CN114779844A - 限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器，所述控制方法包括：控制遮线板运动至第一位置；接收运动指令，并基于运动指令计算运动步数；基于运动步数控制遮线板运动；获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，并根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数。通过本发明提供的限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器，解决了现有限束器电机受堵转、丢步、齿间隙和跳齿等因素影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及X射线医疗诊断领域，特别是涉及一种限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器。
背景技术
目前，限束器要实现精确位置控制一般采用步进电机进行开环控制或半开环控制；开环控制是指给步进电机固定的脉冲数，让电机运动相应的步数；半开环控制是指在步进电机上安装编码器，通过检测电机的失步来实现反馈补偿。
开环控制对机械结构和电机驱动等方面要求极高，因为它不允许丢步，一旦丢步累积起来就会造成整机的功能缺失，此时往往需要通过复位来使电机归零位；半开环控制相对开环控制要稳定一点，可以实现电机堵转和丢步的监控，把采集到的脉冲数和发出的脉冲数进行比较求差，然后补偿到运动步数里面。
然而，无论是开环控制还是半开环控制，机械结构上的齿间隙和外力引起的齿轮跳齿错位等问题所造成的偏差是无法补偿的，这就要求结构上要做的十分精密，从而增加了成本。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器，用于解决现有限束器电机受堵转、丢步、齿间隙和跳齿等因素影响的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种限束器的控制方法，所述控制方法包括：
控制遮线板运动至第一位置；
接收运动指令，并基于运动指令计算运动步数；
基于运动步数控制遮线板运动；
获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，并根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数。
可选地，在基于运动步数控制遮线板运动的过程中，至少执行一次重新调整运动步数的步骤。
可选地，基于线性霍尔传感器获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，满足公式：
step＝j×m，
其中，step为遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，j为设定系数，m为当前位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离，U为线性霍尔传感器采集的与当前位置对应的霍尔电压，k为磁场强度与霍尔电压之间的比例系数，d为距离系数。
可选地，在执行控制遮线板运动至第一位置的步骤之前，所述控制方法还包括获取系数值的步骤；包括：
控制遮线板运动至第一位置；
基于线性霍尔传感器采集与第一位置对应的霍尔电压U1，并测量第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1；
基于设定步数值step1控制遮线板由第一位置运动至第二位置；
基于线性霍尔传感器采集与第二位置对应的霍尔电压U2，并测量第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2；
将第一位置对应的霍尔电压U1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1、第二位置对应的霍尔电压U2及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到比例系数k及距离系数d；
将预设步数值step1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到设定系数j。
可选地，在执行控制遮线板运动至第一位置的步骤之后及执行接收运动指令并基于运动指令计算运动步数的步骤之前，所述控制方法还包括校准比例系数的步骤；包括：
基于线性霍尔传感器重新采集与第一位置对应的霍尔电压U1’；
将重新采集的与第一位置对应的霍尔电压U1’、距离系数d及第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1代入公式
得到新的比例系数k。
可选地，根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数的方法包括：判断实际步数值与理论步数值是否一致；在不一致时，计算实际步数值与理论步数值之间的差值，并根据所得差值重新调整运动步数。
可选地，基于光电开关控制遮线板运动至第一位置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的限束器的控制方法。
本发明还提供一种限束器，所述限束器包括：壳体、遮线板、电机、磁铁、线性霍尔传感器、光电开关及开关触发片；所述遮线板设于所述壳体内；所述电机与所述遮线板电连接；所述磁铁设于所述遮线板与开口中心线垂直的第一侧边，且设于所述第一侧边远离开口中心线的一端；所述线性霍尔传感器设于所述壳体的内边沿处，且与所述磁铁对应设置；所述光电开关设于所述壳体内，且靠近遮线板第二侧边远离开口中心线的一端；所述开关触发片设于所述第二侧边远离开口中心线的一端；
