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1、I摘要工业 CT ，即工业计算机断层扫描成像（Industrial Computerized Tomography，简称 ICT） 是计算机技术与放射学相结合产生的一门新的成像技术，在无损检测（NDT ）与无损评价）NDE )领域得到了广泛应用.在工业 X射线 CT 检测系统中，工业 CT 机对其运动控制系统和微调机构提出了很高的精度要求,其运动精度将直接影响到工业 CT 机成像质量和检测精度。当对某一物体进行检测的时候，系统中的载物台机架会进行不断的运动，在运动过程中，机架将会伴随有机械径跳，径跳会影响到探测器接收到的光子数，最后对投影数据有一定的影响，进而影响重建出的物体图像。本文广泛深入
2、地进行了理论分析和实际调研,就扫描机械运动系统进行了设计，以实现比较精密的扫描，运用传统的动力学模型方法建立了适合平移运动控制系统的模型,进而得到更好的扫描图像。关键词：工业 CT； 无损检测； 扫描机械运动； 图像ABSTRACTIndustrial Computerized Tomography (ICT) is a new technology integrating computer technology with radiology. It is wide applied in NDT and NDE areas,which shows the internal structure
3、features, material density and flaw status of the detected object without damage. In industry X-ray CT detection system,industrial CT mechanism requires high precision in the motion control system and inching organ, the imaging quality and testing precision of industrial CT machine are affected dire
4、ctly by the level motion precision. when the object is tested, the rack which is carrying the object would continue to move. The mechanical radical rubout would IIfollow it during the moving process. The photons number would be influenced by the radical rubout, and then the projection data would be
5、changed. In the end, the reconstructed images would be affected. This paper has mainly design the movement of workbench ，in order to gain the best projection data.Keyword ：ICT；NDT；scanning mechanical movement；Reconstructed images III目 录摘 要ABSTRACT第一部分 ICT 机的简介-1.1 工业 CT 的工作原理-1.2 工业 CT 的基本结构-第二部分 方案
6、的选择- 2.1 功能要求-2.2 结构方案设计-2.3 使用元件-第三部分 ICT 机床的扫描机械运动部分设计-3.1 总体方案的确定-3.2 机械传动部件的选择-3.2.1导轨副的选用-3.2.2 丝杠螺母副的选用-3.2.3 步进电机的选用- 3.3 控制系统的设计 -3.4 机械传动部件的设计与选型-3.4.1 导轨上移动部件的重量估算 -IV3.4.2 滑动导轨副的计算与选型 -3.4.3滚珠丝杠螺母副的计算与选型 - 3.4.4 丝杠轴承支承座选择-3.4.5 步进电动机的计算与选型-3.4.5 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度-3.4.6 联轴器的选用及安装-3.5
7、 数控工作台的安装-3.5.1 数控工作台的使用注意事项-3.5.2 数控工作台的精度检测方法-第四部分 结论- 谢 辞-参考文献-V第一部分 ICT 机的简介工业 CT， 即工业计算机断层扫描成像技术（Industrial Computerized Tomography ，简称 ICT）在无损检测与无损质量评价领域得到了广泛应用。它的基本原理是：发射射线束对被测工件的某一选定断层层面进行扫描，探测器阵列测定透过工件的射线束强度，并转换成电信号，数据采集系统对电信号经过一系列处理后，获取与扫描透射射线强度成比例的数字化像素阵列数据，最后经过图像重建系统以二维灰度图像形式再现工件扫描断层层面内部
