CN104514964B - 带有变形补偿装置的机架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于医疗技术的机架，例如X射线机架，该机架带有用于补偿由于重力导致的变形的装置。本发明的任务在于给出用于带有水平支承臂的机架的变形补偿的不昂贵的装置，该装置可补偿水平支承臂连同固定在其上的功能部件从水平方向的偏转。本发明的基本构思在于带有水平支承臂和用于变形补偿的装置的机架，所述机架包括：产生与支承臂的倾斜角度有关的倾斜信号的倾斜角度转换器，从倾斜角度转换器接收倾斜信号的控制装置，由控制装置控制的电动驱动器，和由电动驱动器驱动且被设计为调节支承臂的倾斜角度的调节装置，其中，控制装置这样地控制电动驱动器，使得支承臂的倾斜角度与预先确定的倾斜角度的偏差减小。

Description

带有变形补偿装置的机架

技术领域

本发明涉及一种用于医疗技术的机架，例如X射线机架，其带有用于补偿由于重力导致的变形的装置。例如，在X射线机架上以可运动的方式保持X射线辐射器或X射线检测器，其自重可导致机架的不希望的变形。

背景技术

例如医疗技术中的机架，例如X射线机架可具有垂直臂和保持在所述垂直壁上的水平支承臂。垂直臂可例如是在垂直方向上长度可变的伸缩管组。要由机架保持的功能部件，例如X射线辐射器或X射线检测器则保持在水平的支承臂上。支承臂的长度也可调节，此外可围绕垂直线且围绕水平线可旋转。支承臂应尽可能严格地水平地即卧式地定向。

如果希望支承臂虽然并非严格水平、但包括水平的定向分量地另外定向，则这同样有意义。支承臂应尽可能精确地在各希望的方位上定向。在下文中，因此与支承臂的实际希望的定向无关地简称为水平支承臂，以此应分别相同意义地包括在严格的水平定向上的支承臂以及在带有至少一个水平定向分量的定向上的支承臂。

由于保持在支承臂上的功能部件的重力且由于此功能部件与垂直臂的水平距离，产生了由水平支承臂施加到垂直臂上的转矩。此转矩的大小取决于功能部件在水平方向上的距离，这也称为力臂。此外，转矩的大小取决于功能部件的质量。

通过功能部件的重力且因此产生的转矩，可使得机架变形。管组的伸长由于支承臂的力矩载荷而不再在精确垂直的，而是在略微倾斜的轨道上进行。因为支承臂与伸缩管组固定地连接，所以支承臂容易从其水平定向上偏转。水平的支承臂可由于功能部件的重力而弯曲。由于转矩，部件在垂直臂上的悬挂或紧固可能偏转。变形总体上导致水平支承臂以及保持在其上的功能部件从水平方向的不希望的偏转。

因此水平支承臂必须通过合适的构造(摆动装置)又置于(摆动到)希望的水平定向上。如果支承臂的力矩改变，例如由于随着相应的质量的轴线的运动(垂直和水平调整、旋转)和由此改变的杠杆臂所导致，则定向必需每次重新调整。摆动装置在此通过调整螺栓、盘、索或类似装置调节。在实践中，频繁的重新调节很昂贵且经常甚至是不可能的。因此，经常要调节平均值并且考虑偏差。

从文献US 5,8186,38A1中已知一种用于保持光学设备的悬臂。悬臂可由于光学设备的重量以不希望的方式变形。为可应对此变形，提供用于测量此变形的传感器。传感器通过多件式且多铰接的运动链控制。

从文献DE 10 2012 201 857A1中已知一种C弓臂X射线装置，所述X射线装置具有多轴可运动的C弓臂。由于自重以及由于在一定的运动中的机械振动，可能出现C弓臂的不希望的变形。为可补偿此变形，将光学传感器，例如基于激光的传感器安装在C弓臂的两端上。此传感器允许各位置的实际改变的精确测量。由于位置测量，可通过跟踪C弓臂应对不希望的改变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是给出一种用于带有水平支承臂的机架的变形补偿的不昂贵的装置，所述装置可补偿水平支承臂以及固定在该水平支承臂上的功能部件相对于水平方向的偏转。

本发明的技术问题通过一种带有水平支承臂和用于变形补偿的装置的机架解决。此机架包括：

-产生与支承臂倾斜角度有关的倾斜信号的倾斜角度转换器，

-从倾斜角度转换器接收倾斜信号的控制装置，

-由控制装置控制的电动驱动器，和

-通过电动驱动器驱动的且设计为调节支承臂的倾斜角度的调节装置，

其中控制装置这样地控制电动驱动器，使得支承臂的倾斜角度与预先确定的倾斜角度的偏差减小。

支承臂的定向或倾斜通过传感器记录，且相应地进行用于补偿的调节。也可通过经验确定的根据支承臂的位置的补偿值来控制希望的水平定向。调节通过偏心器、螺纹传动、楔盘等分别电动地驱动。

