CN102436860A - 医用放射性籽源自动生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用放射性籽源自动生产设备。该设备主要通过源壳容器芯体的自动进位，采用对心式源壳夹头机构自动夹紧源壳；带有放射性源芯的自动排序及单根下料，由顶针自动将源芯顶入源壳内，对心式源壳夹头机构自动转入焊接工位进行自动定位，完成自动焊接；通过气动式源壳卸料收集机构完成自动卸料与收集。

Description

医用放射性籽源自动生产设备

技术领域

本发明属于医用放射性材料制备技术领域，具体涉及一种医用放射性籽源自动生产设备。

背景技术

放射性同位素的应用已深入到生物医学、遗传工程、材料科学等多个领域，其中医学应用最为活跃，主要表现为肿瘤的诊断与治疗。I¹²⁵籽源进行前列腺近距离治疗这项技术在欧、美等国家已得到广泛应用，显示出了重大的经济和社会效应，在我国的应用收到较好的效果，为了进一步推广应用逐渐形成产业，造福肿瘤患者，放射性籽源的制备生产成为目前人们研究的焦点。

作为植入人体内近距离治疗用低能辐射源，I¹²⁵籽源的特点是射线射程短，在合理布置人体内辐射仅对病灶组成织起作用，而对邻近正常组织辐射损伤少，避免了体外放射治疗时大量损伤正常组织的缺点，因而很大程度减小了放射治疗产生的副作用。

I¹²⁵籽源是把放射性同位素源芯装在源壳中，两端焊接密封形成微小I¹²⁵籽源。

中国专利数据库公开了韩国原子力研究院名称为《I-125籽源钛管的激光焊接装置和方法》（专利申请号CN200710140752.8）的发明专利技术 ，该发明专利技术公开了一种激光焊接装置以及激光焊接方法，该激光焊接装置用于用激光光束(B)焊接I-125籽源钛管，以制造包括钛(Ti)管的很小的密封的放射源，I-125放射源放置在所述钛管中，使用该激光焊接装置执行激光焊接方法。该装置包括：保持夹具，用于保持所述I-125籽源钛管；旋转夹具，连接到所述保持夹具的一侧，从而使保持夹具转动给定的角度；以及冷却盘，分别放置在保持夹具的上表面和下表面上。该发明专利技术仅涉及医用放射性I¹²⁵籽源生产的一个环节，未见到完整的生产设备。

现有技术的医用放射性I¹²⁵籽源生产大多是采用手工操作，操作人员将带有放射性的微小源芯装入一端密封的微小源壳中，采用手工操作对源壳另一端进行焊接密封。手工操作主要有以下缺陷：操作人员手工近距离操作放射性，所受的辐射剂量较大，易对操作人员造成辐射伤害；操作人员手工焊接，完全依赖操作人员的经验，产品质量的稳定性无法保证，合格率低；手工裝源操作效率低，不能满足规模生产的需求。

发明内容

为了解决现有技术中医用放射性I¹²⁵籽源生产大多是采用手工操作，安全性差的不足，本发明提供一种医用放射性籽源自动生产设备。

本发明的医用放射性籽源自动生产设备，其特点是，所述的设备含有机身、Y 向直线运动模组、Z向气动夹紧单元、源壳容器、定位模块、间歇式源壳顶出机构、对心式源壳夹头机构、Z向气动机构、离心导向机构、源芯顶送机构、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块、X向直线运动模组、气动式源壳卸料收集机构、集成控制系统；上述部分组成了源壳自动下料装夹工位、源芯自动装入源壳工位、激光自动焊接工位和自动卸料工位；机身分上下两层，上层安装Y 向直线运动模组、Z向气动夹紧单元、源壳容器、定位模块间歇式源壳顶出机构、源芯离心导向机构、顶送机构、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块、气动式源壳卸料收集机构，下层安装X向直线运动模组；在X向直线运动模组上安装Z向气动夹紧机构；在Z向气动机构上安装对心式源壳夹头机构；源壳自动下料装夹工位中的源壳容器通过定位模块与Z向气动夹紧单元自动定位并锁紧；计算机发出信号，Y 向直线运动模组拖动源壳容器芯体移动，Z向气动机构带动对心式源壳夹头机构上升，间歇式源壳顶出机构顶出源壳容器芯体内一端焊好的源壳到对心式源壳夹头机构中，完成源壳的自动装夹；Z向气动机构带动对心式源壳夹头机构下降，X向直线运动模组带动对心式源壳夹头机构运动到源芯自动装入源壳工位，Z向气动机构带动对心式源壳夹头机构上升，离心导向机构启动，源芯沿下料轨道单根进入旋转取料盘，旋转取料盘在水平方向旋转180⁰，源芯顶送机构将源芯自动顶入到源壳内，完成源芯的自动装入源壳内；Z向气动机构带动对心式源壳夹头机构下降，X向直线运动模组带动对心式源壳夹头机构运动到自动焊接工位，Z向气动夹紧机构带动对心式源壳夹头机构上升，激光焊机启动，Z向可调光纤耦合镜出光，完成自动焊接；Z向气动机构带动对心式源壳夹头机构下降，X向直线运动模组带动对心式源壳夹头机构运动到自动卸料和收集工位，气动式源壳卸料收集机构启动，取下对心式源壳夹头机构中焊好的源壳（即籽源）放入收集容器中，完成整个过程的自动化生产。

