工業(yè)CT是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)。它是以不損傷被檢測(cè)對(duì)象的性能為前提的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，與射線照相、超聲等常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)比，工業(yè)CT具有檢測(cè)速度快、分辨率高、不受被測(cè)對(duì)象幾何結(jié)構(gòu)限制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)估中，被公認(rèn)為是20世紀(jì)后期最偉大的科技成果之一。
工業(yè)CT技術(shù)涉及了光電子技術(shù)、精密機(jī)械與控制、儀器儀表、核物理學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像處理與模式識(shí)別等學(xué)科領(lǐng)域，是典型的技術(shù)密集型高科技技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在國(guó)防、航天、航空、電子、機(jī)械、電力及石油等工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)際工業(yè)中的主要應(yīng)用有諸如發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部裂紋、航天航空零件的材質(zhì)的檢測(cè)等，為我國(guó)尖端行業(yè)的工業(yè)設(shè)備的安全和可靠運(yùn)行提供了重要鋪墊和安全保障。除此之外，工業(yè)CT系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用于預(yù)防滑坡、探礦找水、放射性污染檢測(cè)等領(lǐng)域，為人們的安全保障提供了重要的檢測(cè)手段，強(qiáng)有力的推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。
工業(yè)CT系統(tǒng)由于涉及到多種學(xué)科領(lǐng)域，因此它的子系統(tǒng)組成也多樣化，其中凸顯在運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、輔助子系統(tǒng)、機(jī)械子系統(tǒng)等四個(gè)主要系統(tǒng)上。而運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是工業(yè)CT控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。其中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要部件是運(yùn)動(dòng)控制器本身，主要負(fù)責(zé)被檢測(cè)工件的旋轉(zhuǎn)、平移和射線源-探測(cè)器等掃描運(yùn)動(dòng)軸的掃描運(yùn)動(dòng)。在工業(yè)CT掃描過(guò)程中，掃描運(yùn)動(dòng)控制器需要實(shí)時(shí)采集各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位置信息，實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制;同時(shí)，需要監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)、控制射線源和采集系統(tǒng)在預(yù)定位置分別出束和采集。因此，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制性能好壞將會(huì)直接影響工業(yè)CT掃描位置的精度、采集數(shù)據(jù)的有效性和圖像重建的準(zhǔn)確性。
實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描系統(tǒng)的精確控制，除了加工本身的要求外，機(jī)械系統(tǒng)的剛度也是不可忽視的，特別在被檢工件比較巨大笨重時(shí)更是如此。運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部件一般選用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。相比之下，步進(jìn)電機(jī)比較適合于輕便廉價(jià)的系統(tǒng)，伺服電機(jī)得到了更多的應(yīng)用。無(wú)論采用哪一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精確的測(cè)量系統(tǒng)常常是不可少的。特別是那些經(jīng)常運(yùn)行于啟停狀態(tài)的電機(jī)，更要靠獨(dú)立且精確的位置測(cè)量系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，常用的位置測(cè)量元件是光柵尺和旋轉(zhuǎn)編碼器。安裝這些設(shè)備不僅是為了防止電機(jī)“丟步”同時(shí)還應(yīng)該注意導(dǎo)軌絲杠等可能存在的“空行程”。因此在安裝位置的選擇上應(yīng)當(dāng)有所考慮。
僅從對(duì)于最后檢測(cè)效果考慮，機(jī)械系統(tǒng)的精度自然是越高越好。但是到了一定程度以后，加工精度的提高往往帶來(lái)生產(chǎn)成本呈指數(shù)般地上升。合理的要求是在成本沒(méi)有快速上升以前，達(dá)到盡可能高的加工精度。通常情況下，都希望機(jī)械加工精度能夠高到幾乎不是CT圖像質(zhì)量的影響因素，實(shí)際上還是只能在價(jià)格和性能之間折中。經(jīng)驗(yàn)上有一個(gè)很好的參照標(biāo)準(zhǔn)，就是測(cè)量投影數(shù)據(jù)時(shí)的像素尺寸大小。如果在完成采集一個(gè)斷層所需要的全部數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于機(jī)械精度的影響，使采集到投影數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的“體素”距離理想位置最大偏差不到像素尺寸的1/3時(shí)，被認(rèn)為是可以接受的系統(tǒng)；偏離理想位置不到1/5時(shí)，被認(rèn)為是很好的系統(tǒng)。
工業(yè)CT領(lǐng)域常用的兩種掃描方式，即TR方式和RO方式。RO掃描方式無(wú)疑具有更高的射線利用效率，以得到更快的成像速度；然而，TR掃描方式的偽像水平遠(yuǎn)低于RO掃描方式的，可以根據(jù)樣品大小方便地改變掃描參數(shù)（采樣數(shù)據(jù)密度和掃描范圍），特別是檢測(cè)大尺寸樣品時(shí)其優(yōu)越性更加明顯；射線源探測(cè)器距離較小，從而提高信號(hào)幅度；另外，探測(cè)器通道少還有降低系統(tǒng)造價(jià)、便于維護(hù)等重要優(yōu)點(diǎn)。TR方式比起RO方式除了必須增加工件掃描運(yùn)動(dòng)之外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也有所不同。同時(shí)具有兩種掃描方式的系統(tǒng)，實(shí)際上還是基于RO方式的結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行TR掃描時(shí)只是部分避免了RO掃描的固有缺點(diǎn)，如消除年輪狀偽像，并且可以掃描較大樣品。但從根本上說(shuō)，為了遷就RO掃描幾何條件的要求，往往增加了射線源到探測(cè)器的距離，犧牲了一些非常貴的信號(hào)強(qiáng)度。所以說(shuō)同時(shí)具有兩種掃描方式的CT，采用的幾何條件對(duì)于TR方式來(lái)說(shuō)很可能不是最佳的。
隨著工業(yè)CT技術(shù)的快速發(fā)展壯大，工業(yè)CT面臨的對(duì)象千差萬(wàn)別，除了對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)外，還對(duì)裝配線進(jìn)行快速檢測(cè)，檢測(cè)的精度要求越來(lái)越高，同時(shí)伴隨著DR成像技術(shù)及三維成像技術(shù)的發(fā)展，對(duì)CT的成像速度提出了更高的要求，相應(yīng)的對(duì)CT運(yùn)動(dòng)控制器控制精度提出了更高的要求，也即對(duì)控制系統(tǒng)精度要求更高。更高的控制精度要求就需要了解掃描運(yùn)動(dòng)對(duì)象的對(duì)象模型，基于掃描運(yùn)動(dòng)對(duì)象模型分析來(lái)優(yōu)化和改善控制系統(tǒng)的精度。對(duì)象模型是通過(guò)對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸高精度實(shí)時(shí)測(cè)量及分析來(lái)獲得的。在工業(yè)CT的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，各運(yùn)動(dòng)軸基本是閉環(huán)控制，配置了相關(guān)的運(yùn)動(dòng)行程開(kāi)關(guān)和光柵，基于這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量傳感器，再結(jié)合測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸狀態(tài)信息的測(cè)量。因此，為了實(shí)現(xiàn)某些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)工業(yè)CT控制技術(shù)的高精度要求，在工業(yè)CT現(xiàn)有的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，研究和開(kāi)發(fā)工業(yè)CT運(yùn)動(dòng)位置狀態(tài)測(cè)量與模型識(shí)別系統(tǒng)具有重要工程應(yīng)用價(jià)值和實(shí)際意義
