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日本首个测试用X射线CT系统发展的背后故事
发布时间:2018-10-08]  阅读次数:51次

岛津成功开发出前所未有的可以实现三维测量的测试用X射线CT系统。
为满足客户的需求,X射线CT团队踏入一个未知领域。

不能测量吗?

如字面意思所示,无损检测装置是一种在对物体不造成破坏的情况下进行检查的装置。通过使用透视物体的X射线,可以分析和检查成像内部的状况。

在产品开发和质量控制领域,无损检测装置是一种不可或缺,且肩负重要作用的装置。岛津制作所率先推出了日本首台医疗用X射线装置,而应用该设备的无损检测装置长期以来一直在不断研发,并凭借高画质和可靠性取得好评。

2008年左右,通过一台无损检测装置获得立体图像的X射线CT系统,取得重大的创新。采用GPU的高速运算处理技术(GPGPU)登上历史舞台。GPU是一款专门用于处理图像的运算装置,使用GPGPU还可以进行图像处理以外的运算。通过构建以GPGPU为中心的处理系统,可以惊人地缩短从扫描到显示图像的时间。

项目负责人榉回顾称,我刚入职时,制作三维数据需要1个或2个小时。而在接下来的短短三年内,仅用1020秒就能完成这项工作。感觉就像在收集数据的同时,完成了数据制作。

 

                                             

这项技术创新理所应当地受到顾客青睐,备受好评。此外,有一个新的声音传递到开发团队。

它不能测量尺寸?

客户所说的尺寸测量是指三维测量技术。典型方法是用探针这个高精度球体描绘对象样品的表面,收集无数点的数据,然后利用三维构建坐标信息。三维测量技术以微米为单位精确地测量尺寸,因此可以在开发现场确认试制品是否按照原始设计完成制作,或者将得到的坐标信息反馈给设计中使用的CAD软件等,它是开发领域不可或缺的检查装置。

岛津的得意之作X射线CT,也是为了绘制立体图像而获取三维坐标信息,在这一点上两者是相同的。而且,如果通过X射线透视可以得知不可视的内部尺寸,则其用途将得到大幅度扩大。另外,目前的三维测量仪虽然可以描绘样品整体,但即使是小杯子那样的物体也需要花费几个小时,这些情况并不少见,而X射线CT创新性缩短了检查时间,只需1小时左右即可完成检查。客户满怀期待也是理所当然。

Xdimensus 300的开发成员。照片左起依次为:分析测试事业部NDI业务部门 主任 原田大辅、基础技术研究所AI解决方案部门 副主任 佐藤真、分析测试事业部NDI业务部门 主任 榉泰行、同部门副主任 新坂拓真、分析测试事业部品质保证部 主任 大西修平。拥有不同背景的个性团队实现了用户的理想。

从零开始

本来,对岛津的开发团队而言,三维测量是一个未知的领域。

因此,团队成员平时去使用三维测量仪的公司内部的制作中心听取意见等,迅速吸收知识和技术。从而掌握到三维测量仪所需的严格精度。

在测量时,为了获得精确的测量数值,还需要确保测量装置本身的精度。无论测量多少次,测量样品时放置的工作台和X射线源、接收X射线的检测器的位置关系和角度都必须一致。为了在后期正确修正不可避免地存在的位置安装误差,需要进行严格的校正(校准),因此还需要使用专用夹具。

在开发开始阶段担任负责人的大西回顾称,即使是X射线CT,为了正确地输出图像,也要求各部分保证精度,并与此相对应。不过,这次要求的精度比以往高一位数或两位数。我们从一开始就重新考虑了校正的步骤、手法,硬件也要求坚固耐用。

 

原田也说,与精密仪器零件经销店负责人的对话至今难忘。

诸如南非生产的产品很好啊还是Indian Deathlock

等。关于石头的话,刚开始根本不知道在讲什么”。

X射线发生装置、X射线检测器、工作台等需要石定盘这一部件,而石定盘是与CT成像相关的主要组件的基石。温度升高石定盘膨胀后,则不能获得测量仪所需的精度。因此,必须慎重地选择石头。

与误差作斗争

学生时代,新坂在CAD模型和建模研究中也使用了岛津的X射线CT

刚加入公司时,听说我被分配到CT开发部门有些兴奋,但当我听到石头很重要时,有点困惑。我对机械完全不了解,因此从热膨胀知识开始慢慢学习。

新坂的真正实力在开发X射线源校正技术中得到充分的发挥。

持续发出X射线时,X射线发生装置会产生热量,发射点会发生偏离。这导致放大倍率也出现偏差,尺寸也变得不准确。为了保持发射点稳定,我们创建了一个实时检测X射线焦点位置,重构数据时添加移动量的程序。

佐藤在大学时期主修数学,成功创建了误差体系


这里好像会移动,这里移动,这里也会移动,我列出了所有可能发生误差的地方。无论如何敲打都会出现误差,大概有几十个部位具体我也不记得。我想到逐个消除这个误差的方法。要么把石头做的更加坚固,要么抑制温度变化。

此处位移的温度变化的容许范围是20?0.5度。根据该结果与其他部门合作,模拟送入装置中的空调风的方向和风量,确定了保持装置内温度均匀的位置。

其他的课题还有很多。特别是校正夹具,在实现产品化时逐渐明白模型中未发现的问题,每天都在设计后反复进行测试。但是,所有团队都深刻意识到自己肩负的职责,稳步解决一个个问题点。克服一系列困难,201712月,终于发布了日本首个测试用X射线CT系统XDimensus 300

 

实现世界顶级测量精度和观察能力的测试用X射线CT系统XDimensus 300

与先行产品相比,成功实现更小尺寸。通常房间必须始终保持在恒定的温度,本产品不需要花费这个工夫。不必选择安装房间是一个很大的优势,设备的销售量也在不断增加(大西)

要成为满足客户需求的理想装置,尚且存在一些课题。但是,我们将努力攻克难题,稳步推进开发工作。装置和开发人员的进步将永不止步。






关于岛津

    岛津企业管理(中国)有限公司是(株)岛津制作所于1999年100%出资,在中国设立的现地法人公司,在中国全境拥有13个分公司,事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心,并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站,已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念,始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务,为中国社会的进步贡献力量。


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