CN109557950B - 一种三维水箱水平面自动调平装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维水箱水平面自动调平装置及方法，该装置包括供三维水箱安装的水箱固定板和设置在所述水箱固定底部的调平机构，所述调平机构包括下支撑板和安装在下支撑板上的第一调平机构、第二调平机构和第三调平机构，所述第一调平机构和所述第二调平机构均包括圆形底座、丝杆调节机构和丝杆驱动机构，所述丝杆调节机构包括调节齿轮和丝杆；该方法包括以下步骤：一、三维水箱的安装及注水；二、空间直角坐标系的建立；三、三维水箱的斜度测量；四、机械精度的判断；五、三维水箱倾斜角度的获取；六、三维水箱的调平。本发明设计合理能快速、准确地对三维水箱进行调平，从而确保放射治疗效果。

Description

一种三维水箱水平面自动调平装置及方法
技术领域
本发明属于三维水箱水平面调节技术领域，尤其是涉及一种三维水箱水平面自动调平装置及方法。
背景技术
高速发展的计算机技术与放射生物学、放射物理学、粒子加速器小型化技术紧密结合而形成的现代精确放疗技术的出现与普及，不断催生出新的放疗理论、放疗设备、放疗成果。三维适形、调强适形(IMRT)、断层调强放疗系统、射波刀、质子加速器和重离子加速器等国际先进技术，治愈了众多的肿瘤病人，减轻了患者的病痛，提高了生存质量，使放射治疗作为肿瘤传统的三大治疗手段之一的地位大大提高。作为精确放疗技术主要的设备基础，数字化的医用电子直线加速器、放射治疗计划系统和三维水箱射线束剂量扫描测量系统等高精尖设备相辅相成，更多出现在各级医院的放疗科。据国家质量监督检验检疫总局的JJG589-2008医用电子加速器辐射源检定规程规定，临床使用的这些数据,应该定期测量与验证，TG-106号报告指出，加速器机器参数测量是整个放疗流程QA中不可缺少的一环。应该由一个合格的物理师定期检查并完成的一项工作，如果在机器更换大配件的时候，额外的测量与调试更是必须的，所以，对于医用直线加速器各项临床物理数据的测量、采集、调试、验收等工作，就必须用到三维水箱。在三维水箱的适用过程中，对水箱的水平面的调平工作是重中之重，现有的调平方式多采用水平仪与手动顶丝配合或者水平帽的目测方法，这两种方法都由于人为因素而引进误差，造成水箱摆位不准，水平面调节不准等结果，最终影响放射治疗设备的QA等环节的错误，影响治疗结果，严重可能造成延误治疗等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种三维水箱水平面自动调平装置，其设计合理且成本低，调平机构结构简单，能快速、准确地对三维水箱进行调平，方便放置在放射治疗设备上，从而确保放射治疗效果，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三维水箱水平面自动调平装置，其特征在于：包括供三维水箱安装且位于所述三维水箱底部的水箱固定板和设置在所述水箱固定底部的调平机构，所述调平机构包括下支撑板和安装在下支撑板上的第一调平机构、第二调平机构和第三调平机构，所述第一调平机构、所述第二调平机构和所述第三调平机构的中心围成以所述第三调平机构的中心为顶点的等边三角形，所述第一调平机构和所述第二调平机构的结构相同且呈对称布设，所述第一调平机构和所述第二调平机构均包括圆形底座、安装在圆形底座上的丝杆调节机构和驱动所述丝杆调节机构上下调节的丝杆驱动机构，所述丝杆调节机构包括安装在圆形底座上的调节齿轮和穿设在调节齿轮与圆形底座内的丝杆，所述丝杆的上端设置有与所述水箱固定板固定连接的调节座部件，所述调节座部件包括设置在丝杆上端的球头压板、安装在球头压板上的球头和套装在所述球头上的球头座，所述第三调平机构包括安装在下支撑板上的万向球头支撑杆和套装在万向球头支撑杆上的万向球头支座，所述球头座和万向球头支座均与所述水箱固定板固定连接。
上述的一种三维水箱水平面自动调平装置，其特征在于：所述丝杆驱动机构包括驱动电机、安装在驱动电机穿出下支撑板的输出轴上的驱动齿轮，所述下支撑板上设置有中间传动机构，所述中间传动机构包括滑动支撑块和安装在滑动支撑块上的中间传动齿轮，所述滑动支撑块的一侧设置有压簧，所述压簧远离滑动支撑块的一端设置有固定块，所述固定块安装在下支撑板上，所述固定块与圆形底座之间设置有间隙，所述驱动齿轮、中间传动齿轮和调节齿轮传动连接。
上述的一种三维水箱水平面自动调平装置，其特征在于：所述驱动齿轮、中间传动齿轮和调节齿轮上围设有传动链条，所述驱动齿轮、中间传动齿轮和调节齿轮的中心围成锐角三角形。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、准确性高、使用效果好的三维水箱水平面自动调平方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、三维水箱的安装及注水：
