CN110068262B - 一种位移检测装置及具有该装置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种位移检测装置及具有该装置的设备，该位移检测装置包括支座部件、旋转检测器和检测滚轮；所述支座部件具有用于安装旋转检测器和检测滚轮的安装部，所述旋转检测器固定设置于所述安装部，所述旋转检测器可获得并输出转动的角位移，以便根据所述角位移确定待测构件沿第一方向的直线位移；所述检测滚轮通过转轴与所述旋转检测器的输入部同轴转动，其中所述检测滚轮径向压抵所述待测构件，并配置为：沿第二方向形成径向压抵作用力，以构建所述检测滚轮与所述待测构件之间无相对滑动的摩擦力，并沿第一方向形成作用于所述检测滚轮的摩擦力。应用本方案，在确保较好检测精度的基础上，能够满足在大范围内进行位移检测的设备运行需求。

Description

一种位移检测装置及具有该装置的设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种位移检测装置及具有该装置的设备。

背景技术

在医疗器械的许多应用系统中，如CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)、PET(Positron EmissionTomography，正电子发射断层扫描)或者PET/CT等设备，检查过程中需要利用扫描床将患者运送到特定扫描区域。通常，扫描床需要具有大范围水平运动的能力，并且对扫描床的定位精度有较高的要求，以确保检测结果的精度。为此，检测精度及检测范围是评价位移检测装置性能的重要指标。

目前，扫描床的位置检测方式主要分为两大类：一类是直接对承载患者的床板的位置进行检测，该检测方式属于全闭环结构，可以实现比较高的实际位置反馈精度，具体检测方式包括拉绳编码器、光栅尺等结构；但是，受其自身结构原理的限制，上述两种检测装置存在检测行程受限、成本较高、安装精度要求过高等问题。另一类方式是检测传动链中的某个环节，如使用旋转编码器检测传动链内的某个转动环节，通过传动比的计算，等效为床板的水平位移，具有成本相对较低的特点，但是，该检测基理的检测对象是传动链中的中间环节，属于半闭环结构，传动链中通常存在间隙、制造装配误差等因素，导致最终的检测精度相对较低。

有鉴于此，亟待另辟蹊径提供一种位移检测装置，以有效兼顾检测精度及有效检测范围，为设备的功能实现及可靠运行提供技术保障。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种位移检测装置及具有该装置的设备，该位移检测装置在确保较好检测精度的基础上，能够满足在大范围内进行位移检测的设备运行需求。

本发明提供的位移检测装置，包括支座部件、旋转检测器和检测滚轮；所述支座部件具有用于安装旋转检测器和检测滚轮的安装部，所述旋转检测器固定设置于所述安装部，所述旋转检测器可获得并输出转动的角位移，以便根据所述角位移确定待测构件沿第一方向的直线位移；所述检测滚轮通过转轴与所述旋转检测器的输入部同轴转动，其中所述检测滚轮径向压抵所述待测构件，并配置为：沿第二方向形成径向压抵作用力，以构建所述检测滚轮与所述待测构件之间无相对滑动的摩擦力，并沿第一方向形成作用于所述检测滚轮的摩擦力。

优选地，所述支座部件包括：安装座，用于支撑所述位移检测装置；设置在所述安装座上的第一支架，所述第一支架可相对于所述安装座沿第二方向滑动；第一弹性部件，沿所述第二方向预形变的设置在所述第一支架与所述安装座之间；第一调节部件，设置在所述第一支架与所述安装座之间，以调节两者沿第二方向的相对位置，并通过所述第一支架保持所述径向压抵的作用力。

优选地，所述安装座与所述第一支架中，一者上具有插装部、另一者具有容纳腔，两者适配以形成所述沿第二方向滑动；所述第一弹性部件和所述第一调节部件相应设置为两组，并配置为：在垂直于所述第二方向的投影面内，相对于所述检测滚轮的转动中心线对称设置。

优选地，所述支座部件还包括：置在所述第一支架上的第二支架，所述第二支架可相对于所述安装座沿第三方向滑动，且所述安装部设置在所述第二支架上；其中，所述第三方向与所述检测滚轮的转动中心线平行；第二弹性部件，沿第三方向预形变的设置在所述第二支架与所述第一支架之间；第二调节部件，设置在所述第二支架与所述第一支架之间，以调节两者沿第三方向的相对位置。

