专利名称：电子式射线片三维检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子式射线片三维检测仪。
在现有技术中，用射线检测物体内部缺陷所用的方法基本上是采用机械式方法对三维射线片进行三维测量。如CN6575号所公布的，根据体视再现效应的光学原形毕露理，利用被测物体的一对X-射线相片量测物体内部特征的位置。
本实用新型的目的在于提供一种以多个传感器转换机械移动信号，再以数据处理器接收由传感器所测量的数据，精确计算物体内部特征或缺陷位置的电子式射线片三维检测仪。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为在具有左、右两个射线底片盘(12)、(14)，用以显示或悬挂被测物的一对相片；底片盘中设有光源；所述左右两个射线底片盘由两个支柱(20)、(22)支撑，并安装在一个沿底座横向滑动的滑床之上，此滑床称为主要滑床(30)；两个射线底片盘中，有一个射线底片盘是固定在一个可沿主要滑床横向滑动的次要滑床(28)上；该支柱(20)可以是固定在次要滑床(28)或属于次要滑床(28)的一部分；支柱(22)则是固定在主要滑床(30)或属于主要滑床(30)的一部分；由导轨(24)、(26)形成一个沟槽，次要滑床(28)可在其中滑动，该滑动可由人力转动或其它动力机械装置驱动；主要滑床(30)也有类似的驱动机构(38)、(40)，可同时移动左右两个射线底片盘；该套机构被固定在一个射线底片盘底座(42)上；在左右两个射线底片盘附近，各设有一个纵跨底片盘的测标线，该测标线不随底片盘移动；在底片盘附近，设有一个能双眼分别观察底片影像的光学装置，该光学装置安装在一个纵向滑轨上，该滑轨固定在一个支架上；其特征在于所述主要滑床附带有一个位移传感器，用以测量主要滑床的滑动距离；所述次要滑床附带有至少一个位移传感器，同样用以测量该次要滑床在主要滑床上做相对运动的滑动距离；所述的主要滑床和次要滑床上的位移传感器的输出端与一个数据处理器相连接。
所述位移传感器可采用线性可变微分变压器，其内部主要含有核心电枢(15b)，连接到推拉杆(15a)，推拉杆与滑床运动体相连接并随之而动，外壳(11)可连接到相应固定不动的部件上，可以是滑床的底座。
所述位移传感器可采用光编码器，将发光二极管和光电晶体管分别固定在滑床的固定部件上，将主标尺及一个副标尺固定于滑床的运动部件上，使主标尺及副标尺位于发光二极管和光电晶体管之间；所述主标尺及副标尺上有标尺参考点标志。
所述位移传感器可以由激光测距器或光纤测距器组成。
在两个底片盘中，设有一个可进行纵横两个方向测量的滑尺或位移传感器，并与数据处理器相连接。
在主要滑床和次要滑档上另外设有一个游标测量器或螺旋测量器。
所述底片盘及光学装置为直立式；该检测仪整体结构可设在一个可以调整高度的直立支架上。
底片盘周围可在适当位置安置磁性材料，用以吸附用于压片的铁片。
本实用新型与传统的装置相比，具有如下优点1.传统装置完全依赖观察者对于千分尺(螺旋测量器)上刻度值主观读出的数据作为计算基础，由于各人眼力不同，测量数值有较大的误差。本实用新型由精密的位移传感器客观、精确并迅速量出位移数值。千分尺或游标测量器可用来相互验证。
2.由位移传感器传送的数据可以经由数据处理器同时进行计算，在观察测量结束后，缺陷(X、Y、Z)坐标值也瞬时算出并显示，可免去在观察后再计算的繁琐手续。医生可争取时间作较为迅速的应变措施。
3.直立式装置较合乎人体工学原理，并合乎观察者习惯。
图面说明
图1本实用新型的主要结构图。
图2光学系统内部的光路径图。
图3拍摄时，铅标记点G和特征点A及其像点的关系示意图，拍摄第一张底片后，X射线源由S1移到S2再拍一张。
图4X射线源保持不动，第二张底片的位置像由第一张底片位置向右移动一定距离后确定。
图5拍摄时，铅标记点G，K和特征点A及其像点的关系示意图。此图用以推导深度距离Z的公式。
图6拍摄时，铅标记点G和特征点A及其像点的关系示意图。此图用以推导横向距离X的公式。
图7拍摄时，铅标记点G和特征点A及其像点的关系示意图。此图用以推导纵向距离Y的公式。