所述的源壳容器由源壳容器盒体与源壳容器芯体组成，源壳容器盒体与源壳容器芯体通过弹簧与滚珠机构固定连接，源壳容器芯体采用相互垂直的两排孔，由两只位置传感器实现源壳出料口的位置精确定位；剑式机械手放入源壳容器，采用X向两维弹性对夹，Y方向利用平面对位；剑式机械手夹持源壳容器进入定位位置后，源壳容器与Y定位面贴紧,实现定位误差；夹紧力可通过调节夹紧钢球的前推弹簧实现；源壳容器夹紧后，源壳的送料驱动推杆顶住源壳容器芯体，Z向气动夹紧单元向下锁紧源壳容器；源壳容器夹紧时测定安装位置，将源壳容器的位置参数上传到控制计算机，使源壳出料口中心准确与对心式源壳夹头机构中的弹性芯柱的中心重合。

所述的对心式源壳夹头机构由弹性芯柱与浮动套筒组成，弹性芯柱与浮动套筒采用中心对称的结构防止源壳脉冲热流冲击变形；弹性芯柱安装在浮动对中平台上，浮动对中平台从机械结构上保证对中精度，该浮动对中平台是一个XY两维方向自动微调的平台，XY方向调节方式是机械弹性调节，调节距离微小；当Z向气动机构向上运动时，浮动套筒锥通过机身上板内共轭锥面配合，浮动套筒弹簧压缩，弹性芯柱张开，接收源壳；当Z向气动机构回退向下运动时，浮动套筒被弹簧压紧向上移动，弹性芯柱夹紧源壳；浮动套筒锥通过与上板内外共轭锥面配合，以控制同轴度误差。

所述的浮动对中平台包括X向弹性模组、Y向弹性模组底板、滚珠板，浮动对中平台受Z向气动机构驱动下向上运动时，浮动套筒的锥面与机身上板的定位锥孔配合，浮动平台通过X向弹性模组、Y向弹性模组作用，在XY方向上做微小的运动，实现精密定位，使对心式源壳夹头机构的轴线与送料孔轴线重合。

所述的离心导向机构由旋转送料震动盘、源芯下料轨道组成，源芯离心导向机构采用离心导向技术对无序堆放的源芯进行排序出料；旋转送料震动盘旋转源芯受到离心力作用排序，从旋转送料震动盘的切向出料口送出；源芯下料轨道光纤传感器（或色标传感器）检测到源芯被推出出料口后，发出信号，限位向气动单元来回移动送取源芯；使源芯单根沿下料轨道进入旋转平台的取料孔；当检测到源芯进入旋转平台的取料孔后，发出信号，旋转平台水平面旋转180⁰，源芯对准源壳中心，源芯在Z向气动顶出源芯单元的顶针推送下，装入源壳。

所述的气动式源壳卸料及收集机构由气动夹头单元、浮动摆动气动机构、籽源收集容器组成，浮动摆动气动机构的气动机构向上运动，使焊接好的籽源进入气动夹头单元中，气动夹头单元夹持焊好的源壳并卸下籽源，气动夹头旋转180⁰，松开使籽源落入下方的收集容器。

