CN107764216B - 用于ct系统的圆度测量装置和测量圆径调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于CT系统的圆度测量装置，包含若干距离传感器、放大器、控制器、信号发生器，其中，各距离传感器的输出与放大器的输入相连，放大器的输出与控制器的输入相连；信号发生器的输出与控制器的输入相连，用于触发控制器采集当前时刻的传感器数据；还包含圆径可调装置，圆径可调装置上设有若干距离传感器；各距离传感器的作用端处于同一等效圆弧上，且等效圆弧的圆径能够调节。本发明的有益效果在于：结构简单，便于制造，成本低，适于不同圆径工件使用，且便于推广。

Description

用于CT系统的圆度测量装置和测量圆径调整方法

技术领域

本发明涉及工业CT检测领域，具体涉及一种用于CT系统的圆度测量装置和测量圆径调整方法。

背景技术

CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)，由于其非接触、无损伤的检测特性，在工业领域得到了广泛的应用。车载CT从传统固定式CT发展而来，可移动满足快速、可移动、高精度、大尺寸工件的检测需求，是CT的一种发展趋势。目前通过三点法圆度误差分离能够得到工件中心的真实偏差，从而通过若干计算方法去除位差，获得高质量图像；但在利用传感器采集数据时，存在传感器的安装或与待测工件的位置差异带来的数据误差，由于不同工件的尺寸不一致，使得传感器安装对应的圆径发生变化；现有的传感器没有可调节圆径的支架，在传感器更换、调整、安装时都有较为繁琐的校准与调整，效率较低。为了解决以上问题，有必要进行深入研究。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种方便校准，适用于CT系统工件旋转中心在扫描过程中随机、无规律不断变化测量的车载CT系统工件旋转中心的测量装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

用于CT系统的圆度测量装置，包含若干距离传感器、放大器、控制器、信号发生器，其中，各距离传感器的输出与放大器的输入相连，放大器的输出与控制器的输入相连；信号发生器的输出与控制器的输入相连，用于触发控制器采集当前时刻的传感器数据；还包含圆径可调装置，圆径可调装置上设有若干距离传感器；各距离传感器的作用端处于同一等效圆弧上，且等效圆弧的圆径能够调节；所述圆径可调装置包含呈一字顺序排列的第一平移活动装置、固定支撑装置与第二平移活动装置，两个平移活动装置朝固定支撑装置相向或反向运动；在第一平移活动装置、第二平移活动装置、固定支撑装置上均设有升降活动装置，在第一平移活动装置、第二平移活动装置、固定支撑装置上一一对应设有的升降活动装置分别为第一升降装置、第二升降装置、第三升降装置；在第一平移活动装置、第二平移活动装置上分别一一对应连接的第一升降装置、第二升降装置上均设有角度调整装置；在第三升降装置和角度调整装置上均设有传感器固定装置，若干个距离传感器分别一一对应固定在各个传感器固定装置上。

进一步的，所述圆径可调装置还包含距离测量装置与高度测量装置，分别用于测量固定支撑装置与平移活动装置之间的距离以及升降活动装置的升降高度值。

进一步的，所述圆径可调装置还包含圆径调节控制装置、平移驱动装置、升降驱动装置；距离测量装置、高度测量装置的输出与圆径调节控制装置的输入相连；圆径调节控制装置的输出与平移驱动装置、升降驱动装置的输入相连；平移驱动装置与平移活动装置传动连接；升降驱动装置与升降活动装置传动连接。

进一步的，所述圆径可调装置包含支撑轴；所述平移驱动装置包含驱动电机，所述固定支撑装置与两个平移活动装置分别为套接在支撑轴上的固定三通管、第一活动三通管与第二活动三通管；第一活动三通管、第二活动三通管分别处于固定三通管的两侧，且与固定三通管的中心距离相等；在支撑轴上于固定三通管的两侧设有互为反向的螺纹或螺旋槽；第一活动三通管、第二活动三通管的内壁分别设有与所述螺纹或螺旋槽匹配的啮合螺纹或传动螺旋部，使得第一活动三通管、第二活动三通管朝固定三通管相向运行或相反运行；固定三通管与支撑轴之间设有轴承；在第一活动三通管、固定三通管、第二活动三通管垂直支撑轴方向的连接管上分别对应设有第一升降装置、第三升降装置与第二升降装置；所述角度调整装置包含在第一升降装置与第二升降装置上分别对应设置的第一舵机、第二舵机；第一舵机的输出轴、第二舵机的输出轴与第三升降装置分别连接有第一传感器固定装置、第二传感器固定装置与第三传感器固定装置；第一传感器固定装置、第二传感器固定装置、第三传感器固定装置固定的距离传感器处于同一平面。

