DE2501929C3 - Röntgenuntersuchungsgerät, bei dem die Lage eines Geräteteils durch eine Nachlaufsteuerung motorisch steuerbar ist - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät insbesondere ein Röntgenzielgerät, bei dem die Lage eines Geräteteils, insbesondere eines Kassetten-Wagens, durch eine Nachlaufsteuerung motorisch Steuerbar ist.

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 auftreten.

Aus der DE-OS 20 51 033 ist ein Kassettenwagenan-Irieb bekannt, der mit Endlagenschaltern arbeitet. Um «ir^rseits eine schnelle Verschiebung, andererseits aber tuch eine genaue Positionierung ohne starke Erschütterungen zu erreichen, sind dabei Vorkontakte vorgesehen, die «o auf die Drehzahlregelung einwirken, daß der Wagen mit stark reduzierter Geschwindigkeit die Sollposition anfährt. Solche Antriebe setzen voraus, daß die Endlagenschalter sowie die Vorkontakte in einer bestimmten, in der Regel nur durch einen Service-Techniker änderbaren Position angeordnet sind. Eine kontinuierliche Positionierung, d. h. das Anfahren einer beliebigen Position innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, ist damit nicht möglich und zwischen zwei durch Endlagenschalter markierbaren Positionen muß naturgemäß immer ein gewisser Abstand bestehen. Aus diesen Gründen verwendet man neuerdings zur Positionierung Nachlaufsteuerungen. Dabei wird der Positions-Sollwert durch eine (grundsätzlich kontinuierlich änderbare) Gleichspannung vorgegeben und mit dem jeweiligen durch ebenfalls eine Gleichspannung definierten Positions-Istwert verglichen, wobei ein Regler ω Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Istwert gesteuert wird. Dabei werden kontinuierliche Regler verwendet, d.h. Regler, deren 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

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Anforderungen bei einem Röntgenuntersuchungsgerät der eingangs genannten Art mit geringerem Aufwand zu erfüllen.

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 od. dgl.) 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 100Hz), und ihre Amplitude ist so bemessen, daß die Drehrichtung des angeschlossenen Motors schon lange, bevor das Geräteteil entsprechend dem vorgegebenen Sollwert seine gewünschte Lage erreicht hat seine Drehrichtung kurzfristig (d. h. 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.

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 überlagerte Wechselspannung, daß notwendigerweise auch die Genauigkeit, mit der das Geräteteil seine Zielstellung erreicht, herabgesetzt wird. Wenn

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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 dier Erfindung eine genaue Positionierung erreicht werden, ohne daß die Kassette im Zielbereich abrupt abgebremst wird.

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 ur geschaltet, 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.

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 vorgebbaix 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 Bemessung der Verzögen igszeit 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

Die in Anspruch 4 angegebene Weiterbildung der Erfindung verbessert die Regt !charakteristik der Nachlaufsteuerung. Sie bewirkt nämlich, daß das Geräteteil zu Beginn einer Verschiebung, wenn die Differenz zwischen dem Positions-Sollwert und dem Positions-Istwert noc'·.· sehr groß ist, mit großer Geschwindigkeit bewegt wird; je näher das Geräteteil an seine Zielstellung he. ankommt, 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

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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 zu- Verschiebung eines einen Film enthaltenden Kassettenwagens in einem Röntgenzielgerät in Abhängigkeit von dem Filmformat und der gewünschten Unterteilung gebildet

Dem Sollwert Wi wird eine Wechselspannung W2 fiberlagert, die in einem Wechselspannungsgenerator 2 erzeugt wird. 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

ίο 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 Rechteckspannung, & h. eine Wechsel-

spannung, bei der der Obergang vom positiven zum negativen Maximalwert (und umgekehrt) in einer zur Periodendauer der Wechselspannung kurzen Zeit erfolgt, ist nicht geeignet Die Wechselspannung Wl kann durch ein Sperrsignal YS gesperrt werden.

Das durch Überlagerung des ^c->llwertes und der Wechselspannung gebildete Signal ν\τό mit der Summe des Positions-Istwertes und des Geschwindigkeits-Istwertes des Geräteteils verglichen, und die Differenz (Vl) wird dem Eingang eines Zweipunktreglers 3 zugeführt Die Ausgangsgröße Yl 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 Vt am Eingang des Zweipunktreglers ab. Das bedeutet also, daß die Drehrichtung des Motors 4 von der Polarität der Eingangsgröße Y\ abhängt während die Erregung des Motors (beispielsweise der Ankerstrom) konstant ist Der Zweipunktregler 3 kann durch ύη Sperrsignai V 6 abgeschaltet werden, so daß au h der Motor 4 abgeschaltet ist

Der Motor 4, der das Geräteteil verschiebt verstellt gleichzeitig den Abgriff eines Potentiometers 5. so daß die daran abgreifbare Spannung ein Maß für die P^ition 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 porportioi.al ist d.h. dem Istwert der Geschwindigkeit des Geräteteils entspricht Der Schaltungsteil 7 enthält zu diesem Zweck ein Differenzierglied, das den Differentialquotienten άΧΙάΤ bildet Die Verstärkung des Schaltungsteils 7 ist durch das Signal V 5 steuerbar, und zwar so, daß bei Vorhandensein eines Signals V5 die Verstärkung des Geschwindigkeits-Istwertes herabgesetzt wird.