本发明的设备机身其功能是装载各个机构，将各个工位有机地结合在一起，实现整个过程的自动化生产。

本发明中的源壳自动下料装夹工位：包括源壳容器、定位模块、间歇式源壳顶出机构。其功能是实现源壳自动装入对心式源壳夹头中。

源芯自动装入源壳工位：包括对心式源壳夹头机构、源芯离心导向机构、顶送机构。其功能是实现源芯自动装入源壳中。

激光自动焊接工位：包括激光焊机可调光纤耦合镜及固定安装模块。其功能是实现源壳的自动焊接密封。

自动卸料工位：包括气动式源壳卸料收集机构。其功能是实现籽源的自动卸料与收集。

源壳容器：包括源壳容器盒体、源壳容器芯体。壳容器盒体其功能是装载源壳容器芯体并实现在源壳下料工位的定位；源壳容器芯体其功能是装存源壳，并在源壳容器盒体内移动。

定位模块：包括X向两维弹性对夹、Z向气动夹紧单元。X向两维弹性对夹

其功能保持源壳容器的精确定位；Z向气动夹紧单元其功能是源壳容器的锁紧或松开。

Y 向直线运动单元：其功能是实现拖动源壳容器容器芯体精确移动。

间歇式源壳顶出机构：其功能是通过顶针上下移动实现将源壳容器容器芯体中源壳自动装入对心式源壳夹头机构的夹头中。

对心式源壳夹头机构：包括弹性芯柱、浮动套筒、浮动对中平台、Z向气动机构。弹性芯柱其功能是实现自动夹紧一端密封焊好的源壳及松开另一端密封焊好的籽源；浮动套筒其功能是实现弹性芯柱的夹紧与松开；浮动对中平台其功能是实现对心式源壳夹头在源芯装入源壳工位时的自动微调对中；Z向气动机构其功能是实现对心式源壳夹头的上下移动。

源芯离心导向机构：包括旋转送料震动盘单元、源芯下料轨道。旋转送料震动盘单元其功能是实现源芯有序导向及送出；源芯下料轨道功能是实现源芯的定向移动。

源壳顶送机构：包括源限位气动单元、Z向气动源芯顶出单元。限位气动单元其功能是控制源芯在源芯下料轨道中单根下料； Z向气动源芯顶出单元其功能是通过顶针上下移动实现将源芯自动装入源壳中。

旋转平台：其功能是实现将单根源芯在水平方向上旋转180⁰，到达对心式源壳夹头上方位置等待装入源壳。

激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块：包括Z向可调光纤耦合镜、二维调节支架。Z向可调光纤耦合镜其功能是实现激光焊机耦合镜与源壳焊接端距离的微调，并输出激光能量进行自动焊接；二维调节支架其功能是实现激光焊机耦合镜与源壳焊接端的对心。

气动式源壳卸料及收集机构：包括气动夹头单元、浮动摆动气动机构 、源壳收集容器。气动夹头单元其功能是实现对籽源的夹持；浮动摆动气动机构其功能是实现气动夹头单元在竖直平面上摆动180⁰；源壳收集容器其功能是实现对籽源收集。

X向直线运动模组：包括直线运动模组和步进电机。直线运动模组其功能是实现将对心式源壳夹头机构在四个的工位相互衔接；步进电机其功能是实现驱动

对心式源壳夹头机构在X方向上来回精确运动。

集成控制系统：控制系统主要由电动，气动和信号检测组成。其功能是实现

四个工位相互衔接的控制。

本发明通过将生产设备安装在铅屏蔽工作箱中，实现源壳的自动装夹、带有放射性的源芯自动装入源壳、自动焊接和自动收集，有效提高了籽源制造的自动化生产水平，降低了对操作人员的依赖性，减少了操作人员的辐射剂量，有效地保证了操作人员的辐射安全，提高了产品质量。

附图说明

图1 为本发明的自动生产设备的总体结构示意图。

图2为本发明中的源壳容器的结构示意图。

图3为本发明中的自动定位模块及间歇式源壳顶出机构的结构示意图。

图4为本发明中的对心式源壳夹头机构的结构示意图。

图5为本发明中的浮动对中平台的结构示意图。

图6为本发明中的源芯离心导向机构的结构示意图。

图7为本发明中的激光焊机可调光纤耦合镜及二维调节支架的结构示意图。

图8为本发明中气动式源壳卸料及收集机构的结构示意图。

图9为本发明中的控制系统总体结构图。

图中，1.机身    2.Y 向直线运动单元     3.Z向气动夹紧单元     4.源壳容器     5.定位模块     6.间歇式源壳顶出机构     7.对心式源壳夹头机构     8.Z向气动机构     9.离心导向机构     10.源芯顶送机构     11.激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块     12.X向直线运动模组     13.气动式源壳卸料收集机构     14.源壳容器盒体     15.弹簧     16.滚珠     17.源壳容器芯体     18.弹性芯柱     19.浮动套筒     20.浮动对中平台     21.X向弹性模组     22.Y向弹性模     23.组滚珠板     24.底板     25.旋转送料震动盘     26.源芯下料轨道     27.限位气动单元     28.Z向气动源芯顶出单元     29.旋转平台     30.Z向可调光纤耦合镜     31.二维调节支架     32.气动夹头单元     33.浮动摆动气动机构     34.收集容器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的详细描述。

