一种适用于重载偏载工况的扫描架及断层扫描系统的制作方法

1.本实用新型属于无损检测设备技术领域，具体地说涉及一种适用于重载偏载工况的扫描架及断层扫描系统。


背景技术：

2.电子计算机断层扫描(computed tomography)，利用精确准直的x线束与灵敏度极高的探测器一同围绕被测物的某一部位做一个接一个的断面扫描，使被测物组织结构以图片的形式展现出来，以供评判和测量。
3.断层扫描系统进行扫描时，通过旋转扫描架，在每个角度下对被扫描物体进行扫描并采样，同时，x射线源和x射线探测器随着旋转扫描架同步旋转。对于卧式旋转断层扫描系统而言，偏载同时重载的工况是比较恶劣的，尤其是，高能断层扫描系统所使用的x射线源一般来说都较重，约1.5吨左右。当x射线源和探测器卧式旋转时，两部分负载之间很难达到平衡，导致偏载现象出现。


技术实现要素：

4.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种适用于重载偏载工况的扫描架及断层扫描系统。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种适用于重载偏载工况的扫描架，包括：
7.支撑组件，其中部留有容纳腔；
8.负载输出盘，其通过传动组件与支撑组件可转动连接，且x射线源和探测器与所述负载输出盘同步转动，所述传动组件位于容纳腔内；
9.以及驱动组件，其用于驱动负载输出盘转动，且所述驱动组件采用双驱动消隙结构。
10.进一步，所述支撑组件包括底座和立板，所述立板与底座相垂直，且立板上开设圆形孔以形成容纳腔。
11.进一步，所述立板与底座之间连接有筋板，以提高稳定性。
12.优选的，所述底座、立板和筋板均为钢板。
13.进一步，所述传动组件包括相对转动的传动外圈和传动内圈，所述传动内圈与立板固定连接，所述传动外圈与负载输出盘固定连接，且传动外圈围绕传动内圈的中轴线转动。
14.进一步，所述传动外圈的外表面设为齿形结构，所述外表面为远离传动内圈的表面。
15.进一步，所述传动内圈与传动外圈之间设有保持架，且保持架内嵌设可相对其转动的钢球，以实现传动外圈和传动内圈相对转动。
16.优选的，所述传动外圈和传动内圈为42crmo锻件。
17.进一步，所述驱动组件包括驱动电机和驱动齿轮，所述驱动电机的输出端通过减速器与驱动齿轮的轮轴传动连接，所述驱动齿轮与传动外圈的外表面啮合传动。
18.进一步，所述驱动组件设有2个，且驱动组件通过安装调节组件固定在支撑组件上，通过安装调节组件对驱动组件的安装位置进行调节，并对驱动组件进行辅助支撑。
19.进一步，所述安装调节组件包括固定板和调节螺栓，所述调节螺栓与固定板螺纹连接，且调节螺栓的末端与驱动电机相抵，通过拧动调节螺栓，调节驱动电机的安装位置，同时，调节螺栓对驱动电机起到辅助支撑作用。
20.进一步，所述固定板通过安装座固定在立板上。
21.优选的，所述安装调节组件位于驱动组件的下方，所述调节螺栓沿着竖直方向设置。
22.进一步，所述安装调节组件与驱动组件一对一设置。
23.进一步，2个驱动电机通过电机驱动器驱动控制，且每个驱动电机连接有电流采样模块，所述电机驱动器为双电机消隙驱动器，所述电机驱动器、电流采样模块均与所述控制系统通讯连接，控制负载输出盘转动，以适应重载偏载工况。
24.进一步，所述电机驱动器的功率驱动单元使用开关速度快、压降小的新型igbt/ipm功率模块，以pwm方式工作。功率驱动单元的特点是体积小、重量轻、效率高，工作频率设于超声频段，因而无噪声。所述电机驱动器的控制部分采用专用电流伺服模块构成左右通道高速电流内环，在此基础上由标准的速度环pid调节器和消隙控制模块实现高精度位置闭环控制和消隙控制。基于专用电流伺服模块强大的信息处理能力和极快的处理速度，电流内环的响应频带宽达1khz以上，因而，电机驱动器的速度外环具有很高的伺服精度，响应频带可以不受机械结构谐振频率的限制，有效地保证了伺服品质。