步骤101、将三维水箱安装在所述水箱固定板上，并将其整体放置在放射治疗设备上；其中，所述三维水箱内设置有水位传感器和带动水位传感器移动的三维调节机构，所述三维调节机构包括带动水位传感器沿所述三维水箱宽度方向移动的宽度方向调节机构、带动水位传感器沿所述三维水箱长度方向移动的长度方向调节机构和带动水位传感器沿所述三维水箱高度方向移动的高度调节机构；
步骤102、向所述三维水箱内注入去离子水，在向所述三维水箱内注入去离子水的过程中，直至所述三维水箱内的水位到达放射治疗设定处，停止向所述三维水箱内注入去离子水；
步骤二、空间直角坐标系的建立：以所述三维水箱中去离子水面所在的矩形中心为坐标原点O，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的长度方向平行的直线为X轴，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的宽度方向平行的直线为Y轴，过坐标原点O垂直于由X轴与Y轴构成的平面XOY指向水下为Z轴，建立空间直角坐标系；
步骤三、三维水箱的斜度测量：
步骤301、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D1处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P1、P2和P3处，并记录P1、P2和P3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P1的坐标记作P1(x1,y1,z1)、P2的坐标记作P2(x2,y2,z2)和P3的坐标记作P3(x3,y3,z3)，且P1、P2和P3不共线，P1、P2和P3构成平面P1P2P3，水深D1的取值为所述三维水箱高度的2/3；
步骤302、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P1、P2和P3处分别对应的Z1、Z2和Z3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z1和P1位于同一直线上，P2和Z2位于同一直线上，P3和Z3位于同一直线上，Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z′1)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，Z1、Z2和Z3构成平面Z1Z2Z3；
步骤303、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D2处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P4、P5和P6处，并记录P4、P5和P6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P4的坐标记作P4(x4,y4,z4)、P5的坐标记作P5(x5,y5,z5)和P6的坐标记作P6(x6,y6,z6)，且P4、P5和P6不共线，水深D2的取值为所述三维水箱高度的1/3；
步骤304、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P4、P5和P6处分别对应的Z4、Z5和Z6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z4和P4位于同一直线上，Z5和P5位于同一直线上，Z6和P6位于同一直线上，Z4的坐标记作Z4(x4,y4,z′4)、Z5的坐标记作Z5(x5,y5,z′5)和Z6的坐标记作Z6(x6,y6,z′6)；
步骤四、机械精度的判断：
判断是否成立，若/>成立，则所述三维水箱的机械精度满足要求，可进行调平；如果/>不成立，则报警提示需人工进行排查，所述三维水箱的机械精度不满足要求；其中，/>
步骤五、三维水箱倾斜角度的获取：
步骤501、根据Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z′1)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，得到和/>根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱中去离子水面的法向量其中，/>表示平面Z1Z2Z3中的一个向量，/>表示平面Z1Z2Z3中的另一个向量，·表示点乘；
