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"Röntgenuntersuchungsgerät, bei dem die Lage eines Geräteteils durch
eine Nachlaufsteuerung motorisch steuerbar ist Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät,
insw besondere ein Röntgenzielgerät, bei dem die Lage eines Geräteteils, insbesondere
eines Kassettenwagens, durch eine Nachlaufsteuerung motorisch steuerbar ist.
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Bei derartigen Röntgenuntersuchungsgeräten bzw. Röntgenzielgeräten
kommt es darauf an,-daß das zu verschiebende Geräteteil möglichst schnell verschoben
wird, daß die Verschiebung sehr genau erfolgt und daß beim Verschieben des Geräteteils
keine starken Erschütterungen austreten.
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Geräte der eingangs genannten Art sind bekannt (z.B. DT-OS 2 044 848
und DT-OS 2 226 47-3). Dabei wird der Motor zur Verschiebung des Geräteteils von
einem stetigen Regler gesteuert, d.h. einem Regler, dessen Ausgangsgröße sich bei
kontinuierlicher Änderung der Eingangsgröße stetig ändert. Nachteilig an einer solchen
Lösung ist, daß die in dem Regler enthaltenen Verstärker für eine erhebliche Verlustleistung
ausgelegt sein müssen, die um so größer ist je leistungsfähiger der verwendete Motor
ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Anforderungen
bei einem Röntgenuntersuchungsgerät der eingangs genannten Art mit geringerem Aufwand
zu erfüllen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen
Maßnahmen gelöst. Der Zweipunktregler hat dabei praktisch nur eine Schaltfunktion:
Bei positiver Differenz zwischen Sollwert und Istwert läßt er den Motor in der einen
Richtung laufen und bei negativer Differenz in der anderen Richtung. Bei geeigneter
Bemessung läßt sich dabei erreichen, daß die in dem Zweipunktregler enthaltenen
Verstärkerelemente (Transistoren oder dergl.) jeweils voll durchgeschaltet oder
gesperrt sind, so daß die Verlustleistung in Jedem Falle klein gehalten wird. Ein
Zweipunktregler, der lediglich von der Differenz zwischen Soll- und Istwert gesteuert
wird, hat den Nachteil, daß die Drehrichtung des Motors schlagartig umgeschaltet
wird, wenn die gewünschte Position erreicht ist, d.h., wenn die Differenz zwischen
Soll- und Istwert Null geworden ist. Dabei können Erschütterungen auftreten, die
bei
der Erfindung dadurch vermieden werden, daß dieser Differenz eine (vorzugsweise
dreieckförmige) Wechselspannung überlagert ist. Die Frequenz dieser Wechselspannung
ist vergleichsweise hoch (einige 100 Hz), und ihre Amplitude ist so bemessen, daß
die Drehrichtung des angeschlossenen Motors schon lange, bevor das Geräteteil entsprechend
dem vorgegebenen Sollwert seine gewünschte.
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Lage erreicht hat, seine Drehrichtung kurzfristig (d.h.
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während eines Bruchteils der Periodendauer der Wechselspannung) umkehrt,
wodurch das Geräteteil vor Erreichen der gewünschten Lage allmählich abgebremst
wird. Um zu verhindern, daß nach Erreichen der gewünschten Lage das Geräteteil um
den jeweils erreichten Punkt herum pendelt, wird der Zweipunktregler durch die Vergleichsschaltung
abgeschaltet.
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Die überlagerte Wechselspannung bewirkt, daß die Gesamtverstärkung
im Regelkreis nicht ausschließlich von der Verstärkung des Zweipunktreglers abhängt.
Je größer die überlagerte Wechselspannung im Vergleich zum jeweiligen Sollwert ist,
um so stärker wird die Gesamtverstärkung reduziert. Dadurch wird zwar erreicht,
daß das Geräteteil beim Erreichen der gewünschten Position nicht abrupt gestoppt
wird, was zu Erschütterungen führen könnte, sondern relativ-sanft in die Zielstellung
einläuft. Auf der anderen Seite bedeutet die Herabsetzung der Gesamtverstärkung
durch die Uberlagerte Wechselspannung, daß notwendigerweise auch die Genauigkeit,
mit der das Geräteteil seine Zielstellung erreicht, herabgesetzt wird. Wenn hohe
Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung gestellt werden, wie beispielsweise
bei der Positionierung einer Kassette in einem Röntgenzielgerät oder bei einem Blendenschieber
in einem Röntgenzielgerät, kann nach der im Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung
der Erfindung eine genaue Positionierung erreicht werden, ohne daß die Kassette
im
Zielbereich abrupt abgebremst wird.