所述限束器还包括芯片，所述芯片与所述电机、所述线性霍尔传感器及所述光电开关电连接；所述芯片包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述芯片执行如上任一项所述的限束器的控制方法。
可选地，所述遮线板包括铅叶。
如上所述，本发明的一种限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器，采用闭环控制方式，使电机控制不受堵转、丢步、齿间隙和跳齿等因素的影响，使得限束器即使在长时间运行或者结构装配存在一定误差的情况下，仍可精确地运动到指定的开口位置，降低了对结构的精度要求。采用线性霍尔传感器实现反馈，可以使运动控制更为精密，大大提高线野精度(理论上使用12位ADC在SID为1000mm的情况下可以达到约0.1mm的线野精度，远高于目前1mm级的线野精度)；由于线性霍尔传感器的采样方式为非接触式，可减小磨损风险，提高使用寿命；而且，相对于价格昂贵的直线位移传感器和编码器，线性霍尔传感器的价格低廉，降低了成本。
附图说明
图1显示为本发明所述控制方法的流程图。
图2显示为线性霍尔传感器输出的霍尔电压与磁感应强度的关系曲线。
图3显示为本发明所述控制方法中获取系数值的流程图。
图4显示为本发明所述限束器的结构示意图。
图5显示为本发明所述限束器中相关距离的示意图。
元件标号说明
101 壳体
102 遮线板
103 磁铁
104 线性霍尔传感器
105 光电开关
106 开关触发片
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种限束器的控制方法，所述控制方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3及步骤S4。
步骤S1控制遮线板运动至第一位置。
具体的，基于光电开关控制遮线板运动至第一位置。实际应用中，在第一位置处设置光电开关，在遮线板运动至光电开关处时，安装于遮线板上的开关触发片会触发光电开关，光电开关将触发信号反馈至处理器，处理器控制电机停止运行，以此实现控制遮线板运动至第一位置。
步骤S2接收运动指令，并基于运动指令计算运动步数。
具体的，接收运动指令并基于运动指令计算运动步数的方法包括：判断是否接收运动指令；若接收，则基于运动指令计算运动步数；若未接收，则继续执行判断步骤。需要说明的是，基于运动指令计算运动步数可采用现有方式实现，本示例对此不做限制。
步骤S3基于运动步数控制遮线板运动；具体为：基于运动步数控制电机运行，从而控制遮线板运动。
步骤S4获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，并根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数。
其中，步骤S4可以在遮线板运动结束(即遮线板走完运动步数)后执行，也可以在遮线板运动过程中执行；为了实现精确的闭环控制，通常选择步骤S4在遮线板运动过程中执行，也即，在基于运动步数控制遮线板运动的过程中，至少执行一次步骤S4。实际应用中，可使步骤S4在遮线板运动过程中间隔一定时间重复执行。
具体的，基于线性霍尔传感器获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，满足公式：step＝j×m，
其中，step为遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，j为设定系数，m为当前位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离，U为线性霍尔传感器采集的与当前位置对应的霍尔电压，k为磁场强度与霍尔电压之间的比例系数，d为距离系数。
实际应用中，线性霍尔传感器设置在壳体的内边沿处，遮线板上设有与线性霍尔传感器配合使用的磁铁。线性霍尔传感器能检测到因遮线板运动所引起的磁感应强度的变化，并将磁感应强度变化转换为霍尔电压输出，其中，磁感应强度与距离的平方呈反比例关系，与霍尔电压呈正比例关系(如图2所示)；那么，可以得到公式
其中，d＝d1-d2，d1为线性霍尔传感器靠近开口侧与开口中心线之间的距离，d2为磁铁触发侧与遮线板靠近开口侧之间的距离。U为测量值，k、d、j均为已知值；将U、k、d代入公式
计算得到m；再将m和j代入公式step＝j×m，计算得到step。
具体的，根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数的方法包括：判断实际步数值与理论步数值是否一致；在不一致时，计算实际步数值与理论步数值之间的差值，并根据所得差值重新调整运动步数。
更具体的，若步骤S4在遮线板运动结束(即遮线板走完运动步数)后执行；那么，在判断结果为一致时，直接结束运动；在判断结果不一致时，则计算实际步数值与理论步数值之间的差值，并在原有运动步数的基础上增加该差值，实现重新调整运动步数，使遮线板继续运动该差值所示步数，也即，使遮线板的实际运动步数为原有运动步数+该差值所示步数。
若步骤S4在遮线板运动过程中执行；那么，在判断结果为一致时，则继续判断是否运动结束，若未运动结束，则控制遮线板继续运动，并在间隔一定时间后重复执行获取实际步数值并判断的步骤，反之，则运动结束；在判断结果不一致时，则计算实际步数值与理论步数值之间的差值，并在剩余运动步数的基础上增加该差值，从而实现重新调整运动步数，使遮线板继续运动剩余运动步数+该差值所示步数，也即，使遮线板的实际运动步数为原有运动步数+该差值所示步数。