Der Istwert X wird außerdem einer Subtrahierschaltung <6 zugeführt die die Differenz zwischen dem Sollwert W\ und dem Istwert X bildet Diese Differenz steuert einen Schwellwertschalter 9, der ein von Null verschiedenes Signal V4 erzeugt, wenn der Betrag der Differenz V 3 an seinem Eingang einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Das Signal YA steuert ein Zeitglied, das mit einer Verzögerung von TI das Sperrsignal YS und mit einer Verzögerung von Ti + Tl das Sperrsignal V6 erzeugt. Es kann zu diesem Zweck beispielsweise zwei Verzögerungsglieder enthalten.

Zur Erläuterung der Funktion der Nachlaufsteuerung sei angenommen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Sollwert sprungartig auf den konstanten Wert VVl geändert werde, wodurch der Motor 4 zu laufen beginnt

und das Geräteteii verschiebt. Dabei nimmt die Geschwindigkeit des Geräteteils zu, während die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Position des Geräteteils kleiner wird. 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 W 2. Dadurch ändert sich das Vorzeichen der Eingangsgröße Kl am Eingang des Zweipunktreglers, wodurch der Motor jeweils kurzzeitig umgepolt wird und sanft abbremst. Wenn der Betrag der Differenz zwischen Sollwert IVl und Istwert X der Position des Geräteteils einen bestimmten Wert unterschreitet, wird durch den Schwellwertschalter 9 das Signal V 4 erzeugt, das nach der Zeit Ti die Wechselspannung W 2 unterdrückt und gleichzeitig den Istwert X der Geschwindigkeit verringert. Der Zeitraum Ti ist dabei so bemessen, daß das Geräteteil zu

sehr genaue Positionierung möglich ist. Danach wird auch der Zweipunktregler abgeschaltet.

Wird nach dem Erreichen der Zielstellung (und dem Abschalten des Zweipunktreglers) ein anderer Sollwert vorgegeben, dann wird die Differenz Yi zwischen Sollwert und Istwert wieder größer, so daß das Signal V 4 wieder Null wird, worauf — wie die Zeitdiagramme im Block 10 erkennen lassen — die Signale K5 und K 6 unverzögert auch wieder Null werden, so daß der Zweipunktregler und der Wechselspannungsgenerator 2 wieder eingeschaltet werden.

Der Schwellwertschalter 9 sollte so bemessen werden, daß kleinere Störsignale kein Umschalten bewirken können, so daß das Signal K4 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 Ti und T2 müssen so auf den

Sollwert = Positions-Istwert) erreicht hat. Durch das 20 Geräteteil nach der Zeit Ti ungefähr die Zielstellung Unterdrücken der Wechselspannung wird die Regelver- erreicht hat und daß nach der weiteren Zeit Tl eine Stärkung des Regelkreises (1,3... 6) erhöht, so daß eine exakte Positionierung erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Röntgenuntersuchungsgerät, insbesondere Röntgenzielgerät, bei dem die Lage eines Geräteteils, insbesondere eines Kassettenwagens, durch eine Nachlaufsteuerung motorisch steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufsteuerung einen Zweipunktregler (3) enthält, an dessen Eingang außer einem von der Differenz zwischen dem Sollwert (Wi) und dem Istwert (X) abhängigen Signal eine Wechselspannung (W2) anliegt, und daß eine Vergleichsschaltung (8, 9, 10) vorgesehen ist, die die Wechselspannung unterdrückt und den Zweipunktregler abschaltet, wenn der Betrag der Differenz (Y3) zwischen Sollwert und Istwert einen vorgebbaren Wert unterschreitet

2. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltuwg des Zweipun*. .regiere verzögert erfolgt

3. Röntgenuntersuchungsgerät nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet daß die Unterdrückung der Wechselspannung (WI) und die Abschaltung des Zweipunktreglers (3) über je ein Verzögerungsglied erfolgen, wobei die Verzögerungszeit (TX) für die Unterdrückung der Wechselspannung kleiner ist als die Verzögerungszeit (Ti + 7"2) für das Abschalten des Zweipunktreglers.

4. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß r>.m Eingang des Zweipunktreglers (3) zusätzlich ein der Geschwindigkeit (X) des Geräteteils entsprechendes Signal zugeführt ist

5. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des der Geschwindigkeit entsprechenden Signals (X) beim Unterdrücken der Wechselspannung (W 2) herabsetzbar ist