在图1～图8中，本发明设备中，含有机身1、Y 向直线运动模组2、Z向气动夹紧单元3、源壳容器4、定位模块5、间歇式源壳顶出机构6、对心式源壳夹头机构7、Z向气动机构8、离心导向机构9、源芯顶送机构10、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块11、X向直线运动模组12、气动式源壳卸料收集机构13、集成控制系统；机身1分上下两层，上层安装Y 向直线运动模组2、Z向气动夹紧单元3、源壳容器4、定位模块5间歇式源壳顶出机构6、源芯离心导向机构9、顶送机构10、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块11、气动式源壳卸料收集机构13，下层安装X向直线运动模组12；在X向直线运动模组12上安装Z向气动夹紧机构8；在Z向气动机构8上安装对心式源壳夹头机构7；源壳自动下料装夹工位中的源壳容器4通过定位模块5与Z向气动夹紧单元3自动定位并锁紧；计算机发出信号，Y 向直线运动模组2拖动源壳容器芯体移动，Z向气动机构8带动对心式源壳夹头机构7上升，间歇式源壳顶出机构6顶出源壳容器芯体内一端焊好的源壳到对心式源壳夹头机构7中，完成源壳的自动装夹；Z向气动机构8带动对心式源壳夹头机构7下降，X向直线运动模组12带动对心式源壳夹头机构7运动到源芯自动装入源壳工位，Z向气动机构8带动对心式源壳夹头机构7上升，离心导向机构9启动，源芯沿下料轨道27单根进入旋转取料盘29，旋转取料盘29在水平方向旋转180⁰，源芯顶送机构10将源芯自动顶入到源壳内，完成源芯的自动装入源壳内；Z向气动机构8带动对心式源壳夹头机构7下降，X向直线运动模组12带动对心式源壳夹头机构7运动到自动焊接工位，Z向气动夹紧机构8带动对心式源壳夹头机构7上升，激光焊机启动，设置在二维调节支架31上的Z向可调光纤耦合镜30出光，如图7所示，完成自动焊接；Z向气动机构8带动对心式源壳夹头机构7下降，X向直线运动模组12带动对心式源壳夹头机构7运动到自动卸料和收集工位，气动式源壳卸料收集机构13启动，取下对心式源壳夹头机构7中焊好的源壳（即籽源）放入收集容器34中，完成整个过程的自动化生产。

所述的源壳容器4由源壳容器盒体14与源壳容器芯体17组成，源壳容器盒体14与源壳容器芯体17通过弹簧与滚珠机构固定连接，源壳容器芯体17采用相互垂直的两排孔，由两只位置传感器实现源壳出料口的位置精确定位；剑式机械手放入源壳容器4，采用X向两维弹性对夹，Y方向利用平面对位；剑式机械手夹持源壳容器4进入定位位置后，源壳容器4与Y定位面贴紧,实现定位误差；夹紧力可通过调节夹紧钢球的前推弹簧实现；源壳容器4夹紧后，源壳的送料驱动推杆顶住源壳容器芯体17，Z向气动夹紧单元3向下锁紧源壳容器4；源壳容器4夹紧时测定安装位置，将源壳容器4的位置参数上传到控制计算机，使源壳出料口中心准确与对心式源壳夹头机构4中的弹性芯柱18的中心重合。

所述的对心式源壳夹头机构7由弹性芯柱18与浮动套筒19组成，弹性芯柱18与浮动套筒19采用中心对称的结构防止源壳脉冲热流冲击变形；弹性芯柱18安装在浮动对中平台20上，浮动对中平台20从机械结构上保证对中精度，该浮动对中平台20是一个XY两维方向自动微调的平台，XY方向调节方式是机械弹性调节，调节距离微小；当Z向气动机构8向上运动时，浮动套筒19锥通过机身上板内共轭锥面配合，浮动套筒19弹簧压缩，弹性芯柱18张开，接收源壳；当Z向气动机构8回退向下运动时，浮动套筒19被弹簧压紧向上移动，弹性芯柱18夹紧源壳；浮动套筒19锥通过与上板内外共轭锥面配合，以控制同轴度误差。

所述的浮动对中平台20包括X向弹性模组21、Y向弹性模组22底板23、滚珠板24，浮动对中平台20受Z向气动机构8驱动下向上运动时，浮动套筒19的锥面与机身上板的定位锥孔配合，浮动平台通过X向弹性模组21、Y向弹性模组22作用，在XY方向上做微小的运动，实现精密定位，使对心式源壳夹头机构7的轴线与送料孔轴线重合。