进一步的，如图3所示，所述控制方法还包括步骤S0获取系数值，该步骤S0在步骤S1前执行，通常是在出厂前执行；包括：步骤S01、步骤S02、步骤S03、步骤S04、步骤S05及步骤S06；其中，步骤S05和步骤S06的顺序可调换，这对本示例没有影响。
步骤S01控制遮线板运动至第一位置。
具体的，基于光电开关控制遮线板运动至第一位置。实际应用中，在第一位置处设置光电开关，在遮线板运动至光电开关处时，安装于遮线板上的开关触发片会触发光电开关，光电开关将触发信号反馈至处理器，处理器控制电机停止运行，以此实现控制遮线板运动至第一位置。
步骤S02基于线性霍尔传感器采集与第一位置对应的霍尔电压U1，并测量第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1。
具体的，在遮线板运动至第一位置并停止运动后，读取线性霍尔传感器的输出，即可得到与第一位置对应的霍尔电压U1。
具体的，在遮线板运动至第一位置并停止运动后，借助测量工具测量第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1。
步骤S03基于设定步数值step1控制遮线板由第一位置运动至第二位置。
实际应用中，为了提高精度，应使设定步数值step1接近最大运动步数；其中，最大运动步数是指遮线板运动至开口中心线处所对应的运动步数。
步骤S04基于线性霍尔传感器采集与第二位置对应的霍尔电压U2，并测量第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2。
具体的，在遮线板运动至第二位置并停止运动后，读取线性霍尔传感器的输出，即可得到与第二位置对应的霍尔电压U2。
具体的，在遮线板运动至第二位置并停止运动后，借助测量工具测量第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2。
步骤S05将第一位置对应的霍尔电压U1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1、第二位置对应的霍尔电压U2及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到比例系数k及距离系数d。
步骤S06将预设步数值step1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到设定系数j。
更进一步的，所述控制方法还包括步骤S1-2校准比例系数，该步骤S1-2在步骤S1之后、步骤S2之前执行；包括：基于线性霍尔传感器重新采集与第一位置对应的霍尔电压U1’；将重新采集的与第一位置对应的霍尔电压U1’、距离系数d及第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1代入公式
得到新的比例系数k，为后续计算提供新k值，以此来消除因磁铁长时间使用磁性衰减所带来的精度影响，实现精确控制(图中未示出)。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的限束器的控制方法。
在任何可能的技术细节结合层面，本申请可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。用于执行本申请操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本申请的各个方面。
如图4和图5所示，本实施例还提供一种限束器，所述限束器包括：壳体101、遮线板102、电机(图中未示出)、磁铁103、线性霍尔传感器104、光电开关105、开关触发片106及芯片(图中未示出)。
所述遮线板102设于所述壳体101内。所述遮线板102的数量为2个，2个所述遮线板102对称设于所述壳体101内；其中，2个所述遮线板102之间形成开口。本示例中，所述遮线板102包括铅叶。
所述电机(图中未示出)与所述遮线板102电连接，用于驱动所述遮线板102运动；其中，所述电机为步进电机。
所述磁铁103设于所述遮线板102与开口中心线垂直的第一侧边，且设于所述第一侧边远离开口中心线的一端。具体的，所述磁铁103的S极朝向开口中心线，N极背向开口中心线并朝向所述线性霍尔传感器104。
所述线性霍尔传感器104设于所述壳体101的内边沿处，且与所述磁铁103对应设置；用于测量因所述遮线板102运动引起的所述磁铁103相对于所述线性霍尔传感器104的磁感应强度变化，并将磁感应强度变化转换为霍尔电压变化。
所述光电开关105设于所述壳体101内，且靠近遮线板102第二侧边远离开口中心线的一端；其中，所述第一侧边与所述第二侧边相对设置。具体的，所述光电开关105呈F型结构，其中F型结构的两个横线之间构成触发区域。
所述开关触发片106设于所述第二侧边远离开口中心线的一端，与所述光电开关105配合使用，用于在所述开关触发片106到达所述光电开关105的触发区域时，实现开关触发，此时，所述光电开关105会产生触发信号输出。
所述芯片(图中未示出)与所述电机(图中未示出)、所述线性霍尔传感器104及所述光电开关105电连接；所述芯片包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述芯片执行如上所述的限束器的控制方法。实际应用中，所述存储器还用于存储计算机程序执行过程中产生的数据，如与第一位置对应的霍尔电压U1，第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1、设定步数值step1、与第二位置对应的霍尔电压U2、第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2、比例系数k、距离系数d及设定系数j等。
