水平CT系统成本组成

水平CT系统成本组成-----另一个角度认识水平CTMichaelTang2020/2/14YXLONCompanyPresentation20192Agenda12D系统+CT功能模块与水平CT系统2为什么核心部件一样，水平CT系统价格非常昂贵3水平CT系统新增成本分析4补充信息YXLONCompanyPresentation201932D系统+CT功能模块2D系统+CT功能模块与水平CT系统•CT系统组成•2DXRay检测系统+CT功能模块•关键部件的组成•射线管•探测器•CT轴及CT重构和分析电脑•关键部件安装方式•探测器，射线管及CT轴连线是竖直向下的设备采用不锈钢结构YXLONCompanyPresentation20194水平CT系统2D系统+CT功能模块与水平CT系统•关键部件的组成•射线管•探测器•CT轴及CT重构和分析电脑•高精度机械运动控制系统及部件•关键部件安装方式•探测器，射线管及CT轴连线是竖直向下的探测器CT轴射线管大理石平台YXLONCompanyPresentation201952D系统+CT功能模块与水平CT系统2D系统+CT功能模块与水平CT系统ACT种类2D系统+CT功能模块水平CT系统CT技术ACT（AxialComputerTomography）ACT（AxialComputerTomography）核心部件•探测器、射线管、CT轴•CT重构及分析软件+CT电脑•探测器、射线管、CT轴•CT重构及分析软件+CT电脑核心部件摆放方式探测器，射线管及CT轴采用竖直摆放•探测器，射线管及CT轴采用水平摆放为什么核心部件一样，水平CT系统价格非常昂贵•水平CT系统价格都在50万美元及以上•是2D系统+CT功能模块2.5倍以上YXLONCompanyPresentation20196Agenda12D系统+CT功能模块与水平CT系统2为什么核心部件一样，水平CT系统价格非常昂贵3水平CT系统新增成本分析4补充信息YXLONCompanyPresentation201972D系统+CT功能模块与水平CT系统比较ACT种类CT功能模块水平CT系统设备用途•兼顾2D检测和3D检测要求•CT精度不高，只能用于失效分析•专注于高精度CT扫描，•CT结果能用于失效分析•通过CT结果，可以精确测量物理尺寸机械构架•为节约成本，采用不锈钢机架•任何提高CT扫描精度硬件全部省略•不考虑硬件成本，一切设计都是为了提高CT扫描精度和准确性•大理石机座是其典型特征缺点CT精度不高，尺寸测量值只能为参考•不方便用于2D检测，只做CT2D系统+CT功能模块与水平CT系统2D系统+CT功能模块与水平CT系统用途及设计原理比较YXLONCompanyPresentation201982D系统+CT功能模块与水平CT系统水平CT系统昂贵的原因（1）•为了获得高精度的CT扫描结果•确保CT结果能够用于•CT结果能用于失效分析•通过CT结果，可以精确测量物理尺寸•水平CT系统必须解决下面问题•选择最高性能的射线源和探测器•机械运动控制系统的运动控制精度和长期精度•整个设备在扫描过程中对温度稳定性的控制•设备防震问题•CT重构算法的改进•。。。。。。。YXLONCompanyPresentation201992D系统+CT功能模块与水平CT系统水平CT系统昂贵的原因（2）•为解决下面的问题，必然有大量的硬件成本和人工成本。•选择最高性能的射线源和探测器•机械运动控制系统的运动控制精度和长期精度•整个设备在扫描过程中对温度稳定性的控制•设备防震问题•CT重构算法的改进•。。。。。。。