所述的离心导向机构9由旋转送料震动盘25、源芯下料轨道26组成，源芯离心导向机构9采用离心导向技术对无序堆放的源芯进行排序出料；旋转送料震动盘25旋转源芯受到离心力作用排序，从旋转送料震动盘25的切向出料口送出；源芯下料轨道26光纤传感器（或色标传感器）检测到源芯被推出出料口后，发出信号，限位向气动单元28来回移动送取源芯；使源芯单根沿下料轨道26进入旋转平台29的取料孔；当检测到源芯进入旋转平台29的取料孔后，发出信号，旋转平台29水平面旋转180⁰，源芯对准源壳中心，源芯在Z向气动顶出源芯单元28的顶针推送下，装入源壳。

所述的气动式源壳卸料及收集机构13由气动夹头单元32、浮动摆动气动机构33、籽源收集容器34组成，浮动摆动气动机构33的气动机构向上运动，使焊接好的籽源进入气动夹头单元32中，气动夹头单元32夹持焊好的源壳并卸下籽源，气动夹头旋转180⁰，松开使籽源落入下方的收集容器34。

图2中，源壳容器4由源壳容器盒体14和源壳容器容器芯体17组成。源壳尺寸：外径0.8mm,内径0.7mm,长6.3±0.2mm。源壳一端焊接后，长度在5.5mm±0.1mm。源壳由人工装填入源壳容器容器芯体17，每次装填50根。装入源壳时，将源壳容器4倒放，推出源壳容器容器芯体17，在直径为0.9mm孔内装入源壳，然后将源壳推入源壳容器盒体14内，弹簧锁紧机构即自行对容器芯体17进行机械式锁紧，防止源壳容器芯体17松开致使源壳散落。源壳容器4U形底板中间的凹槽用于用户使用剑式机械手夹持容器，放到铅屏蔽工作箱的工作位置夹紧或从工作位置卸下。源壳容器盒体14与源壳容器容器芯体17采用弹簧与滚珠机构的方式夹紧，以保证柔性精度，源壳容器容器芯体17采用相互垂直的两排孔，由两只位置传感器实现源壳出料口的位置精确定位。

图3中，在铅屏蔽工作箱中用剑式机械手将源壳容器4放入工作位置。剑式机械手放入源壳容器4，采用X向两维弹性对夹，Y方向利用平面对位。剑式机械手夹持源壳容器4进入定位位置后，源壳容器盒体14与Y定位面贴紧,实现定位误差。夹紧力可通过调节夹紧钢球的前推弹簧实现；源壳容器4夹紧后，源壳的送料驱动推杆顶住源壳容器芯体17，Z向气动夹紧单元3向下锁紧源壳容器4；采用两只位置传感器实现源壳出料口的位置精确定位。一旦源壳容器盒体14夹紧即测定安装位置，将源壳容器4的位置参数上传到控制计算机，使源壳出料口能准确与对心式源壳夹头机构7的中心对位。源壳容器4取出时，Z向气动夹紧单元3上松开源壳容器4，剑式机械手夹住源壳容器4拔出即可，剑式机械手拉力克服钢球夹紧力即可取出源壳容器4；源壳容器芯体移动，通过Y 向直线运动单元2正反向两维运动实现；其原点和限位由光纤传感器（或色标传感器）控制，移动距离采用增量光电编码盘测定形成反馈。推杆退回时，源壳容器芯体端部的稀土磁体产生吸合力，拉动源壳容器盒芯到初始位置，然后在挡板断面处受到机械限位与推杆脱开。间歇式源壳顶出机构6的顶出单元采用                                                

0.8mm的精密顶针实现。顶针布置在源壳容器盒体14的顶部，直线模组后退时，顶针在弹簧推动下恢复到初始位置。顶针向下运动顶出源壳时，送料口的反射式光纤强度调制传感器检测到源壳出料，并将该信号发送到控制计算机。