步骤502、所述三维水箱底面上任三点在空间直角坐标系下的坐标分别Q1(xq1,yq1,zq1)、Q1(xq2,yq2,zq2)和Q3(xq3,yq3,zq3)，且Q1、Q2和Q3不共线；
步骤503、输入和根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱底面的法向量/>其中，/>表示所述三维水箱底面的一个向量，/>表示所述三维水箱底面的另一个向量；
步骤504、根据公式得到所述三维水箱的第一倾斜角度α；其中，表示所述三维水箱中去离子水面的法向量/>的模值，/>表示所述三维水箱底面的法向量/>的模值；
步骤505、根据公式并输入/>得到所述三维水箱的第二倾斜角度θ；其中，/>表示X轴和Z轴组成的平面XOZ的法向量/>的模值；
步骤六、三维水箱的调平：
步骤601、将第一调平机构中球头座记作第一球头座，将第二调平机构中球头座记作第二球头座；其中，所述第一球头座的中心T1位于所述直角坐标系的第一象限，所述第二球头座的中心T2位于所述直角坐标系的第四象限，万向球头支座的中心为G,GT1＝GT2，GT1表示第一球头座的中心与万向球头支座的中心的距离，GT2表示第二球头座的中心与万向球头支座的中心的距离；
步骤602、根据公式h1＝GO′×sinα，得到第一调平机构和第二调平机构的第一次调节距离h1；其中，O′为所述第一球头座的中心T1和所述第二球头座的中心T2连线的中心，所述中心O′、原点O1与万向球头支座的中心G均位于同一直线上，GO′表示万向球头支座的中心与中心O′的距离；
步骤603、当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度小于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆向下靠近下支撑板方向移动，丝杆向下靠近下支撑板方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向下靠近下支撑板方向移动距离h1；
当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度大于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆向上远离下支撑板方向移动，丝杆向上远离下支撑板方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向上远离下支撑板方向移动距离h1；
步骤604、对所述第一球头座的中心距离下支撑板的高度和所述第二球头座的中心距离下支撑板的高度进行判断，当所述第一球头座的中心距离下支撑板的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，执行步骤605和步骤606；否则，当所述第一球头座的中心距离下支撑板的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，执行步骤607和步骤608；
步骤605、当所述第一球头座的中心距离下支撑板的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，根据公式得到第二调平机构的第二次调节距离h2；其中，T1T2表示第一球头座的中心与第二球头座的中心的距离；
步骤606、当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度小于第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆带动所述第二球头座向下靠近下支撑板方向移动距离h2；
当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度大于第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆带动所述第二球头座向上远离下支撑板方向移动距离h2，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤607、当所述第一球头座的中心距离下支撑板的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板的高度时，根据公式得到第一调平机构的第二次调节距离h′2；
步骤608、当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度小于第一球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆带动所述第一球头座向下靠近下支撑板方向移动距离h′2；
