專利名稱：錐形滾柱軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。具體來說，本發(fā)明涉及如包含在第三和第四代CT掃描器中的旋轉(zhuǎn)臺架，并且將參考所述旋轉(zhuǎn)臺架對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。但是，本發(fā)明還可以與核照相機(jī)以及具有旋轉(zhuǎn)軸承的其它成像系統(tǒng)結(jié)合在一起應(yīng)用，并且本發(fā)明不限于上述的這些應(yīng)用。
背景技術(shù)：
典型的情況是，第三和第四代CT系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)臺架和靜止臺架。這兩個(gè)臺架通過軸承系統(tǒng)連接，該軸承系統(tǒng)允許第一臺架相對第二臺架旋轉(zhuǎn)。
直徑通常為一米或更大的大型滾珠軸承部件已經(jīng)被用于提供臺架之間的連接。大型滾珠軸承部件價(jià)格昂貴并且往往產(chǎn)生噪音。
在其它系統(tǒng)中，已經(jīng)使用了滾柱軸承。圓柱形的滾柱沿著軸向和徑向支撐旋轉(zhuǎn)臺架。典型的情況是，旋轉(zhuǎn)臺架具有三個(gè)軸承座圈或軌跡，軸承沿著軸承座圈或軌跡滾動(dòng)。圓形的座圈使軸承能夠給旋轉(zhuǎn)臺架提供徑向支撐(克服重力的法向力)，而第二和第三座圈使軸承能夠給旋轉(zhuǎn)臺架提供橫向，即軸向，支撐。為了防止旋轉(zhuǎn)臺架擺動(dòng)，滾柱軸承用很大的反向壓力壓住第二和第三座圈。
當(dāng)臺架以恒定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，臺架的各個(gè)部分按照不同的徑向尺寸以不同的線速度運(yùn)動(dòng)。更具體地說，第二和第三座圈的距離臺架的轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的部分比距離轉(zhuǎn)軸較近的部分具有更高的線速度。換句話說，任何運(yùn)動(dòng)元素的線速度是徑向位置以及臺架角速度的函數(shù)。
在其他因素中，這一點(diǎn)對第二和第三軸向支撐軸承座圈的影響很大。這兩個(gè)軸承座圈的外緣比其內(nèi)緣移動(dòng)得更快。接觸第二和第三座圈的每個(gè)圓柱型滾柱軸承只能以唯一的速度旋轉(zhuǎn)。因此，在軸承座圈與滾柱軸承之間出現(xiàn)滑動(dòng)，引起很大的摩擦力，并且使軸承座圈和軸承過早出現(xiàn)磨損。此外，為了使臺架的速度與在座圈和軸承上引起的速度較高的磨損平衡，對臺架的工作速度進(jìn)行了限制。
本發(fā)明提出了改進(jìn)的設(shè)備和方法，這些設(shè)備和方法克服了上述以及其他限制。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種診斷成像設(shè)備。通過多個(gè)錐形滾柱軸承使第一和第二臺架連接，當(dāng)?shù)诙_架旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些錐形滾柱軸承給其提供支撐。軸承與旋轉(zhuǎn)臺架上的軸承座圈連接。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種診斷成像方法。用多個(gè)安裝在第二臺架上的錐形滾柱軸承支撐第一旋轉(zhuǎn)臺架。第一臺架與滾柱軸承同時(shí)旋轉(zhuǎn)，該臺架的軸承座圈與滾柱軸承接觸。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于增加了滾柱軸承和軸承座圈的壽命。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減少了所需滾柱軸承的總數(shù)。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了軸承系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)摩擦。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠使用單一尺寸的滾柱軸承。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于對軸承座圈的加工精度要求較低。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于旋轉(zhuǎn)臺架較小。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)成為一個(gè)整體。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于與目前生產(chǎn)的相似的系統(tǒng)相比減少了成本。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)速更高。
