一种基于X射线的珍珠层厚度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种珍珠质量检测技术，尤其是涉及一种基于x射线的珍珠层厚度测量装置及测量方法。

背景技术：

随着有核养殖珍珠技术的快速发展，许多企业自身对严格把控珍珠的质量有了更高的要求，包括珍珠的大小、圆度、颜色、光泽、光洁度等，重中之重的则是珍珠层的厚度，也是衡量珍珠价值最重要的指标，珍珠层厚度亦是决定珍珠作为珠宝使用长久性的主要决定指标，有关厚度的检测势在必行。然而目前市场上并无成熟的技术能够快速准确的检测珍珠层的厚度，缺乏行之有效的检测手段导致市场上鱼龙混杂，以次充好的情况时有发生，这对规范市场秩序以及提升企业品牌形象都造成了障碍，是珍珠产业发展道路上急需攻克的难关。

对于珍珠珠层厚度，目前主要使用检测技术有x射线照相技术和光学相干层析成像技术。但目前这两项技术都存在一些缺陷。光学相干层析技术通过物体表面背向的反射和散射信号，可以检测物体表面浅层剖面的结构信息。但该技术一般只能测量2mm以下厚度的珍珠层，对目前市场上大量厚度3mm左右的爱迪生珍珠等无能为力。该技术测量速度很快，但一次只能测量一个方向的剖面，如要检测珍珠一周的厚度需要的测量时间也会比较长。此外，此技术虽然测量精密度较高，但由于其结果计算中必须使用待测物质折射率的准确数值，有系统性的误差难以消除。

x射线照相技术使用x射线穿透待测物，然后使用x射线接收器接收，利用x射线对不同物质的穿透特性差异来形成图像。由于采用照相的方式形成图片，可以直观的同时测量珍珠一周的珠层厚度。但现有的x射线检测技术在珍珠检测上还存在几个重要的技术缺陷：

(1)精度低：检测区域远大于珍珠的大小，而分辨率和精度却达不到检测的需求；

(2)检测范围小：只能测量一个方向的照相图像，而珠层厚度测量一般至少需要x、y、z三个方向的照相图像；

(3)图像对比度低或过度曝光：x射线照相普遍存在对比度过低的问题，而如果直接做对比度拉伸，则会出现珍珠图像边缘过度曝光的问题，这会导致无法准确找到珍珠的边界，进而影响珍珠珠层厚度的测量。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、测量全面快速的基于x射线的珍珠层厚度测量装置及测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于x射线的珍珠层厚度测量装置，包括依次设置的x射线源、三轴测试盒和x射线探测器，其中，

所述三轴测试盒为标准立方体结构，其中心设有样品容纳腔，所述标准立方体的每一面上都开设有镂空窗口。

进一步地，所述三轴测试盒包括通过转轴连接的样品盒和样品盒盖。

进一步地，所述样品盒和样品盒盖的接触面呈六边形，该六边形由与所述标准立方体对角两个顶点不相邻的六条棱的中点组成。

进一步地，所述样品盒上设有卡勾，所述样品盒盖上设有与所述卡勾对应的卡槽。

进一步地，所述样品盒和样品盒盖在接触面上均设置有弹性薄膜。

进一步地，所述弹性薄膜通过压圈固定。

进一步地，所述三轴测试盒为塑料测试盒。

进一步地，所述x射线源和x射线探测器间的距离满足以下公式：

n≤el/(p+e)

其中，n为待测样品中心和x射线探测器间的距离，l为x射线源和x射线探测器间的距离，e为x射线探测器的像素间隔，p为x射线源的焦点的大小。

本发明还提供一种采用所述的基于x射线的珍珠层厚度测量装置的珍珠层厚度测量方法，包括以下步骤：

1)将装有待测珍珠的三轴测试盒的某一面朝上；

2)调节x射线源的管电压至第一电压，该第一电压小于珍珠穿透电压；

3)采集x射线探测器获得的第一图像，从该第一图像中提取获得珍珠外轮廓；

4)调节x射线源的管电压至第二电压，该第二电压大于珍珠穿透电压；

5)采集x射线探测器获得的第二图像，从该第二图像中通过拟合方式获得珍珠核拟合圆；

6)基于所述珍珠外轮廓及珍珠核拟合圆计算珍珠层厚度；

7)重复执行步骤1)-6)，获得x、y、z三个方向的珍珠层厚度。

进一步地，所述珍珠核拟合圆具体获得步骤为：

调节测量时间使珍珠核图像最清晰，在珍珠核的边界上标记三个点构成三角形，计算三角形外接圆拟合获得所述珍珠核拟合圆。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明设计了特殊的三轴测试盒进行检测，三轴测试盒在实现固定珍珠样品的同时，可以完全避免对图像造成影响，解决了一般的测试盒或者夹具无法满足同时在x、y、z三个轴方向上对珍珠进行成像的问题。

2、本发明首次使用普通的x射线源和牙科用的小型x射线探测器搭配，通过公式计算得到了能发挥器件全部性能的最佳的距离，使得检测图像能获得很高的强度和清晰度。在牺牲了检测范围后，得到的图像超过了大多数微焦点x射线源与平板x射线探测器的效果，极大的减小了设备体积并缩减了成本。

