工业CT载物台无线遥控控制技术的研究

陈海波等

摘 要：针对工业 CT运动控制系统存在的弊端，其主要完成被测物体的旋转和平动以及与射线源-探测器组合之间物理位置的相对运动，而径向和层厚等方向的调节就需要其他的辅助装置的独立运动轴进行手动操作控制其位置，而且在实际操作中繁琐耗时且不容易控制，为减轻扫描主控系统的负担，降低其集成的复杂度以及提高控制控制系统性能，提出了一种基于射频调制解调技术的无线遥控控制方法和基于单片机的步进电机快速准确控制方法的载物平台，实现被测物体在径向和层厚方向的运动位置的调整来保证CT成像质量。

关键词：工业CT；载物平台；无线遥控；步进电机；单片机；运动控制

引言

工业 CT是计算机断层成像技术在工业上的应用，涉及核物理学、光电子学、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多个学科，是一项技术密集型的高新技术[1]。工业 CT 依据其工作原理大致包括射线源-探测器系统、扫描运动控制系统、数据采集与传输系统、图像重建与处理系统等四部分，其中，扫描运动控制系统是其重要组成部分，它的性能直接影响 CT 图像的质量[2～3]。

研究分析多功能工业 CT测量机扫描运动控制系统存在的运动控制弊端，其载物台仅作X轴的平移和Z轴的转动，在很多场合不能满足所需要的实时成像的需求，因此，对载物台运动控制进行研究，扩展其运动的自由度，进而提出一个在硬件和软件上都具有通用性的无线遥控装置的设计方法进行CT机的径向和层厚方向的扫描运动控制，即Z、Y轴方向移动的载物平台控制装置（Z轴方向既是扫描运动控制的层厚方向，Y轴方向即是CT机扫描运动控制的径向方向），此装置以步进电机为控制对象，继承传统步进电机控制的优点，研制基于单片机的步进电机无线控制Z、Y轴方向的载物台系统，实现整个系统扫描过程的自动化。

1.系统运动方案设计和控制方案设计

1.1系统运动方案设计

由流程图可以看出，在软件设计时，无线遥控载物台移动状态改变前都有让载物台停下的一段语句，这是为了给载物台移动状态改变前加一段缓冲时间，以免转向时产生太大的冲击。另外，在载物台要往相反方向移动时，因为载物平台在两轴端的位置时，霍尔传感器会接收单片机一个低电平，发出指令控制步进电机停止工作，为了避免停止时可能产生瞬时闭合的失误，而使正在得电的电机损坏。

8.结束语

本研究是以解决多功能工业CT测量机在扫描运动控制的径向和层厚方向上的手动操作缺陷，采用无线遥控控制载物平台对其进行位置调整，从而达到最佳的CT成像图像质量为主要研究内容的，通过将无线通信技术、自动控制技术以及单片机与接口相关知识结合完成并实现无线控制功能，

完成了从无线遥控到接收，从单片机处理到执行，从控制步进电机转动到载物平台的软硬件设计的整体设计过程。因此，研究无线遥控载物平台对CT成像质量的影响，对改善工业CT扫描运动控制系统的成像性能具有重要的意义。

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作者简介：陈海波（1984- ），男，工程师，主要从事机电产品一体化设计及无损伤探测技术的研究。