-
Die
Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung
umfassend einen vorzugsweise an einem Roboterarm um eine Drehachse
drehbar gelagerten C-Bogen, an dem eine Strahlungsquelle und ein
Strahlungsdetektor angeordnet sind, deren Abstand zueinander mittels
einer Hubeinrichtung, mittels der der Strahlungsempfänger relativ
zur Strahlungsquelle längsbewegbar
ist, oder umgekehrt, veränderbar
ist.
-
Bei
bekannten Röntgeneinrichtungen
ist der C-Bogen über
eine Drehführung
um eine üblicherweise
horizontal stehende Achse drehbar an einem zumeist bodenseitig aufstehenden
Stativ angeordnet. In der Drehführung
ist der C-Bogen längs
seiner bogenförmigen
Führungsbahn
um ein Isozentrum drehbar. Vor allem bei Anwendungen, bei denen
der C-Bogen mit beachtlicher Geschwindigkeit längs der Drehführung verschoben
wird, muss ein besonders leichter C-Bogen verwendet werden, um eine
möglichst
gute Dynamik zu erreichen. Als Beispiel ist hier eine Angiographie-Röntgeneinrichtung
zu nennen. Aus diesem Grund werden üblicherweise C-Bögen aus
Strangpressprofilen verwendet, die ein querschnittlich im Wesentlichen
rechteckiges Hohlprofil aufweisen.
-
Anstelle
eines Bodenstativs und der Anbindung des C-Bogens über die
Drehführung, über welche
Elemente die erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade für die C-Bogenbewegung
und -positionierung realisiert werden, ist es bekannt, den C-Bogen
an einem Industrie-Roboter mit einem Roboterarm und einer entsprechenden
Steuerungseinrichtung anzuordnen. Bei einer solchen Ausgestaltung
werden die benötigten
Freiheitsgrade durch die sechs Bewegungsachsen des Roboters gewährleistet.
Der C-Bogen ist hier unmittelbar am Roboterarm drehgelagert.
-
Bei
bekannten Röntgeneinrichtungen
ist der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor,
also der Film-Fokus-Abstand, mittels einer Hubeinrichtung variierbar. Üblicherweise
wird der Strahlungsempfänger
längs des
Zentralstrahls linear bewegt. Die Hubeinrichtung befindet sich dabei
direkt benachbart zum Strahlungsempfänger am Ende des C-Bogens.
Dies ist insoweit nachteilig, als hierdurch der C-Bogen weit ausladend
ist, da sich die Hubeinrichtung zur Ermöglichung des gewünschten
Hubs relativ weit radial gesehen nach außen erstreckt. Dies begrenzt
mitunter die Bewegbarkeit des C-Bogens, da mache Positionen aufgrund
einer möglichen
Kollision der ausladenden Hubeinrichtung nicht angefahren werden
können.
Auch ist der sich letztendlich aus der dortigen Anordnung ergebende
Schwerpunkt des C-Bogens nicht unbedingt ideal.
-
Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Röntgeneinrichtung
anzugeben, bei der ein C-Bogen zum Einsatz kommt, der trotz Anordnung
einer Hubeinrichtung weniger weit ausladend aufgebaut ist.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer Röntgeneinrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der C-Bogen
aus zwei mittels der Hubeinrichtung relativ zueinander bewegbaren
Bogenabschnitten besteht, wobei am einen Bogenabschnitt die Strahlungsquelle
und am anderen Bogenabschnitt der Strahlungsempfänger angeordnet ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
ist eine zweiteilige Ausführung
des C-Bogens vorgesehen. Die beiden Bogenabschnitte des vorzugsweise
seitlich zugänglichen,
hohlen Bogens sind mittels der im Bogeninneren angeordneten Hubeinrichtung
relativ zueinander bewegbar. Das heißt, der erfindungsgemäße Bogen
ermöglicht
die Anordnung der Hubeinrichtung im Bereich der Schnittstelle der beiden
Bogenabschnitte, vorzugsweise im Bereich benachbart zur Drehachslagerung
des C-Bogens vorzugsweise am Roboterarm, so dass sich der Schwerpunkt
optimieren lässt,
der dann möglichst nahe
der Drehachse selbst liegt, was für eine noch bessere Bewegungsdynamik
vorteilhaft ist. Das Gewicht an dem den Strahlungsempfänger tragenden Bogenende
wird folglich nicht mehr zu einem beachtlichen Teil von der Hubeinrichtung
bestimmt, sondern lediglich noch von dem dort befindlichen Strahlungsempfänger, nachdem
die Hubeinrichtung, bei vorzugsweise verwendeten hohlen Bogenabschnitten vorzugsweise
im Bogeninneren integriert, an der Drehanbindung des Bogens beispielsweise
am Roboterarm angeordnet ist. Auch ist der C-Bogen im Bereich des
Strahlungsdetektors nicht mehr seitlich ausladend, vielmehr wird
seine Form im wesentlichen durch die Geometrie des Bogens selbst
bestimmt.