图8测量深度距离Z公式的流程图。
图9线性可变微分变压器(LVDT)作为位移传感器的原理示意图。
图10光电编码器作为位移传感器的原理示意图。
本实用新型的解决方案如下参见图1具有左右两个射线底片盘12，14，用以显示或悬挂被测物的一对相片。底片盘中设有光源。
在两个射线底片盘附近，各设有一个纵跨底片盘的测标线16，18，该测标线固定在底座42，不随底片盘移动，作为测量底片盘位移距离的参考线。该两测标线16，18亦可分别垂直挂在物镜保护外壳44，46上。
左右两个射线底片盘由两个支柱20，22支撑住，并安装在一个沿底座横向滑动的滑床之上，此滑床称为主要滑床30。
两个射线底片盘中，有一个射线底片盘是固定在一个可沿主要滑床横向滑动的次要滑床28上。(图1显示的是左射线底片盘，但它也可以是右射线底片盘。)该支柱20可以是固定在次要滑床28或属于次要滑床28的一部份。支柱22则是固定在主要滑床30或属于主要滑床30的一部份。
导轨24，26形成一个沟槽，次要滑床28可在其中滑动，该滑动可由某种驱动机构驱动。图1显示的驱动机构是螺纹轴32，轴承33，螺旋测量计(又称千分尺)34，和旋转把手36。转动旋转把手可推动次要滑床28前进或后退(即左右横向移动)。旋转把手由人力转动或由其它动力机械驱动，例如电动机械，油压活塞，气压，电螺线管，步进电机等。次要滑床上附有位移传感器(例如光电编码器)的一部份47，传感器的另一相对部分48固定在导轨26上。
主要滑床30也有类似的驱动机构38，40，可同时移动左右两个射线底片盘，并附带有相似的位移传感器37，39；此外尚可另外配备一个游标测量器或千分尺，用以测量主要滑床的滑动距离。次要滑床只移动一个射线底片盘。左右两个驱动机构不一定要一样。这整套机构坐落在一个射线底片盘底座42上。图1只显示一种可行的滑床，但任何可作线性移动的机构都可使用。
位移传感器被用以测量主要滑床和次要滑床的滑动距离，有很多种不同的仪表器件可用以测量移动距离，例如光电编码器，激光测距器(Laser Dispacement Meter)，光纤测距器，线性可变微分变压器(Linear variable Differential Transformer，LVDT)等。使用其它的滑床驱动机构或距离测量机构可视为本实用新型的简易变化。
位移传感器可将机械式的位移信号转换为类比或数值(数位式)电子信号。这种位移传感器常见于物理测量上。例如线性可变微分变压器(LVDT)。类比电子信号还可更进一步转换为数位式电子信号，该数位式电子信号可直接由数位显示器显示。例如液晶显示器。该数位式电子信号也可由电子计算机49直接或间接接收，由电子计算机计算出底片盘位移距离和代测物体内部特征的坐标位置。
必须特别申明的是，位移传感器系本实用新型必要的一部分，至少要有两套，一套用在主要滑床，另一套用在次要滑床。额外的第三套可用在光学观察系统，以便测量物镜(在保护套44及46内)上下滑动时的距离(上下滑动为坐标上的Y方向)。第一套及第二套所得出的位移数据是数据处理器43所必须获得的数据，该数据可用来自动计算结构或人体特征(或缺陷)的深度(Z坐标值)，同样的数据也可用来计算出横向(左右)位置(X坐标值)，但X坐标值及Y坐标值皆可由底片盘上的纵横刻度尺上读出。在本实用新型所提出的装置，千分尺或游标测微器并非必要零组件，但分别在主要滑床及次要滑床上各设有千分尺或测微器比较有利，它们可用来核对由位移传感器所重得的数据，当位移传感器偶尔出故障时可以取代该传感器以提供必要的位移数据。
本实用新型具有一个光学观察系统，可以观察左右两个射线底片盘12，14中的射线片。参考图1该光学观察系统位于保护盒44，46，48中。盒中的镜片和透镜可将两个射线底片盘射出的光线导人一个可调望远镜50的两个目镜52，54，目镜52，54分别由观测者的左眼及右眼观察。该光学观察系统提供两个分别的光学路径，以达到体视再现的效果用右眼观察由右眼角度拍摄的射线底片，用左眼观察由左眼角度拍摄的射线底片。
参考图2两个射线底片的影像3a，3b，借助镜片4a，4b和菱镜5a，5b的反射，再透过目镜52，54(图1)内的透镜6a，6b(图2)，到达观察者的双眼。
