一种x射线物象点自主精密追踪控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，通过影像探测器和图像处理装置自动识别被检测对象的位置信号，并通过控制系统控制传动装置的七轴联动精密跟踪物象点，自主完成被检测对象的3D断层扫描成像，并在X光成像存在偏差时，根据内置测量装置的测量结果，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰。本发明的系统及方法，其精确移位、精确定位、无积累误差、精度高。
【专利说明】一种X射线物象点自主精密追踪控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及精密电子封装过程中的高速高精度视觉检测/控制一体化领域，具体涉及一种X射线物象点自主精密追踪控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]X射线探伤作为常规的无损检测方法，已广泛应用于工业生产过程检验和在用产品检验。计算机断层扫描作为一种X-RAY成像方法，它在一个物体围绕一根轴线旋转时，拍摄大量二维X-RAY图像，再利用几何图形的数学处理来生成这个物体的三维虚拟模型。
[0003]然而，在载物台旋转扫描过程中，若载物台、影像探测器和X-RAY源的联动控制配合不当将给3D CT重建带来严重的影响。比如，在载物台旋转扫描过程中，旋转后载物台有可能与其下方的X-RAY管发生碰撞，因此X-RAY管需下降一段距离避免碰撞。光管的焦点与被探测的物体的焦点距离会发生了变化，被测物体所投射的范围变大，同时放大倍率却变小，导致图像旋转后发生畸变。
[0004]因此，控制影像探测器、载物台和X-RAY源三者之间的相对位置以保证图像的放大倍率与旋转之前相同并且成像清晰是实现高速X光学断层扫描检测的核心技术之一，也是实现高端封装元件，尤其是3D封装元件高精度质量检查的关键。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其能实现精确移位、精确定位、无积累误差。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种X射线物象点自主精密追踪控制方法。
[0007]本发明的目的通过以下的技术方案实现:
[0008]一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，其中
[0009]载物台，包括固定件以及设置在固定件上可360度旋转的托盘，托盘上放置待测物体；
[0010]传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下:在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二 ；
[0011]射线产生装置，作为X光的光源发出锥束X光，扫描放置在托盘中的待测物体；
[0012]影像探测器，由X光扫描待测物体，获得待测物体的射线投影数据，并将该数据传输给图像处理装置；
[0013]图像处理装置，通过仿射变换将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示:[0014]
【权利要求】
1.一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，其中载物台，包括固定件以及设置在固定件上可360度旋转的托盘，托盘上放置待测物体；传动装置，包括分别与载物台固定件固定连接的X轴、Y轴、Z轴、R轴，其中X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二； 射线产生装置，作为X光的光源发出锥束X光，扫描放置在托盘中的待测物体； 影像探测器，由X光扫描待测物体，获得待测物体的射线投影数据，并将该数据传输给图像处理装置； 图像处理装置，通过仿射变换将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示:
2.根据权利要求1所述的X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，控制系统控制X/Y/Z/R轴转动的对应设计如下: A、基于电机驱动性能最大化的运动规划: a、点到点运动规划:考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数； b、物象点追踪规划:根据仿射变换要求,求解每个轴的运动路径；同时,对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小； B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成Py+O V = U-G(v)，这里I为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度Θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，与不确定干扰力矩Ff，Fss, TL, Tg相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰: 设定周期[0，T]，在该周期中设计控制律为:
3.—种X射线物象点自主精密追踪控制方法，包含以下顺序的步骤: I)将待测物体放置在载物台的托盘上，射线产生装置产生的锥束X光扫描待测物体，影像探测器获得射线投影数据，其中传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下:在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二； 2)影像探测器将投影数据传送给图像处理装置成像，若成像清晰，则直接输出图像，若成像有偏差，则进行下一步； 3)利用图像处理装置的仿射变换，将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示:
4.根据权利要求3所述的X射线物象点自主精密追踪控制方法，其特征在于，步骤5)中，所述的控制X/Y/Z/R轴转动的控制系统，其对应的设计如下: A、基于电机驱动性能最大化的运动规划: a、点到点运动规划:考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；b、物象点追踪规划:根据仿射变换要求,求解每个轴的运动路径；同时,对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小； B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成Py+ Oy = U- G(V),这里I为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度Θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，G(V)与不确定干扰力矩Ff，Fss, TL, Tg相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰: 设定周期[O，T]，在该周期中设计控制律为:
【文档编号】G05B13/04GK103558862SQ201310496742
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】胡跃明, 高红霞, 马鸽, 章熙春, 袁鹏 申请人:华南理工大学