X射線光柵相襯成像自動校準系統及方法與流程

2023-05-16 07:27:11 2

本發明涉及一種x射線光柵相襯成像自動校準系統及方法。

背景技術：

在x射線光柵相襯成像領域，光柵相襯成像使用了普通x光源，極大地降低了實驗成本，因此，被認為是最接近實際應用的一種技術手段。在該技術的整條光路上，光柵多達3個，而相襯成像技術又是對光路異常敏感的技術，要求光路非常精準。

傳統的方法是：把光學部件放置在平移(xyz方向)、轉動和偏轉平臺上，連接運動控制器和com模塊，手動操作計算機調控光路。但是，整個光學平臺部件很多，精密光學調整容易失誤，並且非常耗時。

不同實驗人員經驗不一樣，因此調整光路的時間有很大差別。由於光學平臺非常精密，外部震動，熱脹冷縮，設備磨損等都會導致光路發生變化。因此，幾乎每次實驗都需要調控光路。事實上，即使是經驗豐富的實驗員，每次花在光路調整的時間也會很長，這極大影響了實驗效率。

技術實現要素：

有鑑於此，有必要提供一種x射線光柵相襯成像自動校準系統及方法。

本發明提供一種x射線光柵相襯成像自動校準系統，該系統包括計算機、與所述計算機電性連接的com模塊，與所述com模塊分別電性連接的運動控制模塊及圖像傳輸模塊，所述運動控制模塊分別與x光源及位於同一光路中心的源光柵、分束光柵、樣品臺、分析光柵、探測器電性連接，所述圖像傳輸模塊與探測器電性連接，所述計算機包括分析模塊及判斷模塊，其中：所述運動控制模塊用於移動樣品臺，使樣品臺不在光路上；所述圖像傳輸模塊用於當x光源發出的x光在探測器上形成條紋圖像時，將所述條紋圖像通過com模塊傳輸到分析模塊；所述分析模塊用於分析得到所述條紋圖像的參數；所述判斷模塊用於判斷所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數是否匹配，所述第一標準圖像指：沒有樣品時，樣品臺處於合適位置，在探測儀上留下的圖像；所述運動控制模塊還用於當所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配成功時，將樣品臺移回光路，並在所述樣品臺上放置樣品；所述圖像傳輸模塊還用於當x光源發出的x光在探測器上形成陰影圖像時，將所述陰影圖像通過com模塊傳輸到分析模塊；所述分析模塊還用於分析得到所述陰影圖像的參數；所述判斷模塊還用於判斷所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數是否匹配，如果所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配成功，則完成自動校準，所述第二標準圖像是指：放置樣品後，樣品臺處於合適位置，在探測儀上留下的陰影圖像。

其中，所述判斷模塊還用於：當所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配不成功時，計算分束光柵、分析光柵的運動量；及當所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配不成功時，計算分束光柵、分析光柵的運動量。

所述運動控制模塊還用於：根據計算的運動量對光路中的元件位置進行調整。

判斷所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配的匹配標準為：如果上述條紋圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內，則匹配成功。

判斷所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配標準為：如果上述陰影圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內並位於視野的中央，且所述陰影圖像的大小在視野面積的40％-80％範圍內，則匹配成功。

本發明還提供一種x射線光柵相襯成像自動校準方法，該方法包括如下步驟：a.移動樣品臺，使樣品臺不在光路上；b.x光源發出的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵、分束光柵、分析光柵在探測器上形成條紋圖像；c.分析得到所述條紋圖像的參數；d.將分析得到的所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數比對，並判斷所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數是否匹配，所述第一標準圖像是指：沒有樣品時，樣品臺處於合適位置，在探測儀上留下的圖像；e.如果所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配成功，則將樣品臺移動回到光路，並在所述樣品臺上放置樣品；f.x光源發出的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵、分束光柵、樣品臺、分析光柵，在探測器上形成陰影圖像；g.分析得到所述陰影圖像的參數；h.將分析得到的所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數比對，並判斷所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數是否匹配，所述第二標準圖像是指：放置樣品後，樣品臺處於合適位置，在探測儀上留下的陰影圖像；i.如果所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配成功，則完成自動校準。

其中，該方法還包括步驟：當所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配不成功時，計算分束光柵、分析光柵的運動量，並根據計算的運動量對光路中的元件位置進行調整，返回步驟b。

