目标，电气组件结构设计主要分为电力系统、运动控制系统、控制柜、安全系统等主要类型。

运动控制设计主要包括以下方面：

电源供给：控制系统电力系统配电设计保证设备所有电器部件可靠、稳定、安全运行和易于线缆拆卸及携带，供电采用拉杆箱式移动供电，交流220V输出，峰值6kw确保配电箱的供电容量在3kva以上。探测器5和射线源3采用自带的蓄电池进行供给。控制器9采用现有技术中通用的控制器9。

供电保护设计：整套系统的供电环境满足户外适用要求；控制柜内设、短路、过载、过流等保护器，保护设备运行安全和人身安全；运动系统供电等级和防护满足IP65等级；辅助设备供电要求电压等级和防护IP65等级。采用三级保护，具体可参考现有技术。

运动控制设计：运动控制主要是控制机床上电机轴精确的位置控制，实现运动控制轴半闭环准确定位。

而功能控制主要实现系统的配电控制、系统故障相应于显示、系统通讯等功能。

安全控制设计主要包括如以下方面：

机床运动出现安全隐患时，系统具有自检和报警；

机床运动出现安全隐患时，系统具有手动急停硬件设备；

射线源3出束状态下出现安全隐患时，系统具有手动急停硬件设备。

上述实施例的优点在于：

(1)设备配备了远程小型控制台、远程控制笔记本和急停操作盒，可满足实现远程DR扫描成像、锥束CT扫描成像快速控制要求。

(2)所有设备采用可移动电源和蓄电池供给能量，可用于外场无供电有线环境。

(3)主要部件采用无线模块进行控制和数据采集，省去有线的连接。

(4)近程工况下射线联锁，通过红外感应探头探测周围直径15m范围内入侵者(人或者运动动物)，保证射线出束在安全前提下进行；

(5)远程工况下，通过摄像头4监控发现应急工况时可通过按下远程急停控制盒14上的急停按钮，可对系统中运动控制轴进行急停和射线源3进行停束操作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。