工業(yè)CT載物臺(tái)無線遙控控制技術(shù)的研究

陳海波等

摘 要：針對(duì)工業(yè) CT運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)存在的弊端，其主要完成被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)以及與射線源-探測(cè)器組合之間物理位置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而徑向和層厚等方向的調(diào)節(jié)就需要其他的輔助裝置的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行手動(dòng)操作控制其位置，而且在實(shí)際操作中繁瑣耗時(shí)且不容易控制，為減輕掃描主控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，降低其集成的復(fù)雜度以及提高控制控制系統(tǒng)性能，提出了一種基于射頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)的無線遙控控制方法和基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)快速準(zhǔn)確控制方法的載物平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體在徑向和層厚方向的運(yùn)動(dòng)位置的調(diào)整來保證CT成像質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工業(yè)CT；載物平臺(tái)；無線遙控；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；運(yùn)動(dòng)控制

引言

工業(yè) CT是計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，涉及核物理學(xué)、光電子學(xué)、儀器儀表、精密機(jī)械與控制、計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別等多個(gè)學(xué)科，是一項(xiàng)技術(shù)密集型的高新技術(shù)[1]。工業(yè) CT 依據(jù)其工作原理大致包括射線源-探測(cè)器系統(tǒng)、掃描運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、圖像重建與處理系統(tǒng)等四部分，其中，掃描運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是其重要組成部分，它的性能直接影響 CT 圖像的質(zhì)量[2～3]。

研究分析多功能工業(yè) CT測(cè)量機(jī)掃描運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)存在的運(yùn)動(dòng)控制弊端，其載物臺(tái)僅作X軸的平移和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，在很多場(chǎng)合不能滿足所需要的實(shí)時(shí)成像的需求，因此，對(duì)載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行研究，擴(kuò)展其運(yùn)動(dòng)的自由度，進(jìn)而提出一個(gè)在硬件和軟件上都具有通用性的無線遙控裝置的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行CT機(jī)的徑向和層厚方向的掃描運(yùn)動(dòng)控制，即Z、Y軸方向移動(dòng)的載物平臺(tái)控制裝置（Z軸方向既是掃描運(yùn)動(dòng)控制的層厚方向，Y軸方向即是CT機(jī)掃描運(yùn)動(dòng)控制的徑向方向），此裝置以步進(jìn)電機(jī)為控制對(duì)象，繼承傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)，研制基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)無線控制Z、Y軸方向的載物臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)掃描過程的自動(dòng)化。

1.系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和控制方案設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

由流程圖可以看出，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，無線遙控載物臺(tái)移動(dòng)狀態(tài)改變前都有讓載物臺(tái)停下的一段語(yǔ)句，這是為了給載物臺(tái)移動(dòng)狀態(tài)改變前加一段緩沖時(shí)間，以免轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生太大的沖擊。另外，在載物臺(tái)要往相反方向移動(dòng)時(shí)，因?yàn)檩d物平臺(tái)在兩軸端的位置時(shí)，霍爾傳感器會(huì)接收單片機(jī)一個(gè)低電平，發(fā)出指令控制步進(jìn)電機(jī)停止工作，為了避免停止時(shí)可能產(chǎn)生瞬時(shí)閉合的失誤，而使正在得電的電機(jī)損壞。

8.結(jié)束語(yǔ)

本研究是以解決多功能工業(yè)CT測(cè)量機(jī)在掃描運(yùn)動(dòng)控制的徑向和層厚方向上的手動(dòng)操作缺陷，采用無線遙控控制載物平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行位置調(diào)整，從而達(dá)到最佳的CT成像圖像質(zhì)量為主要研究?jī)?nèi)容的，通過將無線通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及單片機(jī)與接口相關(guān)知識(shí)結(jié)合完成并實(shí)現(xiàn)無線控制功能，

完成了從無線遙控到接收，從單片機(jī)處理到執(zhí)行，從控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到載物平臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)過程。因此，研究無線遙控載物平臺(tái)對(duì)CT成像質(zhì)量的影響，對(duì)改善工業(yè)CT掃描運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的成像性能具有重要的意義。

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作者簡(jiǎn)介：陳海波（1984- ），男，工程師，主要從事機(jī)電產(chǎn)品一體化設(shè)計(jì)及無損傷探測(cè)技術(shù)的研究。