25.进一步，所述电机驱动器通过远控接口和串行口(rs422/canopen)，向上位机通报电机驱动器状态、查询和修改电机驱动器控制参数。为保证电机驱动器在强烈的干扰下仍能正常工作，所有对外开关量信号接口全部采取隔离措施，模拟量信号输入口均采用差分输入方式。
26.进一步，还包括编码盘组件，所述编码盘组件固定在支撑组件上，用于监测负载输出盘的转动角度。
27.进一步，所述编码盘组件包括编码器、编码器座、连接轴和从动齿轮，所述编码器与从动齿轮通过连接轴连接为同轴结构，且从动齿轮与传动外圈的外表面啮合传动。
28.进一步，所述从动齿轮通过挡圈固定在连接轴上。
29.进一步，所述连接轴与编码器座通过轴承连接，所述编码器座固定在立板上。
30.进一步，还包括感应限位组件，通过电气感应控制负载输出盘的转动角度。
31.进一步，所述感应限位组件包括限位感应片和限位感应开关，所述限位感应片固定在负载输出盘上，所述限位感应开关通过开关支架固定在支撑组件上。
32.进一步，所述限位感应开关设有2个，且2个限位感应开关之间的夹角为负载输出盘的正常工作最大角度范围。
33.优选的，所述2个限位感应开关的其中一个位于负载输出盘正常工作且正向转动的最大转动角度处，2个限位感应开关的另一个位于负载输出盘正常工作且反向转动的最大转动角度处。
34.优选的，所述正向转动与反向转动是相对而言，定义负载输出盘朝向某方向转动为正向转动，则负载输出盘朝向与正向转动相反的方向转动为反向转动。
35.进一步，还包括机械限位组件，通过机械限位控制负载输出盘的转动角度。
36.进一步，所述机械限位组件包括限位块、限位支架，所述限位块固定在负载输出盘上，所述限位支架固定在支撑组件上。
37.进一步，所述限位支架设有2个，且2个限位支架之间的夹角为负载输出盘的极限工作最大角度范围。
38.优选的，所述2个限位支架的其中一个位于负载输出盘极限工作且正向转动的最大转动角度处，2个限位支架的另一个位于负载输出盘极限工作且反向转动的最大转动角度处。
39.进一步，2个限位支架之间的夹角大于2个限位感应开关之间的夹角。
40.优选的，2个限位支架之间的夹角与2个限位感应开关之间的夹角的角度差为10
°
。
41.进一步，所述限位块上设有缓冲块，以缓冲限位块与限位支架机械碰撞产生的冲击力。
42.优选的，所述缓冲块为橡胶块。
43.进一步，还包括零位感应组件，用于确定负载输出盘的初始状态(即零位)。
44.进一步，所述零位感应组件包括零位感应片和零位感应开关，所述零位感应片固定在负载输出盘上，所述零位感应开关固定在支撑组件上。
45.进一步，当扫描架开始新一轮扫描时，在零位感应片和零位感应开关的感应作用下，扫描架先回零，找到扫描开始基准。同时，扫描架可以在行程范围内任意位置待机或停机。
46.进一步，还包括光栅尺读头组件，用于检测负载输出盘的转动角度误差。
47.进一步，所述光栅尺读头组件包括光栅尺读头和光栅尺带，所述光栅尺带粘贴在传动外圈的圆周上，所述光栅尺读头固定在支撑组件上。
48.进一步，所述编码器、限位感应开关、零位感应开关、光栅尺读头均与控制系统通讯连接，将角度信息、位置信息上传至控制系统，实现闭环控制。
49.另，本实用新型还提供一种断层扫描系统，包含上述的适用于重载偏载工况的扫描架。
50.本实用新型的有益效果是：
51.1、通过传动内圈与立板固定连接，传动外圈与负载输出盘固定连接，达到了缩小支撑组件体积的目的，减小了断层扫描系统整体体量和占地面积，解决了由于常规的立板与传动外圈固定需要匹配大尺寸支撑组件的问题。