3、本发明采用的二次成像法能够准确测量珍珠的外轮廓和珍珠核的位置，解决了珍珠层厚测量不准确的问题。

4、本发明三轴测试盒与二次成像法两者相结合，解决了无法准确测量珍珠多个方向珠层厚度的问题，使得对珍珠珠层厚度进行分级成为可能。

5、本发明设计的三轴测试盒各面上均开设有尽可能大的通孔，有效避开切分的部位，并为压圈的放置留出空间，且较为美观。

附图说明

图1为本发明三轴测试盒的结构示意图；

图2为本发明三轴测试盒的主视图；

图3为本发明三轴测试盒的爆炸图；

图4为本发明三轴测试盒的样品盒和样品盒盖的打开示意图；

图5为本发明样品盒的一个角度示意图；

图6为本发明样品盒的另一个角度示意图；

图7为本发明样品盒盖的一个角度示意图；

图8为本发明样品盒的另一个角度示意图；

图9为本发明测量装置的工作示意图；

图10为本发明测量过程中三轴测试盒x、y、z三个方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图9所示，本实施例提供一种基于x射线的珍珠层厚度测量装置，包括依次设置的x射线源1、三轴测试盒2和x射线探测器3，待测珍珠固定于三轴测试盒2内，x射线源1发出x射线完全穿透三轴测试盒2，照射于待测珍珠上，依珍珠不同部分各不相同的透过率，分别穿透或被吸收，最后投影在x射线探测器上，形成x射线照相，采集由x射线探测器3获得的成像，对成像进行分析从而获得待测珍珠的珍珠层厚度。

如图1所示，三轴测试盒2为标准立方体结构，其中心设有用于放置待测珍珠的样品容纳腔，所述标准立方体的每一面上都开设有镂空窗口25，即设置通孔，以保证x射线穿透珍珠过程中无障碍物，以避免对测试结果造成影响。

本实施例中，三轴测试盒2为塑料测试盒。

如图2-图4所示，三轴测试盒2包括通过转轴连接的样品盒21和样品盒盖22。样品盒21和样品盒盖22的接触面(即标准立方体的切分面)呈六面形，该六面形由与所述标准立方体对角两个顶点不相邻的六条棱的中点组成，只有这样才能完全避开测试盒接合处在x射线图像上出现线状投影干扰。此干扰不但会影响成像效果，而且会导致图像变形，使得测量得到的珍珠层厚度不准确。如以其它方式切分，能够避开x、y、z三个方向中的一到两个方向的干扰，但无法在三个方向上都做到完全避开干扰。样品盒21和样品盒盖22在接触面上均设置有弹性薄膜23。弹性薄膜23通过压圈24固定。弹性薄膜23可采用塑料弹性薄膜。测试盒合上以后，两个切分面上的塑料弹性薄膜夹紧起到固定珍珠样品的作用。

如图1所示，标准立方体的每一面上开设的镂空窗口25也呈六边形，且该六边形为对称结构，具有与对应每一面上的切分边的相平行的一对平行边，使得通孔尽可能大、不影响测试的情况下，又保证待测珍珠能稳定放置于所述样品容纳腔内。

如图5-图8所示，样品盒21上设有卡勾211，样品盒盖22上设有与所述卡勾211对应的卡槽221。

如图9所示，为获得最大的探测强度，x射线需正好覆盖整个探测器。α为x射线源的散射角，u、v为探测器的长度和宽度，探测器到x射线源的距离为l，则有：

焦点的直径大小为p，焦点穿过珍珠边界上任意一点后在探测器上的投影直径大小为q。m为x射线源到珍珠中心的距离，n为珍珠中心到探测器的距离，根据相似三角形有：

p/q＝m/n

探测器的像素间隔为e。为获得探测器的最佳分辨率，要保证：

e≥q＝pn/m＝pn/(l-n)

有：

n≤el/(p+e)

在满足探测器最大分辨率的条件下，为使图像尽可能清晰，应尽可能获得更大的图像放大率。图像放大率为c，有：

c=l/(l-n)

由此可知，当n越大，则图像放大率越大，图像越清晰。

因此有，当：

n=el/(p+e)

时，整个系统不但满足最佳的探测器分辨率，同时获得了最大的图像放大率，得到了最清晰的x射线照相。

采用上述基于x射线的珍珠层厚度测量装置进行珍珠层厚度测量的具体步骤包括：

1)将装有待测珍珠的三轴测试盒的某一面朝上；

2)调节x射线源的管电压至第一电压，该第一电压小于珍珠穿透电压；

3)采集x射线探测器获得的第一图像，从该第一图像中提取获得珍珠外轮廓；

4)调节x射线源的管电压至第二电压，该第二电压大于珍珠穿透电压；

5)采集x射线探测器获得的第二图像，从该第二图像中通过拟合方式获得珍珠核拟合圆，具体地：

调节测量时间使珍珠核图像最清晰，在珍珠核上标记三个点构成三角形，计算三角形外接圆拟合获得所述珍珠核拟合圆；

6)基于所述珍珠外轮廓及珍珠核拟合圆计算珍珠层厚度；

7)重复执行步骤1)-6)，获得x、y、z三个方向的珍珠层厚度，如图10所示。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。