X射線分層攝影的定位

　　探測器裝置和樣本定位系統(tǒng)集成于ESRF的光束線ID19處(圖片：PI, Fraunhofer EZRT, ESRF)

　　在一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目中，位于KIT(德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院)的ANKA(安卡同步輻射光源)、位于薩爾布呂肯/德累斯頓的Fraunhofer IZFP(德國無損檢測方法研究所)和X-射線同步光源ESRF(位于法國格勒諾布爾的歐洲同步輻射中心)開發(fā)出了同步輻射X-射線分層攝影法，可在大型扁平對(duì)象上實(shí)現(xiàn)高分辨3D成像。例如，該方法已被用于檢查風(fēng)力渦輪機(jī)或航空航天中的復(fù)合材料，以研究其在故障前、中、后期的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該儀器于2007年起在ESRF的光束線ID19處投入工作。通過相襯法，它還可以不利用吸收襯度對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成功檢查。ANKA處新建立的IMAGE光束線可提供相同的分析方法。

X-射線儀器：對(duì)穩(wěn)定性和精度具有最高要求

　　X-射線分層攝影法中，樣本繞一條相對(duì)于光束方向傾斜的軸旋轉(zhuǎn)而被掃描。體數(shù)據(jù)可通過不同的投射而被重構(gòu)。為此，樣本在X-射線光源和檢測器之間被定位。要求是在這個(gè)傾斜幾何結(jié)構(gòu)中定位檢測器和樣本需實(shí)現(xiàn)最大的穩(wěn)定性和精度。光束參考測量后的樣本定位的重復(fù)精度在小于0.5微米時(shí)確定和測量。旋轉(zhuǎn)偏心量也小于0.5微米。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槿绱艘粊?，不同投射角度才能具有相同的投射旋轉(zhuǎn)中心。低精度時(shí)，重構(gòu)過程中可能出現(xiàn)偽影。

　　ESRF光束線ID19處的電腦同步輻射X射線分層攝影法的原理和布置(圖片：ESRF)

亞微米級(jí)精度的樣本定位

　　樣本相對(duì)于同步X-射線光束旋轉(zhuǎn)的角度應(yīng)可調(diào)整，而樣本本身的橫向位置使得區(qū)域的選擇可隨意、安全、可重復(fù)。解決方案是在旋轉(zhuǎn)和傾斜平臺(tái)下方安裝一個(gè)六軸并聯(lián)運(yùn)動(dòng)SpaceFAB，將實(shí)際的樣本支架放置在其上方。SpaceFAB的主要特征是樞軸點(diǎn)可自由選擇、剛性高。線性行程為150毫米 × 150毫米 × 50毫米，位置分辨率為0.2微米，軸角度可實(shí)現(xiàn)±12.5度傾斜，其他方向?yàn)椤?度。光學(xué)線性編碼器以及由步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠組合驅(qū)動(dòng)的高精度機(jī)械元器件可確保精度。

10軸樣本定位器，相對(duì)于光束傾斜45度

　　在上方，一個(gè)360度轉(zhuǎn)臺(tái)可確保僅0.24微米的絕對(duì)平面度偏差。樣本相對(duì)于X-射線光束的角度可調(diào)整至45度，分辨率為0.001度。這種設(shè)計(jì)具有自鎖機(jī)架和小齒輪驅(qū)動(dòng)，以在檢查中保持穩(wěn)定。實(shí)際的樣本支架是一個(gè)磁性支撐的極薄框架支架，柔性鉸鏈接頭和氣墊實(shí)現(xiàn)最佳平行度。兩個(gè)線性平臺(tái)在150毫米 × 150毫米的范圍內(nèi)移動(dòng)和對(duì)中樣板支架，但在操作中無接觸。