52.2、编码盘组件与负载输出盘同步转动，以监测负载输出盘的转动角度，同时，采用光栅尺读头组件检测负载输出盘的转动角度误差，以修正负载输出盘的转动角度，采用双路转动角度测量，两种角度测量反馈互为备份。
53.3、利用感应限位组件和机械限位组件对负载输出盘的转动构成双重保护，以提高系统安全性。
54.4、利用安装调节组件调节驱动组件的安装位置，同时，安装调节组件对驱动组件起到辅助支撑作用。
55.5、通过控制系统对驱动电机的电流/转矩实时自动调节，采用双电机消隙驱动器，控制负载输出盘精准转动，以适应重载偏载工况。
附图说明
56.图1是本实用新型的整体结构示意图；
57.图2是本实用新型的整体结构后视图；
58.图3是本实用新型的整体结构侧视图；
59.图4是本实用新型的整体结构正视图；
60.图5是图4中a-a剖视图；
61.图6是驱动组件的结构示意图；
62.图7是编码盘组件的结构示意图。
63.附图中：100-支撑组件、200-负载输出盘、300-驱动组件、400-编码盘组件、500-安装调节组件、600-限位感应开关、701-限位块、702-限位支架、800-光栅尺读头、900-零位感应开关、1100-传动组件；
64.101-底座、102-立板、103-筋板；
65.301-驱动电机、302-减速器、303-驱动齿轮；
66.401-编码器、402-连接轴、403-从动齿轮、404-编码器座；
67.501-固定板、502-调节螺栓；
68.1101-传动内圈、1102-传动外圈。
具体实施方式
69.为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本实用新型创造。
70.实施例一：
71.如图1-图7所示，一种适用于重载偏载工况的扫描架，包括支撑组件100、负载输出盘200、驱动组件300，其中，支撑组件100的中部留有容纳腔，负载输出盘200通过传动组件1100与支撑组件100可转动连接，且x射线源和探测器与所述负载输出盘200同步转动，驱动组件300用于驱动负载输出盘200转动，且所述驱动组件300采用双驱动消隙结构。
72.所述支撑组件100包括底座101和立板102，所述立板102与底座101相垂直，且立板102上开设圆形孔以形成容纳腔。同时，所述立板102与底座101之间连接有筋板103，以提高稳定性。优选的，所述底座101、立板102和筋板103均为钢板。
73.所述传动组件1100位于容纳腔内，其包括相对转动的传动外圈1102和传动内圈1101，所述传动内圈1101与立板102固定连接，所述传动外圈1102与负载输出盘200固定连接，且传动外圈1102围绕传动内圈1101的中轴线转动。通过传动内圈1101与立板102固定连接，传动外圈1102与负载输出盘200固定连接，达到了缩小支撑组件100体积的目的，减小了ct机整体体量和占地面积，解决了由于常规的立板与传动外圈固定需要匹配大尺寸支撑组
件的问题。
74.具体的，所述传动内圈1101与传动外圈1102之间设有保持架，且保持架内嵌设可相对其转动的钢球，以实现传动外圈1102和传动内圈1101相对转动。优选的，所述传动外圈1102和传动内圈1101为42crmo锻件。同时，所述传动外圈1102的外表面设为齿形结构，所述外表面为远离传动内圈1101的表面。
75.所述驱动组件300包括驱动电机301和驱动齿轮303，所述驱动电机301的输出端通过减速器302与驱动齿轮303的轮轴传动连接，同时，所述驱动齿轮303与传动外圈1102的外表面啮合传动。启动驱动电机301，带动驱动齿轮303、传动外圈110同步转动，进而带动负载输出盘200转动。