该光学观察系统的底座56有调整高度的机构(螺杆57a，57b及转轮5a)，任何可滑动的固定装置，滚珠轴承螺丝，链条轮，都可用来使光学观察系统升高或降低。该光学观察系统底座56和射线底片盘底座42由一个底座62联接在一起。(图1中，底座42和62被画成分开，事实上两者十分接近，或是联结起来的)。
参考图3-8说明本实用新型的三维检测原理在拍摄相片或产生射线影像之前，要设置相片定向标记和测量参考点。参考点是根据测量要求而定。如要测出物件表面到内部特征点的垂直深度，则应在物件表面设置一个铅标记点，拍摄的基本方法参见图3。底片P1放在物件之后，射线源置于S1处，以焦距F拍摄第一次。在底片P1上得到铅标记点G的像点g1和特征点A的像点a1，射线源移动一个距离B后，置于S2处，以焦距F拍摄第二次。在底片P2上得到铅标记点G的像点g2和特征点A的像点a2。如果射线源不动，物件移动一个距离B，其它参数不变，可以得到同样结果的相片，参见图4。
参见图3可推导出铅标记点G到特征点A的深度公式设ZGA是G点到A点的垂直距离。h是物件的厚度。H＝F-h因ΔS1AS2～Δa1Aa2故a1a2/B＝(h-ZGA)/(H+ZGA)则ZGA＝(B×h-a1a2×h)/(B+a1a2)(a)因ΔS1GS2～Δg1Gg2故g1g2/B＝h/H则h＝g1g2×H/B(b)ZGA＝H(g1g2-a1a2)/(B+a1a2)＝(H×(g1g2-a1a2)/B〕×(1+a1a2/B)-1(c)在射线拍摄中，ZGA＜＜H，a1a2＜＜B，所以(C)式可简化为ZGA＝H(g1g2-a1a2)/B(d)上式中，H和B是在拍摄时可确定的参数，(g1g2-a1a2)是能在仪器上透过观测底片P1，P2测量出的参数。因此，只要在仪器上测出(g1g2-a1a2)，便可计算出ZGA的具体值。
测量(g1g2-a1a2)的方法如下参见图8，步骤1根据相片的定向标记正确放置底片P1，P2。
步骤2移动主要滑床30，右眼单眼观察，使右测标线18对准右标记像点g2。
步骤3移动次要滑床28，左眼单眼观察，使左测标线16对准左标记像点g1。然后双眼观察，微微移动次要滑床28，使测标线的深度和铅标记点G平齐。记下次要滑床28的移动距离(g1、g2)。
步骤4移动主要滑床30，右眼单眼观察，使右测标线18对准右像点a2。
步骤5移动次要滑床28，左眼单眼观察，使左测标线16对准左像点a1。然后双眼观察，微微移动次要滑床28，使测标线的深度和特征点A平齐。记下次要滑床28的移动距离(a1a2)。
步骤6计算出(g1g2-a1a2)在射线拍摄中，焦距F是一个不可能精确测量的摄影参数，从而使H＝F-h也不可能很能很精确，因此ZGA就存在着较大的误差。为了避免此可能的误差，可在物件下表面再设一个铅标记点K。参见图4，可推导出ZGA的另一公式由(b)式导出H＝B×h/(g1g2-a1a2)将结果代入(c)式导出故ZGA＝h×(g1g2-a1a2)/(g1g2)又设a1a2＝(Ka1-Ka2)；g1g2＝(Kg1-Kg2)故ZGA＝h×(1-(Ka1-Ka2)/(Kg1-Kg2)〕式中h是一个可以准确测量的参数，(Ka1-Ka2)和(Kg1-Kg2)是可以在本仪器准确测量的参数，其测量方法如(g1g2-a1a2)，这样可以大幅提高ZGA的测量精度。
根据图6可推导出铅标记点G到特征点A的横向距离参见图6，先作射线源S1S2到焦片P的垂直线，然后设XGA为G点到A点的横向距离，Xg为g1点到垂直线的距离；XA为A点到垂直线的距离；Xa为a1点到垂直线的距离；Xg为g1点到垂直线的距离；因tgΘ＝XG/H＝Xg/F故XG＝(Xg×H)/F；及Xg＝(XG×F)/H又因tgΦ＝XA/(H+ZGA)＝Xa/F故XA＝〔Xa×(H+ZGA)〕/F；及Xa＝(F×XA)/(H+ZGA)；
又设像点g1到像点g2的横向距离为ΔXag则ΔXag＝Xg-Xa将前述Xa式和Xg式代入上式，则ΔXag＝(F×XG/H〕/F-((F×XA)/(H+ZGA)〕；XA＝(H+ZGA)×〔F×XG-H×ΔXga〕/〔F×H〕又因XGA＝XG-XA，且拍摄时保证XG＝B/2，则上式等号两边都减去XG＝B/2，得出XGA＝(B/2)-〔(H+ZGA)×〔(F×B/2)-(H×ΔXga)〕/〔F×H〕〕式中，ΔXga是未知量，可利用本仪器直接测量后，代入XGA式算出具体值。