因此以有利的方式，摆动装置的调节不调节到固定的值，而是根据支承臂的载荷和由此导致的变形或管组的变形而自动地匹配。传感器可在此检测所需的值。由此，支承臂总是保持在希望的水平定向上，例如水平地或在预先确定的倾斜角度中倾斜地保持。

基本构思的有利扩展在于倾斜角度转换器是倾斜角度传感器。当通过传感器检测到支承臂的定向或倾斜时，可有利地实施用于补偿支承臂的变形的调节，方式是根据传感器信号电动地调节希望的水平定向。调节通过偏心器、螺纹传动、楔盘等分别电动地驱动。

基本构思的另外的有利扩展在于，机架包括垂直的长度可调节的臂，在所述臂上保持了水平的支承臂，且倾斜角度转换器从机架控制装置接收与臂的垂直长度调节相关的垂直位置信号，且根据垂直位置信号产生倾斜信号。以此，可改进补偿运动的控制精度，因为变形也取决于垂直臂的长度。即垂直臂越长，则由于水平的支承臂所施加的转矩所导致的垂直臂的变形越大。

基本构思的另外的有利扩展在于机架包括水平长度可调节的支承臂，且倾斜角度转换器从机架控制装置接收与臂的水平长度位置相关的水平位置信号，且附加地根据水平位置信号产生倾斜信号。以因此已知的支承臂的水平位置可进行通过先前经验地确定的补偿值的变形补偿，方式是根据支承臂的水平位置通过先前经验地确定的电动补偿运动电动地调节希望的水平定向。调节通过偏心器、螺纹传动、楔盘等分别电动地驱动。

基本构思的另外的有利的扩展在于，在水平长度可调节的支承臂上保持有X射线检测器或X射线辐射器。因此，创造一种用于在通常的机架-X射线设备的情况下补偿变形的装置。因此，可应对由于X射线辐射器或X射线检测器的部分地并非微小的重量导致的变形，且因此改进了X射线图像的图像质量。

虽然前述解释参考单臂或双臂机架，但本发明当然也可使用在带有与之不同数量的机架臂和运动轴线且带有不同机架臂形状的用于变形补偿的机架中。

附图说明

本方面的另外的有利的构造由各从属权利要求中以及由如下的根据附图的实施例的描述中得到。各图为：

图1是带有垂直臂的变形的机架，

图2是带有水平臂的变形的机架，

图3是带有调节装置的机架，

图4是带有倾斜角度传感器和调节装置的机架，

图5是带有倾斜角度转换器和调节装置的机架，

图6是带有楔盘调节器的机架，

图7是带有调节螺纹调节器的机架，

图8是带有偏心器调节器的机架。

具体实施方式

在图1中示意性地图示了带有垂直臂3的变形的机架1。机架1具有覆盖紧固装置2，在所述覆盖紧固装置2中安置了为机架1的控制和运行所需的部件，所述部件在附图中未图示。机架1通过也未图示的导线与X射线装置连接。

覆盖紧固装置2支承了垂直长度可调节的臂3，所述臂3构造为伸缩管组。垂直长度可调节的臂3在图中分别图示为伸出，即带有较大的垂直长度，且图示为缩入(虚线)。

在垂直臂3的下端上保持了水平的支承臂4。通过臂3的垂直长度调节可调节水平支承臂4的高度。因此，水平支承臂4围绕垂直臂3可旋转。在水平支承臂4上以可运动的方式保持了X射线辐射器或X射线检测器5。X射线辐射器或X射线检测器5相对于水平支承臂4以可旋转的方式支承在轴线6中，这图示了用于X射线辐射器5的运动的另一个自由度。通过三个可能的运动，实现了X射线检测器5的X射线辐射器的灵活的定位。

X射线辐射器或X射线检测器5布置在由水平的支承臂4预先给定的距垂直臂3的水平距离处。如果水平支承臂4构造为水平地长度可调节，则此水平距离可附加地改变。X射线辐射器或X射线检测器5的距垂直臂3的水平距离用作力臂，借助该力臂，X射线辐射器或X射线检测器5的重力在垂直臂3上或水平支承臂4在垂直臂3中的紧固部上施加一个转矩。此转矩导致变形，特别是垂直臂3的变形，所述变形随着垂直臂3的长度增加而增加，这在附图中示意性地(且夸张地)图示。在附图中，在垂直臂3的长度较大时变形较大，而在垂直臂3的长度较小(虚线)时变形较小。

垂直臂3的变形导致臂3相对于垂直线的倾斜。这导致水平支承臂4相对于水平线的倾斜，所述倾斜在附图中通过两个角度箭头示意。通过此倾斜产生了X射线辐射器或X射线检测器5的定位中的不精确性，这种不精确性又对于借助于X射线辐射器或X射线检测器5拍摄的X射线照片的图像质量造成不利的影响。

