CN1483381A - X线机影像***运动控制装置及调试方法 - Google Patents

X线机影像***运动控制装置及调试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种医疗器械技术领域，具体为X线机影像***运动控制装置与调试方法，该装置由硬件部分和软件部分两部分组成，其中硬件部分包括有传感器，控制器，执行器和保护电路，控制软件包括有运行用软件和调试软件，调试软件包括有PLC软件和上位机软件，计算机通过串行接口发送测试命令，PLC接到命令后，启动计数器并驱动相应电机进行测试运动，优点是：硬件设备结构简单，工作稳定可靠，定位精度高，体积小，利于安装和设备整体结构的紧凑，安全保护实施齐全，同时，又最大限度的方便了调试人员的操作。

Description

X线机影像***运动控制装置及调试方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及X线机在斜位摄影中，影像***的分体运动，在轴位摄影中，影像***的跟踪运动的控制装置，以及为保证跟踪定位的精度，针对调试人员所设计的简便的，可操作性强的调试方法。
背景技术
影像***是X线机的主要组成部分，它包括光源(球管和限束器)和成像部件(胶片***或影像增强器)两部分，实现获取图像的功能。在老式的X线机上，由于这两部分固定在一个机械部件上，由一套传动机构实现影像***的运动，光源的中心始终正对成像部件的中心，所以只能实现轴位摄影；在许多临床应用中，如鼻腔，脊椎等，往往需要斜位摄影，即光源和成像部件不在一条轴线上，而是成某一角度进行摄影。针对这一功能推出的新型的X线机，其光源和成像部件分别固定在两个机械部件上，由两套传动机构分别实现各自的运动，又因为要兼顾轴位摄影的功能(往往在临床上应用更为广泛)，所以，控制***既要实现两个部件各自的独立运动，又要实现两个部件的跟踪运动；同时，为保证摄影的效果，跟踪定位的精度要尽可能的高；另外，为使患者感觉舒适，起动和停车要平稳，也就是要有一个加速和减速的过程；此外，光源和成像部件较重，加上固定用的机械部件，属于较大负载，要求电机要有足够的扭矩；医疗设备的安全性也是一个非常重要的指标，综上所述，对控制及执行器件均提出了较高的要求，常规的运动控制的方法很多，但往往存在这样那样的问题，比如：电机体积太大，不利于安装；硬件电路设计复杂，故障率高；或选用高精度，多反馈的电机驱动模块，又增加了***的成本。
发明内容
针对上述临床应用和技术上的要求，本发明的目的设计了一套简便，可靠，体积小，精度高，成本又相对较低的影像***运动控制装置及调试方法，同时，利用X线机的固有配置计算机来配合实现调试方法，不增加额外的***成本，而其友好的用户界面，最大限度地方便了调试人员。本发明的设计方案如下：本发明由硬件部分和控制软件两部分组成。硬件部分包括：传感器，控制器，执行器，保护电路；控制软件部分包括运行用软件和调试用软件，而调试用软件又包括PLC软件和上位机软件。
其硬件部分基于可编程序控制器为核心，立柱部分的旋转编码器，限位开关，定标开关输出端分别与可编程控制器的输入端相接；同时，滑架部分的旋转编码器，限位开关，定标开关输出端分别与可编程控制器的输入端相接，另外，立柱和滑架的运动和控制按键或手柄信号同样与可编程控制器输入端相接，可编程控制器的输出端分别通过两智能型驱动器与IPM无刷电机联接，可编程控制器输出通讯接口RS-485，通过PC/PPI电缆与计算机的RS-232串行通讯接口联结，立柱部分与滑架部分的极保开关分别通过保护电路与智能型驱动器控制端联结(如图1所示)，本发明中选择旋转编码器作为位置传感器，选择无刷电机和驱动器作为执行器。
控制软件运行用软件执行步骤如下：(其流程图如图2所示)
开始，初始化，判断是否按下联动向上手柄，如果是，则设定高速计数器增计数，同时立柱和滑架向上运动，如果到达定标位置，立柱和滑架的计数清0，如果按下的是联动向下手柄，则设定高速计数器减计数，立柱和滑架同时向下运动；然后判断是否松开联动手柄，不松开联动手柄，立柱和滑架继续运动，松开联动手柄，判断立柱和滑架哪一个在前，立柱在前，则立柱停止，记录立柱的停车位置，滑架走到立柱的停车位置，停车，结束，反之，滑架在前，则滑架停车，记录滑架的停车位置，立柱走到滑架的停车位置，停车，结束。
控制软件调试用PLC软件的执行步骤如下：(其流程图如图3所示)
