对输送机上的异物进行探测的多能量X射线吸收成像制造技术

使用多能量X射线吸收成像对输送带上的材料进行探测的装置和方法。由像素的线阵列组成的光谱X射线探测器接收被从X射线源引导穿过输送带的X射线。X射线在其穿过输送带和输送带上的材料时发生衰减。每个像素产生所接收到的X射线的能谱。每个像素所接收到的能谱被与源X射线能谱相关，以确定所测量到的衰减，随后该所测量到的衰减被与衰减模型相关，该衰减模型包括预期在带内或带上的一组预选构成材料的衰减系数。针对每个像素使用数学回归将测量到的衰减拟合到衰减模型，以得出每种构成材料的厚度。

Multi-energy X-ray absorption imaging for detecting foreign bodies on conveyors

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对输送机上的异物进行探测的多能量X射线吸收成像
本专利技术总体上涉及X射线系统，尤其涉及用于对在输送带上连续前进的产品进行吸收成像的装置和方法。
技术介绍
用于肉类、家禽和其它食品工业的模块化塑料输送带的损伤经常导致塑料碎片污染所输送的产品。除了输送带的维修或更换的成本以及生产中断之外，食品加工者还必须应对所输送的食品可能被碎片污染的问题。
技术实现思路
用于对输送带上的材料进行探测的装置的一种型式包括沿输送方向输送产品的输送带、X射线源以及光谱X射线探测器。该X射线源引导X射线束沿着X射线路径穿过该输送带的厚度，该X射线束具有分布在源能谱上的源强度。该光谱X射线探测器包括在该输送带的与该X射线源相反的一侧上的一个或多个像素，该一个或多个像素在横跨该输送带的宽度的离散像素位置处接收在穿过该输送带、被输送的该产品以及在该输送带上的与被输送的该产品一起前进的任何异物时发生衰减的X射线。该一个或多个像素限定每个像素位置处的相应视场，并且确定在每个像素位置处的相应视场中接收到的分布在衰减X射线的能谱上的接收到的强度。该处理系统将在每个像素位置处接收到的能谱与该源能谱相关联以确定该X射线的测量衰减，并且将该测量衰减与X射线衰减模型相关联，该X射线衰减模型包括一组预选构成材料的衰减系数，该一组预选构成材料包括构成该产品的材料、构成该输送带的材料以及构成被怀疑为可能的污染物的异物的材料，从而确定在每个像素位置处的视场中的材料的厚度。用于对输送带上的材料进行探测的方法的一种型式包括：(a)在输送表面上沿着输送方向输送产品；(b)沿着穿过该输送表面和该产品的X射线路径引导源X射线使其沿着横跨该输送表面的宽度的线，该源X射线具有分布在源X射线能谱上的源强度；(c)利用包括一个或多个像素的光谱X射线探测器在沿着该线的多个像素位置处探测在穿过该输送表面时发生衰减的X射线；(d)测量在每个像素位置处的连续能量仓中的衰减X射线的强度，以产生在每个该像素位置处接收到的X射线能谱；(e)将该接收到的X射线能谱与该源X射线能谱相关联，以确定所测量的X射线衰减；(f)将所测量的X射线衰减与X射线衰减模型相关联，该X射线衰减模型包括一组预选构成材料的衰减系数，该一组预选构成材料包括构成该产品的材料、构成该输送带的材料以及构成被怀疑为可能的污染物的异物的材料，从而确定该线中的每个像素的视场中的材料的厚度。附图说明图1是体现本专利技术特征的X射线成像装置的示意图；图2是图1的成像装置的一部分的放大视图，其示出了光谱X射线探测器的视场；图3是示例性材料的X射线衰减系数随X射线能级变化的对数-对数曲线图；图4是由X射线源发射的X射线以及在衰减之后由图3的光谱X射线探测器接收的X射线的示例性能谱的图示；图5是用于如图1所示的X射线成像系统的处理系统的示意图，其示出了各种通知选项；图6是各种材料的X射线衰减系数随X射线能级变化的半对数曲线图；图7是建立将由图1的X射线成像装置进行成像的构成材料的模型的流程图；以及图8是用图1的X射线成像装置进行成像的示例性过程的流程图。具体实施方式图1示出了体现本专利技术特征的X射线成像装置的一种型式。X射线源10产生X射线光子的轫致辐射束12，其具有分布在宽源能谱上的源强度。X射线源将X射线束呈扇形射束地沿着经过输送带14的X射线路径13引导成横跨/跨越带宽度的线。X射线源的一个示例是具有钨靶的X射线管。输送带在穿出图1中的纸面的输送方向16上带着产品P前进。X射线12在其穿过所输送的产品P和输送带14时由于吸收而发生衰减。