一種x射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括載物臺、傳動裝置、射線產生裝置、影像探測器、圖像處理裝置、內置測量裝置和控制系統(tǒng)，通過影像探測器和圖像處理裝置自動識別被檢測對象的位置信號，并通過控制系統(tǒng)控制傳動裝置的七軸聯(lián)動精密跟蹤物象點，自主完成被檢測對象的3D斷層掃描成像，并在X光成像存在偏差時，根據(jù)內置測量裝置的測量結果，應用設計的魯棒控制器自適應調節(jié)載物臺的上升下降、X-Y平移和左右旋轉以使X光成像清晰。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，其精確移位、精確定位、無積累誤差、精度高。
【專利說明】一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及精密電子封裝過程中的高速高精度視覺檢測/控制一體化領域，具體涉及一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]X射線探傷作為常規(guī)的無損檢測方法，已廣泛應用于工業(yè)生產過程檢驗和在用產品檢驗。計算機斷層掃描作為一種X-RAY成像方法，它在一個物體圍繞一根軸線旋轉時，拍攝大量二維X-RAY圖像，再利用幾何圖形的數(shù)學處理來生成這個物體的三維虛擬模型。
[0003]然而，在載物臺旋轉掃描過程中，若載物臺、影像探測器和X-RAY源的聯(lián)動控制配合不當將給3D CT重建帶來嚴重的影響。比如，在載物臺旋轉掃描過程中，旋轉后載物臺有可能與其下方的X-RAY管發(fā)生碰撞，因此X-RAY管需下降一段距離避免碰撞。光管的焦點與被探測的物體的焦點距離會發(fā)生了變化，被測物體所投射的范圍變大，同時放大倍率卻變小，導致圖像旋轉后發(fā)生畸變。
[0004]因此，控制影像探測器、載物臺和X-RAY源三者之間的相對位置以保證圖像的放大倍率與旋轉之前相同并且成像清晰是實現(xiàn)高速X光學斷層掃描檢測的核心技術之一，也是實現(xiàn)高端封裝元件，尤其是3D封裝元件高精度質量檢查的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其能實現(xiàn)精確移位、精確定位、無積累誤差。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種X射線物象點自主精密追蹤控制方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn):
[0008]一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)，包括載物臺、傳動裝置、射線產生裝置、影像探測器、圖像處理裝置、內置測量裝置和控制系統(tǒng)，其中
[0009]載物臺，包括固定件以及設置在固定件上可360度旋轉的托盤，托盤上放置待測物體；
[0010]傳動裝置帶動載物臺、射線產生裝置、影像探測器移動，具體如下:在傳動裝置中，與載物臺固定件固定連接的X軸帶動載物臺左右運動、Y軸帶動載物臺前后運動、Z軸帶動載物臺上升下降、R軸帶動載物臺左右60度旋轉，以及帶動托盤360度旋轉的旋轉軸、帶動射線產生裝置上升下降的傳動軸一、帶動影像探測器上升下降的傳動軸二 ；
[0011]射線產生裝置，作為X光的光源發(fā)出錐束X光，掃描放置在托盤中的待測物體；
[0012]影像探測器，由X光掃描待測物體，獲得待測物體的射線投影數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理裝置；
[0013]圖像處理裝置，通過仿射變換將射線產生裝置、影像探測器的運動轉化為載物臺的上升下降、X-Y平移和左右旋轉，仿射變換式如下所示:[0014]
【權利要求】