在图2中再次解释了带有X射线辐射器或X射线检测器5的前文中解释的机架1。在覆盖紧固装置2内支承的垂直臂3调节到最小长度。因此，垂直臂3相对于垂直线的倾斜度被最小化。

X射线辐射器或X射线检测器5一方面在水平定向上图示另一方面在围绕轴线6旋转的垂直定向上图示(虚线)。X射线辐射器或X射线检测器5的重心距垂直臂3的垂直轴线的距离在X射线辐射器或X射线检测器5的垂直定向的情况下可见更小。因此，X射线辐射器或X射线检测器5的重力通过水平支承臂4在垂直臂3上或水平支承臂4于垂直臂3中的紧固部上作用的力臂减小。因此，与在垂直定向的X射线辐射器或X射线检测器5相比，对于水平定向的X射线辐射器或X射线检测器5，在机架上产生了更大的导致变形的力。因此在水平的X射线辐射器或X射线检测器5上的更大的变形导致其相对于水平线的更大的倾斜，这在附图中通过两个角度箭头示意。

在附图中也可见，通过X射线辐射器或X射线检测器5围绕轴线6的旋转产生了水平支承臂4的水平长度的改变。此外，水平支承臂4也可附加地再通过伸缩管组或类似的机构在水平方向上长度可调节，这在附图中未图示。

在图3中图示了机架的垂直臂13，即垂直臂13图示为处于由于X射线辐射器或X射线检测器5的重力而变形的即相对于垂直线倾斜的位置。在垂直臂13上支承了水平支承臂14，所述水平支承臂14支承了X射线辐射器或X射线检测器5。

倾斜角度传感器19布置在支承臂14中且检测其相对于水平线的倾斜度。支承臂14相对于水平线的倾斜度由于垂直臂13的变形以及水平支承臂14在垂直臂13内的支承而导致。因此，倾斜角度传感器19检测一个量，该量或多或少地直接用于度量机架的变形的量。倾斜角度传感器19的倾斜信号用于控制马达18。所述马达18根据倾斜信号且因此根据所出现的各变形而被控制，使得将倾斜的水平支承臂14(虚线)调节到尽可能精确的水平定向(实线)。因此，倾斜角度传感器19和马达18是用于补偿机架变形的装置的组成部分。

在图4中图示了前述解释的垂直臂13的机架11。垂直臂13支承在覆盖紧固装置12内。覆盖紧固装置12包括控制装置20。控制装置20用于控制机架以进行前述的对于机架11的变形的补偿。

水平支承臂14支承在垂直支承臂13上。水平支承臂14支承了在其内在轴线16上以可运动的方式支承的X射线辐射器或X射线检测器15。

在水平支承臂14内设有如前文中所解释的倾斜角度传感器19。所述倾斜角度传感器19(在附图中未图示)与控制装置20连接，使得控制装置20从倾斜角度传感器19接收倾斜信号。此外，控制装置20(也未图示)与马达18连接且根据倾斜信号控制所述马达。马达18驱动未详细图示的调节装置17。调节装置17可例如是调节螺栓、楔盘、偏心器、心轴驱动器等。

控制装置20与倾斜角度传感器19、马达18和调节装置17一起形成了用于补偿机架11的变形的装置。如果水平支承臂14由于机架11的变形相对于水平线倾斜，则控制装置20基于倾斜角度传感器19的倾斜信号通过控制马达18来调节支承臂14的倾斜度，从而支承臂14返回到水平线上。

根据机架的运动自由度和使用目的，水平支承臂14的希望的位置也与水平方向偏离，即水平线偏离。在此情况中，控制装置20调节补偿装置，使得根据机架11的变形维持水平支承臂14相对于水准方向的希望的倾斜角度。

在图5中图示了带有垂直臂23和水平支承臂24的机架21。垂直臂23如前所述构造为长度可调节。水平支承臂24如前所述支承了在其上以可运动的方式支承的X射线辐射器或X射线检测器25。

马达28驱动调节装置27，所述调节装置27可调节水平支承臂24的水平倾斜。调节用于补偿机架21的变形。马达28通过控制装置30控制。控制装置30与倾斜角度转换器31连接且从其接收倾斜信号，所述倾斜信号是支承臂24相对于水平线的倾斜的量。

倾斜角度转换器31从机架控制装置32获得了相对于支承臂24的各位置的垂直位置信号且如需要也获得了水平位置信号。垂直位置信号是关于垂直臂23的垂直长度位置的信息。水平位置信号是关于X射线辐射器或X射线检测器25与水平支承臂24的定向的信息(X射线辐射器或X射线检测器25水平地或垂直地定向)。在前述所解释的意义中，所述信息是支承臂24的水平长度位置的信息。此外，支承臂24可附加地构造为长度可调节，使得与此相关的长度位置通过机架控制装置32提供给倾斜角度转换器31。