这种衰减取决于X射线从射线源到探测器所穿过的居间材料的厚度，并且取决于构成输送带14的各种材料、产品P以及与X射线路径13相交的任何其它材料的衰减系数。X射线沿X射线路径13的球面扩展还根据平方反比定律使X射线强度衰减，但是该衰减由X射线源10和探测器18之间的固定距离设定，因此是先验已知且可计算的。发生衰减的X射线被位于输送带14的与X射线源10相反的一侧上的光谱X射线探测器18接收。光谱X射线探测器18包括横跨带14的宽度延伸的各个静态X射线探测像素20的线性阵列。作为一个示例，像素20可以是固态碲化镉(CdTe)探测器。每个像素20产生装仓于在横跨带14的宽度的每个像素位置处的连续的固定宽度的仓(bin)中的接收能谱，所述仓例如为1keV宽的仓。因此，像素阵列20表示测量在所接收到的X射线光谱上分布的接收X射线强度的线扫描。接收到的X射线光谱被发送到处理系统22，该处理系统22包括运行软件程序的可编程计算机，所述软件程序例如为二维(2D)成像器、X射线源控制器以及用户界面控制器。X射线源控制器使X射线源10与光谱X射线探测器18的采样同步地发生脉冲。图1中虚线所示的可选X射线探测器18'包括单个X射线探测像素20'，其通过驱动器如箭头19所示地横跨输送带14的宽度快速前进，所述驱动器例如为定子21，其与像素20'中的磁力动子形成线性同步电动机。随着像素20'横跨带14的宽度快速前进，像素20'在离散的像素位置处对接收X射线强度进行采样并且测量在横跨带宽度的那些位置(诸如由固定阵列X射线探测器18中的像素20所限定的位置)处的能谱。作为另一可选方案，横跨带的宽度以规则的间隔隔开的多个像素的阵列可以仅在所述规则的间隔上(而非在带14的整个宽度上)通过驱动器前进，以测量像素位置处的光谱。处理系统22接收像素光谱并控制运动像素探测器中的像素驱动器21的操作。如图2所示，每个像素20具有准直器24，该准直器24在每个像素位置限定了视场26，该视场26在输送带14的输送表面27处与输送带14相交，并且消除了散射。像素20的输出信号通过信号线28发送到包括缓冲器和模数转换器(ADC)的信号调节电路30。代表所接收到的光谱的数字信号通过数字线32从ADC发送到处理系统22。侧向连续的视场26之间的距离34不大于预定探测阈值，即待被探测的最小异物的尺寸。在每个像素位置处接收到的X射线光谱被拟合到基于比尔-朗伯特定律的X射线衰减模型，该模型将在像素位置处的每个能量仓中接收到的X射线强度Ir建模为源X射线强度Is与指数衰减项的乘积：其中，Ir和Is是能量仓中心E的函数，[μ(E)·d]i是由于衰减模型中所包括的第i个预先选择的构成材料的吸收而沿着X射线路径发生的衰减。图4示出了钨X射线管的源X射线光谱和经衰减的接收X射线光谱的示例。如图3所示，辐射以三种方式与物质相互作用：(1)光电效应36，(2)康普顿散射38，以及(3)相干散射40。对于示例性材料，由这些效应中的每个产生的衰减随X射线能量E而变化。总衰减系数μ(E)是由于随能量E而变化的三种效应引起的衰减的和。如图所示，对于该示例性材料，μ随着能量E的增大而单调减小。图6示出了肉(μM)、骨头(μB)、缩醛(μA)、钢(μF)和玻璃(μG)的相对衰减系数。如图6清楚示出的，玻璃的衰减系数不随能量的增大而单调减小。衰减系数μ(E)(更严格地，衰减函数)以表格形式存储在处理系统的存储器中，或者针对每个预先选择(预选)的感兴趣的构成材料(即，预期存在的那些材料)通过算法计算得到，所述材料为：输送带材料；正被输送的肉或其它食品；以及构成待进行探测的任何其它异物的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对输送带上的材料进行探测的装置，包括：沿着输送方向输送产品的输送带；X射线源，所述X射线源引导X射线束沿着X射线路径穿过所述输送带的厚度，所述X射线束具有分布在源能谱上的源强度；光谱X射线探测器，所述光谱X射线探测器包括在所述输送带的与所述X射线源相反的一侧上的一个或多个像素，所述一个或多个像素在横跨所述输送带的宽度的离散像素位置处接收在穿过所述输送带、被输送的所述产品以及在所述输送带上的与被输送的所述产品一起前进的任何异物时发生衰减的X射线；其中，所述一个或多个像素限定每个像素位置处的相应视场，并且确定在每个像素位置处的相应视场中接收到的分布在衰减X射线的能谱上的接收到的强度；处理系统，所述处理系统将在每个像素位置处接收到的能谱与所述源能谱相关联以确定所述X射线的测量衰减，并且将所述测量衰减与X射线衰减模型相关联，所述X射线衰减模型包括一组预选构成材料的衰减系数，所述一组预选构成材料包括构成所述产品的材料、构成所述输送带的材料以及构成被怀疑为可能的污染物的异物的材料，从而确定在每个像素位置处的视场中的材料的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 US 62/427,4231.