利用相同原理，根据图6可推导出铅标记点G到特征点A的纵向距离YGA，即采用相同的方法，先导出YA＝〔F×YG×(H+ZGA)-(H×(H+ZGA)×ΔYga)〕/〔F×H〕)然后在等式两边同时减去YG，则可得YGA＝〔ΔYga×(H+ZGA)/F〕-(YG×ZGA/H〕在实际测量中，ZGA＜＜H，故可省略第二项而得到YGA＝〔ΔYga×〔H+ZGA)/F〕本仪器可测量ΔYga，并将该值代入YGA式则可算出YGA的具体数值。
在XGA和YGA式中仍存在着无法精确测量的F和H，为了避免这些测量误差，由(b)式h＝g1g2×H/B；又g1g2＝(Kg1-Kg2)故H＝h×B/(Kg1-Kg2)；F＝H+h＝h〔1+B/(Kg1-Kg2)〕本仪器可精确测量(Kg1-Kg2)，其测量方法与测量(g1g2-a1a2)方法相似，参见前述步骤1至步骤6，使用本法可避免使用无法精确测量的F和H。
下面根据实施例详细说明本仪器的结构。参见图1该仪器具有一个底座42，在底座上设有主要滑床30及主要滑床的驱动机构38，40，该主要滑床设有位移传感器37，39并附带有螺旋测量计38。在主要滑床上设有次要滑床28和该次要滑床的驱动机构24，36。该次要滑床设有位移传感器45，47并附带有螺旋测微计34。在主要滑床上和次要滑床上分别固宽了左右两个射结底片盘12，14，底片盘中设有光源。在左右两个射线底片盘附近，各设有一个测标线，在底片盘附近，设有光学系统，该光学系统安装在一个纵向滑轨上，该滑轨固定在一个支架上。在传感器附近设有数据处理器。两个射结底片的影像，借助镜片4a，4b和菱镜5a，5b的反射，再透过目镜52，54内的透镜6a，6b，到达观事者的双眼，光学观察系统的底座56有滚珠轴承螺丝用以调整高度。由于主要滑床可在横向左右移动，光学观察系统可上下调整高度，所以相片盒上的每一个位置都可以被观察到。
线性可变微分变压器(LVDT)系极为通用的位移传感器，其结构(见图9)内部主要含有核心电枢(Armature)15b，连接到推拉杆15a(Push Rod)，推拉杆与运动物体(例如主要滑床30，参见图1)相连接并随之而动，LVDT的外壳11则可连接到相应的固定不动的零组件上(例如主滑床的底座42)，外壳11之内包有三个感应线圈主线圈、次线圈一及次线圈二。由外界所提供的工作电压(一般在0.5V到5V之阁，频率1千至3万Hz之间)传送到主线圈上，由核心电枢感应到次线圈一及次线圈二上，当核心电枢15b在中央位置，次线圈一及次线圈二将有等量的感应电压，但该对次线圈系反向相接，因此其输出电压总和为零(相互抵消)，当电枢15b移动进入次线圈一(离开次线圈二)，则次线圈一将有较强的感应信号，其输出的信号包含波形及相差，与位移的大小及方向有直接关系，可据以求出位移数据，该数据并可传送到数据她理器43，并可直接或间接传送到电脑49(图1)。
另一种方便有效的位移传感器为光电编码器(Optical Encoder)，其原理参见图10。该图仅用以显示各种可行的光电编码器的其中一种，图10所示的位移传感器在数控铣床上非常通用。该编码器含有一个发光二极管55(LED)及相应配套的光电晶体管61(Phototransistor或光电检波器)，在发光二极管及光电晶体管之间有个主标尺51及一个副标尺53或称指数标尺(lndex Scale)，主标尺及副标尺上刻划有标尺参考点标志63。当主标尺51相对于副标尺53移动时，穿透副标尺光栅(Gratings)的光强度的变化周期与光栅间距相同，光强度变化可由光电晶体管转化成电子信号，并以两相输出(A相及B相)，两相输出波形间相差为90度，这些输出信号侍送到数据处理器43(图1)中以便计算并显示位移方向及大小。
由于外科医生习惯于站着观察悬挂在墙上的X射卸底片，我们认为将底片盘及整个装置竖立起来较合乎医生习惯，整个仪器可以安装在一个直立式并可调节上下高度的架子上比较有利。