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Das Einlaufen des Geräteteils vollzieht sich nämlich hierbei in zwei
Phasen. In der ersten Phase ist die überlagerte Wechselspannung wirksam, so daß
ein relativ sanftes Einlaufen in die Zielstellung erreicht wird. In der zweiten
Phase, in der die Wechselspannung schon unterdrückt, der Zweipunktregler aber noch
nicht abgeschaltet ist, wird die Regelcharakteristik ausschließlich durch den Zweipunktregler
bestimmt. Da dieser in dem Regelbereich (Sollwert = Istwert), in dem die Zielstellung
liegt, theoretisch eine unendlich hohe Verstärkung hat, erfolgt die Positionierung
des Geräteteils in dieser zweiten Phase mit großer Genauigkeit. Zwar wird dann die
Drehrichtung des Motors jeweils nach Erreichen der Zielstellung abrupt umgeschaltet,
jedoch ist das in dieser zweiten Phase nicht mehr so störend, weil das Geräteteil
nur noch eine geringe Geschwindigkeit hat, so daß Erschütterungen des Röntgenuntersuchungs-
bzw. Röntgenzielgerätes nicht zu befürchten sind.
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Die in Anspruch 3 angegebene Weiterbildung der Erfindung dient der
Verbesserung der Störsicherheit,falls gleichzeitig der vorgebbare Wert, unterhalb
dessen die Vergleichsschaltung die Abschaltung bewirkt, relativ groß gewählt wird.
Je kleiner nämlich dieser vorgebbare Wert ist, um so kleiner kann auch ein Störsignal
sein, das nach dem Erreichen der Zielstellung durch das Geräteteil zu einem weiteren
Regelvorgang führt. Macht man deshalb den vorgebbaren Wert relativ groß, so daß
nur sehr starke Störungen nach dem Erreichen der Zielstellung einen erneuten Regelvorgang
bewirken können, dann wird bei geeigneter Bemes-sung der Verzögerungszeit des die
Unterdrückung der Wechselspannung bewirkenden #Verzögerungsgliedes erreicht, daß
die Wechselspannung erst dann unterdrückt wird, wenn sich das Geräteteil in unmittelbarer
Nähe der Zielstellung befindet.
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Die in Anspruch 4 angegebene Weiterbildung der Erfindung -verbessert
die Regelcharakteristik der Nachlaufsteuerung.
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Sie bewirkt nämlich, daß das Geräteteil zu Beginn einer Verschiebung,
wenn die Differenz zwischen dem Positions-Sollwert und dem Positions-Istwert noch
sehr groß ist, mit großer Geschwindigkeit bewegt wird; je näher das Geräteteil an
seine Zielstellung herankommt, desto kleiner wird diese Differenz und damit auch
die Höchstgeschwindigkeit. Die in Anspruch 5 angegebene Ausgestaltung der Weiterbildung
nach Anspruch 4 bewirkt, daß in der bereits erwähnten "zweiten Phase" im wesentlichen
nur noch eine Lageregelung erfolgt, bei der der Einfluß der Geschwindigkeit auf
die Regelung verringert ist und bei der die hohe Verstärkung des Zweipunktreglers
voll wirksam ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Der Sollwert W1, der ein von der Zielstellung, die das Geräteteil
erreichen soll, abhängiges elektrisches Signal darstellt, wird bei 1 zugeführt.
Er wird bei einer Nachlaufsteuerung zur Verschiebung eines einen Film enthaltenden
Kassettenwagens in einem Röntgenzielgerät in Abhängigkeit von dem Filmformat und
der gewünschten Unterteilung gebildet.
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Dem Sollwert W1 wird eine Wechselspannung W2 überlagert, die in einem
Wechselspannungsgenerator 2 erzeugt wird.
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Die Frequenz dieser Wechselspannung ist relativ hoch gewählt (einige
100 Hz),-so daß sich innerhalb einer Periode der Wechselspannung das Geräteteil
nur relativ wenig verschieben kann. Die Amplitude der Wechselspannung soll einerseits
nicht größer sein als die im Betrieb vorkommende Differenz zwischen Sollwert und
Istwert, andererseits soll sie dieser Differenz gegenüber nicht vernachlässigbar
sein.
Die Wechselspannung kann dreieckförmig oder sinusförmig sein. Eine Rechteckspannun#g,
d.h. eine Wechselspannung, bei der der Uebergang vom positiven zum negativen Maximalwert
(und umgekehrt) in einer zur Periodendauer der Wechselspannung kurzen Zeit erfolgt,
ist nicht geeignet#.
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Die Wechselspannung W2 kann durch ein Sperrsignal Y5 gesperrt werden.
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Das durch Uberlagerung des Sollwertes und der Wechselspannung gebildete
Signal wird mit der Summe des Positions-Istwertes und des Geschwindigkeits-Istwertes
des Geräteteils verglichen, und die Differenz (Y1) wird dem Eingang eines Zweipunktreglers
3 zugeführt. Die Ausgangsgröße Y2 des Zweipunktreglers steuert einen Motor 4 zur
Verschiebung des Geräteteils. Der Betrag der Ausgangsgröße ist konstant und von
der Eingangsgröße unabhängig; hingegen hängt die Polarität der Ausgangsgröße von
dem Vorzeichen der Differenz Y1 am Eingang des Zweipunktreglers ab. Das bedeutet
also, daß die Drehrichtung des Motors 4 von der Polarität der Eingangsgröße Y1 abhängt,
während die Erregung des Motors (beispielsweise der Ankerstrom) konstant ist. Der
Zweipunktregler 3 kann durch ein Sperrsignal Y6 abgeschaltat werden, so daß auch
der Motor 4 abgeschaltet ist.
