基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置，每個(gè)葉片上均設(shè)有一根信號(hào)采集光纖，沿平行于葉片長(zhǎng)度的方向布線，靠近葉片頭部位置的光纖端面垂直對(duì)準(zhǔn)葉片表面，且光纖端面與葉片上表面之間存在一定的間隙；多葉準(zhǔn)直器的每個(gè)葉片上表面均設(shè)有周期性的明暗相間的條紋；該裝置還包括信號(hào)處理電路，與所述信號(hào)采集光纖連接，將采集的光纖信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理得到脈沖信號(hào)，并對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；該裝置還包括運(yùn)動(dòng)方向采集電路，與驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的自帶編碼器連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高精度的葉片定位，并保證了定位裝置在輻射環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
【專利說明】
基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及葉片定位裝置，尤其涉及一種基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在精確放療中，需要在靶區(qū)的投影方向上盡可能精確形成與靶區(qū)形狀一致的照射野，因此對(duì)照射野形狀的精確性有較高的要求。
[0003]多葉準(zhǔn)直器是用來產(chǎn)生適形輻射野的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，俗稱多葉光柵、多葉光闌等等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，多葉準(zhǔn)直器是目前實(shí)現(xiàn)精確放療射野形狀的最主要設(shè)備。多葉準(zhǔn)直器葉片運(yùn)動(dòng)位置的精確程度直接影響照射野形狀的精確性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)多葉準(zhǔn)直器的定位主要采用電容屏式反饋或者磁柵反饋式，但是接觸式定位裝置會(huì)與葉片接觸并發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，容易造成器件的磨損，因此接觸式定位裝置的使用壽命短、定位可靠性也較差。非接觸式主要采用紅寶石配合CCD相機(jī)定位方式，該非接觸方式由于CCD相機(jī)長(zhǎng)期處于輻射環(huán)境中，CCD芯片容易失效，需要經(jīng)常更換CCD相機(jī)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中接觸式定位裝置的使用壽命短、定位可靠性也較差的缺陷，以及非接觸式需要CCD芯片容易失效，需要經(jīng)常更換CCD相機(jī)的缺陷，提供一種非接觸式的基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]提供一種基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置，包括一根信號(hào)采集光纖，沿平行于葉片長(zhǎng)度的方向布線，靠近葉片頭部位置的光纖端面垂直對(duì)準(zhǔn)葉片表面，且光纖端面與葉片上表面之間存在一定的間隙；多葉準(zhǔn)直器的葉片上表面設(shè)有周期性的明暗條紋結(jié)構(gòu)；
[0008]該裝置還包括信號(hào)處理電路，與所述信號(hào)采集光纖連接，將采集的光纖信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理得到脈沖信號(hào)，并對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)；
[0009]該裝置還包括運(yùn)動(dòng)方向采集電路，與驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的自帶編碼器連接。
[0010]本實(shí)用新型所述的裝置中，所述信號(hào)采集光纖貼在原多葉準(zhǔn)直器安裝電容屏的位置。
[0011 ]本實(shí)用新型所述的裝置中，所述周期性的明暗條紋的周期為0.01-0.2_。
[0012]本實(shí)用新型所述的裝置中，光纖端面與葉片上表面之間的間隙為0.01-0.5mm。
[0013]本實(shí)用新型所述的裝置中，所述信號(hào)處理電路包括順次連接的整形電路、微分電路和計(jì)數(shù)器，所述整形電路與所述信號(hào)采集光纖連接。
[0014]本實(shí)用新型所述的裝置中，所述信號(hào)采集光纖為抗輻射光纖。
[0015]本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是:本實(shí)用新型通過非接觸式的葉片定位裝置來對(duì)多葉準(zhǔn)直器的葉片進(jìn)行定位，從而避免了器件的磨損。通過在葉片表面制作精密的周期性明暗條紋結(jié)構(gòu)，根據(jù)光纖的反射信號(hào)記錄光纖經(jīng)過每一個(gè)光柵之后所獲得的反射光信號(hào)的個(gè)數(shù)，從而得到葉片相對(duì)于光纖頭的位移量。通過運(yùn)動(dòng)方向采集電路，從電機(jī)自帶編碼器的反饋信號(hào)中獲得電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信息，再通過判斷驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)就可獲得葉片的運(yùn)動(dòng)方向信息，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的葉片定位，并保證了定位裝置在輻射環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。