开始，初始化，然后等待上位机的测试命令，如是立柱测试命令，则设置立柱为增计数，记录立柱的位置码，驱动立柱向上运动，同时启动10秒的定时，定时结束后，立柱停车，并再次记录立柱位置码，计算立柱的位置差，即是立柱的速度，存入RUM中，此时等待上位机的读数命令，将立柱的速度码通过串口发送到上位机，最后结束。当上位机的测试命令是立柱缓停测试命令，设置立柱为增计数，驱动立柱向上运动，同时启动2秒的定时，定时结束后，立柱停车，并记录立柱的位置码，同时启动4秒的定时，定时结束后，再次记录立柱的位置码，计算立柱的位置差，即是立柱的缓停，存入RUM中。继续等待上位机的读数命令，同前，当读的是立柱的缓停命令，将立柱的缓停码通过串口发送到上位机，结束。
调试用上位机软件的执行步骤如下：(其流程图如图4所示)
开始初始化，等待调试人员发测试命令，是立柱速度测试命令或立柱缓停测试命令，则通过串口发送立柱速度测试或立柱缓停测试命令代码，最后结束。当是读立柱命令或读立柱缓停命令，则通过串口发送读立柱速度或读立柱缓停命令代码，然后接收PLC发送回来的立柱速度或立柱缓停的数值，此时将代码换算成实际的距离数值，需经过以下数据变换：16进制ASCII码---16进制实数---10进制实数---字符串，将数据以对话框形式显示到屏幕上，最后结束。
本发明的优点：硬件设备结构简单，工作稳定可靠，定位精度高，体积小，利于安装和设备整体结构的紧凑，安全保护实施齐全，同时，又最大限度的方便了调试人员的操作。
附图说明
图1为X线机影像***运动控制装置总体结构方框图；
图2为X线机影像***运动控制装置运行用软件流程图；
图3为X线机影像***运动控制装置调试用软件流程图；
图4为X线机影像***运动控制装置调试用上位机软件流程图。
具体实施方式
硬件部分由控制器，传感器，执行器及保护电路组成，本发明选择了IPM无刷电机和驱动器作为执行器，选择旋转编码器，作为位置传感器，其中，由于IPM直流无刷电机体积小，重量轻，低速扭力大，特别适合X线机要求结构紧凑，运行速度低，负载较大的特点；该电机无碳刷摩擦，免维护，而价格又相对较低；同时，还配有智能型驱动器，速度和加减速时间可以任意调整，可以方便地保证启动和停车时的平稳性，让患者感觉舒适，该驱动器有各种保护功能，对医疗设备安全方面的要求也能予以满足。
本发明所选用的旋转编码器是2000个脉冲/转，安装在减速机的输出轴上，对于立柱，减速机每转1圈，立柱走242mm，所以，理论上立柱的定位精度是242mm/2000个脉冲＝0.121mm，滑架的定位是188mm/2000个脉冲＝0.094mm，由于理论计算的误差和PLC运行时间所带来的影响，以及立柱和滑架减速停车时所行进的距离的偏差，最终经过实际的调试，***的跟踪精度可以达到1mm以内，完全满足临床要求。
固定光源和成像部件的机械部件在本***中分别叫做立柱和滑架，为了在轴向摄影中实现立柱和滑架的跟踪，就要知道其各自的位置，因此位置传感器的选择至关重要，位置传感器的精度在一定程度上决定了跟踪的精度，尽管有些驱动器带有脉冲输出，但脉冲数量较少(取决于无刷电机的极对数)，精度较低，因此，本方案中选择旋转编码器作为位置传感器。另外，传感器部分还包括各种限位开关，极保开关以及定标开关等。
调试软件的执行过程如下：计算机通过串行口发送速度测试命令，PLC接到命令后，驱动立柱或滑架运动，同时启动计时器和高速计数器，计时时间到，将运动停止，并计算行进的距离，放在PLC的RAM中，当收到上位机的速度读出命令以后，将该数据传出，上位机得到该数据后，通过对话框直接显示在屏幕上，指导调试人员的操作，通过这种方法，可以消除人为误差和理论计算的误差。另外，为实现立柱和滑架的跟踪，保证其启动和停车时的加减速所行进的距离的一致性也是至关重要的，其调试方法与速度调试方法类似。
在实际运行时，尽管将立柱和滑架的速度调成一致，但仍然会存在偏差，这个偏差由运行软件来补偿，运行软件的执行过程如下：当PLC接到控制台的运动按键或手柄信号，利用PLC的高速计数功能，对编码器输出的脉冲信号进行计数，根据手柄方向设置计数方向，通过计算得到立柱和滑架的准确位置，在发出停车命令的瞬间，判断立柱和滑架哪一个在前面，在前面的先停车，并记录下其停车位置，在后面的走到先停车的停车位置后，再停车，以保证立柱和滑架位置的一致性，为了消除误差，在立柱和滑架的行进范围内分别设置定标开关，当走到定标位置时，计数器清零，同时为消除定标开关的有效范围所带来的误差，在运行软件的设计中，只单方向清零。
总之，最后必须完成：在计算机和PLC之间连接PC/PPI电缆；
下载调试用PLC软件并运行，起动计算机调试软件；
发速度测试命令，发速度读出命令；
根据显示的速度值进行调整，将立柱和滑架的速度调成一致；
用同样的方法将减速停车时行进的距离调成一致；
下载运行用PLC软件，***即可正常运行。