在图4、图5中，弹性芯柱18与浮动套筒19采用中心对称的结构防止源壳脉冲热流冲击变形。弹性芯柱18安装在浮动对中平台20上，浮动对中平台20从机械结构上保证对中精度，该平台是一个XY两维方向自动微调的平台，XY方向调节方式是机械弹性调节，调节距离微小。当Z向气动机构8向上运动时，浮动套筒19锥通过机身上板内共轭锥面配合，浮动套筒19向下移动压缩弹簧，弹性芯柱夹头18张开，接收源壳；当Z向气动机构8退回向下运动时，浮动套筒19被弹簧压紧向上移动，弹性芯柱18夹紧源壳。浮动套筒19锥通过与机身上板内外共轭锥面配合，以控制同轴度误差。该源壳对心式源壳夹头机构7是一种容差较大的精密定心方式。微动的浮动对中平台20由X向弹性模组21、Y向弹性模组22、滚珠板23、底板24组成。浮动对中平台20受Z向气动机构8驱动上下运动。向上运动时，源壳对心式源壳夹头机构7的机身上板的锥面进入定位锥孔，浮动平台通过X向弹性模组21、Y向弹性模组22作用，在XY方向上做微小的运动，使浮动套筒19锥面与机身上板定位锥孔对中配合，实现精密定位，弹性芯柱18的轴线与送料孔轴线重合。发送信号到控制计算机，间歇式源壳顶出机构6自动将源壳顶入到对心式源壳夹头机构7中，完成源壳的装夹。

在图6中，离心导向机构9采用离心导向技术对无序堆放的源芯进行排序出料。旋转送料震动盘25旋转源芯受到离心力作用排序并切向出料口送出。源芯下料轨道26光纤传感器（或色标传感器）检测到一根源芯被推出出料口后，发出信号，限位向气动单元来回移动送取源芯。使源芯单根沿下料轨道进入旋转送料盘的取料孔。当检测到源芯进入旋转平台30的取料盘的料孔后，发出信号，取料盘平面旋转180⁰，源芯对准源壳中心，源芯在Z向气动源芯顶出单元28的顶针推送下，装入源壳，完成源芯的装夹入源壳。

在图8中，浮动摆动气动机构33在气动单元32的驱动下向上运动，使焊接好的籽源进入气动夹头中。气动夹头夹持焊好的源壳并卸下籽源，.浮动摆动气动机构33旋转180⁰，松开使籽源落入下方的收集容器34，完成籽源的收集。

本发明的自动生产设备中X向直线运动模组：直线运动平台由THK直线运动模组和步进电机驱动组成。THK直线运动模组具有运行平稳，运动精度高，寿命长等优点。夹头水平运动平台由THK-TR30H直线模组及SST43D2065驱动电机组成，直线模组防尘设计，丝杆导程为7mm，步进电机的步进角为1.8度，经步进电机驱动器64细分，模块单脉冲对应的直线运动距离为4.7E-4(mm)，分辨率为4.7E-4(mm)，考虑较低速度运转情况下的脉冲数误差≤2 pulse，因此源壳芯移动的定位误差远小于0.01（mm），符合精度要求。水平运动定位机构的原点为机械接触开关，可靠性高。夹头水平运动采用开环控制，定位精度由丝杆精度及电动运动精度保证。一定距离发送脉冲数由以下公式给出：

其中：P为发送脉冲数，L为需要移动的距离，h为丝杆导程，

为步进电机步进角，64为步进电机驱动器细分数。

本发明的自动生产设备中Y向直线运动单元：直线运动平台由 THK-TR20H及SST43D2100步进电机组成，源壳送料采用步进电机驱动的THK精密直线模组带动电磁铁运动，丝杆导程为1mm,用Keyence激光对射传感器实现闭环控制,步进电机步进角为1.8度，步进电机经细分后一个脉冲电机旋转1.8/64度，理论脉冲当量为7.81E-05（mm），即使在较低速度运转情况下的脉冲数误差≤2 pulse，因此源壳芯移动的定位误差远小于0.01（mm），符合精度要求。定位机构的原点为机械接触开关，可靠性高。

本发明的自动生产设备中的自动生产设备中间歇式源壳顶出机构中的运动单元，采用SMC短行程气缸作为垂直运动平台。汽缸附有导向杆，提供夹头上下靠位的动力。净化的压缩气体经过节流阀调节后，驱动汽缸上下运动。夹头的垂直靠紧锥套的运动平稳可靠。气缸控制主要由IO板输出一信号控制该气缸的电磁阀。电磁阀为二位五口，能控制气缸上下动作。

本发明的自动生产设备中旋转平台，由步进电机带动转盘旋转，步进电机步进角为1.8度，步进电机经细分后一个脉冲电机旋转1.8/64度，旋转定位精度能够保证。旋转盘复位原点采用光纤检测，用Keyence激光对射传感器实现原点检测,旋转盘到原点，光纤检测量由高电平变为低电平。转盘旋转一周也采用光纤定位检测，光纤检测信号直接连接运动控制卡的正负限位信号。当光纤传感器动作，运动控制卡检测到低电平信号，电机停止转动，转盘到位。