底片盘周围可在适当位置安置磁性材料(例如永久磁铁)，用以吸附镜片，镜片可帮忙把底片压在底片盘上；其他安装或吸附底片的方法也可以使用，但使用镜片及永久磁铁相当方便。
底片盘周围也可附有横向及纵向标尺，便利测量材料特征的X及Y坐标值，该值可与经由位移传感器所测得的数据互相比较并验证。
权利要求1.一种电子式射线片三维检测仪，它具有左右两个射线底片盘(12)、(14)，用以显示或悬挂被测物的一对相片；底片盘中设有光源；所述左右两个射线底片盘由两个支柱(20)、(22)支撑，并安装在一个沿底座横向滑动的滑床之上，此滑床称为主要滑床(30)；两个射线底片盘中，有一个射线底片盘是固定在一个可沿主要滑床横向滑动的次要滑床(28)上；该支柱(20)可以是固定在次要滑床(28)或属于次要滑床(28)的一部分；支柱(22)则是固定在主要滑床(30)或属于主要滑床(30)的一部分；由导轨(24)、(26)形成一个沟槽，次要滑床(28)可在其中滑动，该滑动可由人力转动或其它动力机械装置驱动；主要滑床(30)也有类似的驱动机构(38)、(40)，可同时移动左右两个射线底片盘；该套机构被固定在一个射线底片盘底座(42)上；在左右两个射线底片盘附近，各设有一个纵跨底片盘的测标线，该测标线不随底片盘移动；在底片盘附近，设有一个能双眼分别观察底片影像的光学装置，该光学装置安装在一个纵向滑轨上，该滑轨固定在一个支架上；其特征在于在所述主要滑床附带有一个测量主要滑床的滑动距离位移传感器，所述次要滑床的固定部件和运动部件上安装至少一个用以测量该次要滑床在主要滑床上做相对运动的滑动距离的位移传感器，所述的主要滑床和次要滑床上的位移传感器的输出端与一个数据处理器相连接。
2.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于所述位移传感器可采用线性可变微分变压器，其内部主要含有核心电枢(15b)，连接到推拉杆(15a)，推拉杆与滑床运动体相连接并随之而动，外壳(11)可连接到相应的固定不动的部件上，可以是滑床的底座。
3.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于所述位移传感器可采用光编码器，将光二极管和光电晶体管管分别固定在滑床的固定部件上，将主标尺及一个副标尺固定于滑床的运动部件上，使主标尺及副标尺位于发光二极管和光电晶体管之间；所述主标尺及副标尺上有标尺参考点标志。
4.如权利要求2所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于所述位移传感器可以由激光距器或光纤测距器组成。
5.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于在两个底片盘中，设有一个可进行纵横两个方向测量的滑尺或位移传感器，并与数据处理器相连接。
6.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于在主要滑床和次要滑档上另外设有一个游标测量器或螺旋测量器。
7.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于所述底片盘及光学装置为直立式；该检测仪整体结构可设在一个可以调整高度的直立支架上。
8.如权利要求1所述的一种电子式射线片三维检测仪，其特征在于底片盘周围可在适当位置安置用以吸附用于压片的铁片磁性材料。
专利摘要本实用新型公布了一种电子式射线片三维检测仪。该检测仪由射线底片盘、主、次要滑床、底座和一个能双眼分别观察底片影像的光学装置组成。其特征在于:主要滑床和次要滑床上各附带有至少一个位移传感器。该检测仪根据体视再现效应光学原理,利用被测物的一对相片在左右作相对移动时产生的视差,以多个传感器测量相片相对位移并使用数据处理器接受由传感器所测量的位移数据,并计算物体或人体内部特征或缺陷位置。
文档编号G01N23/18GK2493932SQ0121934
公开日2002年5月29日 申请日期2001年4月12日 优先权日2001年4月12日
发明者黄文强, 张博增 申请人:张湘桥, 黄文强, 张博增