Claims (4)

1.一种X线机影像***运动控制装置，其特征在于该装置由硬件部分和控制软件两部分组成，硬件部分包括有传感器，控制器，执行器，保护电路；控制软件部分包括有运行用软件和调试用软件，其硬件部分基于可编程序控制器为核心，立柱部分的旋转编码器，限位开关，定标开关输出端分别与可编程控制器的输入端相接；同时，滑架部分的旋转编码器，限位开关，定标开关输出端分别与可编程控制器的输入端相接，另外，立柱和滑架的运动和控制按键或手柄信号同样与可编程控制器输入端相接，可编程控制器的输出端分别通过两智能型驱动器与IPM无刷电机联接，可编程控制器输出接口RS-485，通过PC/PPI电缆与计算机的RS-232数据接口联接，立柱部分与滑架部分的极保开关分别通过保护电路与智能型驱动器控制端联接。
2.一种X线机影像***运动控制及调试方法，其特征在于该方法包括运行用软件和调试用软件，其中，运行用软件的执行步骤为：开始，初始化，判断是否按下联动向上手柄，如果是，则设定高速计数器增计数，同时立柱和滑架向上运动，如果到达定标位置，立柱和滑架的计数清0，如果按下的是联动向下手柄，则设定高速计数器减计数，立柱和滑架同时向下运动；然后判断是否松开联动手柄，不松开联动手柄，立柱和滑架继续运动，松开联动手柄，判断立柱和滑架哪一个在前，立柱在前，则立柱停止，记录立柱的停车位置，滑架走到立柱的停车位置，停车，结束，反之，滑架在前，则滑架停车，记录滑架的停车位置，立柱走到滑架的停车位置，停车，结束。
3.按权利要求2所述之调试方法，其特征在于调试软件中PLC软件的执行步骤为：开始，初始化，然后等待上位机的测试命令，如是立柱测试命令，则设置立柱为增计数，记录立柱的位置码，驱动立柱向上运动，同时启动10秒的定时，定时结束后，立柱停车，并再次记录立柱位置码，计算立柱的位置差，即是立柱的速度，存入RUM中，此时等待上位机的读数命令，将立柱的速度码通过串口发送到上位机，最后结束，当上位机的测试命令是立柱缓停测试命令，设置立柱为增计数，驱动立柱向上运动，同时启动2秒的定时，定时结束后，立柱停车，并记录立柱的位置码，同时启动4秒的定时，定时结束后，再次记录立柱的位置码，计算立柱的位置差，即是立柱的缓停，存入RUM中，同前等待上位机的读数命令，当读的是立柱的缓停命令，将立柱的缓停码通过串口发送到上位机，结束，调试滑架电机的软件的执行步骤与立柱相同。
4.按权利要求2所述之调试方法，其特征在于调试软件中上位机软件的执行步骤为：开始，初始化，等待调试人员发测试命令，是立柱速度测试命令或立柱缓停测试命令，则通过串口发送立柱速度测试或立柱缓停测试命令代码，最后结束，当是读立柱命令或读立柱缓停命令，则通过串口发送读立柱速度或读立柱缓停命令代码，然后接收PLC发送回来的立柱速度或立柱缓停的数值，此时将代码换算成实际的距离数值，需经过以下数据变换：16进制ASCII码---16进制实数---10进制实数---字符串，将数据以对话框形式显示到屏幕上，最后结束，调试滑架电机的软件的执行步骤与立柱相同。
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