进一步的，在支撑轴相对驱动电机的另一端连接有旋转编码器；旋转编码器的输出与圆径调节控制装置对应连接。

进一步的，在第一传感器固定装置、第二传感器固定装置均包含角度传感器，角度传感器的输出与圆径调节控制装置对应连接。

本发明还提出一种测量圆径的调整方法，包含以下步骤或方法：

A、将固定支撑装置对应安装的传感器置于预测工件圆径的正下方；

B、记录两个平移活动装置对应安装的传感器与固定支撑装置对应安装传感器的水平距离大小，记为α、β；

C、调整调节平移活动装置连接的升降活动装置，使其均高于固定支撑装置连接的升降活动装置高度，记录对应安装传感器的高度差，记为η、κ；

D、当α与β相等时，调整升降活动装置，使η与κ相等，传感器所在等效圆的圆径大小通过圆径计算公式

得出，其中θ为tan^-1(η/α)；调整平移活动装置与升降活动装置使通过圆径计算公式所得的大小与所需值匹配；

当α与β不相等时，调整其中一个平移活动装置及其连接的升降活动装置，使两个平移活动装置对应安装传感器与固定支撑装置对应安装传感器的距离差、高度差分别通过圆径计算公式计算所得的数值相等；

E、以竖直向上的方向为初始零角度，两个平移活动装置上对应的角度调整装置分别调整的角度大小为高度差与距离差比值反正切值的两倍。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

⑴、结构简单，便于制造，成本低，适于不同圆径工件使用，便于推广；

⑵、根据不同大小工件调整传感器时，能够实现距离传感器的自动调整，朝向工件截面圆心或垂直工件表面，效率与精度更高。

附图说明

图1为实施例中圆径可调装置的结构示意图。

图2为本发明的数学原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

一种用于CT系统的圆度测量装置，包含圆径可调装置、放大器、控制器、信号发生器，圆径可调装置上设有若干距离传感器；各距离传感器的作用端处于同一等效圆弧上，且等效圆弧的圆径能够调节若干距离传感器、其中，各距离传感器的输出与放大器的输入相连，放大器的输出与控制器的输入相连；信号发生器的输出与控制器的输入相连，用于触发控制器采集当前时刻的传感器数据；

如图1所示，圆径可调装置包含圆径调节控制装置、驱动电机1、支撑轴2、旋转编码器13、第一活动三通管5、第二活动三通管6、固定三通管7、第一升降装置8、第二升降装置9、第三升降装置10、第一舵机11、第二舵机12，支撑轴2与驱动电机1轴连接，第一活动三通管5、固定三通管7、第二活动三通管6呈一字顺序套接在支撑轴2上，第一活动三通管5、第二活动三通管6分别处于固定三通管7的两侧，且与固定三通管7的中心距离相等；在支撑轴2上于固定三通管7的两侧设有互为反向的螺纹或螺旋槽3；第一活动三通管、第二活动三通管的内壁分别设有与所述螺纹或螺旋槽匹配的啮合螺纹或传动螺旋部，以组成螺杆螺母副或丝杠螺母副，并使第一活动三通管5、第二活动三通管6朝固定三通管7相向运行或相反运行；当驱动电机1运动时，则实现了第一活动三通管5、第二活动三通管6的同时运动，减少了独立运动执行部件，节省了成本；固定三通管7与支撑轴2之间设有轴承，当支撑轴2在旋转时，固定三通管7本身维持原位不变动；在第一活动三通管5、固定三通管7、第二活动三通管6垂直支撑轴2方向的连接管上分别对应设有第一升降装置8、第三升降装置10与第二升降装置9；第一升降装置8、第二升降装置9与第三升降装置10同时采用电动缸、气缸、配合滚珠丝杠结构的升降电机结构三者中的其中一种；所述角度调整装置包含在第一升降装置与第二升降装置上分别对应设置的第一舵机11、第二舵机12，用于调整角度；第一舵机11的输出轴、第二舵机12的输出轴与第三升降装置10分别连接有第一传感器固定装置14、第二传感器固定装置15与第三传感器固定装置16，为保证三者对应安装的距离传感器初始工作端处于同一平面，在第三升降装置10上还设有位置调整垫块17。在第一传感器固定装置14、第二传感器固定装置均包含角度传感器4，角度传感器4的输出与圆径调节控制装置对应连接，以提供角度反馈与校正控制。圆径调节控制装置的输入与旋转编码器13的输出、角度传感器4的输出分别相连，圆径调节控制器的输出与驱动电机1、第一升降装置8、第二升降装置9、第三升降装置10的控制端、第一舵机11、第二舵机12的控制端分别对应相连，通过旋转编码器13、角度传感器4的反馈监控，可掌握第一活动三通管5、固定三通管7、第二活动三通管6的彼此间距，同时监控角度调整装置实际调整的角度，通过选择电动缸等部件，可方便知道升降的高度大小。圆径可调装置设有通信单元，以与控制器通信。