优选地，所述第一支架与所述第二支架中，一者上具有插装部、另一者具有容纳腔，两者适配以形成所述沿第三方向滑动；所述转轴穿过所述插装部与所述旋转检测器的输入部相连；所述第二弹性部件和所述第二调节部件相应设置为两组，并配置为：在垂直于所述第二方向的投影面内，相对于所述检测滚轮的转动中心线对称设置。

优选地，所述第一弹性件和第二弹性件为压簧、拉簧或橡胶弹性件，所述第一调节部件和第二调节件为与所述第一弹性部件相应设置的螺栓。

优选地，所述旋转检测器为旋转编码器，所述旋转编码器的定子固定设置于所述安装部，所述旋转编码器的转子与所述转轴相连。

优选地，所述旋转编码器的定子与所述安装部中，一者上具有定位销、另一者具有弹性卡，两者适配以形成所述定子与所述安装部间的周向限位。

本发明还提供一种设备，具有待测直线位移的构件，还包括如前所述的位移检测装置，及可根据所述位移检测装置采集的角位移信号确定待测构件沿第一方向的直线位移折控制装置。

优选地，待测构件具有与所述检测滚轮适配的测量基准平面。

优选地，所述设备为医疗设备，所述待测构件为医疗设备的扫描床板，所述扫描床板设置在床架的支撑滚轮上，所述位移检测装置的支座部件固定设置在所述床架上。

与现有技术相比，本发明另辟蹊径地提出了上述全闭环位移检测技术方案，具有如下有益效果：

第一，该位移检测装置的测量精度高。采用压抵待测构件的检测滚轮直接进行信号源的获取，具体地，在待测构件工作位移过程中，该径向压抵作用力产生的摩擦力能够使得检测滚轮同步转动，且两者之间无相对滑动，确保信号源的获取无偏差；该检测滚轮通过转轴与旋转检测器的输入部同步转动，可利用所输出的角位移确定待测构件的实际直线位移，全闭环检测过程为确保测量精度提供的可靠保障。

第二，可实现大范围的位移检测。本方案利用具有固定工作位置的动态配合机构，在直线位移检测过程中无行程限制，可实现大范围的位移检测，符合设备特别是医用设备的功能检测需求。

第三，制造成本可控。相比于传统采用拉绳编码器、光栅尺等结构的全闭环检测技术，采用本方案可大大降低产品制造成本。

第四，设备加工和装配精度可控。在本发明的优选方案中，增设有顺应机构原理安装固定旋转检测器，能够自适应待测构件沿非检测位移方向可能产生的位移，例如，径向压抵的第二方向以及与滚轮转动中心线平行的第三方向的位移。如此设置，可规避待测构件及关联构件的加工误差和装配误差可能导致的非检测方向的位移对于测量精度产生的影响，也就是说，通过适配的第一支架、第一弹性部件和第一调节部件，构建相对于安装座沿第二方向的顺应机构；通过第二支架、第二弹性部件和第二调节部件，构建相对于第一支架沿第三方向的顺应机构，由此确保沿第一方向的位移检测精度。

附图说明

图1为具体实施方式所述位移检测装置的使用状态示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为具体实施方式所述位移检测装置的整体结构示意图；

图4为图3中所示位移检测装置的装配爆炸图；

图5为图3的B－B剖视图。

图中：

床板10、测量基准平面101、滚轮槽102、支撑滚轮20、床架30、位移检测装置40；

支座部件1、安装座11、容纳腔111、第一支架12、插装部121、容纳腔122、第二支架13、安装部131、插装部132、第一弹性部件14、第一调节部件15、第二弹性部件16、第二调节部件17、定位销18、旋转检测器2、定子21、转子22、弹性卡23、检测滚轮3、转轴4、轴承5、轴承盖6；

第一方向Z、第二方向Y、第三方向X。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图1和图2中所示的扫描床为描述主体，详细说明用于检测床板10位置的位移检测技术方案。该扫描床的床板10通过支撑滚轮20设置在床架30上方，承载患者的床板10沿水平运动(图中Z向)运动至扫描位置的过程中，作为扫描床主要受力构件的床架30保持位置不变。基于不同检查设备的功能需求，扫描床的构成及结构实现方式具有一定程度的区别，位移检测装置40置于床板10的下方。应当理解，该扫描床的具体功能结构及位移检测装置40与床板10的相对位置关系，对本申请请求保护的位移检测装置未构成任何实质性的限制。