一种用于对输送带上的材料进行探测的装置，包括：沿着输送方向输送产品的输送带；X射线源，所述X射线源引导X射线束沿着X射线路径穿过所述输送带的厚度，所述X射线束具有分布在源能谱上的源强度；光谱X射线探测器，所述光谱X射线探测器包括在所述输送带的与所述X射线源相反的一侧上的一个或多个像素，所述一个或多个像素在横跨所述输送带的宽度的离散像素位置处接收在穿过所述输送带、被输送的所述产品以及在所述输送带上的与被输送的所述产品一起前进的任何异物时发生衰减的X射线；其中，所述一个或多个像素限定每个像素位置处的相应视场，并且确定在每个像素位置处的相应视场中接收到的分布在衰减X射线的能谱上的接收到的强度；处理系统，所述处理系统将在每个像素位置处接收到的能谱与所述源能谱相关联以确定所述X射线的测量衰减，并且将所述测量衰减与X射线衰减模型相关联，所述X射线衰减模型包括一组预选构成材料的衰减系数，所述一组预选构成材料包括构成所述产品的材料、构成所述输送带的材料以及构成被怀疑为可能的污染物的异物的材料，从而确定在每个像素位置处的视场中的材料的厚度。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X射线衰减模型遵循比尔-朗伯特定律。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在每个像素位置处接收到的能谱被装仓于连续的能量仓中，并且所述处理系统限定衰减方程组，所述衰减方程组将在预选的能量仓中接收到的强度与源强度之比与用于所述预选的能量仓的X射线衰减模型相关联，以确定所述预选构成材料中的每种材料沿着X射线路径的厚度。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述预选的能量仓包括所述能量仓中的一些或全部。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，预选能量仓的数量大于或等于预选构成材料的数量。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所有能量仓具有相同的宽度。7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所选择的能量仓在低能级下比在高能级下更宽。8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理系统对所述方程组执行非线性回归，以通过使所述预选构成材料中的每种材料沿着所述X射线路径的厚度的残差最小来确定所述X射线衰减模型同所选择的能量仓中的每个能量仓接收到的强度与源强度之比的最佳拟合。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述方程组包括用于呈形式的预选能量仓中的每个的一个方程，其中N是所述X射线衰减模型中的预选构成材料的数量，μi是第i种预选构成材料对于能量仓的衰减系数，di是第i种预选构成材料沿着所述X射线路径的厚度，Ir是在能量仓中接收到的X射线强度，Is是在能量仓中的源X射线强度。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱X射线探测器包括驱动器以及单个像素或者多个间隔开的像素，所述驱动器驱动所述单个像素或者所述多个间隔开的像素跨越所述输送带的宽度，以在每个像素位置处接收X射线。11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理系统针对每个所述像素位置确定所述输送带的构成材料沿着所述X射线路径的厚度，并且将所述厚度与所述输送带沿着所述X射线路径的预定厚度进行比较，...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·S·默里，
申请(专利权)人：莱特拉姆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US