-
Der
C-Bogen selbst ist zweckmäßigerweise über einen
Bogenabschnitt drehgelagert, während der
andere Bogenabschnitt am oder in diesem geführt ist. Es kommen also keine
zusätzlichen
aufwändigen
Lage- oder Befestigungsmechaniken zum Einsatz, vielmehr dient der
eine C-Bogenabschnitt, der bezogen auf die Hubbewegung lagefest
ist und bezüglich
welchem der andere C-Bogen
mittels der Hubeinrichtung verschoben wird, unmittelbar zur Befestigung
am Roboterarm. Hierzu sind an diesem Bogenabschnitt entsprechende
Befestigungsmöglichkeiten
vorgesehen, beziehungsweise angeordnet. Der andere Bogenabschnitt
ist an oder in diesem ersten Bogenabschnitt linear verschiebbar
geführt,
kann also über
die Hubeinrichtung diesbezüglich
linear bewegt werden, so dass sich eine lineare Bewegung der Strahlungsquelle
relativ zum Strahlungsdetektor ergibt. Zur Linearführung sind
zweckmäßigerweise Führungsschienen
vorgesehen, vorzugsweise am lagefesten Bogenabschnitt, auf welchen
Führungsschienen
entsprechende Führungsabschnitte
des jeweils anderen Bogenabschnitts laufen.
-
Die
Hubeinrichtung umfasst zweckmäßigerweise
einen Antriebsmotor und eine über
diesen betätigbare
Hubmechanik, wobei dem Antriebsmotor zweckmäßigerweise ein Über- oder
Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist, je nach dem, wie der Antriebsmotor
beziehungsweise die Hubmechanik ausgelegt ist.
-
Letztere
kann ein über
den Antriebsmotor beziehungsweise das nachgeschaltete Getriebe antreibbares
stationäres
Zahnrad und eine an dem zu bewegenden Bogenabschnitt angeordnete
Zahnstange, mit der das Zahnrad kämmt, umfassen. Alternativ kann
die Hubmechanik auch eine über
den Antriebsmotor antreibbare stationäre Gewindespindel aufweisen,
auf der wenigstens eine mit dem zu bewegenden Bogenabschnitt verbundene
Gewindemutter läuft.
Diese Aufzählung
verschiedener Mechanikausgestaltungen ist nicht abschließend, denkbar
sind beliebige Mechanikausführungen,
die einerseits kleinbauend sind, um vorzugsweise in den Bogen integriert
werden zu können,
und die andererseits einen hinreichenden Hub ermöglichen.