對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，通過閱讀以下對優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的許多其他優(yōu)點(diǎn)和好處將變得更加清楚。


本發(fā)明可以在部件和部件設(shè)計(jì)以及步驟和步驟設(shè)計(jì)等方面采用不同的形式。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施例，不應(yīng)將其理解為對本發(fā)明進(jìn)行限制。
圖1為按照本發(fā)明的計(jì)算機(jī)斷層掃描器的示意圖；圖2為按照本發(fā)明的，圖1的旋轉(zhuǎn)臺架和錐形滾柱軸承的截面圖；圖3為圖2的，包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的滾柱軸承的詳圖；圖4為按照本發(fā)明的軸承-座圈連接的幾何表示；圖5為本發(fā)明的另一個(gè)雙面座圈的實(shí)施例；圖6為本發(fā)明的另一個(gè)三面座圈的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，CT掃描器10包括對象床12，用于將位于其上的對象移入或移出成像區(qū)域14。來自X射線源16的X射線被整形并校準(zhǔn)為扇形光束，經(jīng)過成像區(qū)域14并且被在成像區(qū)域14遠(yuǎn)側(cè)的檢測器部件20檢測。在示出的第三代實(shí)施例中，源16與檢測器部件20同時(shí)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)源16圍繞軸A旋轉(zhuǎn)時(shí)，圍繞成像區(qū)域14距離檢測器部件20總保持180°?；蛘?，像在第四代CT掃描器中那樣，在靜止臺架22上的各個(gè)檢測器的靜止環(huán)可以取代檢測器陣列20。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺架24圍繞對象旋轉(zhuǎn)時(shí)，將檢測到的X射線強(qiáng)度采集到數(shù)據(jù)存儲器30中。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，重構(gòu)處理器32對采集到的數(shù)據(jù)實(shí)施卷積和反向投影算法或者其他重構(gòu)技術(shù)，形成圖像表示。圖像表示被存儲在圖像存儲器34中。視頻處理器36提取圖像表示的經(jīng)過選擇的部分并且對它們進(jìn)行格式化，以便在人可讀監(jiān)視器38如CRT監(jiān)視器、有源矩陣監(jiān)視器或LCD顯示器等上進(jìn)行觀察。
第一、旋轉(zhuǎn)臺架24位于第二、靜止臺架22里面。X射線源16和檢測器陣列20連同其它相關(guān)電子設(shè)備44如電源、數(shù)據(jù)緩沖器等一起安裝在旋轉(zhuǎn)臺架24上。
由多個(gè)錐形滾柱軸承46將旋轉(zhuǎn)臺架24支撐在靜止臺架22中。在優(yōu)選實(shí)施例中，有四組雙軸承，共有八個(gè)滾柱軸承。當(dāng)然，根據(jù)其它因素如臺架24的重量、工作速度等，軸承對的數(shù)量可多可少。每個(gè)軸承46圍繞它自己的軸承軸自由地旋轉(zhuǎn)，該軸在機(jī)械上固定在靜止臺架22上。
參照圖2，軸承46與圓錐形的軸承座圈50連接。座圈50的表面相對于軸線A成一定角度，因此，如圖2所示，軸承46提供徑向(與軸線A垂直的方向)支撐和軸向(與軸線A平行的方向)支撐。
如在背景技術(shù)中所討論的，座圈50按照恒定的角速度運(yùn)動(dòng)，但是，在臺架24旋轉(zhuǎn)時(shí)，座圈50的遠(yuǎn)離軸線A的部分比靠近軸線A的部分具有更高的線速度。使軸承46逐漸變細(xì)成為圓錐形，以補(bǔ)償線速度偏差。當(dāng)臺架24旋轉(zhuǎn)時(shí)，與臺架24接觸的每個(gè)軸承46同時(shí)旋轉(zhuǎn)。由于是圓錐形，每個(gè)軸承都具有一個(gè)寬或較大直徑端和一個(gè)窄或較小直徑端。臺架也一樣，在軸承寬端的表面比在窄端的表面運(yùn)動(dòng)的線速度更高。使軸承46成為直徑隨座圈50的斜坡或半徑高度成比例變化的形狀，因此，當(dāng)軸承46與座圈50都旋轉(zhuǎn)時(shí)，在它們之間不存在滑動(dòng)。
最好，由金屬芯構(gòu)成軸承46，最好是不銹鋼，并且用聚合外殼最好是聚氨酯覆蓋之。最好，該外殼比表面涂層更厚，更像一般車輪上的輪胎等。該外殼的厚度足以提供平滑的緩沖，但又足夠薄以剛性地支撐旋轉(zhuǎn)臺架。盡管優(yōu)選了聚氨酯，也可以考慮既具有合適的硬度(防止臺架24的軸向和徑向移動(dòng))，又防止座圈50與軸承46之間的金屬與金屬接觸的其它外殼。
參照圖3，軸承中的一個(gè)與外部驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)52連接，成為驅(qū)動(dòng)軸承54?？梢杂门c其它軸承46不同的物質(zhì)覆蓋驅(qū)動(dòng)軸承54，以便提高與軸承座圈50的摩擦力。這種物質(zhì)可以是硬化橡膠等。
