x射线管焦点自动定位装置
技术领域
1.本发明涉及x射线管领域，特别涉及一种x射线管焦点自动定位装置。
背景技术：
2.对x射线管检测时，需要检测x射线管的焦点位置，早期的x射线管检测仅仅专注于x射线管是否漏油的检测上，无法对x射线管的其他各种特性进行测试，例如一致性、稳定性、输出线性、是否放电等。
3.工作时，高压电源对x射线管施加几万伏的高压，x射线管产生x射线来激发被测样品。受激发的样品中的每种元素会放射出二次x射线(荧光x射线)，光电探测器会将这些不同波长的光转换为不同高度的脉冲信号，进而经过数字信号处理器转化为谱形数据，计算机控制器即可得到当前的计数率(x射线强度)。在高压电源输出恒定管压、管流且探测器参数恒定的情况下，x射线的强度与焦点和准直器的小孔的位置关系有因果关联，当x射线焦点位置与准直器小孔的中心点垂直于x射线管的法兰平面时，可以得到最大的x射线强度。
4.但是，目前的x射线管检测过程中，没有对x射线管进行焦点自动定位的装置，影响了检测的精度和效果。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种x射线管焦点自动定位装置，以解决至少一个上述技术问题。
6.为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种x射线管焦点自动定位装置，包括：控制器、xy轴移动平台、z轴移动平台，安装在所述xy轴移动平台上的x射线管、以及安装在所述z轴移动平台上的探测器和准直器，所述xy轴移动平台包括用于调整x射线管以找到焦点位置的x轴电机、y轴电机，所述z轴移动平台包括用于上下移动探测器位置以便于拆装x射线管的z轴电机；
7.所述控制器通过下述方式控制所述x轴电机、y轴电机、z电机实现x射线管焦点自动定位，包括：
8.设定d
x
为x轴电机上一次位置与移动后位置之间的距离，dy为y轴电机上一次位置与移动后位置的距离，x0为当前x轴坐标点，y0表示当前y轴坐标点；
9.将x轴电机、y轴电机移动到原点坐标并执行测试操作，所述测试操作包括：将z轴下降到测试位进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31-60s的平均计数率，并初始化dx和dy分别为不等于零的初始值；
10.步骤1，判断dx是否等于0，如果否，则移动x轴电机执行循环a；如果是，则表示x轴方向移动已经结束，将光管移动到坐标原点，执行所述测试操作，之后开始移动y轴电机执行循环b；
11.步骤2，在循环b结束后，根据循环a所得到的最终坐标点(x0,0.0)和循环b所得到的最终坐标点(0.0,y0)，得到这两个点的交点坐标为(x0,y0)，最终判定这个点为x射线管的焦点；
12.其中，所述循环a包括：
13.步骤a1，判断从当前坐标点向x轴正方向移动dx距离后，是否会超出用于防止发生机械碰撞的正方向x限位坐标点，如果是，x轴电机向正方向移动(正方向x限位坐标点-x0)的距离，如果否，x轴电机向正方向移动dx的距离；移动到位后，执行所述测试操作；
14.步骤a2，判断当前坐标点向x轴负方向移动2dx距离后,是否会超出用于防止发生机械碰撞的负方向x限位坐标点，如果否，则x轴电机向负方向移动2dx距离，如果是，则x轴电机向负方向移动(x0+|负正方向x限位坐标点|)的距离；移动到位后，执行所述测试操作；
15.步骤a3，对x轴方向上的最近三次测试操作获得的三个点位进行平均计数率的比较，保存平均计数率最大的坐标点位信息并移动至该点位，同时清除其余两组数据；
16.步骤a4，判断当前移动距离dx是否等于第一预定值，如果否，将dx缩减一半，返回步骤1继续执行循环a；如果是，将dx设置为0；
17.其中，所述循环b包括：
18.步骤b1，判断当前坐标点向y轴正方向移动dy距离后，是否会超出用于防止发生机械碰撞的正方向y限位坐标点，如果是，x轴电机向正方向移动(正方向y限位坐标点-y0)的距离，否则，y轴电机向正方向移动dy的距离；移动到位后，执行所述测试操作；
19.步骤b2，判断当前坐标点向y轴负方向移动2dy距离后,是否会超出用于防止发生机械碰撞的负方向y限位坐标点，如果是,y轴电机向负方向移动2dy的距离，否则，x轴电机向负方向移动(y0+|负正方向y限位坐标点|)的距离；移动到位后，执行所述测试操作；
20.步骤b3，对y轴方向上的最近三次测试操作获得的三个点位进行平均计数率的比较，保存平均计数率最大的坐标点位信息并移动至该点位，同时清除其余两组数据；
21.步骤b4，判断当前移动距离dy是否等于第二预定值，如果否，将dy缩减一半，返回步骤1继续执行循环b；如果是，将dy设置为0。
22.优选地，所述第一预定值、第二预定值均为0.1mm。
23.优选地，在所述控制器将光管移动到坐标点(x0,y0)后，根据勾股定律a2+b2＝c2判断(x0,y0)距离原点(0.0,0.0)的距离是否小于等于2毫米，如果是，则判定该光管的焦点位置合格，结束焦点定位测试，否则，判定该光管的焦点位置不合格，结束当前所有测试。
