CT床編碼器浮動(dòng)式安裝與測(cè)試

王迪

東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179

CT床編碼器浮動(dòng)式安裝與測(cè)試

王迪

東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179

本文分析了CT床掃描過(guò)程中發(fā)生故障的編碼器的原安裝結(jié)構(gòu)，指出各連接件在軸線方向上安裝不平行是導(dǎo)致故障的主要原因，并闡述了編碼器的浮動(dòng)式安裝過(guò)程及性能測(cè)試結(jié)果。浮動(dòng)式安裝解決了編碼器的故障。

CT床；編碼器；浮動(dòng)式安裝；光柵

在CT床的水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)中，為了保證床板的運(yùn)動(dòng)位置精度和速度精度，水平進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通常需要安裝編碼器，但由于編碼器的安裝結(jié)構(gòu)不合理，臨床應(yīng)用中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)編碼器光柵損壞的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致CT床報(bào)警并停止運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重影響患者的檢查進(jìn)程。為了解決上述問(wèn)題，

本文詳細(xì)分析了一種典型編碼器在CT床上的安裝問(wèn)題，并對(duì)原編碼器的安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，取得了良好效果。

1 編碼器原安裝結(jié)構(gòu)及故障分析

CT床的水平傳動(dòng)系統(tǒng)中編碼器的原安裝結(jié)構(gòu)圖[1]，見(jiàn)圖1。由圖1可知，編碼器通過(guò)安裝板固定到支座上，其輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器連接到傳動(dòng)螺桿上。由于各連接件在軸線方向上的安裝不平行，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿與編碼器輸出軸之間的聯(lián)軸器就會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)現(xiàn)象，擺動(dòng)過(guò)大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致光柵損壞。

圖1 編碼器原安裝結(jié)構(gòu)圖

2 編碼器浮動(dòng)式安裝過(guò)程及結(jié)構(gòu)分析

（1）安裝過(guò)程。為了在不降低安裝精度的條件下解決問(wèn)題，我們引入了浮動(dòng)式安裝的設(shè)計(jì)理念。編碼器的浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖2。編碼器浮動(dòng)式安裝過(guò)程：首先用螺釘固定連接編碼器與浮動(dòng)板，然后把編碼器的輸出軸插入到預(yù)先加工的螺桿孔內(nèi)并用螺桿上的螺釘頂緊編碼器輸出軸的扁平面處，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，將標(biāo)準(zhǔn)圓柱銷穿過(guò)浮動(dòng)板的長(zhǎng)條孔固定到支座上，這樣當(dāng)螺桿帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，浮動(dòng)板上的長(zhǎng)條孔就能夠消除各連接件軸線安裝不平行所帶來(lái)的影響，從而保證了編碼器光柵不會(huì)損壞。

圖2 編碼器的浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)圖

（2）結(jié)構(gòu)分析。由于該安裝結(jié)構(gòu)中的浮動(dòng)板與標(biāo)準(zhǔn)圓柱銷間存在安裝間隙，因而當(dāng)浮動(dòng)板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)編碼器的碼值產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而影響到CT床板的位置精度和速度精度。為了保證產(chǎn)品的正常使用，合理設(shè)計(jì)浮動(dòng)板的長(zhǎng)條孔尺寸就成為了關(guān)鍵。

同浮動(dòng)板的長(zhǎng)條孔相關(guān)聯(lián)的零件是標(biāo)準(zhǔn)φ6螺紋圓柱銷，結(jié)構(gòu)尺寸示意圖，見(jiàn)圖3[2]。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)螺紋圓柱銷結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓柱銷的尺寸誤差、加工零件的設(shè)備精度和安裝要求[3-4]，浮動(dòng)板3上長(zhǎng)條孔的結(jié)構(gòu)尺寸，見(jiàn)圖4。

圖4 浮動(dòng)板長(zhǎng)條孔結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

由上可知，標(biāo)準(zhǔn)圓柱銷4與浮動(dòng)板3的最大間隙δ=[0.05-(-0.18)] mm=0.23 mm；最大間隙能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ=arctan(δ/L)=arctan(0.23/20.44)=0.64°；其中L=（20.5±0.06） mm（設(shè)計(jì)時(shí)編碼器輸出軸與固定圓柱銷的位置距離，取最小值）。

CT床的水平進(jìn)給系統(tǒng)選用每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為200的編碼器，因而最大間隙帶來(lái)的碼值變動(dòng)為0.36碼。CT床的水平進(jìn)給系統(tǒng)要求編碼器的碼值誤差≤1，理論上該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能保證床板的運(yùn)動(dòng)精度。

3 性能測(cè)試

為驗(yàn)證編碼器的浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)可行性，對(duì)幾項(xiàng)可能影響產(chǎn)品使用的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試[5-6]。

3.1 床板水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度的測(cè)量

指標(biāo)要求：在水平進(jìn)給方向的任意長(zhǎng)度范圍內(nèi)，床板的位置誤差≤0.25 mm。

方法：首先搭建CT床的測(cè)試平臺(tái)，把CT床板擺放在水平起始位置50 mm處；將千分表座固定在床架上并使千分表的觸頭頂在床板后端，千分表里的讀數(shù)清零；利用CT機(jī)上的軟件程序驅(qū)動(dòng)床板向前移動(dòng)到目標(biāo)位置后再返回起始位置，觀察CT機(jī)上顯示的床碼值和千分表的實(shí)際讀數(shù)并記錄。測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度測(cè)量結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可知，水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)精度的誤差范圍為0.013～0.027 mm，基本滿足產(chǎn)品使用要求。