76.所述驱动组件300通过安装调节组件500固定在支撑组件100上，通过安装调节组件500对驱动组件300的安装位置进行调节，并对驱动组件300进行辅助支撑。也就是说，所述安装调节组件500与驱动组件300一对一设置。所述驱动组件300设有2个，即支撑组件100上设有2个驱动电机301、2个驱动齿轮303。2个驱动电机301通过电机驱动器驱动控制，且每个驱动电机连接有电流采样模块，所述电机驱动器为双电机消隙驱动器，所述电机驱动器、电流采样模块均与所述控制系统通讯连接，控制负载输出盘200转动，以适应重载偏载工况。所述电机驱动器的功率驱动单元使用开关速度快、压降小的新型igbt/ipm功率模块，以pwm方式工作。功率驱动单元的特点是体积小、重量轻、效率高，工作频率设于超声频段，因而无噪声。所述电机驱动器的控制部分采用专用电流伺服模块构成左右通道高速电流内环，在此基础上由标准的速度环pid调节器和消隙控制模块实现高精度位置闭环控制和消隙控制。基于专用电流伺服模块强大的信息处理能力和极快的处理速度，电流内环的响应频带宽达1khz以上，因而，电机驱动器的速度外环具有很高的伺服精度，响应频带可以不受机械结构谐振频率的限制，有效地保证了伺服品质。所述电机驱动器通过远控接口和串行口(rs422/canopen)，向上位机通报电机驱动器状态、查询和修改电机驱动器控制参数。为保证电机驱动器在强烈的干扰下仍能正常工作，所有对外开关量信号接口全部采取隔离措施，模拟量信号输入口均采用差分输入方式，具体的请参考“双电机消隙伺服系统研究和应用”。本实用新型通过控制系统对驱动电机301的电流/转矩实时自动调节，采用双电机消隙驱动器，控制负载输出盘200精准转动，以适应重载偏载工况。
77.所述安装调节组件500包括固定板501和调节螺栓502，所述调节螺栓502与固定板501螺纹连接，且调节螺栓502的末端与驱动电机301相抵，通过拧动调节螺栓502，调节驱动电机301的安装位置，同时，调节螺栓502对驱动电机301起到辅助支撑作用。进一步，所述固定板501通过安装座固定在立板102上。优选的，所述安装调节组件500位于驱动组件300的下方，所述调节螺栓502沿着竖直方向设置。
78.实施例二：
79.如图1-图7所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
80.一种适用于重载偏载工况的扫描架，还包括编码盘组件400，所述编码盘组件400固定在支撑组件100上，用于监测负载输出盘200的转动角度。
81.所述编码盘组件400包括编码器401、编码器座404、连接轴402和从动齿轮403，所述编码器401与从动齿轮403通过连接轴402连接为同轴结构，且从动齿轮403与传动外圈1102的外表面啮合传动，也就是说，编码盘组件400与传动外圈1102、负载输出盘200同步转
动。所述从动齿轮403通过挡圈固定在连接轴402上。所述连接轴402与编码器座404通过轴承连接，所述编码器座404固定在立板102上。
82.实施例三：
83.如图1-图7所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
84.一种适用于重载偏载工况的扫描架，还包括感应限位组件，通过电气感应控制负载输出盘200的转动角度。
85.所述感应限位组件包括限位感应片和限位感应开关600，所述限位感应片固定在负载输出盘200上，所述限位感应开关600通过开关支架固定在支撑组件100上。
86.所述限位感应开关600设有2个，且2个限位感应开关600之间的夹角为负载输出盘200的正常工作最大角度范围。优选的，所述2个限位感应开关600的其中一个位于负载输出盘200正常工作且正向转动的最大转动角度处，2个限位感应开关600的另一个位于负载输出盘200正常工作且反向转动的最大转动角度处。优选的，所述正向转动与反向转动是相对而言，定义负载输出盘200朝向某方向转动为正向转动，则负载输出盘200朝向与正向转动相反的方向转动为反向转动。