请参见图3，该图为本实施方式所述位移检测装置的整体结构示意图。

该位移检测装置40主要包括支座部件1、旋转检测器2和检测滚轮3。其中，支座部件1具有检测装置的支撑固定功能，一方面用于实现相对于待测构件(床板10)的固定工作位置，另一方面用于安装旋转检测器2和检测滚轮3，具体通过安装部131实现构件间的连接组装。

如图所示，旋转检测器2固定设置于安装部131，该旋转检测器2具有可转动的输入部，基于输入部的转动可获得并输出转动的角位移，以便根据该角位移确定床板10沿第一方向Z的直线位移。这里，基于检测并输出转动角位移的功能，旋转检测器2可以根据现有技术采用不同的方式实现，例如但不限于采用旋转编码器，优选采用将机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出，其定子21固定设置，其转子22即为输入部用于获取转动信号。请一并参见图4和图5，其中，图4为图3中所示位移检测装置的装配爆炸图，图5为图3的B－B剖视图。

其中，检测滚轮3通过转轴4与旋转检测器2的转子22(输入部)同轴转动。结合图1和图2所示，该检测滚轮3径向压抵床板10，并配置为：沿第二方向Y形成径向压抵作用力，以构建检测滚轮3与床板10之间无相对滑动的摩擦力，作用于检测滚轮3的摩擦力沿第一方向Z形成。由此实现床板10在检测过程中具体位置的精确检测。

需要调整患者位置时，床板10在驱动机构的作用下相对于床架30位移，径向压抵于床板1检测滚轮3同步转动，两者间无相对滑动，也即，检测滚轮3的滚动方向与床板10的位移方向一致，确保信号源的获取无偏差；与此同时，旋转编码器的转子22同步转动，利用所输出的角位移即可确定床板10的实际直线位移，进而精确判断其具体位置。本方案利用具有固定工作位置的动态配合机构，在直线位移检测过程中无行程限制，实现了大范围的位移检测。

需要说明的是，本文中“第一方向”和“第二方向”，以及下文中所使用的“第三方向”等方位词的使用，是根据本方案的工作原理所确定的方位基准构建各零部件及相对位置关系的描述；可以确定的是，上述方位词的使用对于本申请核心设计构思并未构成实质性的限制。

为进一步提高检测精度，避免床板10及关联构件加工误差、装配误差的累计对检测精度所产生的影响，可对起支撑固定作用的支座部件1作进一步优化，以利用顺应机构原理安装固定旋转检测器，自适应待测构件沿非检测位移方向可能产生的位移。

其中，针对误差累积导致床板10在工作过程中沿第二方向Y形成的非检测方向位移，本方案通过适配的第一支架12、第一弹性部件14和第一调节部件15，构建相对于安装座11沿第二方向Y的顺应机构，以降低对测量精度的影响。结合图4和图5所示，该支座部件1包括用于支撑整体位移检测装置的安装座11，其上设置有第一支架12，且该第一支架12可相对于安装座11沿第二方向Y滑动；该滑动实现方式例如但不限于，该第一支架12的底部具有插装部121，相应地安装座11上开设有与该插装部121滑动适配的容纳腔111。第一弹性部件14沿第二方向Y预形变的设置在第一支架12与安装座11之间，例如但不限于采用预压缩的螺旋压簧。

同时，利用设置在第一支架12与第一弹性部件14之间第一调节部件15，调节两者沿第二方向Y的相对位置，例如但不限于采用螺栓进行调节，如图所示第一支架12上设置适配螺纹孔，螺栓自安装座11上的通孔及相应压簧伸出后与螺纹孔适配，即可根据需要调节第一支架12与安装座11之间的相对位置，进一步限制第一弹性部件14的形变量，进而调整压缩弹簧的松紧程度，以通过第一支架12施加并保持上述径向压抵的作用力。由此，确保该位移检测装置能够通过摩擦与待测表面压抵贴合而不发生相对滑动，过程中，通过沿第二方向Y的顺应机构进行相应位移的自适应。