該方法還包括：當所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配不成功時，計算分束光柵、分析光柵的運動量，並根據計算的運動量對光路中的元件位置進行調整，返回步驟f。

步驟d中判斷所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數匹配的匹配標準為：如果上述條紋圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內，則匹配成功。

步驟h中判斷所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數匹配標準為：如果上述陰影圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內並位於視野的中央，且所述陰影圖像的大小在視野面積的40％-80％範圍內，則匹配成功。

本發明x射線光柵相襯成像自動校準系統及方法，能夠完成光柵相襯的自動校準，降低了人工調整的工作量，大幅度減少了實驗準備時間，提高了實驗效率，同時也減少了人眼誤差。

附圖說明

圖1為本發明x射線光柵相襯成像自動校準系統的硬體架構圖；

圖2為本發明x射線光柵相襯成像自動校準方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。

參閱圖1所示，是本發明x射線光柵相襯成像自動校準系統的硬體架構圖。

該系統包括計算機101、com模塊102、運動控制模塊103、x光源104、源光柵105、分束光柵106、樣品臺107、分析光柵108、探測器109及圖像傳輸模塊110。其中：x光源104、源光柵105、分束光柵106、樣品臺107、分析光柵108及探測器109位於同一光路中心，com模塊102分別與計算機101、運動控制模塊103、圖像傳輸模塊110電性連接；運動控制模塊103分別與x光源104、源光柵105、分束光柵106、樣品臺107、分析光柵108、探測器109電性連接；圖像傳輸模塊110與探測器109電性連接。

所述計算機101控制整個系統的運作，負責整個系統的信號控制及數據處理。所述計算機101包括分析模塊111及判斷模塊112。

所述com模塊102用於接收計算機101的指令，並將所述指令傳遞給運動控制模塊103、圖像傳輸模塊110；及將傳遞給運動控制模塊103、圖像傳輸模塊110的數據傳遞給計算機101。

所述運動控制模塊103用於移動樣品臺107，使樣品臺107不在光路上。

所述圖像傳輸模塊110用於當x光源104發出x光在探測器109上形成條紋圖像時，將所述條紋圖像通過com模塊102傳輸到分析模塊111。具體而言：

x光源104發射的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵105、分束光柵106、分析光柵108，在探測器109上形成條紋圖像，圖像傳輸模塊110將所述條紋圖像通過com模塊102傳輸到分析模塊111。所述條紋圖像為莫氏條紋圖像。

所述分析模塊111用於分析得到所述條紋圖像的參數。具體而言：

所述分析模塊111分析所述條紋圖像，並得到所述條紋圖像的參數，所述參數包括：尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度。

所述判斷模塊112用於將分析得到的所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數比對，並判斷是否匹配。所述第一標準圖像是指：沒有樣品時，樣品臺107處於合適位置，在探測儀109上留下的圖像。具體而言：

將所述條紋圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度，分別與所述第一標準圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度進行比對：如果上述條紋圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內，則匹配成功；否則，所述判斷模塊112計算分束光柵106、分析光柵108的運動量。

上述計算分束光柵106、分析光柵108的運動量具體方法為：若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在大小上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的z軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在水平方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的x軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在豎直方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的y軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像的條紋夾角大於5°，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面的旋轉電機。

所述運動控制模塊103還用於根據計算的運動量，對光路中的元件位置進行調整。

所述運動控制模塊103還用於將樣品臺107移動回到光路，並在所述樣品臺107上放置樣品。

所述圖像傳輸模塊110還用於當x光源104發出x光在探測器109上形成條紋圖像時，將所述條紋圖像通過com模塊102傳輸到計算機101的分析模塊111。具體而言：

x光源104發射的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵105、分束光柵106、樣品臺107、分析光柵108，在探測器109上形成陰影圖像，探測器109通過圖像傳輸模塊110將所述陰影圖像傳輸到分析模塊111。

所述分析模塊111還用於分析得到所述陰影圖像的參數。具體而言：

所述分析模塊111分析所述陰影圖像，並得到所述陰影圖像的參數，所述參數包括：尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度。

所述判斷模塊112還用於將分析得到的所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數比對，並判斷是否匹配。所述第二標準圖像是指：放置樣品後，樣品臺107處於合適位置，在探測儀109上留下的陰影圖像具體而言：