本发明的自动生产设备中的对心式源壳夹头机构Z向气动机构，采用SMC短行程气缸作为垂直运动平台。汽缸附有导向杆，提供夹头上下靠位的动力。净化的压缩气体经过节流阀调节后，驱动汽缸上下运动。夹头的垂直靠紧锥套的运动平稳可靠。气缸控制主要由IO板输出一信号控制该气缸的电磁阀。电磁阀为二位五口，能控制气缸上下动作。

本发明的自动生产设备中的源芯分料、单根下料及振动盘控制，在IO板卡上取一输出O信号，控制继电器，将振动盘电源信号连接于继电器常开端口，信号输出O为低电平里继电器动作吸合，振动盘供电开始振动。源芯单根下料，由气缸顶针和单根下料光纤检测控制，气缸选用亚德客品牌气缸，行程为10mm,检测光纤用Keyence激光对射传感器。气缸顶针孔与光纤检测孔相隔4mm,源芯长度为3mm,气缸正常状态下处于关闭状态即源芯处于被阻挡状态。单根下料时，气缸顶针打开，第一根源芯正常通过，当光纤检测到有源芯从其中通过时，触发气缸顶针关闭，第二根源芯即被阴挡。当源芯顺得落入转盘孔中，源芯是否落入转盘孔中，采用Keyence激光反射传感器进行检测，光纤头型号为FU-E11,聚焦为5mm,焦点直径仅为0.1mm,当源芯落入孔中，光纤头接收到光量发生巨大变化，通过设置合适光纤接收光量域值，能有效检测出源芯是否落入孔中。

图9为本发明的控制系统总体结构图，图9中，控制系统主要由电动、气动和信号检测三部分组成。系统各个动作都由计算机控制系统（工控机）进行总控制。电动部分包括两直线运动模块的运动控制及源芯自动装入源壳工位转盘运动控制。气动部分在各个工位都涉及到，主要用于源壳夹头的升起、顶针动作、源壳夹取卸料等，具有动作迅速，控制简单优点。信号检测用于检测直线运动模块原点信号，单根源芯下料检测。状态显示，操作界面采用VC++6.0平台基于MFC编写。系统控制软件采用VC++平台编写。具有界面美观、操作方便、稳定性高、能够实时反映装置运行状态等优点。由于该系统所需存储的数据量不大，系统控制软件采用注册表方式对数据进行保存，第次运行程序，保存数据将自动调入软件程序中。工控的成套机和液晶显示器作为系统的控制软件运行机，运动控制卡安装在工控计算机PCI插槽内，为系统提供可靠稳定的控制平台。

Claims (6)

1.一种医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的设备含有机身（1）、Y 向直线运动模组（2）、Z向气动夹紧单元（3）、源壳容器（4）、定位模块（5）、间歇式源壳顶出机构（6）、对心式源壳夹头机构（7）、Z向气动机构（8）、离心导向机构（9）、源芯顶送机构（10）、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块（11）、X向直线运动模组（12）、气动式源壳卸料收集机构（13）、集成控制系统；上述部分组成了源壳自动下料装夹工位、源芯自动装入源壳工位、激光自动焊接工位和自动卸料工位；机身（1）分上下两层，上层安装Y 向直线运动模组（2）、Z向气动夹紧单元（3）、源壳容器（4）、定位模块（5）间歇式源壳顶出机构（6）、源芯离心导向机构（9）、顶送机构（10）、激光焊机可调光纤耦合镜固定安装模块（11）、气动式源壳卸料收集机构（13），下层安装X向直线运动模组（12）；在X向直线运动模组（12）上安装Z向气动夹紧机构（8）；在Z向气动机构（8）上安装对心式源壳夹头机构（7）；源壳自动下料装夹工位中的源壳容器（4）通过定位模块（5）与Z向气动夹紧单元（3）自动定位并锁紧；计算机发出信号，Y 向直线运动模组（2）拖动源壳容器芯体移动，Z向气动机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）上升，间歇式源壳顶出机构（6）顶出源壳容器芯体内一端焊好的源壳到对心式源壳夹头机构（7）中，完成源壳的自动装夹；Z向气动机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）下降，X向直线运动模组（12）带动对心式源壳夹头机构（7）运动到源芯自动装入源壳工位，Z向气动机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）上升，离心导向机构（9）启动，源芯沿下料轨道（27）单根进入旋转取料盘（29），旋转取料盘（29）在水平方向旋转180⁰，源芯顶送机构（10）将源芯自动顶入到源壳内，完成源芯的自动装入源壳内；Z向气动机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）下降，X向直线运动模组（12）带动对心式源壳夹头机构（7）运动到自动焊接工位，Z向气动夹紧机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）上升，激光焊机启动，Z向可调光纤耦合镜（30）出光，完成自动焊接；Z向气动机构（8）带动对心式源壳夹头机构（7）下降，X向直线运动模组（12）带动对心式源壳夹头机构（7）运动到自动卸料和收集工位，气动式源壳卸料收集机构（13）启动，取下对心式源壳夹头机构（7）中焊好的源壳放入收集容器（34）中，完成整个过程的自动化生产。

