CT床编码器浮动式安装与测试

王迪

东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，辽宁 沈阳 110179

CT床编码器浮动式安装与测试

王迪

东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，辽宁 沈阳 110179

本文分析了CT床扫描过程中发生故障的编码器的原安装结构，指出各连接件在轴线方向上安装不平行是导致故障的主要原因，并阐述了编码器的浮动式安装过程及性能测试结果。浮动式安装解决了编码器的故障。

CT床；编码器；浮动式安装；光栅

在CT床的水平进给运动设计中，为了保证床板的运动位置精度和速度精度，水平进给运动系统通常需要安装编码器，但由于编码器的安装结构不合理，临床应用中时常会出现编码器光栅损坏的现象，从而导致CT床报警并停止运动，严重影响患者的检查进程。为了解决上述问题，

本文详细分析了一种典型编码器在CT床上的安装问题，并对原编码器的安装结构进行了改进，取得了良好效果。

1 编码器原安装结构及故障分析

CT床的水平传动系统中编码器的原安装结构图[1]，见图1。由图1可知，编码器通过安装板固定到支座上，其输出轴通过联轴器连接到传动螺杆上。由于各连接件在轴线方向上的安装不平行，当螺杆转动时，螺杆与编码器输出轴之间的联轴器就会产生摆动现象，摆动过大时，就会导致光栅损坏。

图1 编码器原安装结构图

2 编码器浮动式安装过程及结构分析

（1）安装过程。为了在不降低安装精度的条件下解决问题，我们引入了浮动式安装的设计理念。编码器的浮动式安装结构图，见图2。编码器浮动式安装过程：首先用螺钉固定连接编码器与浮动板，然后把编码器的输出轴插入到预先加工的螺杆孔内并用螺杆上的螺钉顶紧编码器输出轴的扁平面处，转动螺杆，将标准圆柱销穿过浮动板的长条孔固定到支座上，这样当螺杆带动编码器转动时，浮动板上的长条孔就能够消除各连接件轴线安装不平行所带来的影响，从而保证了编码器光栅不会损坏。

图2 编码器的浮动式安装结构图

（2）结构分析。由于该安装结构中的浮动板与标准圆柱销间存在安装间隙，因而当浮动板发生转动时会对编码器的码值产生波动，进而影响到CT床板的位置精度和速度精度。为了保证产品的正常使用，合理设计浮动板的长条孔尺寸就成为了关键。

同浮动板的长条孔相关联的零件是标准φ6螺纹圆柱销，结构尺寸示意图，见图3[2]。

图3 标准螺纹圆柱销结构尺寸示意图

根据标准圆柱销的尺寸误差、加工零件的设备精度和安装要求[3-4]，浮动板3上长条孔的结构尺寸，见图4。

图4 浮动板长条孔结构尺寸示意图

由上可知，标准圆柱销4与浮动板3的最大间隙δ=[0.05-(-0.18)] mm=0.23 mm；最大间隙能产生的最大转动角度θ=arctan(δ/L)=arctan(0.23/20.44)=0.64°；其中L=（20.5±0.06） mm（设计时编码器输出轴与固定圆柱销的位置距离，取最小值）。

CT床的水平进给系统选用每转脉冲数为200的编码器，因而最大间隙带来的码值变动为0.36码。CT床的水平进给系统要求编码器的码值误差≤1，理论上该结构设计能保证床板的运动精度。

3 性能测试

为验证编码器的浮动式安装结构可行性，对几项可能影响产品使用的性能参数进行测试[5-6]。

3.1 床板水平往复运动精度的测量

指标要求：在水平进给方向的任意长度范围内，床板的位置误差≤0.25 mm。

方法：首先搭建CT床的测试平台，把CT床板摆放在水平起始位置50 mm处；将千分表座固定在床架上并使千分表的触头顶在床板后端，千分表里的读数清零；利用CT机上的软件程序驱动床板向前移动到目标位置后再返回起始位置，观察CT机上显示的床码值和千分表的实际读数并记录。测试结果，见表1。

表1 水平往复运动精度测量结果

由测试结果可知，水平往复运动精度的误差范围为0.013～0.027 mm，基本满足产品使用要求。

3.2 床板水平步进精度的测量

指标要求：在水平进给方向上任意长度范围内，床板每次步进固定距离的误差≤0.1 mm。

方法：首先搭建CT床的测试平台，把床板摆放在合适位置，用千分表测量其初始位置；每次步进固定的距离，观察CT机上显示的床码值和千分表的实际读数并记录。测试结果，见表2。

表2 水平步进精度测量结果

由测试结果可知，步进精度的误差范围为-0.008～0.020 mm，满足产品使用要求。

3.3 床板水平标尺精度的测量

指标要求：床板在水平进给方向上移动1000 mm，在刻度尺上实际运行距离误差≤1 mm。

方法：首先搭建CT床的测试平台，把床板摆放在水平起始位置（52 mm处），在水平进给方向上移动1000 mm，观察CT机上显示的床码值和标尺上实际读数并记录。

测试数据显示，精度满足产品使用要求。

3.4 床板水平速度波动精度的测量

指标要求：床板速度为1、20、100 mm/s时，速度波动应在±2 mm/s范围内。

方法：CT床上运动控制板记录CT床编码器的反馈脉冲的周期，并实时测算出床板的水平速度（每反馈1个完整的周期更新1次），根据设定的采样率记录实时测出的水平速度。以采样点为横坐标，瞬时速度为纵坐标，绘制速度曲线图，见图5～7。

由图可知，在速度为100 mm/s时，速度波动基本在±1.5 mm/s范围内；在速度为20 mm/s时，速度波动基本在±0.4 mm/s范围内；在速度为1 mm/s时，速度波动基本在±0.05 mm/s范围内。测试数据显示，波动精度满足产品使用要求。

图5 100 mm/s速度曲线图

图6 20 mm/s速度曲线图

图7 1 mm/s速度曲线图

4 实际应用效果

改装后的编码器浮动式安装结构已经应用到实际产品中，经过长时间在临床CT机上的使用，再也没有发现编码器中光栅损坏的现象，满足了产品的使用要求。

5 结束语

改进后的编码器浮动式安装结构克服了常规编码器安装技术的缺陷并达到了预期的使用效果；由于编码器的浮动式安装结构具有结构简单、安装容易且成本低廉的特点[7-8]，因而可为其他产品设计提供一种新的思路和方法。

[1] 杨兴民,姜小平,祝莉．旋转编码器的原理及调整[J]．医疗设备信息,2002,17(9):28-28,16．

[2] 成大先．机械设计手册[M]．5版．北京:化学工业出版社,2008．

[3] 孔晓玲．公差与测量技术[M]．北京:北京大学出版社,2009．

[4] 张建中．机械制造工艺学[M]．北京:国防工业出版社,2009．

[5] 余晓锷,康立丽,林木炎,等．CT机中诊视床运动精度的检测方法和结果[J]．北京生物医学工程,2001,20(1):66-68．

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会．GB/T 19042．5-2006,医用成像部门的评价及例行试验 第3-5部分:X射线计算机体层摄影设备成像性能验收试验[S]．北京:中国标准出版社,2007．

[7] 郝涛．医疗仪器中光电编码器故障维修三例[J]．现代仪器与医疗,2013,19(3):86-87．

[8] 原少锋,昝平生,宫亚琳．GE螺旋CT扫描床故障检修[J]．中国医疗设备,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

作者邮箱：wang-di@neusoft．com