综上所述，本发明的一种限束器的控制方法、计算机可读存储介质及限束器，采用闭环控制方式，使电机控制不受堵转、丢步、齿间隙和跳齿等因素的影响，使得限束器即使在长时间运行或者结构装配存在一定误差的情况下，仍可精确地运动到指定的开口位置，降低了对结构的精度要求。采用线性霍尔传感器实现反馈，可以使运动控制更为精密，大大提高线野精度(理论上使用12位ADC在SID为1000mm的情况下可以达到约0.1mm的线野精度，远高于目前1mm级的线野精度)；由于线性霍尔传感器的采样方式为非接触式，可减小磨损风险，提高使用寿命；而且，相对于价格昂贵的直线位移传感器和编码器，线性霍尔传感器的价格低廉，降低了成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种限束器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
控制遮线板运动至第一位置；
接收运动指令，并基于运动指令计算运动步数；
基于运动步数控制遮线板运动；
获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，并根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数。
2.根据权利要求1所述的限束器的控制方法，其特征在于，在基于运动步数控制遮线板运动的过程中，至少执行一次重新调整运动步数的步骤。
3.根据权利要求1所述的限束器的控制方法，其特征在于，基于线性霍尔传感器获取遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，满足公式：
step＝j×m，
其中，step为遮线板运动至当前位置对应的实际步数值，j为设定系数，m为当前位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离，U为线性霍尔传感器采集的与当前位置对应的霍尔电压，k为磁场强度与霍尔电压之间的比例系数，d为距离系数。
4.根据权利要求3所述的限束器的控制方法，其特征在于，在执行控制遮线板运动至第一位置的步骤之前，所述控制方法还包括获取系数值的步骤；包括：
控制遮线板运动至第一位置；
基于线性霍尔传感器采集与第一位置对应的霍尔电压U1，并测量第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1；
基于设定步数值step1控制遮线板由第一位置运动至第二位置；
基于线性霍尔传感器采集与第二位置对应的霍尔电压U2，并测量第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2；
将第一位置对应的霍尔电压U1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1、第二位置对应的霍尔电压U2及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到比例系数k及距离系数d；
将预设步数值step1、第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1及第二位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m2代入公式
得到设定系数j。
5.根据权利要求4所述的限束器的控制方法，其特征在于，在执行控制遮线板运动至第一位置的步骤之后及执行接收运动指令并基于运动指令计算运动步数的步骤之前，所述控制方法还包括校准比例系数的步骤；包括：
基于线性霍尔传感器重新采集与第一位置对应的霍尔电压U1’；
将重新采集的与第一位置对应的霍尔电压U1’、距离系数d及第一位置处遮线板靠近开口侧与开口中心线之间的距离m1代入公式
得到新的比例系数k。
6.根据权利要求1-5任一项所述的限束器的控制方法，其特征在于，根据实际步数值与理论步数值之间的差值重新调整运动步数的方法包括：
判断实际步数值与理论步数值是否一致；在不一致时，计算实际步数值与理论步数值之间的差值，并根据所得差值重新调整运动步数。
7.根据权利要求1-5任一项所述的限束器的控制方法，其特征在于，基于光电开关控制遮线板运动至第一位置。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的限束器的控制方法。
9.一种限束器，其特征在于，所述限束器包括：壳体、遮线板、电机、磁铁、线性霍尔传感器、光电开关及开关触发片；
所述遮线板设于所述壳体内；所述电机与所述遮线板电连接；所述磁铁设于所述遮线板与开口中心线垂直的第一侧边，且设于所述第一侧边远离开口中心线的一端；所述线性霍尔传感器设于所述壳体的内边沿处，且与所述磁铁对应设置；所述光电开关设于所述壳体内，且靠近遮线板第二侧边远离开口中心线的一端；所述开关触发片设于所述第二侧边远离开口中心线的一端；
所述限束器还包括芯片，所述芯片与所述电机、所述线性霍尔传感器及所述光电开关电连接；所述芯片包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述芯片执行如权利要求1-7任一项所述的限束器的控制方法。
10.根据权利要求9所述的限束器，其特征在于，所述遮线板包括铅叶。
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