另外，针对误差累积导致床板10在工作过程中沿第三方向X形成的非检测方向位移，本方案通过适配的第二支架13、第二弹性部件16和第二调节部件17，构建相对于安装座11沿第三方向X的顺应机构，以降低对测量精度的影响。进一步结合图4和图5所示，该支座部件1还包括设置在第一支架12上的第二支架13，且该第二支架13可相对于第一支架12沿第三方向X滑动，用于安装旋转检测器2的安装部设置在该第二支架13上。同样地，该滑动实现方式例如但不限于，该第二支架13具有插装部132，相应地第一支架12上开设有与该插装部132滑动适配的容纳腔122。第二弹性部件16沿第三方向X预形变的设置在第二支架13与第一支架12之间；例如但不限于采用预压缩的螺旋压簧。

同时，利用设置在第一支架12与第二支架13之间第二调节部件17，调节两者沿第三方向X的相对位置，例如但不限于采用螺栓进行调节，如图所示第一支架12上设置适配螺纹孔，螺栓自第二支架13上的通孔及相应压簧伸出后与螺纹孔适配，即可根据需要调节第一支架12与第二支架13之间的相对位置，进一步限制第二弹性部件16的形变量，进而调整压缩弹簧的松紧程度。由此，通过沿第三方向X的顺应机构进行相应位移的自适应。

本方案中，检测滚轮3以及床板10等构件的制造、装配误差等因素，床板10的实际运动轨迹在第二方向Y、第三方向X会产生分位移，上述优选顺应机构能够使得第一支架12与第二支架13保持在一个平衡位置，由此在第二方向Y、第三方向X均可通过自适应消除这部分位移，使得检测装置能够精确检测其在第一方向Z的运动，从而达到需要的检测目的。

进一步地，转轴4穿过插装部132与旋转检测器2的转子22相连，且其与第二支架12之间设置轴承5。结合图4和图5所示，具体通过轴承盖6与第二支架13轴向固定，以使得转轴4可以相对与第二支架13旋转运动，并限制其轴向平动。图中所示，采用轴承盖紧固螺钉将轴承盖6与第二支架13固定连接。

可以理解的是，第二弹性部件16也可插装于第二支架13上开设的通孔内，采用间接设置方式，相应的螺栓穿出后与第一支架12上的螺纹孔适配，同样，可以实现沿第三方向X的调节。

当然，第一弹性部件14和第二弹性部件16也可以采用拉簧或橡胶弹性件，同样能够通过自身形变满足相应的功能要求。

此外，安装座11与第一支架12之间沿第二方向Y的滑动配合关系，及第一支架12与第二支架13之间沿第三方向X的滑动配合关系的具体实施方式不局限图中所示，相适配的插装部和容纳腔也可以反向设置在两配合构件上(图中未示出)，同样以形成相应的滑动配合关系。

作为进一步优选，第一弹性部件14和第一调节部件15相应设置为两组，同样地，第二弹性部件16和第二调节部件17相应设置为两组，并分别配置为：在垂直于第二方向Y的投影面内，相对于检测滚轮3的转动中心线对称设置，以有效均衡载荷，提高动态配合关系的稳定性。

为了快速实现旋转编码器的组装及维修作用，可以在旋转编码器的定子21上设置弹性卡23，相应地，在第二支架13的安装部131上设置定位销18，两者适配以形成定子21与安装部131间的周向限位。同样可以理解的是，相适配定位销与弹性卡也可以反向设置，也即，定子21上设置定位销，第二支架13的安装部131上设置弹性卡，同样可以轴向插装后形成周向限位。

除前述位移检测装置40外，本实施方式还提供一种具有该检测装置的设备，结合图1和图2所示，该位移检测装置40固定设置在床架30上。显然地，基于本申请的核心构思，该位移检测装置40不局限于设置在床板10的下方，实际上，根据具体设备的装配空间可行性，也可设置在床板10的旁侧，也就是说，检测滚轮3径向压抵床板10侧面，同样能够达成精准检测床板位置的目的。例如但不限于，采用控制装置(图中未示出)根据位移检测装置40所采集的角位移信号确定床板10沿第一方向Z的直线位移，进而确定其具体工作位置。具体地，该控制装置可以采用设备主系统控制装置实现上述功能，也可采用独立设置控制器。

