基于FPGA的工业X-CT 2代扫描运动控制卡设计

　　1　引　言

　　工业X2CT(X2ray Computerized Tomograp2gy)是以不损伤被检测对象的性能为前提的一种无损检测技术,且被誉为最佳的无损检测手段之一,在航空、航天、国防、机械、电子、石油及电力等领域有着广阔的应用前景[123]。

　　工业X2CT,即X光工业用CT成像,其原理与医用X2CT相似,然而二者的检测对象不同,因此其扫描运动控制方式不尽相同。医用X2CT的检 测对象(人)不作运动,而扫描机构作平移或旋转运动;工业X2CT的检测对象(物)作平移或旋转运动,而扫描机构一般不作运动。当工业X2CT系统中的探 测器(或传感器)数量为有限的情况下,为获得CT成像用所需的足够多的投影数据(如256×256或512×512),则一般通过扫描运动方法来实现。国 外,工业X2CT系统的运动扫描方式主要采用2代(Ⅱ代)扫描方式,即“平移+旋转”运动[427]。国内,工业X2CT系统的运动扫描方式较多采用3代 (Ⅲ代)扫描[8210],即仅“旋转”运动,一则控制较为简单,二则检测应用对象的尺寸大小相对较为确定。鉴于2代扫描运动控制可以带来诸多便利的优 点,如对被检物的尺寸大小相对没有严格的限制,小角度的X射线出束角,有利于进行局部扫描,实现高几何分辨率的检测等,本文针对工业X2CT 2代扫描运动控制的特点,研究了基于FPGA的工业X2CT 2代扫描运动控制原理及实现方法。

　　2　工业X2CT 2代扫描运动的特点

　　依据扫描获取数据方式的不同,CT扫描方式大致可分为5种扫描模式,俗称5代。其中,应用在工业X2CT系统中扫描模式主要为第2代和第3代扫 描方式,且各有其特点(假如要得到M×N个像素矩阵)。工业X2CT 2代扫描(Ⅱ代扫描)被称为窄角扇形束扫描检测模式,如图1所示。X射线出束的扇束角小(窄扇束)、X射线的探测器数目少,因此X射线束不能全包容被检断 层,其扫描运动除了被检物需作M个分度旋转运动外,射线束与探测器阵列架一起相对于被检物还需作平移运动,直至全部覆盖被检物,得到所需成像数据为止,这 就是“平移+旋转”运动。工业X2CT 3代扫描(Ⅲ代扫描),要求X射线束具有大扇角、宽扇束、全包容被检断层的扫描方式,对应宽扇束有N个探测器,保证1次分度取得N个投影数值,如图2所 示,被检物仅作M个分度旋转运动。可见,CT 3代扫描的运动单一、控制容易、扫描效率高,这就是“旋转”运动。

　　由此可见,工业X2CT的不同扫描方式各有其特点,但因2代扫描对被检物的尺寸大小没有限制,且能实现对感兴趣区域的局部扫描,故在工业X2CT系统中,更倾向于采用2代扫描运动方式。本文研究基于FPGA的、能够实现Ⅱ代扫描运动控制的控制卡设计。