-
Alternativ
zur Verwendung rein mechanischer Hubeinrichtungen ist es auch denkbar,
eine solche unter Verwendung eines elektrisch, hydraulisch oder
pneumatisch betätigbaren
Stellzylinders auszuführen,
der mit beiden Bogenabschnitten gekoppelt ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung
kann der verwendete hohle C-Bogen von wenigstens einer Zugangsseite
her offen gestaltet sein. Das heißt, dass infolge dieser ein
oder bevorzugt mehrseitig zumindest abschnittsweise offenen Bogenausgestaltung
das Gesamtgewicht des C-Bogens zwangsläufig abnimmt, wobei der C-Bogen
in seiner Gestaltung natürlich
entsprechend den geforderten Festigkeits- und Schwingungskriterien
etc. ausgelegt ist. Diese sind jedoch trotz offener Konstruktion
ohne weiteres einhalt- beziehungsweise erreichbar. Diese offene
Struktur bietet darüber
hinaus neben dem Vorteil der Gewichtsersparnis auch den besonderen
Vorteil, dass grundsätzlich
die Möglichkeit
besteht, bei Verwendung des C-Bogens
in Verbindung mit einem Industrie-Roboter beziehungsweise einem
Roboterarm zumindest einen Teil oder näherungsweise alle Elektronikkomponenten,
die dem Betrieb der Strahlungsquelle und des Strahlungsempfängers dienen,
im Inneren des C-Bogens integrieren zu können. Denn anders als bei bisher
bekannten, hohlen C-Bögen,
die seitlich jedoch vollständig
geschlossen sind, können
bei Verwendung des erfindungsge mäßen C-Bogens
die Elektronikkomponenten, bei denen es sich üblicherweise um relativ klein
dimensionierte Bauteile oder Kabel handelt, im Bogeninneren verlegt
werden. Sie müssen also
nicht mehr separat angeordnet und über entsprechende Kabel- oder
Steuerleitungsverbindungen etc. mit den bogenseitigen Betriebskomponenten verbunden
werden, sondern werden zusammen mit dem C-Bogen bewegt. Da es sich
aufgrund der hohen Integrationsdichte der Elektronikkomponenten um
relativ leichte Bauteile handelt, das heißt, dass das Gewicht sämtlicher
zu integrierender Elektronikkomponenten nicht allzu groß ist, ergibt
sich eine nur relativ geringe Gewichtszunahme des C-Bogens, so dass
nach wie vor die Anforderungen an die hohe Dynamik etc. trotz Integration
der Elektronikkomponenten erreicht werden können.
-
Insgesamt
bietet also der C-Bogen mit der offenen Struktur eine vorteilhafte
Einsatzmöglichkeit sowohl
bei bisher üblichen
Röntgeneinrichtungen
mit bodenseitigem Stativ, bei welcher Röntgeneinrichtung die Elektronikkomponente
dann nicht im C-Bogen integriert sind, dieser jedoch gegenüber bisherigen
Anlagen leichter ist, sowie auch einen Einsatzmöglichkeit bei neuartigen Roboter-Röntgengeräten, bei
denen dann im Bogeninneren zumindest ein Teil oder alle Elektronikkomponenten
integriert sind.
-
Der
C-Bogen ist zweckmäßigerweise
im Wesentlichen über
seine gesamte Länge
hohl und seitlich zugänglich,
so dass hinreichend zugänglicher Aufnahmeraum
gegeben ist, in dem die Elektronikkomponenten angeordnet werden
können.
-
Für eine einfache
Montage und Zugänglichkeit
ist das Innere des C-Bogens zweckmäßigerweise von zueinander gegenüberliegenden
Zugangsseiten her zugänglich,
bevorzugt den beiden Seitenflächen
bei einem querschnittlich gesehen rechteckigem Bogenprofil. Dies
ermöglicht
es, zu Montage- oder Wartungszwecken an die betreffenden Positionen
von beiden Seiten her zu gelangen, was das Arbeiten einfacher macht.
-
Der
C-Bogen selbst ist vorteilhafterweise an einer Zugangsseite fachwerkartig
ausgeführt,
das heißt,
dort sind fachwerkartig angeordnete Streben vorgesehen, wobei dies
bei einer beidseitigen offenen Bogenstruktur für beide Seiten gilt. Das heißt, die Fachwerkkonstruktion
ist beidseits realisiert, vorzugsweise in gleicher Ausführung. Die
entsprechende Struktur kann ohne weiteres hergestellt werden, nachdem
der C-Bogen zweckmäßigerweise
als Gussteil ausgeführt
ist. Die Ausgestaltung der fachwerkartigen Struktur beziehungsweise
die Anordnung der Streben ist einerseits hinsichtlich der Gewichtsoptimierung
ausgewählt,
um also möglichst viel
Material einzusparen, andererseits ist die Strebenanordnung zur
Erzielung der gewünschten
mechanischen Eigenschaften ausgelegt. Vornehmlich im Bereich niedriger
mechanischer Spannungen beziehungsweise Belastungen kann Material
eingespart werden, während
in Bereichen höherer
mechanischer Belastung entsprechende Streben in entsprechender winkliger
Anordnung zueinander beziehungsweise zu den anderen Bogenabschnitten
vorgesehen sind. Die Auslegung der Struktur richtet sich nach den
gegebenen geometrischen und mechanischen Vorgaben.
