工業CT載物臺無線遙控控制技術的研究

陳海波等

摘 要：針對工業 CT運動控制系統存在的弊端，其主要完成被測物體的旋轉和平動以及與射線源-探測器組合之間物理位置的相對運動，而徑向和層厚等方向的調節就需要其他的輔助裝置的獨立運動軸進行手動操作控制其位置，而且在實際操作中繁瑣耗時且不容易控制，為減輕掃描主控系統的負擔，降低其集成的復雜度以及提高控制控制系統性能，提出了一種基于射頻調制解調技術的無線遙控控制方法和基于單片機的步進電機快速準確控制方法的載物平臺，實現被測物體在徑向和層厚方向的運動位置的調整來保證CT成像質量。

關鍵詞：工業CT；載物平臺；無線遙控；步進電機；單片機；運動控制

引言

工業 CT是計算機斷層成像技術在工業上的應用，涉及核物理學、光電子學、儀器儀表、精密機械與控制、計算機圖像處理與模式識別等多個學科，是一項技術密集型的高新技術[1]。工業 CT 依據其工作原理大致包括射線源-探測器系統、掃描運動控制系統、數據采集與傳輸系統、圖像重建與處理系統等四部分，其中，掃描運動控制系統是其重要組成部分，它的性能直接影響 CT 圖像的質量[2～3]。

研究分析多功能工業 CT測量機掃描運動控制系統存在的運動控制弊端，其載物臺僅作X軸的平移和Z軸的轉動，在很多場合不能滿足所需要的實時成像的需求，因此，對載物臺運動控制進行研究，擴展其運動的自由度，進而提出一個在硬件和軟件上都具有通用性的無線遙控裝置的設計方法進行CT機的徑向和層厚方向的掃描運動控制，即Z、Y軸方向移動的載物平臺控制裝置（Z軸方向既是掃描運動控制的層厚方向，Y軸方向即是CT機掃描運動控制的徑向方向），此裝置以步進電機為控制對象，繼承傳統步進電機控制的優點，研制基于單片機的步進電機無線控制Z、Y軸方向的載物臺系統，實現整個系統掃描過程的自動化。

1.系統運動方案設計和控制方案設計

1.1系統運動方案設計

由流程圖可以看出，在軟件設計時，無線遙控載物臺移動狀態改變前都有讓載物臺停下的一段語句，這是為了給載物臺移動狀態改變前加一段緩沖時間，以免轉向時產生太大的沖擊。另外，在載物臺要往相反方向移動時，因為載物平臺在兩軸端的位置時，霍爾傳感器會接收單片機一個低電平，發出指令控制步進電機停止工作，為了避免停止時可能產生瞬時閉合的失誤，而使正在得電的電機損壞。

8.結束語

本研究是以解決多功能工業CT測量機在掃描運動控制的徑向和層厚方向上的手動操作缺陷，采用無線遙控控制載物平臺對其進行位置調整，從而達到最佳的CT成像圖像質量為主要研究內容的，通過將無線通信技術、自動控制技術以及單片機與接口相關知識結合完成并實現無線控制功能，

完成了從無線遙控到接收，從單片機處理到執行，從控制步進電機轉動到載物平臺的軟硬件設計的整體設計過程。因此，研究無線遙控載物平臺對CT成像質量的影響，對改善工業CT掃描運動控制系統的成像性能具有重要的意義。

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作者簡介：陳海波（1984- ），男，工程師，主要從事機電產品一體化設計及無損傷探測技術的研究。