YXLONCompanyPresentation201910Agenda12D系统+CT功能模块与水平CT系统2为什么核心部件一样，水平CT系统价格非常昂贵3水平CT系统新增成本分析4补充信息YXLONCompanyPresentation201911水平CT系统新增成本分析------高精度机械部分水平CT系统新增成本主要来源•高精度的机械运动控制系统•温控部分•防震•高性能的探测器和射线管•新功能软件YXLONCompanyPresentation201912水平CT系统新增成本分析------高精度机械部分采用大理石机座-----高精度的机械运动控制系统的基础大理石大理石机座的特点及用途：热膨胀系数小，保证各轴位移的精度温度每变化一度，热涨冷缩系数变化比较大理石5,5µm/1m；铝为23,8µm/1m,铁为12µm/1m)是高刚性材料，各轴不会形变，保持精度持久不变高耐磨损，不会损失系统长期精度使用大理石机座的目的：确保各轴位移精度不随温度变化而变化，保证CT扫描结果的精度确保设备精度在设备寿命周期内保持不变YXLONCompanyPresentation201913采用光栅尺控制系统运动精度-----各轴位移精度为2um•FDD和FOD的实际长度，是决定CT测量物体尺寸的关键因素之一•光栅尺是制作精密设备首选的运动控制系统首选，各轴位移精度为2um。使用光栅尺的目的•使用光栅尺控制系统，确保机械系统的各轴的移动位置精度和旋转角度精度，确保CT扫描尺寸测量准确性说明：德国HEIDENHAIN光栅尺是行业精度最高厂家之一角光栅尺直线光栅尺水平CT系统新增成本分析------高精度机械部分YXLONCompanyPresentation201914电动切换射线管+光栅尺定位-----保证水平CT系统位置精度重要手动•水平CT系统关键参数之一•探测器中心、射线管焦点、CT旋转轴必须三点一线•手动切换射线管，不可能实现三点一线使用电动切换射线管+光栅尺定位目的•确保射线管切换以后，探测器中心、射线管焦点、CT旋转轴必须三点一线水平CT系统新增成本分析------高精度机械部分YXLONCompanyPresentation201915双端支撑的载物台-----保证物体同轴旋转的基石•任何重物都有自重，载物台采用单点支撑设计，载物台及被检测产品重量会产生扭矩，导致物体倾斜。•从而在载物台旋转360度的时候，不是同轴旋转•轻微不同轴，降低CT扫描精度，严重情况，导致重影双端支撑的载物台的目的：•保证物体同轴旋转的基石双端支撑水平CT系统新增成本分析------高精度机械部分YXLONCompanyPresentation201916射线源必须采用水冷-----保证各扫描参数在扫描过程中不会变化•CT扫描过程中，设备内部主要热源就是射线管•射线管内电子撞击靶产生X射线。•大于98%的电子能量转化为热，小于2%的电子能量转化为X射线。•如果管功率为100瓦，则使设备内部升温的能量98瓦•设备内部升温导致各轴受热膨胀，改变FOD，FDD射线源必须采用水冷：•确保扫描中，各轴长度不会受热膨胀水平CT系统新增成本分析------温控部分循环水冷管YXLONCompanyPresentation201917射线源必须采用水冷-----保证各扫描参数在扫描过程中不会变化•CT扫描过程中，设备内部主要热源就是射线管•射线管内电子撞击靶产生X射线。•大于98%的电子能量转化为热，小于2%的电子能量转化为X射线。•如果管功率为100瓦，则使设备内部升温的能量98瓦•设备内部升温导致射线管膨胀，使焦点散焦和飘逸射线源必须采用水冷：•确保扫描中，确保射线管参数不变水平CT系统新增成本分析------温控部分循环水冷管YXLONCompanyPresentation201918整机温控系统-----CT尺寸精度保证•CT扫描过程中，•主要热源是射线管•同时马达等电控器件也会产生人员•设备内部受热导致•各轴受热膨胀，导致CT结果不能反应物体的实际尺寸•射线管膨胀，导致焦点散焦和飘逸整机温控系统的目的：•确保扫描中，确保CT尺寸测量的精度水平CT系统新增成本分析------温控部分循环水冷管YXLONCompanyPresentation201919主动式防震-----CT尺寸精度保