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Der Motor 4, der das Geräteteil verschiebt, verstellt gleichzeitig
den Abgriff eines Potentiometers 5, so daß die daran abgreifbare Spannung ein Maß
für die Position der Kassette ist. Der Positions-Istwert wird einer Addiervorrichtung
6 zugeführt, deren anderem Eingang vom Schaltungsteil 7 ein Signal zugeführt wird,
das dem Differentialquotienten der Position des Geräteteils nach der Zeit proportional
ist, d.h. dem Istwert der Geschwindigkeit des Geräteteils entspricht. Der Schaltungsteil
7 enthält zu diesem Zweck ein Differenzierglied, das den Differentialquotienten
dX/dT bildet. Die Verstärkung des Schaltungsteils
7 ist durch das
Signal Y5 steuerbar, und zwar so, daß bei Vorhandensein eines Signals Y5 die Verstärkung
des Geschwindigkeits-Istwertes herabgesetzt wird.
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Der Istwert X wird außerdem einer Subtrahierschaltung 8 zugeführt,
die die Differenz zwischen dem Sollwert W1 und dem Istwert X bildet. Diese Differenz
steuert einen Schwellwertschalter 9, der ein von Null verschiedenes Signal Y4 erzeugt,
wenn der Betrag der Differenz Y3 an seinem Eingang einen vorgebbaren Wert unterschreitet.
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Das Signal Y4 steuert ein Zeitglied, das mit einer Verzögerung von
T1 das Sperrsignal Y5 und mit einer Verzögerung von T1 + T2 das Sperrsignal Y6 erzeugt.
Es kann zu diesem Zweck beispielsweise zwei Verzögerungsglieder enthalten.
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Zur Erläuterung der Funktion der Nachlaufsteuerung sei angenommen,
daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Sollwert sprungartig auf den konstanten Wert
W1 geändert werde, wodurch der Motor 4 zu laufen beginnt und das Geräteteil verschiebt.
Dabei nimmt die Geschwindigkeit des Geräteteils zu, während die Differenz zwischen
dem Sollwert und dem Istwert der Position des Geräteteils kleiner wird.
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Deshalb erreicht nach einer bestimmten Zeit die Summe der Istwerte
X + X den modulierten Sollwert W3 - zuerst nur kurzzeitig und dann für immer längere
Bruchteile einer Periode der Wechselspannung W2. Dadurch ändert sich das Vorzeichen
der Eingangsgröße Y1 am Eingang des Zweipunktreglers, wodurch der Motor jeweils
kurzzeitig umgepolt wird und sanft abbremst. Wenn der Betrag der Differenz zwischen
Sollwert W1 und Istwert X der Position des Geräteteils einen bestimmten Wert unterschreitet,
wird durch den Schwellwertschalter 9 das Signal Y4 erzeugt, das nach der Zeit T1
die Wechselspannung W2 unterdrückt und gleichzeitig den Istwert X der Geschwindigkeit
verringert. Der -Zeitraum Tl ist dabei so bemessen, daß das Geräteteil zu diesem
Zeitpunkt ungefähr die Zielstellung (Positions-
Sollwert = Positions-Istwert)
erreicht hat. Durch das Unter drücken der Wechselspannung wird die Regelverstärkung
des Regelkreises (1, 3 ... 6) erhöht, so daß eine sehr genaue Positionierung möglich
ist. Danach wird auch der Zweipunktregler abgeschaltet.
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Wird nach dem Erreichen der Zielstellung (und dem Abschalten des Zweipunktreglers)
ein anderer Sollwert vorgegeben, dann wird die Differenz Y3 zwischen Sollwert und
Istwert wieder größer, so daß das Signal Y4 wieder Null wird, worauf - wie die Zeitdiagramme
im Block 10 erkennen lassen - die Signale Y5 und Y6 unverzögert auch wieder Null
werden, so daß der Zweipunktregler und der Wechselspannungsgenerator 2 wieder eingeschaltet
werden.
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Der Schwellwertschalter 9 sollte so bemessen werden, daß kleinere
Störsignale kein Umschalten bewirken können, so daß das Signal Y4 nicht erst dann
erzeugt wird, wenn das Geräteteil exakt die Zielstellung erreicht hat, sondern schon
dann, wenn das Geräteteil sich in der Nähe der Zielstellung befindet. Die Verzögerungszeiten
T1 und T2 müssen so auf den Schwellwertschalter abgestimmt werden, daß das Geräteteil
nach der Zeit T1 ungefähr die Zielstellung erreicht hat und daß nach der weiteren
Zeit T2 eine exakte Positionierung erreicht ist.
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PATENTANSPRUCHE: