Design eines Röntgengerätes

Der Kunde

Ein weltweit führender Anbieter von Lösungen zur Sicherheitskontrolle.

Die Herausforderung

Der Kunde wandte sich an uns, um ein Röntgengerät zu entwickeln, das in Sicherheits-CT-Scannern eingesetzt werden kann. Es soll die 3D-Struktur des gescannten Objekts ermitteln und eine Materialzerlegung durchführen.

Das Gerät verfügt über vier simultane Energiebänder und reduzierte Pixel, die für die Sicherheits-CT mit Photonenzählung optimiert sind.

Die Lösung

1. Hardware-Design

Wir haben das Motherboard entworfen, das die Hauptplatine darstellt. Auf dem Motherboard sind das FPGA SoM und die Messplatinen installiert.

Das Motherboard basiert auf dem XEM7310 FPGA SoM von Opal Kelly. Das XEM7310 wird von einem Xilinx Artix-7 FPGA unseres Partners betrieben.

Wir haben Steckverbinder für den Anschluss der Messplatinen verbaut. Das Gerät hat zwei isolierte Eingänge für die externe Synchronisation.

Das Motherboard verfügt über einen Anschluss für ein Hochspannungs-DC/DC-Modul, das zur Hochspannungsversorgung der Detektoren dient.

Das Motherboard überwacht:

Temperatur und die Luftfeuchtigkeit der Platine
Spannungs- und Stromzufuhr der Messkarten
Eingangsspannung und -strom

2. Softwareentwicklung

Das Gerät enthält Messplatinen oder Sensorplatinen, die über eine JTAG-Schnittstelle in einem einzigen geschlossenen Stromkreis verbunden sind. Der Master in der Kette ist das Motherboard, das dafür ausgelegt ist, Daten von allen Sensorplatinen des Geräts zu empfangen und zu puffern.

Alle Sensorplatinen haben identisches Design und FPGA-Konfiguration und unterscheiden sich nicht voneinander. Die Sensorplatinen verfügt über einen dedizierten seriellen Kanal zum Senden von Daten an das Motherboard.

Darüber hinaus enthält das Motherboard einen FPGA-Chip, dessen Hauptaufgabe darin besteht, die Daten von allen Sensorplatinen zu sammeln.

Die FPGA-Architektur basiert auf dem AXI-Memory-Map Systembus, an den alle Module angeschlossen sind, was Flexibilität und Skalierbarkeit des Systems gewährleistet.

Das Hauptmodul auf dem Bus ist die Soft-MCU des Mikroprozessorkerns, der auf den logischen Ressourcen des FPGAs implementiert ist. Die MCU empfängt Befehle vom Host über den USB-Bus und konfiguriert alle anderen Module gemäß dem vorgegebenen Betriebsalgorithmus.

Auf dem Motherboard befinden sich auch mehrere Peripheriemodule: Temperatur-, Feuchtigkeits- und Stromsensoren. Sie sind für High-Level-Software über ein spezielles Kommunikationsprotokoll mit der MCU verfügbar.

3. Mechanisches Design

Im Rahmen des Projekts haben wir das industrielle und mechanische Design des Gehäuses für die Messplatinen entwickelt, die identisches Design aufweisen und in beliebiger Reihenfolge angeordnet werden können.

Die Seiten-, Boden- und Frontplatten des Gehäuses werden aus einer Aluminiumlegierung und Messing im Fräsverfahren hergestellt.

An der Position der Sensoren auf den Messplatinen ist ein 250-350 Mikrometer dickes Gitter an der Vorderwand des Geräts angebracht, das die reibungslose Erfassung der erforderlichen Informationen ermöglicht.

Die Rückwand besteht aus einem Edelstahlblech.

Die Lamellen des Kühlers sind auf der Oberseite mit einer dekorativen Blechplatte abgedeckt.

An den Seitenwänden des Geräts sind Schlitze angebracht, um einen reibungslosen Luftstrom des Lüfters zu ermöglichen, der für Kühlung sorgt.