24.由于采用了上述技术方案，本发明可通过控制器控制xy轴电机来移动x射线管，同时根据探测器采样得到的数据判定x射线管的焦点是否与准直器的孔中心点的连线垂直于x射线管的法兰盘平面，形成一个闭环反馈控制系统，在对齐后，锁紧准直器与x射线管的法兰盘，继续测试x射线管的其他特性。
具体实施方式
25.以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
26.目前，由于各种装配封装生产工艺等问题，x射线管的实际焦斑和光管法兰的中心并不在同一个点上，通过本发明可用来寻找光管实际焦斑位置，从而得到最大x射线强度。
27.本发明中的x射线管焦点自动定位装置包括移动平台，移动平台包括xy轴移动平台和z轴移动平台。其中，z轴闭环步进电机带动z轴t型丝杆转动，从而带动z轴丝杆滑块上下移动；y轴闭环步进电机带动xy轴移动平台中y轴丝杆转动，从而带动x射线管y轴方向移
动；x轴闭环步进电机带动xy轴移动平台中x轴丝杆转动，从而带动x射线管x轴方向移动。
28.在本发明中，x射线管安装在xy轴移动平台上，探测器和准直器安装在z轴移动滑块上，保证探测器和准直器的相对位置不变，这样确保探测器和准直器不会对计数率产生影响。
29.工作时，控制器控制xy轴移动平台回到初始位置，此时x射线管法兰物理中心和准直器中心重合，当控制器控制xy轴移动平台往x轴正方向移动，此时焦斑离准直器中心越近，控制器测试计数率变大，当控制器控制xy轴移动平台往x轴反方向移动，此时焦斑离准直器中心越远，控制器测试计数率变小，当控制器控制xy轴移动平台往y轴正方向移动，此时焦斑离准直器中心越远，控制器测试计数率变小，当控制器控制xy轴移动平台往y轴反方向移动，此时焦斑离准直器中心越近，控制器测试计数率变大，当xy轴移动到测试数据数据计数率全部为最大值时，准直器中心与实际焦斑同心，光管实际焦斑位置确定。
30.其中，控制器可采用数字高压电源内置数字信号转接板方案，主控为arm cortex-m3(stm32f405)芯片，负责adc/dac采样和输出。同时与嵌入式主板通过485通信。
31.下面，对本发明中的焦点自动定位算法的定位流程进行详细说明：
32.在本发明中，测试操作通过下述方式实现：将z轴下降到测试位，进行60秒的测试，并记录每一秒的计数率数值，测试完成后再将z轴上升到安全位置，取第31秒-第60秒的计数率做平均，保存该位置的平均计数率值和当前位置xy坐标信息。
33.为了描述方便，本发明定义如下参数：
34.原点(0.0,0.0):x射线管法兰物理中心和准直器中心重合位置。
35.dx:x轴电机上一次位置与移动后位置的距离。
36.dy:y轴电机上一次位置与移动后位置的距离。
37.x0:表示当前x轴坐标点。
38.y0:表示当前y轴坐标点。
39.设定x射线管焦点位置在以坐标轴原点(0.0,0.0)为中心，半径2毫米的区域内，则判定为合格，设定x轴电机和y轴电机初始移动行程都为3.2毫米。光管通过x轴和y轴电机移动到设立的坐标原点(0.0,0.0)，执行测试操作。
40.本发明的整体流程如下：
41.首先，判断x轴电机的移动距离dx＝0？。如果dx≠0，则移动x轴电机执行循环a。如果dx＝0，则表示x轴方向移动已经结束，将光管移动到坐标原点，执行测试操作，然后，开始移动y轴电机执行循环b。
42.其次，在循环b结束后，根据循环a所得到的最终坐标点(x0,0.0)，循环b所得到的最终坐标点(0.0,y0)，得到这两个点的交点坐标为(x0,y0)，最终判定这个点为x射线管的焦点。
43.然后，将光管移动到坐标点(x0,y0)，再根据勾股定律a2+b2＝c2判断(x0,y0)距离原点(0.0,0.0)的距离是否小于等于2毫米。若距离小于等于2毫米则判定该光管的焦点位置合格，结束焦点定位测试。若(x0,y0)与原点(0.0,0.0)距离大于2毫米则判定该光管的焦点位置不合格，结束当前所有测试。
44.下面，对上述整体流程中涉及到的循环a和b分别进行详细说明(此结构装置限制焦点中心的x和y坐标不会超过原点中心的x和y坐标正负4mm处)。
45.(1)循环a：
46.判断当前坐标点向x轴正方向移动dx距离是否会到坐标点(4.0,0.0)的位置，防止因超出限位发生机械碰撞；若dx+x0》4.0则x轴电机向正方向移动(4.0-x0)毫米，若dx+x0《＝4.0则x轴电机向正方向移动dx毫米。移动到位后，执行测试操作。
47.判断当前坐标点向x轴负方向移动2dx距离,是否会到坐标点(-4.0,0.0)的位置，防止因超出限位发生机械碰撞。若x
0-2dx》＝-4.0,则x轴电机向负方向移动2dx距离；若x
0-2dx《-4.0,则x轴电机向负方向移动(x0+4.0)毫米。移动到位后，执行测试操作。
48.对这三个点位进行平均计数率的比较，保存平均计数率最大的坐标点位信息并清除其余两组数据。
49.判断当前移动距离dx＝0.1？。若dx≠0.1的话移动距离dx＝dx/2，将移动距离缩减一半。又因为x轴电机的移动距离dx≠0，继续循环a。若dx＝0.1则代表x轴电机已找到距离焦点最近的位置，再修改移动距离dx＝0表示x轴方向移动已经结束，循环结束。
50.(2)循环b：
51.判断当前坐标点向y轴正方向移动dy距离是否会到坐标点(0.0,4.0)的位置，防止因超出限位发生机械碰撞；若dy+y0》4.0则x轴电机向正方向移动(4.0-y0)毫米距离，若dy+y0《＝4.0则y轴电机向正方向移动dy毫米。移动到位后，执行测试操作。