為了使圓錐形軸承座圈50與錐形軸承46的速度匹配，導(dǎo)出了表示軸承46的直徑沿著軸線增加的展開角度。參照圖4，導(dǎo)出了使速度Vp和Vi與座圈50和軸承46匹配的角度φ。首先，求出座圈50的直徑與軸承直徑之比，R=D0d0]]>式中，Do為座圈50的外徑，do為軸承46的外徑，R為兩個(gè)測量值之比。由此得到軸承的角速度ωt，ωt＝ωgR式中，ωg為臺架的角速度，單位為rpm。根據(jù)系統(tǒng)的幾何關(guān)系，得到，Lc=D0-Di2sinα]]>式中，Lc為滾柱軸承46接觸面的長度，Di為軸承座圈50的內(nèi)徑，α為軸承座圈50的仰角。解得Di為，Di＝D0-2Lcsinα為了使速度與接觸面匹配，推出在軸承46的端部與座圈50匹配的速度Vo和ViV0=ωtd02=ωgD02]]>解得ωt為，ωt=ωgD0d0]]>
式中，d0為軸承46的外徑。相似地，ωt=ωgDidi]]>式中，di為滾柱軸承46的內(nèi)徑。將以上兩個(gè)等式合并，得到，di=d0DiD0]]>最后，可以得到角度φφ=arcsin(d0-di2Lc)]]>可以得到軸承的軸向長度LrLr＝Lccosφ但應(yīng)該理解，為了保持同一個(gè)角度φ，滾柱軸承46的實(shí)際長度可以變得稍長或稍短。
參照圖5，在另一個(gè)實(shí)施例中，座圈60為座圈50的倒置。這個(gè)替代座圈60仍然給臺架62提供軸向和徑向支撐。
參照圖6，在另一個(gè)實(shí)施例中，座圈70有三個(gè)面，錐形滾柱軸承72挨著座圈70的垂直側(cè)面。圓柱形(無錐度)滾柱軸承74挨著座圈70的水平面，由于整個(gè)這個(gè)面到軸線A的距離相等，因此表現(xiàn)不出速度失配現(xiàn)象。在該實(shí)施例中，直軸承74給臺架76提供徑向支撐，而錐形軸承72給臺架76提供軸向支撐。
權(quán)利要求
1.一種診斷成像設(shè)備，該設(shè)備包括第一靜止臺架(22)；第二旋轉(zhuǎn)臺架(24)，具有至少兩個(gè)軸承座圈(50，60，70)，所述第二臺架(24)圍繞對象接收區(qū)域(14)旋轉(zhuǎn)；以及多個(gè)錐形滾柱軸承(46，72)，用于給圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺架(24)提供支撐。
2.如權(quán)利要求1所述的診斷成像設(shè)備，還包括輻射檢測裝置(20)，用于檢測來自所述對象接收區(qū)域的輻射；重構(gòu)處理裝置(32)，用于將接收到的輻射重新構(gòu)成為圖像表示；以及顯示裝置(38)，用于將所述圖像表示轉(zhuǎn)換為人可讀圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的診斷成像設(shè)備，還包括X射線產(chǎn)生裝置(16)，安裝在所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)上，發(fā)射穿過所述對象接收區(qū)域(14)的X射線。
4.如權(quán)利要求1、2和3中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中，每個(gè)錐形滾柱軸承(46、72)具有截圓錐表面并且圍繞軸承軸線旋轉(zhuǎn)，圓錐表面在寬端運(yùn)動(dòng)的線速度大于在窄端的線速度。
5.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中所述至少兩個(gè)座圈(50)的表面根據(jù)距所述旋轉(zhuǎn)軸線的距離，以變化的線速度運(yùn)動(dòng)；并且在相同的角速度下，所述錐形滾柱軸承(46、72)的表面旋轉(zhuǎn)的線速度沿著所述軸承(46，72)的縱軸變化，所述錐形軸承表面的變化的線速度與所述座圈(50，60，70)的變化的線速度成比例。
6.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中，所述錐形滾柱軸承(46、72)至少給所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)提供軸向支撐。
7.如權(quán)利要求6所述的診斷成像設(shè)備，其中，所述錐形滾柱軸承(46)給所述旋轉(zhuǎn)臺架提供徑向和軸向支撐。
8.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，還包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(52)，安裝在所述錐形滾柱軸承(46、72)中的一個(gè)上，用于驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)。
9.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中，所述至少兩個(gè)座圈(50)構(gòu)成了對所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)的圓錐形座圈。