【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)采集光纖安裝在多葉準(zhǔn)直器上的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例單根信號(hào)采集光纖的輸出的反射信號(hào)示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0021]本實(shí)用新型實(shí)施例的基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置，如圖1所示，每個(gè)葉片3上均設(shè)有一根信號(hào)采集光纖I，沿平行于葉片長(zhǎng)度的方向布線，靠近葉片頭部位置的光纖端面垂直對(duì)準(zhǔn)葉片表面，且光纖端面與葉片上表面之間存在一定的間隙；多葉準(zhǔn)直器的每個(gè)葉片上表面均設(shè)有周期性的明暗相間的條紋結(jié)構(gòu)2，信號(hào)采集光纖垂直于葉片表面布置。該裝置還包括信號(hào)處理電路，與信號(hào)采集光纖連接，將采集的光纖信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理，得到葉片移動(dòng)方向的脈沖信號(hào)，并根據(jù)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)得到葉片在周期性明暗相間的條紋結(jié)構(gòu)上移動(dòng)的條紋個(gè)數(shù)，根據(jù)條紋個(gè)數(shù)以及條紋寬度，就可以得到葉片移動(dòng)的距離。
[0022]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置可以僅包括一個(gè)總的信號(hào)處理電路，同時(shí)處理不同葉片對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集光纖的信號(hào)。多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置也可以包括多個(gè)信號(hào)處理電路，每一個(gè)分別處理信號(hào)采集光纖的信號(hào)。
[0023]該裝置還包括運(yùn)動(dòng)方向采集電路，與電機(jī)的自帶編碼器連接，葉片的運(yùn)動(dòng)方向信息可通過判斷驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)獲得，電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信息可從電機(jī)自帶編碼器的反饋ig號(hào)中獲得。
[0024]本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例中，采取光柵光電讀數(shù)的方式，通過在葉片3表面制作精密的刻度(即周期性的明暗相間條紋結(jié)構(gòu)2)，記錄光纖經(jīng)過每一個(gè)條紋之后所獲得的反射光脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，從而得到葉片相對(duì)于光纖頭的位移量。
[0025]光纖可安裝在原先多葉準(zhǔn)直器的電容屏的位置上，以取代電容屏。光纖的端面垂直對(duì)準(zhǔn)葉片的上表面。傳輸光纖貼著電容屏位置，并沿著平行于葉片長(zhǎng)度的方向走線，到靠近葉片頭部位置再向下，垂直對(duì)準(zhǔn)葉片表面。光纖端面與葉片上表面的距離為0.01-0.5mm，如可設(shè)計(jì)為0.1mm，以保證反射光被光纖有效的收集。在葉片前后移動(dòng)時(shí)，這個(gè)距離盡可能保持不變，防止收集的反射光的強(qiáng)弱變化，形成干擾信號(hào)。
[0026]葉片上表面的周期性明暗相間條紋結(jié)構(gòu)，能夠在光纖與葉片相對(duì)移動(dòng)時(shí)，使光纖的反射光的光強(qiáng)形成周期性的變化，其周期在0.01-0.2_之間。
[0027]根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)定位精度的需求，為了實(shí)現(xiàn)±0.3mm的重復(fù)定位精度，葉片表面的明暗相間條紋結(jié)構(gòu)的周期需要盡量的小。由于單模光纖的模場(chǎng)直徑(MFD)為10.5±1.0nm，數(shù)值孔徑(NA)—般為0.14，也就是說光纖的出射光的單邊發(fā)散角大約為8度。那么對(duì)于距離光纖端面0.1mm的地方，光纖的出射光的光斑直徑大約為0.028_。
[0028]出射光經(jīng)過葉片表面反射后，回到光纖端面的位置，部分光被光纖收集，作為反射信號(hào)傳輸?shù)胶罄m(xù)的系統(tǒng)。光纖對(duì)反射光的收集能力是由光纖的數(shù)值孔徑(NA)決定的。也就是說，只有在光纖纖芯范圍，入射角小于8度的光能被光纖收集。因此，實(shí)際上在0.028mm直徑的光斑范圍內(nèi)，只有中央的直徑小于10.5微米的光斑能夠被反射到光纖從而被收集。因此，理論上，只要葉片表面明暗相間條紋結(jié)構(gòu)的周期不小于這個(gè)值，光纖就可以通過反射光強(qiáng)的變化識(shí)別出條紋的移動(dòng)。
[0029]因此對(duì)于通信光纖而言，其能識(shí)別0.0lmm的光斑變化，因此為了實(shí)現(xiàn)±0.3mm的重復(fù)定位精度，要將明暗相間條紋結(jié)構(gòu)的尺寸做到盡量小于這個(gè)值的十倍。