本实施例还提出了一种测量圆径的调整方法，包含以下步骤或方法：

A、将固定支撑装置对应安装的传感器置于预测工件圆径的正下方；

B、记录两个平移活动装置对应安装的传感器与固定支撑装置对应安装传感器的水平距离大小，记为α、β；

C、调整调节平移活动装置连接的升降活动装置，使其均高于固定支撑装置连接的升降活动装置高度，记录对应安装传感器的高度差，记为η、κ；

D、当α与β相等时，调整升降活动装置，使η与κ相等，传感器所在等效圆的圆径大小通过圆径计算公式

得出，其中θ为tan^-1(η/α)；调整平移活动装置与升降活动装置使通过圆径计算公式所得的大小与所需值匹配；

当α与β不相等时，调整其中一个平移活动装置及其连接的升降活动装置，使两个平移活动装置对应安装传感器与固定支撑装置对应安装传感器的距离差、高度差分别通过圆径计算公式计算所得的数值相等；

E、以竖直向上的方向为初始零角度，两个平移活动装置上对应的角度调整装置分别调整的角度大小为高度差与距离差比值反正切值的两倍。

圆径调节控制器中包含有上述测量圆径调整方法中的圆径计算方法与角度调整方法。

为方便理解本发明的工作原理，如图2所示，A-A’，B-B’，C-C’分别代表圆径可调装置上三个传感器所在位置，B-B’处于预测工件圆径的正下方，即处于预测工件圆径OB连线的延长线上；A-D代表第一升降装置/第二升降装置上安装的距离传感器高于第三升降装置上安装距离传感器工作端的高度差η或κ，D-B代表第一活动三通管/第二活动三通管对应安装的距离传感器工作端相距固定三通管安装距离传感器工作端的间距α或β，则直角三角形ADB的斜边AB长为

或

∠ABD＝tan^-1(AD/BD)，即tan^-1(η/α)或tan^-1(κ/β)。根据几何原理，三点连线中垂线的交点经过圆心，AB连线的中垂线OE经过圆心，三角形OBE与三角形ABD为相似三角形，BE相对的θ角，即∠BOE＝∠ABD，则OB的长度即为BE的长度与θ角度对应正弦值的比值，BE的长度为AB长度的一半，所以对应的等效圆直径即

或

由于OB与A-A’平行，则AO相对A-A’旋转角度的大小与∠AOB相等，即2θ。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.用于CT系统的圆度测量装置，包含若干距离传感器、放大器、控制器、信号发生器，其中，各距离传感器的输出与放大器的输入相连，放大器的输出与控制器的输入相连；信号发生器的输出与控制器的输入相连，用于触发控制器采集当前时刻的传感器数据；其特征在于：还包含圆径可调装置，圆径可调装置上设有若干距离传感器；各距离传感器的作用端处于同一等效圆弧上，且等效圆弧的圆径能够调节；所述圆径可调装置包含呈一字顺序排列的第一平移活动装置、固定支撑装置与第二平移活动装置，两个平移活动装置朝固定支撑装置相向或反向运动；在第一平移活动装置、第二平移活动装置、固定支撑装置上均设有升降活动装置，在第一平移活动装置、第二平移活动装置、固定支撑装置上一一对应设有的升降活动装置分别为第一升降装置、第二升降装置、第三升降装置；在第一平移活动装置、第二平移活动装置上分别一一对应连接的第一升降装置、第二升降装置上均设有角度调整装置；在第三升降装置和角度调整装置上均设有传感器固定装置，若干个距离传感器分别一一对应固定在各个传感器固定装置上。