如图所示，床板10上具有与检测滚轮3适配的测量基准平面101，作为检测平面需要具有较高的制造精度，以最大限度的提高测量精度。

如图所示，床板10设置在床架30的支撑滚轮20上，并通过驱动装置带动位移。这里，床板10上与支撑滚轮20配合位置处设置有滚轮槽102，以对床板10的位置进行有效限位，确保其沿第一方向Z的运行轨迹。

需要说明的是，该设备可以为CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)、PET(Positron Emission Tomography，正电子发射断层扫描)或者PET/CT等医疗设备，该床板10即为承载患者的扫描床板。应当理解，上述医疗设备的其他功能构件非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种位移检测装置，其特征在于，包括：

支座部件，具有用于安装旋转检测器和检测滚轮的安装部；

旋转检测器，固定设置于所述安装部，所述旋转检测器可获得并输出转动的角位移，以便根据所述角位移确定待测构件沿第一方向的直线位移；

检测滚轮，通过转轴与所述旋转检测器的输入部同轴转动；

其中，所述检测滚轮径向压抵所述待测构件，并配置为：沿第二方向形成径向压抵作用力，以构建所述检测滚轮与所述待测构件之间无相对滑动的摩擦力，并沿第一方向形成作用于所述检测滚轮的摩擦力；

其中，所述支座部件包括：

安装座，用于支撑所述位移检测装置；

设置在所述安装座上的第一支架，所述第一支架可相对于所述安装座沿第二方向滑动；

第一弹性部件，沿所述第二方向预形变的设置在所述第一支架与所述安装座之间；

第一调节部件，设置在所述第一支架与所述安装座之间，以调节两者沿第二方向的相对位置，并通过所述第一支架保持所述径向压抵的作用力。

2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，所述安装座与所述第一支架中，一者上具有插装部、另一者具有容纳腔，两者适配以形成所述沿第二方向滑动；所述第一弹性部件和所述第一调节部件相应设置为两组，并配置为：在垂直于所述第二方向的投影面内，相对于所述检测滚轮的转动中心线对称设置。

3.根据权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，所述支座部件还包括：

设置在所述第一支架上的第二支架，所述第二支架可相对于所述安装座沿第三方向滑动，且所述安装部设置在所述第二支架上；其中，所述第三方向与所述检测滚轮的转动中心线平行；

第二弹性部件，沿第三方向预形变的设置在所述第二支架与所述第一支架之间；

第二调节部件，设置在所述第二支架与所述第一支架之间，以调节两者沿第三方向的相对位置。

4.根据权利要求3所述的位移检测装置，其特征在于，所述第一支架与所述第二支架中，一者上具有插装部、另一者具有容纳腔，两者适配以形成所述沿第三方向滑动；所述转轴穿过所述插装部与所述旋转检测器的输入部相连；所述第二弹性部件和所述第二调节部件相应设置为两组，并配置为：在垂直于所述第二方向的投影面内，相对于所述检测滚轮的转动中心线对称设置。

5.根据权利要求4所述的位移检测装置，其特征在于，所述第一弹性部件和第二弹性部件为压簧、拉簧或橡胶弹性件，所述第一调节部件和第二调节部件为与所述第一弹性部件相应设置的螺栓。

6.根据权利要求5所述的位移检测装置，其特征在于，所述旋转检测器为旋转编码器，所述旋转编码器的定子固定设置于所述安装部，所述旋转编码器的转子与所述转轴相连。

7.根据权利要求6所述的位移检测装置，其特征在于，所述旋转编码器的定子与所述安装部中，一者上具有定位销、另一者具有弹性卡，两者适配以形成所述定子与所述安装部间的周向限位。

8.一种设备，具有待测直线位移的构件，其特征在于，还包括：

如权利要求1至7中任一项所述的位移检测装置：

控制装置，可根据所述位移检测装置采集的角位移信号确定待测构件沿第一方向的直线位移。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，待测构件具有与所述检测滚轮适配的测量基准平面。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述设备为医疗设备，所述待测构件为医疗设备的扫描床板，所述扫描床板设置在床架的支撑滚轮上，所述位移检测装置的支座部件固定设置在所述床架上。

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