一种装置，与一个具有一个几何中心并安装在一个支承装置上使其绕一个旋转轴旋转并由此定义一个垂直于所述的旋转轴的旋转平面的可旋转设备一起使用，该装置被用来测量当所述的可旋转设备绕所述的旋转轴在所述的旋转平面内所述的旋转设备的一个或多个位置、几何和运动参数，所述的装置合并起来包括， 多个间隔标记，相对于所述的可旋转设备固定设置且其分布使其在一个已知曲率半径的弧上相互以角间隔分开设置，且基本上与所述的可旋转设备的几何中心同心； 至少三个传感器，分别在三个绕所述的几何中心的不同的角位置上相对于所述的支承装置固定，用来在所述的可旋转设备绕所述的旋转轴旋转时，探测所述的标记； 用来插值由所述的传感器中的每一个传感的相邻标记间的角位置的插值装置，且作为从由每个所述的传感器传感的最后一个标记开始的所测时间延迟的函数；以及 用来测量一个或多个所述的参数的装置，这些参数是由所述的传感器中的每一个传感的所述的标记以及从由每个所述的传感器传感的最后一个标记开始的所测时间延迟的函数。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及一种测量系统和方法，更特殊地，涉及测量一个旋转设备的各种几何、位置和运动参数的系统和方法，比如当设备绕一个旋转轴旋转时旋转设备的角位置，不圆度(Out of Roundness)和角速度，以及在旋转平面内，旋转设备的几何中心的任何横向位移。
技术介绍
本专利技术是要测量与一个可旋转的设备有关的，比如一个盘或鼓，在其绕一个旋转轴旋转过程中的各种几何、位置和运动参数，这里要求确保在设备的旋转中某些几何、位置和运动的异常情况被测定出来，从而可以采取适当的操作，如果有的话。本专利技术特别适用于计算机化的轴向层面X射线照相术(CAT)扫描系统，并且将因此在这方面进行描述，但不应被认为仅限于这类系统。CAT扫描系统通常包括一个门形架(gantry)，该架是由如可以在固定在一个的框(frame)中旋转的一个盘或鼓的结构来形成的。在第三代CAT扫描仪中，一个X射线源和X射线检测阵列都安装在绕一桌子作旋转运动的盘上，桌子上能够安放病人。X射线源和X射线检测器阵列绕在盘上的一个点设置，该盘确定该点的轨迹(locus)，后面称之为“几何中心”，在一次扫描期间，当盘绕该点旋转时，围绕该点的源和检测器阵列规定要有正确的旋转运动，这样才能使层面X射线照相术的图象被精确地重建。该几何中心在理想状况下与盘的名义质心和盘的旋转中心相一致。在第四代CAT扫描仪中，X射线源是相对于几何中心安装在一个可旋转的盘上，而检测器被设置在一个固定的框上，且绕盘的旋转轴等角分布。在此二种系统类型中，X射线源会产生周期性的脉冲或连续波辐射。每个检测器通常要么是固态器件，要么是气体管器件。在第三代类型的机器中，检测器阵列被设置在盘上直径方向与源相对的地方，且与源的焦斑对准，这样，检测器阵列和焦斑被定位在同一装置中，即扫描或旋转平面(与盘和旋转轴垂直)中。就一个检测器阵列而言，阵列中的每一个检测器被定位在扫描平面中，通常相对于源以一个预先确定的角间隔设置，从而使每个检测器相对于焦斑所对应的角度是一样的，这样，在介于源和相应的检测器之间的扫描平面内提供了多个X射线通道。在第三代机器中，X射线通道集中起来类似一把扇子，其顶点(Apex)位于X射线源的焦斑上。在第四代机器中，相对于每个检测器的X射线通道类似一把扇子，其顶点在检测器的输入处。因此，二种机器类型有时被称为“扇束”层面X射线照相术系统。这些系统提供了相应于辐射通量变化的多个信息或数据信号，这些变化是由检测器在多次投影检测(projection View)中的每一次中测量的，比如，当盘绕一个占据检测器与X射线源之间的空间的物体旋转期间，在一些精确的角位置所做的测量。根据已知的，通常被称之为“向后投影(back projection)”的信号数学处理方法(雷顿变换)(Radon)，能够形成一个表征沿旋转平面的一个二维切片的可见图象，比如，扫描平面通过定位在介于源和检测器之间的平面中被扫描物体的那部分。这些图象的精确构成决定性地取决于多种因素，包括(1)盘的运动是精确地绕盘的几何中心转动，(2)在一次扫描期间，几何中心在扫描平面中维持不变，从而当盘沿其轴转动时，它不会在平面内相对于被扫描的物体产生横向移动，(3)在每次投影检测期间所提供的X射线曝光对每次检测系统来讲是相同的，且(4)数据是在盘的精确角位置处获得，从而当图象被反向投影时，使数据与X射线源和/或检测器相对于被扫描物体的正确位置信息是有相互关系的。