2.根据权利要求1 所述的医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的源壳容器（4）由源壳容器盒体（14）与源壳容器芯体（17）组成，源壳容器盒体（14）与源壳容器芯体（17）通过弹簧与滚珠机构固定连接，源壳容器芯体（17）采用相互垂直的两排孔，由两只位置传感器实现源壳出料口的位置精确定位；剑式机械手放入源壳容器（4），采用X向两维弹性对夹，Y方向利用平面对位；剑式机械手夹持源壳容器（4）进入定位位置后，源壳容器（4）与Y定位面贴紧,实现定位误差；夹紧力可通过调节夹紧钢球的前推弹簧实现；源壳容器（4）夹紧后，源壳的送料驱动推杆顶住源壳容器芯体（17），Z向气动夹紧单元（3）向下锁紧源壳容器（4）；源壳容器（4）夹紧时测定安装位置，将源壳容器（4）的位置参数上传到控制计算机，使源壳出料口中心准确与对心式源壳夹头机构（4）中的弹性芯柱（18）的中心重合。

3.根据权利要求1 所述的医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的对心式源壳夹头机构（7）由弹性芯柱（18）与浮动套筒（19）组成，弹性芯柱（18）与浮动套筒（19）采用中心对称的结构防止源壳脉冲热流冲击变形；弹性芯柱（18）安装在浮动对中平台（20）上，浮动对中平台（20）从机械结构上保证对中精度，该浮动对中平台（20）是一个XY两维方向自动微调的平台，XY方向调节方式是机械弹性调节，调节距离微小；当Z向气动机构（8）向上运动时，浮动套筒（19）锥通过机身上板内共轭锥面配合，浮动套筒（19）弹簧压缩，弹性芯柱（18）张开，接收源壳；当Z向气动机构（8）回退向下运动时，浮动套筒（19）被弹簧压紧向上移动，弹性芯柱（18）夹紧源壳；浮动套筒（19）锥通过与上板内外共轭锥面配合，以控制同轴度误差。

4.根据权利要求3 所述的医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的浮动对中平台（20）包括X向弹性模组（21）、Y向弹性模组（22）底板（23）、滚珠板（24），浮动对中平台（20）受Z向气动机构（8）驱动下向上运动时，浮动套筒（19）的锥面与机身上板的定位锥孔配合，浮动平台通过X向弹性模组（21）、Y向弹性模组（22）作用，在XY方向上做微小的运动，实现精密定位，使对心式源壳夹头机构（7）的轴线与送料孔轴线重合。

5.根据权利要求1 所述的医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的离心导向机构（9）由旋转送料震动盘（25）、源芯下料轨道（26）组成，源芯离心导向机构（9）采用离心导向技术对无序堆放的源芯进行排序出料；旋转送料震动盘（25）旋转源芯受到离心力作用排序，从旋转送料震动盘（25）的切向出料口送出；源芯下料轨道（26）光纤传感器（或色标传感器）检测到源芯被推出出料口后，发出信号，限位向气动单元（28）来回移动送取源芯；使源芯单根沿下料轨道（26）进入旋转平台（29）的取料孔；当检测到源芯进入旋转平台（29）的取料孔后，发出信号，旋转平台（29）水平面旋转180⁰，源芯对准源壳中心，源芯在Z向气动顶出源芯单元（28）的顶针推送下，装入源壳。

6.根据权利要求1 所述的医用放射性籽源自动生产设备，其特征在于，所述的气动式源壳卸料及收集机构（13）由气动夹头单元（32）、浮动摆动气动机构（33）、籽源收集容器（34）组成，浮动摆动气动机构（33）的气动机构向上运动，使焊接好的籽源进入气动夹头单元（32）中，气动夹头单元（32）夹持焊好的源壳并卸下籽源，气动夹头旋转180⁰，松开使籽源落入下方的收集容器（34）。

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