10.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中，每個(gè)滾柱軸承(46、72)包括一個(gè)軸，所述軸承圍繞該軸旋轉(zhuǎn)；一個(gè)金屬芯；以及一個(gè)聚合外殼，該聚合外殼在所述軸承的接觸面上。
11.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的診斷成像設(shè)備，其中，所述滾柱軸承(46、72)具有由下式定義的圓錐角φφ=arcsin(d0-di2Lc)]]>式中，d0為所述軸承的大端直徑，di為所述軸承的小端直徑，Lc為在所述大端與小端之間沿著所述軸承的表面測量的長度。
12.一種診斷成像方法，該方法包括用安裝在靜止臺架(22)上的多個(gè)錐形滾柱軸承(46、72)支撐包圍對象接收區(qū)域(14)的旋轉(zhuǎn)臺架(24)；使所述臺架(24)與所述滾柱軸承(46、72)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，所述臺架(24)的軸承座圈(50，60，70)與所述軸承的表面接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括收集從所述對象接收區(qū)域(14)接收到的輻射的數(shù)據(jù)表示；將所述數(shù)據(jù)重新構(gòu)成為電子圖像表示；將所述圖像表示轉(zhuǎn)換為人可讀顯示。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括從安裝在所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)上的源(16)發(fā)射通過所述對象接收區(qū)域(14)的X射線，所述收集步驟包括檢測穿過所述對象接收區(qū)域(14)的X射線。
15.如權(quán)利要求12、13和14中的任何一項(xiàng)所述的方法，還包括使至少兩個(gè)軸承座圈(50，60)根據(jù)距所述旋轉(zhuǎn)軸線的距離，以變化的線速度旋轉(zhuǎn)；并且在相同的角速度下，使所述錐形滾柱軸承(46、72)的表面按照沿著所述軸承(46，72)的縱軸變化的線速度旋轉(zhuǎn)，這個(gè)變化的線速度與所述座圈(50，60，70)的變化的線速度成比例。
16.如權(quán)利要求12-15中的任何一項(xiàng)所述的方法，還包括用所述錐形滾柱軸承(46，72)給所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)至少提供軸向支撐。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括用所述軸承(46，72)在兩個(gè)軸承座圈(50，60)中的系統(tǒng)給所述旋轉(zhuǎn)臺架(24)提供徑向和軸向支撐。
18.如權(quán)利要求12-17中的任何一項(xiàng)所述的方法，還包括按照以下關(guān)系式定義所述滾柱軸承(46，72)的圓錐角φφ=arcsin(d0-di2Lc)]]>式中，d0為所述軸承的較大端直徑，di為所述軸承的較小端直徑，Lc為在所述較大端與較小端之間沿著所述軸承的表面測量的長度。
19.如權(quán)利要求12中的任何一項(xiàng)所述的方法，還包括用聚氨酯外殼覆蓋所述滾柱軸承(46，72)的接觸面。
20.一種滾柱軸承(46，72)，用在計(jì)算機(jī)斷層掃描器中，所述滾柱軸承包括一個(gè)軸，所述軸承圍繞該軸旋轉(zhuǎn)；一個(gè)錐形的具有梯形截面的圓錐體，該圓錐體的錐形表面為與所述計(jì)算機(jī)斷層掃描器的旋轉(zhuǎn)臺架的軸承座圈連接的接觸面，由下式定義所述軸承的圓錐角φφ=arcsin(d0-di2Lc)]]>式中，d0為所述軸承的較大端直徑，di為所述軸承的較小端直徑，Lc為在所述較大端與較小端之間沿著所述軸承的表面測量的長度；以及一個(gè)聚合外殼，該聚合外殼在所述軸承體的接觸面上。
全文摘要
在具有旋轉(zhuǎn)臺架(24)和靜止臺架(22)的診斷系統(tǒng)中，軸承座圈(50)旋轉(zhuǎn)，其表面部分根據(jù)到旋轉(zhuǎn)軸線(A)的距離具有不同的線速度。錐形滾柱軸承(46)與軸承座圈(50)連接并且形成圓錐形，以便使速度與座圈(50)的可變的線性表面速度匹配。最好，座圈(50)包括兩個(gè)面，給接觸的軸承(46)提供軸向和徑向支撐面。在座圈(50)周圍成對地布置軸承(46)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(52)與軸承(46)中的一個(gè)連接，使臺架(24)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F16C19/38GK1684630SQ03822894
公開日2005年10月19日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者W·C·布倫內(nèi)特, R·B·夏普萊斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司