2.如权利要求1所述的用于CT系统的圆度测量装置，其特征在于：所述圆径可调装置还包含距离测量装置与高度测量装置，分别用于测量固定支撑装置与平移活动装置之间的距离以及升降活动装置的升降高度值。

3.如权利要求2所述的用于CT系统的圆度测量装置，其特征在于：所述圆径可调装置还包含圆径调节控制装置、平移驱动装置、升降驱动装置；距离测量装置、高度测量装置的输出与圆径调节控制装置的输入相连；圆径调节控制装置的输出与平移驱动装置、升降驱动装置的输入相连；平移驱动装置与平移活动装置传动连接；升降驱动装置与升降活动装置传动连接。

4.如权利要求3所述的用于CT系统的圆度测量装置，其特征在于：所述圆径可调装置包含支撑轴；所述平移驱动装置包含驱动电机，所述固定支撑装置与两个平移活动装置分别为套接在支撑轴上的固定三通管、第一活动三通管与第二活动三通管；第一活动三通管、第二活动三通管分别处于固定三通管的两侧，且与固定三通管的中心距离相等；在支撑轴上于固定三通管的两侧设有互为反向的螺纹或螺旋槽；第一活动三通管、第二活动三通管的内壁分别设有与所述螺纹或螺旋槽匹配的啮合螺纹或传动螺旋部，使得第一活动三通管、第二活动三通管朝固定三通管相向运行或相反运行；固定三通管与支撑轴之间设有轴承；在第一活动三通管、固定三通管、第二活动三通管垂直支撑轴方向的连接管上分别对应设有第一升降装置、第三升降装置与第二升降装置；所述角度调整装置包含在第一升降装置与第二升降装置上分别对应设置的第一舵机、第二舵机；第一舵机的输出轴、第二舵机的输出轴与第三升降装置分别连接第一传感器固定装置、第二传感器固定装置与第三传感器固定装置；第一传感器固定装置、第二传感器固定装置、第三传感器固定装置固定的距离传感器处于同一平面。

5.如权利要求4所述的用于CT系统的圆度测量装置，其特征在于：在支撑轴相对驱动电机的另一端连接有旋转编码器；旋转编码器的输出与圆径调节控制装置对应连接。

6.如权利要求4所述的用于CT系统的圆度测量装置，其特征在于：在第一传感器固定装置、第二传感器固定装置均包含角度传感器，角度传感器的输出与圆径调节控制装置对应连接。

7.一种测量圆径的调整方法，其特征在于，基于权利要求2至权利要求6任一项所述的用于CT系统的圆度测量装置，包含以下步骤或方法：

A、将固定支撑装置对应安装的传感器置于预测工件圆径的正下方；

B、记录两个平移活动装置对应安装的传感器与固定支撑装置对应安装传感器的水平距离大小，记为α、β；

C、调整调节平移活动装置连接的升降活动装置，使其均高于固定支撑装置连接的升降活动装置高度，记录对应安装传感器的高度差，记为η、κ；

D、当α与β相等时，调整升降活动装置，使η与κ相等，传感器所在等效圆的圆径大小通过圆径计算公式

得出，其中θ为tan^-1(η/α)；调整平移活动装置与升降活动装置使通过圆径计算公式所得的大小与所需值匹配；

当α与β不相等时，调整其中一个平移活动装置及其连接的升降活动装置，使两个平移活动装置对应安装传感器与固定支撑装置对应安装传感器的距离差、高度差分别通过圆径计算公式计算所得的数值相等；

E、以竖直向上的方向为初始零角度，两个平移活动装置上对应的角度调整装置分别调整的角度大小为高度差与距离差比值反正切值的两倍。

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