8、结构状况。工业 CT 是在医用 CT 的基础上发展起来的，用于工业产品进行无损检测和探伤的先进技术，能紧密、准确地再现物体内部的三维立体结构，定量地提供物体内部的物理、力学等特性，如缺陷的位置及尺寸、密度的变化及水平，最重要的是能对产品内腔进行无损检测，进而得到产品的二维或是三维模型，这一点是其他检测技术所无法比拟的,被认为是 20 世纪后期最伟大的科技成果之一2。工业 CT 检测的产品包括几毫米的电子元器件、火工品以及数米直径的大型火箭固体发动机等，产品千差万别，要求检测的范围、精度、扫描方式等各不相同3,，因此工业 CT 属单件定制产品，其控制系统也必须定制开发，实际上工业 CT 扫描过程
9、在很大程度上都是相同的，譬如 CT 扫描都是由分层运动、分度运动、插值运动三种运动合成，这样每次开发新产品的控制软件都做很多重复劳动，而且代码重用性差，生成效率低，更新修改维护及移植都比教困难，制约了企业的竞争力。现在随着软件技术的发展，面向对象技术，软件复用4等软件工程概念纷纷出现，为解决这个问题提供了良机。1.1 工业 CT 的原理工业CT 是利用射线在被测工件无损状态下,从多个方向以扫描方式透射被VI检测物体某断层,用专门的探测器把经过被检物射线衰减后的信息采集下来,通过计算机采用专门的图像重建算法,把被扫描断面以二维灰度图像形式展现出来,其检测直观结果就是被检断层的断面图像。通过这种C
10、T图像就可以清晰地看清被检物该断层内的结构层次、零件的材质情况、有无缺陷、装配的正确与否,帮助质检人员作出正确的结论。因此工业CT 被国际无损检测界誉为最佳无损检测手段。1.2 工业CT 系统结构如图1 所示,工业CT 系统通常由射线源、机械扫描系统、探测器系统、数据采集系统、计算机系统、屏蔽设施等组成。其中,射线源、机械扫描系统、探测器系统的组合对一台工业CT 的性能起决定作用。它决定了CT 系统的可能获得的信息质量。射线源图 1Fig.1 .the structure of ICT各部分的基本作用：射线源系统 1射线源系统产生扫描检测用的射线束。按射线能量分，射线源有产生高能X射线的加速器
11、源、产生中能X射线的放射性同位素源及产生低能射线的X 射线管源三类。射线能量决定了射线的穿透能力，也就决定了被测物质密度及尺寸范围。医学CT使用产生较低能谱段的X射线管源，而工业CT根据用途不同以上三类射线源均在使用，某些场合工业CT还使用射线源。探测器系统 2探测器是一种换能器，它将包含被测体检测断层物理信息的辐射转换为电射线源 探测器 数据采集系统计算机机械扫描装置 自动控制系统 显示打印VII信号，提供给后面的数据采集系统作再处理。常用的有“闪烁体+光电器件”和气体电离室两种类型，一般是由多个探测器组成探测器阵列，探测器数越多其阵列就越大，扫描检测断层的速度就越快。探测器按信号转换方式有
12、电流积分和光子计数两类。机械扫描运动系统 3机械扫描运动系统提供CT的基础结构，提供射线源探测系统及被测体的安装载体及空间位置，并为CT 机提供所需扫描检测的多自由度高精度的运动功能。工业CT多采用第三代扫描检测或第三代扫描检测的运动力式，前者的运动方式为旋转加平移，而后者仅有旋转。数据采集系统 4数据采集系统用以获取和收集信号，它将探测器获得的信号转换、收集、处理和存贮，供图像重建用，是CT设备关键部分之一。其主要性能包括信噪比、稳定性、动态范围、采集速度及一致性等。控制系统 5控制系统决定了工业CT系统的控制功能，它实现对扫描检测过程中机械运动的精确定位控制，系统的逻辑控制，时序控制及检测
13、工作流程的顺序控制和系统各部分协调，并担负系统的安全联锁控制。计算机系统 6计算机系统是工业CT设备的核心，必须具有优质和丰富的系统资源，以满足以下几个方面的需要：高速有效的数学运算能力，以满足系统管理、数据校正、图像重建等的大量运算操作；大容量的图像存贮和归档要求；包括随机存贮器、在线存贮器和离线归档存贮器；专用的高质量、高分辨率、高灰度级的图像显示系统；丰富的图像处理、分析及测量软件，提供操作人员强大的分析、评估的辅助支撑技术；友好的用户界面，操作灵活，使用方便、工业CT 的计算机系统，可以是单机系统或多机系统，采用的机型可以是小型机，工作站或微机，这些均视用途及要求确定。图像的硬拷贝输出
14、设备 7VIII工业CT 的图像一般可选用高质量的胶片输出设备、视频拷贝输出设备或高质量的激光打印输出设备。IX第二部分 方案的选择结构方案设计又称草图设计，它的核心问题有两个：一是确定各元件的形态；二是确定构成系统的元件（组件）的数目及相互位置的安排。结构设计的目的不仅是将原理方案结构化，而且要实现结构优化。针对本课题，即通用型纳米焦点 X 射线工业 CT 机整机结构设计，首先明确该产品所要实现的功能，确定出原理结构方案；第二明确实现该功能所要使用的元件；第三设计出最优的机构来满足功能要求。2.1 功能要求该产品的总体功能是利用 X 射线对工件实行旋转扫描，以此实现对工件的无损检测。其系统如下图所示：射线源 探测器板工件图 2 系统原理图Fig.2 principle sketch of the system根据系统原理图，可知射线源发射
