CT床編碼器浮動式安裝與測試

王迪

東軟飛利浦醫療設備系統有限責任公司，遼寧 沈陽 110179

CT床編碼器浮動式安裝與測試

王迪

東軟飛利浦醫療設備系統有限責任公司，遼寧 沈陽 110179

本文分析了CT床掃描過程中發生故障的編碼器的原安裝結構，指出各連接件在軸線方向上安裝不平行是導致故障的主要原因，并闡述了編碼器的浮動式安裝過程及性能測試結果。浮動式安裝解決了編碼器的故障。

CT床；編碼器；浮動式安裝；光柵

在CT床的水平進給運動設計中，為了保證床板的運動位置精度和速度精度，水平進給運動系統通常需要安裝編碼器，但由于編碼器的安裝結構不合理，臨床應用中時常會出現編碼器光柵損壞的現象，從而導致CT床報警并停止運動，嚴重影響患者的檢查進程。為了解決上述問題，

本文詳細分析了一種典型編碼器在CT床上的安裝問題，并對原編碼器的安裝結構進行了改進，取得了良好效果。

1 編碼器原安裝結構及故障分析

CT床的水平傳動系統中編碼器的原安裝結構圖[1]，見圖1。由圖1可知，編碼器通過安裝板固定到支座上，其輸出軸通過聯軸器連接到傳動螺桿上。由于各連接件在軸線方向上的安裝不平行，當螺桿轉動時，螺桿與編碼器輸出軸之間的聯軸器就會產生擺動現象，擺動過大時，就會導致光柵損壞。

圖1 編碼器原安裝結構圖

2 編碼器浮動式安裝過程及結構分析

（1）安裝過程。為了在不降低安裝精度的條件下解決問題，我們引入了浮動式安裝的設計理念。編碼器的浮動式安裝結構圖，見圖2。編碼器浮動式安裝過程：首先用螺釘固定連接編碼器與浮動板，然后把編碼器的輸出軸插入到預先加工的螺桿孔內并用螺桿上的螺釘頂緊編碼器輸出軸的扁平面處，轉動螺桿，將標準圓柱銷穿過浮動板的長條孔固定到支座上，這樣當螺桿帶動編碼器轉動時，浮動板上的長條孔就能夠消除各連接件軸線安裝不平行所帶來的影響，從而保證了編碼器光柵不會損壞。

圖2 編碼器的浮動式安裝結構圖

（2）結構分析。由于該安裝結構中的浮動板與標準圓柱銷間存在安裝間隙，因而當浮動板發生轉動時會對編碼器的碼值產生波動，進而影響到CT床板的位置精度和速度精度。為了保證產品的正常使用，合理設計浮動板的長條孔尺寸就成為了關鍵。

同浮動板的長條孔相關聯的零件是標準φ6螺紋圓柱銷，結構尺寸示意圖，見圖3[2]。

圖3 標準螺紋圓柱銷結構尺寸示意圖

根據標準圓柱銷的尺寸誤差、加工零件的設備精度和安裝要求[3-4]，浮動板3上長條孔的結構尺寸，見圖4。

圖4 浮動板長條孔結構尺寸示意圖

由上可知，標準圓柱銷4與浮動板3的最大間隙δ=[0.05-(-0.18)] mm=0.23 mm；最大間隙能產生的最大轉動角度θ=arctan(δ/L)=arctan(0.23/20.44)=0.64°；其中L=（20.5±0.06） mm（設計時編碼器輸出軸與固定圓柱銷的位置距離，取最小值）。

CT床的水平進給系統選用每轉脈沖數為200的編碼器，因而最大間隙帶來的碼值變動為0.36碼。CT床的水平進給系統要求編碼器的碼值誤差≤1，理論上該結構設計能保證床板的運動精度。

3 性能測試

為驗證編碼器的浮動式安裝結構可行性，對幾項可能影響產品使用的性能參數進行測試[5-6]。

3.1 床板水平往復運動精度的測量

指標要求：在水平進給方向的任意長度范圍內，床板的位置誤差≤0.25 mm。

方法：首先搭建CT床的測試平臺，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，千分表里的讀數清零；利用CT機上的軟件程序驅動床板向前移動到目標位置后再返回起始位置，觀察CT機上顯示的床碼值和千分表的實際讀數并記錄。測試結果，見表1。

表1 水平往復運動精度測量結果

由測試結果可知，水平往復運動精度的誤差范圍為0.013～0.027 mm，基本滿足產品使用要求。

3.2 床板水平步進精度的測量

指標要求：在水平進給方向上任意長度范圍內，床板每次步進固定距離的誤差≤0.1 mm。

方法：首先搭建CT床的測試平臺，把床板擺放在合適位置，用千分表測量其初始位置；每次步進固定的距離，觀察CT機上顯示的床碼值和千分表的實際讀數并記錄。測試結果，見表2。

表2 水平步進精度測量結果

由測試結果可知，步進精度的誤差范圍為-0.008～0.020 mm，滿足產品使用要求。

3.3 床板水平標尺精度的測量

指標要求：床板在水平進給方向上移動1000 mm，在刻度尺上實際運行距離誤差≤1 mm。

方法：首先搭建CT床的測試平臺，把床板擺放在水平起始位置（52 mm處），在水平進給方向上移動1000 mm，觀察CT機上顯示的床碼值和標尺上實際讀數并記錄。

測試數據顯示，精度滿足產品使用要求。

3.4 床板水平速度波動精度的測量

指標要求：床板速度為1、20、100 mm/s時，速度波動應在±2 mm/s范圍內。

方法：CT床上運動控制板記錄CT床編碼器的反饋脈沖的周期，并實時測算出床板的水平速度（每反饋1個完整的周期更新1次），根據設定的采樣率記錄實時測出的水平速度。以采樣點為橫坐標，瞬時速度為縱坐標，繪制速度曲線圖，見圖5～7。

由圖可知，在速度為100 mm/s時，速度波動基本在±1.5 mm/s范圍內；在速度為20 mm/s時，速度波動基本在±0.4 mm/s范圍內；在速度為1 mm/s時，速度波動基本在±0.05 mm/s范圍內。測試數據顯示，波動精度滿足產品使用要求。

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 實際應用效果

改裝后的編碼器浮動式安裝結構已經應用到實際產品中，經過長時間在臨床CT機上的使用，再也沒有發現編碼器中光柵損壞的現象，滿足了產品的使用要求。

5 結束語

改進后的編碼器浮動式安裝結構克服了常規編碼器安裝技術的缺陷并達到了預期的使用效果；由于編碼器的浮動式安裝結構具有結構簡單、安裝容易且成本低廉的特點[7-8]，因而可為其他產品設計提供一種新的思路和方法。

[1] 楊興民,姜小平,祝莉．旋轉編碼器的原理及調整[J]．醫療設備信息,2002,17(9):28-28,16．

[2] 成大先．機械設計手冊[M]．5版．北京:化學工業出版社,2008．

[3] 孔曉玲．公差與測量技術[M]．北京:北京大學出版社,2009．

[4] 張建中．機械制造工藝學[M]．北京:國防工業出版社,2009．

[5] 余曉鍔,康立麗,林木炎,等．CT機中診視床運動精度的檢測方法和結果[J]．北京生物醫學工程,2001,20(1):66-68．

[6] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會．GB/T 19042．5-2006,醫用成像部門的評價及例行試驗 第3-5部分:X射線計算機體層攝影設備成像性能驗收試驗[S]．北京:中國標準出版社,2007．

[7] 郝濤．醫療儀器中光電編碼器故障維修三例[J]．現代儀器與醫療,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]．中國醫療設備,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