-
Alternativ
zur Verwendung einer fachwerkartigen Struktur an einer oder zwei
einander gegenüberliegenden
Seiten ist es auch denkbar, den C-Bogen in seinem Inneren über Trennwände kassettenartig
zu unterteilen. Auch eine solche Struktur kann ohne weiteres mit
einem Gussteil realisiert werden. Diese Kassettenform, die beispielsweise
von einer Seite her zugänglich
ist, ermöglicht
ebenfalls eine Integration einer Vielzahl benötigter Elektronikkomponenten.
Die Zwischenwände
sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise geöffnet, um Verbindungs- oder
Versorgungsleitungen hindurchzulegen etc. Hier ist die Zugangsseite
vorzugsweise vollständig offen,
nachdem die Stabilität über die
ausgebildeten Trennwände
in Verbindung mit den anderen drei geschlossenen Seitenwänden realisiert
wird.
-
Die
oder jede Zugangsseite ist schließlich zweckmäßigerweise
mit einer lösbaren
Verkleidung geschlossen, die jedoch zu Montage- oder Wartungszwecken
auf einfache und schnelle Weise entfernt werden kann.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung umfassend
einen C-Bogen, der an einem Industrie-Roboter angeordnet ist, und
-
2 eine
vergrößerte Prinzipdarstellung des
C-Bogens, teilweise im Schnitt.
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung 1 umfassend
einen Industrie-Roboter 2, mit einem Roboterarm 3,
der auf einer Basis 4, die hier bodenseitig angeordnet
ist, aufgenommen ist. Der Roboterarm ist an der Basis um eine Vertikalachse 5 insgesamt
drehbar. Er ist an der Basis 4 über einen ersten Roboterarm 6 an
einem um die Vertikalachse drehbaren Basisteil 7 aufgenommen,
an dem er ferner um eine horizontale Achse 8 schwenkbar ist.
Am ersten Roboterarm 6 befindet sich ein zweiter Roboterarm 9,
der an ihm um eine zweite horizontale Achse 10 schwenkbar
ist. Der zweite Roboterarm 9 besteht aus dem ersten Armabschnitt 9a,
der am ersten Roboterarm 6 angeordnet ist, sowie einem
zweiten Armabschnitt 9b, der seinerseits um eine weitere Achse 11 relativ
zum Armabschnitt 9a verdrehbar ist. Am Armabschnitt 9b befindet
sich ferner eine C-Bogenaufnahme 12, die um die Achse 13 drehbar
ist. Der C-Bogen 14, an dem eine Strahlungsquelle 15 sowie
ein Strahlungsempfänger 16 angeordnet
sind, ist seinerseits an der C-Bogenaufnahme 12 um eine weitere
Drehachse 17 drehbar. Insgesamt ist hier also ein 6-Achsen-System
angegeben, das eine freie Bewegung des C-Bogens 14 im Raum
ermöglicht.
-
Der
C-Bogen 14 ist in 2 im Detail
dargestellt. Der C-Bogen 14 weist ersichtlich eine offene Struktur
auf und ist in seinem Inneren hohl. Zwei gegenüberliegende Seiten (in der
Seitenansicht in 2 ist naturgemäß nur die
eine Seite sichtbar) sind offen, das heißt, es sind entsprechende Zugangsseiten 18 realisiert, über die
Zugang in das Bogeninnere 19 gegeben ist. Die beiden einander
gegenüberliegenden
Zugangsseiten weisen eine fachwerkartige Struktur beziehungsweise
fachwerkartig angeordnete Streben auf, deren Dimensionierung und
Anordnung so gewählt
ist, dass sich eine bestmögliche
Steifigkeit bei geringstem Materialeinsatz realisieren lässt. Diese
beiden Zugangsseiten 18, die üblicherweise mit entsprechenden
Verkleidungen geschlossen sind, ermöglichen es nun, Elektronikkomponenten 21,
von denen hier exemplarisch Verschiedene dargestellt sind, im Inneren
des C-Bogens 14 integrieren zu können. Diese Elektronikkomponenten 21 dienen
dem Betrieb der Strahlungsquelle 15 und des Strahlungsdetektors 16.