將所述陰影圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度，分別與所述標準圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度進行比對：如果上述陰影圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內並位於視野的中央，且所述陰影圖像的大小在視野面積的40％-80％範圍內，則匹配成功，校準結束；否則，所述判斷模塊112計算分束光柵106、分析光柵108的運動量。

上述計算分束光柵106、分析光柵108的運動量具體方法為：若所述條紋圖像與所述第二標準圖像在大小上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的z軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在水平方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的x軸；若所述條紋圖像與所述第二標準圖像在豎直方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的y軸；若所述條紋圖像與所述第二標準圖像的條紋夾角大於5°，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面的旋轉電機。

所述運動控制模塊103還用於根據計算的運動量，對光路中的元件位置進行調整。

參閱圖2所示，是本發明x射線光柵相襯成像自動校準方法較佳實施例的作業流程圖。

步驟s401，移動樣品臺107，使樣品臺107不在光路上。

步驟s402，x光源104發出x光在探測器109上形成條紋圖像，探測器109通過圖像傳輸模塊110將所述條紋圖像傳輸到計算機101。具體而言：

x光源104發射的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵105、分束光柵106、分析光柵108，在探測器109上形成條紋圖像，探測器109通過圖像傳輸模塊110將所述條紋圖像傳輸到計算機101。所述條紋圖像為莫氏條紋圖像。

步驟s403，分析得到所述條紋圖像的參數。具體而言：

計算機101分析所述條紋圖像，並得到所述條紋圖像的參數，所述參數包括：尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度。

步驟s404，將分析得到的所述條紋圖像的參數與第一標準圖像的參數比對，並判斷是否匹配。所述第一標準圖像是指：沒有樣品時，樣品臺107處於合適位置，在探測儀109上留下的圖像。具體而言：

將所述條紋圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度，分別與所述第一標準圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度進行比對：如果上述條紋圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內，則匹配成功，進入步驟s406；否則，計算分束光柵106、分析光柵108的運動量，進入步驟s405。

上述計算分束光柵106、分析光柵108的運動量具體方法為：若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在大小上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的z軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在水平方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的x軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在豎直方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的y軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像的條紋夾角大於5°，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面的旋轉電機。

步驟s405，根據計算的運動量，對光路中的元件位置進行調整，而後返回步驟s402。

步驟s406，將樣品臺107移動回到光路，並在所述樣品臺107上放置樣品。

步驟s407，x光源104發出x光在探測器109上形成陰影圖像，探測器109通過圖像傳輸模塊110將所述陰影圖像傳輸到計算機101。具體而言：

x光源104發射的x光依次通過位於同一光路中心的源光柵105、分束光柵106、樣品臺107、分析光柵108，在探測器109上形成陰影圖像，探測器109通過圖像傳輸模塊110將所述陰影圖像傳輸到計算機101。

步驟s408，分析得到所述陰影圖像的參數。具體而言：

計算機101分析所述陰影圖像，並得到所述陰影圖像的參數，所述參數包括：尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度。

步驟s409，將分析得到的所述陰影圖像的參數與第二標準圖像的參數比對，並判斷是否匹配。所述第二標準圖像是指：放置樣品後，樣品臺107處於合適位置，在探測儀109上留下的陰影圖像。具體而言：

將所述陰影圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度，分別與所述標準圖像的尺寸、黑白條紋間距、條紋彎曲度、條紋偏轉度進行比對：如果上述陰影圖像每個參數與標準圖像對應參數的誤差在10％以內並位於視野的中央，且所述陰影圖像的大小在視野面積的40％-80％範圍內，則匹配成功，校準結束；否則，計算分束光柵106、分析光柵108的運動量，進入步驟s410。

上述計算分束光柵106、分析光柵108的運動量具體方法為：若所述條紋圖像與所述第二標準圖像在大小上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的z軸；若所述條紋圖像與所述第一標準圖像在水平方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的x軸；若所述條紋圖像與所述第二標準圖像在豎直方向上有大於10％的差異，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面xyz軸平臺的y軸；若所述條紋圖像與所述第二標準圖像的條紋夾角大於5°，則分別調整分析光柵106、分束光柵108下面的旋轉電機。

步驟s410，根據計算的運動量，對光路中的元件位置進行調整，而後返回步驟s407。

雖然本發明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發明，並非用來限定本發明的保護範圍，任何在本發明的精神和原則範圍之內，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發明的權利保護範圍之內。