[0030]當(dāng)光纖與葉片發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的時(shí)候，由于葉片表面條紋的明暗結(jié)構(gòu)，使得光纖所收集的反射光信號(hào)會(huì)發(fā)生強(qiáng)弱的變化。如圖2所示，反射光每到達(dá)一個(gè)峰值，就表示葉片移動(dòng)了一個(gè)條紋的周期的距離，如可通過計(jì)數(shù)的方式來進(jìn)行葉片的位移測(cè)量。但是這樣只能獲得移動(dòng)的距離的大小，并不能得到移動(dòng)方向的信息。
[0031]為了能夠判別葉片的移動(dòng)方向，通過判斷驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)獲得，電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信息從電機(jī)自帶編碼器的反饋信號(hào)中獲得。
[0032]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，光纖中的光信號(hào)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，由整形電路整形，得到方波。再經(jīng)過微分電路處理，得到可以供計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)用的脈沖信號(hào)。如圖3的框圖所示，信號(hào)處理電路包括順次連接的整形電路、微分電路和計(jì)數(shù)器，整形電路與信號(hào)采集光纖連接。
[0033]根據(jù)系統(tǒng)總體性能指標(biāo)，考慮系統(tǒng)冗余系數(shù)為4，則葉片移動(dòng)速度達(dá)到80mm/s。如果葉片表面的明暗相間條紋結(jié)構(gòu)周期設(shè)計(jì)為0.01mm，則所產(chǎn)生的反射光的信號(hào)頻率為8000Hz，而一般的光電二極管的響應(yīng)頻率基本上都在10kHz以上，因此能夠很好的探測(cè)每個(gè)明暗相間條紋結(jié)構(gòu)周期產(chǎn)生的信號(hào)。
[0034]對(duì)于葉片所處的伽馬射線的輻照環(huán)境可能會(huì)對(duì)光纖器件造成的影響，一方面將原先的電容屏做成輻射保護(hù)的材料，另一方面選取抗輻射光纖作為傳輸光纖，以降低輻射對(duì)光纖傳輸損耗的影響。
[0035]目前，長(zhǎng)飛(YOFC)等公司都具有成熟的抗輻射光纖產(chǎn)品。比如長(zhǎng)飛公司的抗輻射單模光纖，根據(jù)TIA/EIA 455—64標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，其在總劑量50krad，劑量率為0.lrad/s的連續(xù)脈沖福照下，在1310nm窗口的附加損耗是小于3dB/km的。這樣的光纖對(duì)于醫(yī)用伽馬福射環(huán)境，加上相應(yīng)的輻射保護(hù)，可以保證光纖信號(hào)傳輸長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)作。
[0036]本實(shí)用新型通過計(jì)數(shù)的方式來進(jìn)行葉片的位移測(cè)量，其定位的精度主要決定于葉片表面的刻度的精密程度。由于光纖的數(shù)值孔徑和纖芯模場(chǎng)直徑都足夠的小，使得光纖在收集入射光時(shí)的空間分辨力度較大。如前面所討論的，單模光纖能分辨0.0lmm的光斑。因此，用光纖定位的方式，可以達(dá)到0.0 Imm量級(jí)的精度。
[0037]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于紋理特征的多葉準(zhǔn)直器葉片定位裝置，其特征在于，每個(gè)葉片上均設(shè)有一根信號(hào)采集光纖，沿平行于葉片長(zhǎng)度的方向布線，靠近葉片頭部位置的光纖端面垂直對(duì)準(zhǔn)葉片表面，且光纖端面與葉片上表面之間存在一定的間隙；多葉準(zhǔn)直器的每個(gè)葉片上表面均設(shè)有周期性的明暗相間條紋結(jié)構(gòu)； 該裝置還包括信號(hào)處理電路，與所述信號(hào)采集光纖連接，將采集的光纖信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并處理得到脈沖信號(hào)，并對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)； 該裝置還包括運(yùn)動(dòng)方向采集電路，與驅(qū)動(dòng)葉片的電機(jī)的自帶編碼器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集光纖貼在原多葉準(zhǔn)直器安裝電容屏的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述周期性的明暗條紋的周期為0.0l-0.2mmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，光纖端面與葉片上表面之間的間隙為0.01-0.5mmο5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理電路包括順次連接的整形電路、微分電路和計(jì)數(shù)器，所述整形電路與所述信號(hào)采集光纖連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集光纖為抗輻射光纖。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK205486166SQ201620064925
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】羅博, 劉書輝, 劉濤, 李沨, 歐陽杰, 桂睿凡
【申請(qǐng)人】武漢恒力華振科技有限公司