Bei diesen Elektronikkomponenten kann es sich um beliebige Komponenten
oder auch Kabel etc. handeln. Sie werden über geeignete Befestigungsmittel
an den Streben 20 oder den verbleibenden Seitenwänden 22 des
C-Bogens befestigt.
-
Der
C-Bogen 14 selbst besteht aus zwei Bogenabschnitten 23, 24,
die vorzugsweise jeweils als Metallgussteile ausgeführt sind,
um die Fachwerkstruktur auf einfache Weise ausbilden zu können. Der Bogenabschnitt 24 weist
einen Befestigungsabschnitt 25 auf, über den er mit einem geeigneten
Befestigungsflansch 26 an der C-Bogenaufnahme 12 des
Roboterarms 3 angeordnet werden kann. Dieser Befestigungsabschnitt 25 kann
integraler Bestandteil des Bogenabschnitts 24 sein, er
kann aber auch als separates Gussteil mit dem zweiten, die offene
Zugangsseite 18 aufweisenden Bogenteil verbunden werden,
um in der Gesamtheit dann den ersten Bogenabschnitt 24 zu
bilden.
-
Der
Bogenabschnitt 23 ist über
eine Hubeinrichtung 27, die wiederum im Inneren des C-Bogens integriert
ist, relativ zum lagefest an der C-Bogenaufnahme 12 angeordneten
Bogenabschnitt 24 linear verschiebbar. Hierüber ist
es möglich,
den Abstand des Strahlungsdetektors 16 relativ zur Strahlungs quelle 15 durch
Verschieben des Strahlungsdetektors 16 längs des
Zentralstrahls Z zu variieren. Die Hubeinrichtung 27 umfasst
hierzu einen Antriebsmotor 28, dem ein Getriebe 29 nachgeschaltet
ist, über das
ein Zahnrad 30 angetrieben wird. Diese Hubmechanik, bestehend
aus dem Antriebsmotor 28, dem Getriebe 29 und
dem Zahnrad 30, ist lagefest am Bogenabschnitt 24 angeordnet.
Das Zahnrad 30 kämmt mit
einer Zahnstange 31, die am Bogenabschnitt 23 angeordnet
ist. Am Bogenabschnitt 24 beziehungsweise seinem Befestigungsabschnitt 25 sind
einander gegenüberliegende
Führungsschienen 32 ausgebildet,
auf denen entsprechende Laufelemente 33 des beweglichen
Bogenabschnitts 23 laufen. Hierüber wird eine exakte Linearführung der
Bogenabschnitte 23 und 24 zueinander realisiert.
Je nach Ansteuerung des Antriebsmotors 28 über die
den gesamten Betrieb der Röntgeneinrichtung 1 steuernde Steuerungseinrichtung,
die hier nicht näher
dargestellt ist, jedoch selbstverständlicherweise vorhanden ist,
kann die Bewegung des Zahnrads 30 sowohl hinsichtlich der
Drehrichtung als auch der Drehgeschwindigkeit variiert werden, worüber die
Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung des den Strahlungsempfänger 16 tragenden
Bogenabschnitt 23 variiert werden kann. Selbstverständlich ist eine
geeignete, hier nicht näher
gezeigte Positionssensorik gegeben, die die exakte Positionierung
des Bogenabschnitts 23 und damit des Strahlungsempfängers 16 relativ
zur Strahlungsquelle 15 erfasst, wobei die Ansteuerung
der Hubeinrichtung 27 in Abhängigkeit einer solchen Positionserfassung
erfolgen kann.