倾斜角度转换器31根据水平支承臂14以及X射线辐射器或X射线检测器25的各垂直和水平位置确定所产生的机架21的不希望的变形。为此所要求的信息可事先经验地确定且存储在倾斜角度转换器31内。在此情况中，测量机架21的每个垂直和水平位置产生的变形，即水平支承臂24的各倾斜角度，且将之与位置数据相关地存储。然后，在机架21的运行中可从位置数据推断出先前所测量的变形数据。以此方式，可控制调节装置27，而无需倾斜角度传感器。

在图6中示意性地图示了带有楔盘调节器的机架。由马达38驱动的楔盘39用于调节水平支承臂34的倾斜角度。倾斜角度在此围绕旋转点35可调节，所述旋转点35可构造为轴线。马达38与楔盘39一起固定地保持在垂直伸缩管组33上。楔盘39与固定地保持在水平支承臂34上的推杆40相互作用。在图示的位置中，楔盘39在与推杆40的接触点上具有其最小厚度。如果楔盘39通过马达38旋转使得它在接触点处具有更大的厚度，则推杆40被向上压且因此逆时针调节水平支承臂34的倾斜角度。

在图7中示意性地图示了带有螺纹调节器的机架。在垂直伸缩管组43上固定地保持了马达48以及螺纹驱动器49。螺纹驱动器49被马达48驱动且与固定地保持在水平支承臂14内的相应的配合件相互作用。在此，例如可在马达侧布置外螺纹且在支承臂侧布置内螺纹。水平支承臂44的倾斜角度围绕可构造为轴线的旋转点45可调节。如果螺纹驱动器49被马达48驱动使得马达侧的部分进一步被驱动进入到支承臂侧的配合件内，则因此将支承臂44向上拉且因此逆时针调节水平支承臂44的倾斜角度。

在图8中示意性地图示了带有偏心器调节器的机架。在垂直伸缩管组53上将马达58和偏心器盘59一起固定地保持。偏心器盘59被马达58驱动且与在水平支承臂54上固定地保持的相应的配合件相互作用。在此，例如可在偏心器侧偏心地布置销且在支承臂侧布置引导螺母，该销可插入和抽出所述引导螺母。销和螺母也可正好相反地布置。作为替代，也可将双侧以可旋转的方式支承的调节臂与支承臂54连接且偏心地与偏心器59连接。水平支承臂54的倾斜角度围绕可构造为轴线的旋转点55可调节。如果偏心器59被马达58驱动使得偏心地布置的作用点(即销、螺母或调节臂支承装置)向上运动，则由此将支承臂54以此向上拉且因此逆时针调节水平支承臂54的倾斜角度。

Claims (4)

1.一种机架(1、11、21)，所述机架带有水平支承臂(4、14、24)和用于变形补偿的装置，所述用于变形补偿的装置包括：

-倾斜角度转换器(19、31)，所述倾斜角度转换器(19、31)产生与所述支承臂(4、14、24)的倾斜角度(19、31)有关的倾斜信号，

-控制装置(20、30)，所述控制装置(20、30)从所述倾斜角度转换器(19、31)接收倾斜信号，

-电动驱动器(18、28)，所述电动驱动器(18、28)由所述控制装置(20、30)控制，和

-调节装置(17、27)，所述调节装置(17、27)包括楔盘(39)并且由所述电动驱动器(18、28)驱动且被设计为调节所述支承臂(4、14、24)的倾斜角度，其中，所述控制装置(20、30)这样地控制所述电动驱动器(18、28)，使得所述支承臂(4、14、24)的倾斜角度与预先确定的倾斜角度的偏差减小，其中，所述机架(21)带有垂直长度可调节的臂(23)，在所述臂(23)上保持所述水平支承臂(24)，其中所述倾斜角度转换器(31)从机架控制装置(32)接收与所述臂(23)的垂直长度调节相关的垂直位置信号，且根据垂直位置信号产生所述倾斜信号，倾斜角度在此围绕旋转点可调节。

2.根据权利要求1所述的机架(1、11)，其中所述倾斜角度转换器是倾斜角度传感器(19)。

3.根据权利要求1或2所述的机架(21)，所述机架带有水平长度可调节的支承臂(24)，其中所述倾斜角度转换器(31)从机架控制装置(32)接收与所述臂(24)的水平长度位置相关的水平位置信号，且附加地根据所述水平位置信号产生倾斜信号。

4.根据权利要求3所述的机架(1、11、21)，其中在所述水平长度可调节的支承臂上保持有X射线检测器或X射线辐射器(5、15、25)。