[发明专利]一种微区XRF元素分析与多维成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种微区XRF元素分析与多维成像方法及系统。本系统包括多维度运动装置，用于搭载并驱动轮廓信息采集装置和微区XRF进行多维度运动；轮廓信息采集装置，用于在多维度运动装置的驱动下对待检测物体的轮廓进行扫描，获取待检测物体的轮廓信息并将其发送给多维度运动装置；微区XRF，用于在多维度运动装置的驱动下沿扫描轨迹移动到每一扫描点对应的工作位置，对待检测物体进行X射线照射，并获取待检测物体发出的X射线荧光光谱并将其发送给数据分析与显示系统；其中多维度运动装置根据轮廓信息确定微区XRF相对于待检测物体上每一扫描点的工作位置及扫描轨迹；数据分析与显示系统，用于对光谱进行实时显示以及元素分析。

技术领域

本发明涉及一种微区X射线荧光(XRF)元素分析与多维成像方法与系统，所述方法和系统具体适用于在开放场景下对各种形态的曲面样品进行高精度的微区XRF元素分析与多维成像。

本发明还涉及一种扫描轨迹生成方法及表面元素分布的三维可视化方法。所述扫描轨迹生成方法可以用于生成样品扫描点位置及方向数据，表面元素分布的三维可视化方法可以用于扫描区域内表面元素分布的三维显示。

背景技术

目前公知的微区XRF主要由X射线源、多毛细管X光透镜和X射线探测器三部分组成，X射线源发出的X射线，经过多毛细管X光透镜汇聚在物体表面，使用X射线探测器获取物体表面发出的X射线荧光光谱，从而获得该探测点的元素种类及含量信息。进一步，使用微区X射线荧光光谱仪在物体表面进行扫描，可获得各元素成分在物体表面的分布信息。

已有与本发明最相近似的方案是BRUKER公司研发的微区X射线荧光光谱仪M6JETSTREAM，该产品将微区X射线荧光光谱仪装载在相互垂直的带有螺纹的圆杆上，通过旋转圆杆，微区X射线荧光光谱仪能在二维平面内自由移动。该产品使用光学摄像头获取物体表面的颜色信息和二维位置信息，设计扫描路径，获取各个元素在物体表面的分布情况。

现有技术中采用光学摄像头只能获取样品的二维位置信息，并且微区X射线荧光光谱仪只能在二维平面内移动，所以在扫描曲面(或者表面不平整)样品时，受空间位置和曲面方向角度的影响，X射线的焦点无法保持在样品表面，且探测器记录的光子数也与特征X射线的角分布有关，这使得每个扫描点的计数存在由于空间不一致(X射线焦点位置不一致，探测器空间位置和方向对于曲面样品上每个扫描点不一致)引起的偏差，从而无法准确获取样品表面的元素分布及含量信息。

发明内容

本发明提供了一种能够适用于曲面(或者表面不平整)样品的高精度微区XRF元素分析与多维成像的方法及系统。本发明采用开放式的系统结构，可以适应多种复杂的外部环境，同时也便于不同大小、形态的样品摆放，减小了可扫描样品的外形限制。对于曲面(或表面不平整)样品，本系统可获得具有良好空间一致性的光子计数信息，以及表面元素组成和分布信息。

本发明由多维度运动装置、轮廓信息采集装置、微区XRF、数据分析与显示系统四部分组成，如图1所示。其中，多维度运动装置用来搭载轮廓信息采集装置和微区XRF进行多维度运动，该装置可以是机械臂或多轴位移台等能够进行多维度平移、旋转的装置；轮廓信息采集装置用于获取物体表面轮廓信息，可以是深度相机、激光位移传感器等；微区XRF包含X射线源及多毛细管透镜(用来产生高亮度的、微小焦斑的激发X射线)以及粒子探测器(通常为硅漂移探测器，用来记录样品表面的特征光谱)两部分组成，多毛细管透镜和探测器成一定的夹角，构成一个典型的能量色散微区XRF；数据分析和显示系统用于特征光谱的实时显示与元素分析，以及样品表面元素分布的三维可视化。

本发明还提供了一种扫描轨迹生成方法，所述扫描轨迹生成方法用于将采集的轮廓信息转化成可以用于多维运动装置解析扫描轨迹信息。

该方法包括：轮廓数据的截取，截取数据下采样，去除下采样数据中的离群点，上采样补充残缺数据，去除多余离群数据，下采样生成扫描点数据，计算曲面法向量，扫描点的坐标系转化与方向角转化。