-
Wenngleich
hier ein Zahnstangenantrieb dargestellt ist, wäre gleichermaßen auch
die Integration eines Spindelantriebs denkbar. Über den Antriebsmotor würde dann
eine Antriebsspindel gedreht werden, auf der eine oder mehrere geeignete
Spindelmuttern, die mit dem Bogenabschnitt 23 verbunden
wären,
laufen. Der Bogenabschnitt 23 wäre wiederum über geeignete
Linearführungen
(Führungsschienen 32,
Laufelemente 33) linear geführt. Auch wäre es denkbar, an Stelle einer
fachwerkartigen Strebenstruktur das Bogeninnere mit Trennwänden kassettenartig
zu unterteilen, also eine Art Einschubfächer, die von der Seite her
offen sind, zu gestalten. In diese kassettenartigen Einschubfächer können dann
die Elektronikkomponenten 21 integriert werden. Um Kommunikations-
oder Versorgungsleitungen durch das Bogeninnere ziehen zu können, werden
diese Trennwände
lokal durchbrochen. Selbstverständlich
käme auch
hier eine entsprechende Seitenverkleidung zum Einsatz.
-
Insgesamt
bietet der erfindungsgemäß verwendete
C-Bogen die Möglichkeit,
beachtlich Gewicht einzusparen, resultierend aus der offenen Bogenstruktur.
Die Integration der Hubeinrichtung in das Bogeninnere im unmittelbaren
Bereich zur Drehachse 17, um welche der C-Bogen 14 relativ
zur Bogenaufnahme 12 drehbar ist, ist weiterhin hinsichtlich der
Optimierung des Bogenschwerpunkts von Vorteil. Die Hubeinrichtung 27 befindet
sich in unmittelbarer Umgebung der Befestigung des C-Bogens am Roboterarm,
die Linearbewegungsachse, längs
welcher der Bogenabschnitt 23 und damit der Strahlungsempfänger 16 relativ
zum Bogenabschnitt 24 beziehungsweise der Strahlungsquelle 15 bewegbar
ist, steht bei dieser Anordnung senkrecht auf der Drehachse 17.
Ein weiterer Vorteil der Integration der Hubeinrichtung 27 in
das Bogeninnere im Bereich der Drehanbindung zum Roboterarm liegt
ferner darin, dass der C-Bogen an der Detektorseite nicht mehr so hoch
aufbaut, wie bei bekannten Röntgeneinrichtungen.
Denn üblicherweise
bedurfte die bei bekannten Röntgeneinrichtungen
am Bogenende angeordnete Hubeinrichtung eines beachtlichen Bauraums,
das heißt,
sie erstreckte sich radial gesehen vom Bogenäußeren weg. Dies war mitunter
für eine
Bogenbewegung ein begrenzender Faktor, das heißt, dass manche Bogenpositionen
infolge des weiter ausladenden Bogens nicht angefahren werden konnten.
-
- 1
- Röntgeneinrichtung
- 2
- Industrie-Roboter
- 3
- Roboterarm
- 4
- Basis
- 5
- Vertikalachse
- 6
- Roboterarm
- 7
- Basisteil
- 8
- horizontale
Achse
- 9
- Roboterarm
- 9a
- Armabschnitt
- 9b
- zweiter
Armabschnitt
- 10
- zweite
horizontale Achse
- 11
- weitere
Achse
- 12
- C-Bogenaufnahme
- 13
- Achse
- 14
- C-Bogen
- 15
- Strahlungsquelle
- 16
- Strahlungsempfänger
- 17
- Drehachse
- 18
- Zugangsseiten
- 19
- Bogeninnere
- 20
- Streben
- 21
- Elektronikkomponenten
- 22
- Seitenwände
- 23
- Bogenabschnitt
- 24
- Bogenabschnitt
- 25
- Befestigungsabschnitt
- 26
- Befestigungsflansch
- 27
- Hubeinrichtung
- 28
- Antriebsmotor
- 29
- Getriebe
- 30
- Zahnrad
- 31
- Zahnstange
- 32
- Führungsschienen
- 33
- Laufelemente