1.一種X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，包括載物臺、傳動裝置、射線產生裝置、影像探測器、圖像處理裝置、內置測量裝置和控制系統(tǒng)，其中載物臺，包括固定件以及設置在固定件上可360度旋轉的托盤，托盤上放置待測物體；傳動裝置，包括分別與載物臺固定件固定連接的X軸、Y軸、Z軸、R軸，其中X軸帶動載物臺左右運動、Y軸帶動載物臺前后運動、Z軸帶動載物臺上升下降、R軸帶動載物臺左右60度旋轉，以及帶動托盤360度旋轉的旋轉軸、帶動射線產生裝置上升下降的傳動軸一、帶動影像探測器上升下降的傳動軸二； 射線產生裝置，作為X光的光源發(fā)出錐束X光，掃描放置在托盤中的待測物體； 影像探測器，由X光掃描待測物體，獲得待測物體的射線投影數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給圖像處理裝置； 圖像處理裝置，通過仿射變換將射線產生裝置、影像探測器的運動轉化為載物臺的上升下降、X-Y平移和左右旋轉，仿射變換式如下所示:
2.根據(jù)權利要求1所述的X射線物象點自主精密追蹤控制系統(tǒng)，其特征在于，控制系統(tǒng)控制X/Y/Z/R軸轉動的對應設計如下: A、基于電機驅動性能最大化的運動規(guī)劃: a、點到點運動規(guī)劃:考慮電機的飽和極限條件、運動系統(tǒng)的阻力情況、光柵尺的速度限制以及離散化等的影響，設計運動規(guī)劃的通用算法；確定電機驅動的飽和特性；分析運動系統(tǒng)的阻力情況；并根據(jù)條件，確定運動規(guī)劃算法中的參數(shù)； b、物象點追蹤規(guī)劃:根據(jù)仿射變換要求,求解每個軸的運動路徑；同時,對一個軸進行運動規(guī)劃，并根據(jù)運動路徑得出其余軸的運動規(guī)劃，所有運動規(guī)劃都滿足每個軸的飽和限制條件，從而確保X光成像清晰，成像仿射變化偏差最?。?B、由于上述的X\Y\R的運動控制模型具有一定的相似性，因此統(tǒng)一寫成Py+O V = U-G(v)，這里I為輸出的位移，包括X方向，Y方向以及轉動角度Θ，M與N分別依賴于轉動慣量與向心力，與不確定干擾力矩Ff，F(xiàn)ss, TL, Tg相關；在同一周期內對該系統(tǒng)設計控制器，以消除干擾: 設定周期[0，T]，在該周期中設計控制律為:
3.—種X射線物象點自主精密追蹤控制方法，包含以下順序的步驟: I)將待測物體放置在載物臺的托盤上，射線產生裝置產生的錐束X光掃描待測物體，影像探測器獲得射線投影數(shù)據(jù)，其中傳動裝置帶動載物臺、射線產生裝置、影像探測器移動，具體如下:在傳動裝置中，與載物臺固定件固定連接的X軸帶動載物臺左右運動、Y軸帶動載物臺前后運動、Z軸帶動載物臺上升下降、R軸帶動載物臺左右60度旋轉，以及帶動托盤360度旋轉的旋轉軸、帶動射線產生裝置上升下降的傳動軸一、帶動影像探測器上升下降的傳動軸二； 2)影像探測器將投影數(shù)據(jù)傳送給圖像處理裝置成像，若成像清晰，則直接輸出圖像，若成像有偏差，則進行下一步； 3)利用圖像處理裝置的仿射變換，將射線產生裝置、影像探測器的運動轉化為載物臺的上升下降、X-Y平移和左右旋轉，仿射變換式如下所示:
4.根據(jù)權利要求3所述的X射線物象點自主精密追蹤控制方法，其特征在于，步驟5)中，所述的控制X/Y/Z/R軸轉動的控制系統(tǒng)，其對應的設計如下: A、基于電機驅動性能最大化的運動規(guī)劃: a、點到點運動規(guī)劃:考慮電機的飽和極限條件、運動系統(tǒng)的阻力情況、光柵尺的速度限制以及離散化等的影響，設計運動規(guī)劃的通用算法；確定電機驅動的飽和特性；分析運動系統(tǒng)的阻力情況；并根據(jù)條件，確定運動規(guī)劃算法中的參數(shù)；b、物象點追蹤規(guī)劃:根據(jù)仿射變換要求,求解每個軸的運動路徑；同時,對一個軸進行運動規(guī)劃，并根據(jù)運動路徑得出其余軸的運動規(guī)劃，所有運動規(guī)劃都滿足每個軸的飽和限制條件，從而確保X光成像清晰，成像仿射變化偏差最??； B、由于上述的X\Y\R的運動控制模型具有一定的相似性，因此統(tǒng)一寫成Py+ Oy = U- G(V),這里I為輸出的位移，包括X方向，Y方向以及轉動角度Θ，M與N分別依賴于轉動慣量與向心力，G(V)與不確定干擾力矩Ff，F(xiàn)ss, TL, Tg相關；在同一周期內對該系統(tǒng)設計控制器，以消除干擾: 設定周期[O，T]，在該周期中設計控制律為:
【文檔編號】G05B13/04GK103558862SQ201310496742
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】胡躍明, 高紅霞, 馬鴿, 章熙春, 袁鵬 申請人:華南理工大學