52.判断当前坐标点向y轴负方向移动2dy距离,是否会到坐标点(0.0,-4.0)的位置，防止因超出限位发生机械碰撞。若y
0-2dy》＝-4.0,则y轴电机向负方向移动2dy距离；若y
0-2dy《-4.0,则x轴电机向负方向移动(y0+4.0)毫米。移动到位后，执行测试操作。
53.对这三个点位进行平均计数率的比较，保存平均计数率最大的坐标点位信息并清除其余两组数据。
54.判断当前移动距离dy＝0.1？。若dy≠0.1则移动距离dy＝dy/2，将移动距离缩减一半，继续循环b。若dy＝0.1则代表x轴电机已找到距离焦点最近的位置，循环结束。
55.下面，通过一个具体的实施例，对本发明的具体实施过程进行更为详细的解释说明。
56.首先，假设(-2.2,0.0)这个坐标点位为最靠近焦点的坐标点位，设置d
x
的初始移动行程为3.2mm。那么，x轴电机在循环a中的移动过程和原理如下：
57.x、y轴电机首先移动到原点坐标(0.0,0.0)进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
58.通过x0+dx＝3.2判断得x轴电机从原点(0.0,0.0)的位置向x轴正方向移动dx距离没有到达点位(4.0,0.0)。
59.①
从原点(0.0,0.0)向x轴正方向移动dx距离到达点位(3.2,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
60.通过x
0-2d
x
＝-3.2判断得x轴电机从坐标点(3.2,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离没有到达点位(-4.0,0.0)。
61.②
从坐标点(3.2,0.0)向x轴负方向移动2d
x
距离到达点位(-3.2,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
62.比较(0.0,0.0)、(3.2,0.0)、(-3.2,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
63.假定(-3.2,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(0.0,0.0)、(3.2,0.0)这两个坐标点的信息。
64.由于此时的d
x
还不为0.1mm，下一次向正方向移动的行程为d
x
＝3.2/2＝1.6mm。
65.通过x0+d
x
＝-1.6判断得x轴电机从坐标点(-3.2,0.0)的位置向x轴正方向移动d
x
距离没有到达点位(4.0,0.0)。
66.③
从坐标点(-3.2,0.0)向x轴正方向移动d
x
距离到达点位(-1.6,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
67.通过x
0-2d
x
＝-4.8判断得x轴电机从坐标点(-1.6,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离会超过坐标点(-4.0,0.0)。所以向x轴负方向移动x
0-(-4.0)＝2.4mm。
68.④
从坐标点(-1.6,0.0)向x轴负方向移动2.4mm到达点位(-4,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
69.比较(-3.2,0.0)，(-1.6,0.0)、(-4.0,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
70.假定(-1.6,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(-3.2,0.0)、(-4.0,0.0)这两个坐标点的信息。
71.由于此时的d
x
还不为0.1mm，下一次向正方向移动的行程为d
x
＝1.6/2＝0.8mm。
72.通过x0+d
x
＝-0.8判断得x轴电机从坐标点(-1.6,0.0)的位置向x轴正方向移动d
x
距离没有到达点位(4.0,0.0)。
73.⑤
从坐标点(-1.6,0.0)向x轴正方向移动d
x
距离到达点位(-0.8,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
74.通过x
0-2d
x
＝-2.4判断得x轴电机从坐标点(-0.8,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离没有到达点位(-4.0,0.0)。
75.⑥
从坐标点(-0.8,0.0)向x轴负方向移动2d
x
距离到达点位(-2.4,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
76.比较(-1.6,0.0)，(-0.8,0.0)、(-2.4,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