证•CT扫描过程中，如果样品或设备在扫描过程中出现振动•轻微导致CT结果精度降低•严重整动导致CT结果出现重影•CT设备工作的实际情况•绝对不存在震动环境是没有的•一般情况下：周边环境的震动频率大约在10Hz•橡胶防震垫几乎没有效果主动式防震目的：•确保获得高质量的CT扫描结果和获得准确的尺寸测量结果水平CT系统新增成本分析------防震系统共振频率大约为4Hz外部震动源平率为11Hz阻尼系数为i=74.6%BIZL空气气垫YXLONCompanyPresentation201920水平CT系统新增成本分析------高性能的探测器和射线管高性能的射线源-----获得最佳的CT分辨率射线管参数主要用途最小焦点决定CT分辨率空间分辨率（射线管）决定最小缺陷检测能力和反向验证焦点尺寸KV决定打穿物体的厚度和种类，CT结果信噪比功率决定了CT的材料对比度，CT结果信噪比散热能力决定了射线焦点随靶功率增加而散焦的速度快慢因此：•水平ＣＴ系统对射线源的要求远远高于2D系统+CT功能模块的要求•导致射线源的成本增加YXLONCompanyPresentation201921水平CT系统新增成本分析------高性能的探测器高性能的探测器-----获得最佳的CT分辨率和密度对比度探测器参数主要用途探测器种类决定CT的密度对比度和信噪比A/D转化位数决定CT结果的灰度等级范围像素大小•像素大，CT的密度对比度高•像素小，CT的最小缺陷检测能力强X射线接收面积大小决定了CT扫描可以扫描的最大样品尺寸，决定了检测效率探测器本身功耗探测器敏感度随温度升高而变化，如果探测器自身功耗高于40W必须采用温控系统因此：•水平ＣＴ系统对探测器的要求远远高于2D系统+CT功能模块的要求•导致射线源的成本增加YXLONCompanyPresentation201922水平CT系统新增成本分析------新功能软件必须具备多灰度值探测器校准功能-----消除探测器本体噪音•原因：•平板探测器是数字电路，本体噪音对CT的结果影响很大。•必须根据不同的KV，靶功率，以及不同的被扫描物体材料或厚度，校准探测器，消除本体噪音的干扰•目的：•最大限度消除探测器本体噪音，提高CT扫描的精度•最大限度消除环形微影（ringartifacts)YXLONCompanyPresentation201923水平CT系统新增成本分析------新功能软件必须具备CT扩展扫描功能-----提高设备工作效率•什么是扩展扫描•物体分为两个区域，分别完成独立扫描•将扫描后的数据合成一个CT结果•目的：•在保证足够放大倍数情况下，对样品实现整体扫描•是要求对样品做整体扫描的必备功能YXLONCompanyPresentation201924水平CT系统新增成本分析------新功能软件必须具备螺旋扫描方式------消除费尔德坎普漫反射扫描时，在射线源和探测器同步运动的同时，扫描部件也同时旋转运动，导致其扫描轨迹为一螺旋型曲线，所以被称为螺旋扫描。适用于长部件的扫描，无缝结合扫描，提高放大率和分辨率伪像少，对大角度射线扫描的图像效果优于常规锥束扫描扫描高度只受限于机械轴长度Helix螺旋CT扫描锥束CT扫描费尔德坎普漫反射造成影响YXLONCompanyPresentation201925水平CT系统新增成本分析------新功能软件必须具备消除环形微影的软件算法------提高CT扫描分辨率YXLONCompanyPresentation201926水平CT系统新增成本分析------新功能软件消除射线硬化的软件算法------提高CT扫描分辨率YXLONCompanyPresentation201927水平CT系统新增成本分析------新功能软件具备自校准功能---------确保设备机械精度（短期和长期）•水平CT需要校准的主要功能模块涉及到•机械系统的自校准•探测器、焦点、CT旋转轴（centralBeam)三点一线•机械原点校