87.此外，还包括机械限位组件，通过机械限位控制负载输出盘200的转动角度。所述机械限位组件包括限位块701、限位支架702，所述限位块701固定在负载输出盘200上，所述限位支架702固定在支撑组件100上。所述限位块701上设有缓冲块，以缓冲限位块701与限位支架702机械碰撞产生的冲击力。优选的，所述缓冲块为橡胶块。
88.所述限位支架702设有2个，且2个限位支架702之间的夹角为负载输出盘200的极限工作最大角度范围。优选的，所述2个限位支架702的其中一个位于负载输出盘200极限工作且正向转动的最大转动角度处，2个限位支架702的另一个位于负载输出盘200极限工作且反向转动的最大转动角度处。2个限位支架702之间的夹角大于2个限位感应开关600之间的夹角。优选的，2个限位支架702之间的夹角与2个限位感应开关600之间的夹角的角度差为10
°
。本实施例中，1个限位感应开关600位于正向转动205
°
处，1个限位感应开关600位于反向转动25
°
处，1个限位支架702位于正向转动210
°
处，1个限位支架702位于反向转动30
°
处。
89.利用感应限位组件和机械限位组件对负载输出盘200的转动构成双重保护，以提高系统安全性。感应限位组件通过电气感应，机械限位组件是为了防止感应限位组件失效时,系统失控,超出运动范围后,造成负载输出盘200被损坏。当限位块701与限位支架702碰触后,负载输出盘200被强制停止转动。
90.还包括零位感应组件，用于确定负载输出盘200的初始状态(即零位)。所述零位感应组件包括零位感应片和零位感应开关900，所述零位感应片固定在负载输出盘200上，所述零位感应开关900固定在支撑组件100上。当扫描架开始新一轮扫描时，在零位感应片和零位感应开关900的感应作用下，扫描架先回零，找到扫描开始基准。同时，扫描架可以在行程范围内任意位置待机或停机。
91.实施例四：
92.如图1-图7所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
93.一种适用于重载偏载工况的扫描架，还包括光栅尺读头组件，用于检测负载输出盘200的转动角度误差。
94.所述光栅尺读头组件包括光栅尺读头800和光栅尺带，所述光栅尺带粘贴在传动外圈1102的圆周上，所述光栅尺读头800固定在支撑组件100上。所述编码器401、限位感应开关600、零位感应开关900、光栅尺读头800均与控制系统通讯连接，同时，编码器401将负载输出盘200的角度信息(即负载输出盘200的当前位置)反馈到控制系统，具体的可参考cn201910225221.1一种用于ct扫描的位置触发控制方法及实施该方法的系统，通过上位机输入目标位置，电机驱动器采用专用电流伺服模块分析2个驱动电机301的电流信息,并反馈到控制系统,通过控制系统对电机驱动器进行控制,以驱动负载输出盘200的正向转动/反向转动、调速、位置定位等，同时，控制系统能让2个驱动电机301的电流分配曲线达到近乎理想的效果,从而达到负载输出盘200在各个位置点都能保持平稳效果，以适应重载偏载工况。在此过程中，限位感应开关600将负载输出盘200达到限位的位置信息反馈到控制系统，以保护整个系统，光栅尺读头800将负载输出盘200的转动角度误差信息反馈到控制系统，以修正负载输出盘200的转动角度，两种角度测量反馈互为备份，测量方法简单，精度高，实现智能化测量及闭环控制。
95.另，本实用新型还提供一种断层扫描系统，包含实施例一至实施例四所述的适用于重载偏载工况的扫描架。
96.以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。