3.2 床板水平步進(jìn)精度的測(cè)量

指標(biāo)要求：在水平進(jìn)給方向上任意長(zhǎng)度范圍內(nèi)，床板每次步進(jìn)固定距離的誤差≤0.1 mm。

方法：首先搭建CT床的測(cè)試平臺(tái)，把床板擺放在合適位置，用千分表測(cè)量其初始位置；每次步進(jìn)固定的距離，觀察CT機(jī)上顯示的床碼值和千分表的實(shí)際讀數(shù)并記錄。測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 水平步進(jìn)精度測(cè)量結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可知，步進(jìn)精度的誤差范圍為-0.008～0.020 mm，滿足產(chǎn)品使用要求。

3.3 床板水平標(biāo)尺精度的測(cè)量

指標(biāo)要求：床板在水平進(jìn)給方向上移動(dòng)1000 mm，在刻度尺上實(shí)際運(yùn)行距離誤差≤1 mm。

方法：首先搭建CT床的測(cè)試平臺(tái)，把床板擺放在水平起始位置（52 mm處），在水平進(jìn)給方向上移動(dòng)1000 mm，觀察CT機(jī)上顯示的床碼值和標(biāo)尺上實(shí)際讀數(shù)并記錄。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，精度滿足產(chǎn)品使用要求。

3.4 床板水平速度波動(dòng)精度的測(cè)量

指標(biāo)要求：床板速度為1、20、100 mm/s時(shí)，速度波動(dòng)應(yīng)在±2 mm/s范圍內(nèi)。

方法：CT床上運(yùn)動(dòng)控制板記錄CT床編碼器的反饋脈沖的周期，并實(shí)時(shí)測(cè)算出床板的水平速度（每反饋1個(gè)完整的周期更新1次），根據(jù)設(shè)定的采樣率記錄實(shí)時(shí)測(cè)出的水平速度。以采樣點(diǎn)為橫坐標(biāo)，瞬時(shí)速度為縱坐標(biāo)，繪制速度曲線圖，見(jiàn)圖5～7。

由圖可知，在速度為100 mm/s時(shí)，速度波動(dòng)基本在±1.5 mm/s范圍內(nèi)；在速度為20 mm/s時(shí)，速度波動(dòng)基本在±0.4 mm/s范圍內(nèi)；在速度為1 mm/s時(shí)，速度波動(dòng)基本在±0.05 mm/s范圍內(nèi)。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，波動(dòng)精度滿足產(chǎn)品使用要求。

圖5 100 mm/s速度曲線圖

圖6 20 mm/s速度曲線圖

圖7 1 mm/s速度曲線圖

4 實(shí)際應(yīng)用效果

改裝后的編碼器浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間在臨床CT機(jī)上的使用，再也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)編碼器中光柵損壞的現(xiàn)象，滿足了產(chǎn)品的使用要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的編碼器浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)克服了常規(guī)編碼器安裝技術(shù)的缺陷并達(dá)到了預(yù)期的使用效果；由于編碼器的浮動(dòng)式安裝結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝容易且成本低廉的特點(diǎn)[7-8]，因而可為其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一種新的思路和方法。

[1] 楊興民,姜小平,祝莉．旋轉(zhuǎn)編碼器的原理及調(diào)整[J]．醫(yī)療設(shè)備信息,2002,17(9):28-28,16．

[2] 成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．5版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008．

[3] 孔曉玲．公差與測(cè)量技術(shù)[M]．北京:北京大學(xué)出版社,2009．

[4] 張建中．機(jī)械制造工藝學(xué)[M]．北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009．

[5] 余曉鍔,康立麗,林木炎,等．CT機(jī)中診視床運(yùn)動(dòng)精度的檢測(cè)方法和結(jié)果[J]．北京生物醫(yī)學(xué)工程,2001,20(1):66-68．

[6] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB/T 19042．5-2006,醫(yī)用成像部門的評(píng)價(jià)及例行試驗(yàn) 第3-5部分:X射線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備成像性能驗(yàn)收試驗(yàn)[S]．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007．

[7] 郝濤．醫(yī)療儀器中光電編碼器故障維修三例[J]．現(xiàn)代儀器與醫(yī)療,2013,19(3):86-87．

[8] 原少鋒,昝平生,宮亞琳．GE螺旋CT掃描床故障檢修[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2009,24(4):112．

Floating Installation and Performance Testing of CT Bed Encoder

WANG Di
Philips and Neusoft Medical Systems Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110179, China

This paper analyzed the original installation structures of the encoder malfunctioned in the scanning process of CT bed, and pointed out that the unparallel installation of various adapting pieces of the encoder was the failure cause. Then this paper introduced the fl oating installation process of the encoder as well as corresponding performance test results. The failure of the encoder was solved with the application of the fl oating installation process.

CT bed; encoder; fl oating installation; grating

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.048

1674-1633(2014)07-0128-03

2013-11-13

作者郵箱：wang-di@neusoft．com