这样，误差的一个来源是当盘在门形架框中旋转时，由于振动和机械噪声造成的。因为，在一次扫描期间，即使CAT扫描装置的盘的几何中心相对于被扫描物体有很小的横向移动，也会产生误差，从而导致失败或不正确的图象，这种装置已被制成为沉重地加强的昂贵设备，通常重量为一吨或更重，从而防止源和检测器系统的不合适运动。通过对以下文献中的装置的描述及所提出的权利要求，现有技术的这样一种沉重的、昂贵的CAT扫描结构特征所带来的许多固有缺点已经被认识到和叙述了，至少部分是这样，比如1990年5月22日授于B.M.Gordon的美国专利No.4928283(以及1993年9月14日授于B.M.Gordon的美国再颁发专利No.Re.34379)和1992年4月28日授于B.M.Gordon的美国专利No.5109397，等等。前一专利，美国专利No.4928283描述了一种重量较轻的机器以及相对较重的机器它所提供的一些优点。然而，制造该机器，尤其是旋转鼓，轻得多的重量会造成问题，而这些问题正是现有技术的机器经过反复考虑的设计来使其最小化的，比如不要求有的横向移动和/或在一次扫描中元件相对于被扫描物体的对不准。比如，因为X射线源(在第三代和第四代机器中)和X射线检测器阵列(在第三代机器中)通常都是相对盘的几何中心精确安装的，并且假设在扫描期间被扫描的物体相对于旋转轴是保持固定的，如果在扫描平面中几何中心和旋转中心(定义为扫描轴和扫描平面的交点)不是精确一致的，几何中心将会绕旋转中心旋转，从而导致在一次扫描中在扫描平面中的元件相对于被扫描的物体有不需要的横向移动。相似地，如果旋转中心和几何中心(即使是一致的)在一次扫描期间在扫描平面内移动，例如当盘受到振动，或盘由一个相对于其旋转轴不圆的轮或滚子(roller)驱动时，或者盘本身是不圆的并由一个轮或滚子来驱动时，盘上的元件也会在扫描平面内横向移动。上面注明的美国专利No.5109397特别描述了使用传感器来检测旋转盘的外缘相对于一个具有一个“完美”环的内环表面的接近程度，该环围绕旋转盘设置在旋转平面内。于是，根据盘和环之间的间距变化，传感器提供补偿的电信号来修正或改正由X射线检测器接收到的数据。后一种专利的基本原理在于在一定的圆度公差范围内制造环比加工同等圆度的盘要便宜得多。然而，环的加工也是有公差的。因此，在一个CAT扫描系统中，高度要求几何中心相对于被扫描物体的任何横向移动保持在扫描仪分辨率(一般是毫米数据级)的一个很小份额之内，例如分辨率的1/10到1/20，或者小于约0.1mm。其中，扫描仪中的盘的直径典型地是5至6英尺，这样，所要求的公差大约为五百万分之一，这一点如果不是不可能达到的话，也是极其困难的。采用极其和非常昂贵的测量，已经制造出了具有机加工盘和精密轴承的机器，能够达到0.5mm数量级的精度。然而，这增加了机器的成本。另外，成像错误会产生(a)如果数据是在旋转盘的不正确的角位置上采集的，这一点可能是由于当采集一组一次投影检测的数据时，盘的真实角位置的测量不精确，或(b)如果在整个扫描过程中盘的角速度发生变化，从而使扫描的每次投影检测的X射线曝光不是均匀恒定的。专利技术的目的因此，本专利技术的一个总的目的是要提供一个多能的测量系统和方法，用来测量上述几个与一个旋转设备有关的几何、位置和运动参数中的任何一个，从而，如果需要的话，可以采取适当的操作。本专利技术的另一个目的是提供一种装置和方法，用来确定当一个旋转设备绕一个旋转轴旋转时，在其旋转平面内几何中心的横向移动。本专利技术的另一个目的是提供一种确定旋转设备角速度的装置和方法。本专利技术的再一个目的是提供一种重量轻的，相对较便宜的CAT扫描机器，该机器如果不是更好的话，至少也具有现有技术的更重、更昂贵的机器的精度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德M戈登，道格拉斯·亚伯拉罕，戴维·温斯顿，保罗·瓦戈纳，
申请(专利权)人：模拟公司，
类型：发明
国别省市：
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