77.假定(-2.4,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(-0.8,0.0)、(-1.6,0.0)这两个坐标点的信息。
78.由于此时的d
x
还不为0.1mm，下一次向正方向移动的行程为d
x
＝0.8/2＝0.4mm。
79.通过x0+d
x
＝-2.0判断得x轴电机从坐标点(-2.4,0.0)的位置向x轴正方向移动d
x
距离没有到达点位(4.0,0.0)。
80.⑦
从坐标点(-2.4,0.0)向x轴正方向移动d
x
距离到达点位(-2.0,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
81.通过x
0-2d
x
＝-2.8判断得x轴电机从坐标点(-2.0,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离没有到达点位(-4.0,0.0)。
82.⑧
从坐标点(-2.0,0.0)向x轴负方向移动2d
x
距离到达点位(-2.8,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
83.比较(-2.4,0.0)，(-2.0,0.0)、(-2.8,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
84.假定(-2.0,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(-2.4,0.0)、(-2.8,0.0)这两个坐标点的信息。
85.由于此时的d
x
还不为0.1mm，下一次向正方向移动的行程为d
x
＝0.4/2＝0.2mm。
86.通过x0+d
x
＝-1.8判断得x轴电机从坐标点(-2.0,0.0)的位置向x轴正方向移动d
x
距离没有到达点位(4.0,0.0)。
87.⑨
从坐标点(-2.0,0.0)向x轴正方向移动d
x
距离到达点位(-1.8,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
88.通过x
0-2d
x
＝-2.2判断得x轴电机从坐标点(-1.8,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离没有到达点位(-4.0,0.0)。
89.⑩
从坐标点(-1.8,0.0)向x轴负方向移动2d
x
距离到达点位(-2.2,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
90.比较(-2.0,0.0)，(-1.8,0.0)、(-2.2,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
91.假定(-2.2,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(-2.0,0.0)、(-1.8,0.0)这两个坐标点的信息。
92.由于此时的d
x
还不为0.1mm，下一次向正方向移动的行程为d
x
＝0.2/2＝0.1mm。
93.通过x0+d
x
＝-2.1判断得x轴电机从坐标点(-2.2,0.0)的位置向x轴正方向移动d
x
距离没有到达点位(4.0,0.0)。
94.从坐标点(-2.2,0.0)向x轴正方向移动d
x
距离到达点位(-2.1,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
95.通过x
0-2d
x
＝-2.3判断得x轴电机从坐标点(-2.1,0.0)的位置向x轴负方向移动2d
x
距离没有到达点位(-4.0,0.0)。
96.从坐标点(-2.1,0.0)向x轴负方向移动2d
x
距离到达点位(-2.3,0.0),在这个点位上进行60s的测试并保存每一秒的计数率，在测试完成后保存该点的坐标信息和第31s-第60s的平均计数率；
97.比较(-2.2,0.0)，(-2.1,0.0)、(-2.3,0.0)这三个点的平均计数率的大小。
98.假定(-2.2,0.0)这个点的平均计数率最大，移动到这个坐标点位，以这个坐标点为下一次移动的起始点，清除掉(-2.0,0.0)、(-1.8,0.0)这两个坐标点的信息。
99.由于此时d
x
＝0.1mm，x轴电机已经到达了最小步进，最后的(-2.2,0.0)这个点位就认定为距离焦点最近的位置。修改d
x
＝0.0mm，标识为x轴电机已经找到了离焦点最近的坐标点。然后再移动到原点(0.0,0.0),开始y轴方向的寻找。
100.由于采用了上述技术方案，本发明可通过控制器控制xy轴电机来移动x射线管，同
时根据探测器采样得到的数据判定x射线管的焦点是否与准直器的孔中心点的连线垂直于x射线管的法兰盘平面，形成一个闭环反馈控制系统，在对齐后，锁紧准直器与x射线管的法兰盘，继续测试x射线管的其他特性，在本发明投入使用后，x射线管的品质检查更严格后，未来x射线管的故障率将大幅降低。
101.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。