当万向球头支座的中心距离下支撑板的高度大于第一球头座的中心距离下支撑板的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆带动所述第一球头座向上远离下支撑板方向移动距离h′2，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤609、重复步骤三至步骤六，直至h1＝h2＝0或者h1＝h′2＝0完成三维水箱的调平。
上述的方法，其特征在于：首先设置所述三维水箱调平的次数的初始值为零，并将所述三维水箱完成一次调平之后，将所述三维水箱调平的次数加1，获取所述三维水箱调平的总次数N，判断N＞3是否成立，当N＞3不成立时，重复步骤三至步骤六进行调平；当N＞3成立时，则提示人工进行排查，避免所述调平机构发生故障。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低。
2、所采用的调平机构包括第一调平机构、第二调平机构和第三调平机构，通过设置第三调平机构为万向球头支座，第一调平机构和第二调平机构为齿轮丝杆带动球头座上下移动，这样因为第三调平机构为万向自动调节机构，这样仅需要调节第一调平机构和第二调平机构就是第三调平机构随动调节，减少了调节的复杂性，且能确保三维水箱调平，成本低，且调节便捷。
3、所采用的第一调平机构和第二调平机构包括丝杆驱动机构和丝杆调节机构，以及设置在丝杆调节机构上的调节座部件，所述调节座部件包括球头座和球头压板，丝杆驱动机构驱动丝杆调节机构中的丝杆上下移动，在丝杆上下移动的过程中，调节座部件中球头座上下移动，从而使所述水箱固定底部上下移动，进而使三维水箱上下移动，实现了三维水箱沿宽度方向和沿长度方向的调平，可最大程度的确保三维水箱内水面水平。
4、所采用的三维水箱水平面自动调平方法步骤简单、实现方便且操作简便，确保三维水箱内水面调平的准确。
5、所采用的三维水箱水平面自动调平方法操作简便且使用效果好，三维水箱的安装及注水之后进行空间直角坐标系的建立，其次三维水箱的倾斜角度获取，通过多点测量以判断所述三维水箱的机械精度是否满足要求，如果所述三维水箱的机械精度满足要求，则进入调平，从而快速、准确地对通过调平机构对所述三维水箱进行调平，从而确保放射治疗效果。
综上所述，本发明设计合理且成本低，调平机构结构简单，能快速、准确地对三维水箱进行调平，方便放置在放射治疗设备上，从而确保放射治疗效果，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明三维水箱水平面自动调平装置的结构示意图。
图2为图1的主视图。
图3为本发明三维水箱水平面自动调平方法的流程框图。
图4为本发明P1、P2、P3、Z1、Z2和Z3点的结构示意图。
图5为本发明第一调节机构、第二调节机构和第三调节机构在所述三维水箱底面和直角坐标系中的位置示意图。
附图标记说明:
1—下支撑板； 2—驱动齿轮； 3—驱动电机；
4—调节齿轮； 5—圆形底座； 6—护罩；
7—球头压板； 8—球头座； 9—传动链条；
10—万向球头支座； 11—万向球头支撑杆； 12—第一调平机构；
13—第二调平机构； 14—丝杆； 15—中间传动齿轮；
16—固定块； 17—滑动支撑块； 18—压簧。
具体实施方式
如图1至图2所示的一种三维水箱水平面自动调平装置，包括供三维水箱安装位于所述三维水箱底部的水箱固定板和设置在所述水箱固定底部的调平机构，所述调平机构包括下支撑板1和安装在下支撑板1上的第一调平机构12、第二调平机构13和第三调平机构，所述第一调平机构12、所述第二调平机构13和所述第三调平机构的中心围成锐角三角形，所述第一调平机构12和所述第二调平机构13的结构相同且呈对称布设，所述第一调平机构12和所述第二调平机构13均包括圆形底座5、安装在圆形底座5上的丝杆调节机构和驱动所述丝杆调节机构上下调节的丝杆驱动机构，所述丝杆调节机构包括安装在圆形底座5上的调节齿轮4和穿设在调节齿轮4与圆形底座5内的丝杆14，所述丝杆14的上端设置有与所述水箱固定板固定连接的调节座部件，所述调节座部件包括设置在丝杆14上端的球头压板7、安装在球头压板7上的球头和套装在所述球头上的球头座8，所述第三调平机构包括安装在下支撑板1上的万向球头支撑杆11和套装在万向球头支撑杆11上的万向球头支座10，所述球头座8和万向球头支座10均与所述水箱固定板固定连接。
本实施例中，所述丝杆驱动机构包括驱动电机3、安装在驱动电机3穿出下支撑板1的输出轴上的驱动齿轮2，所述下支撑板1上设置有中间传动机构，所述中间传动机构包括滑动支撑块17和安装在滑动支撑块17上的中间传动齿轮15，所述滑动支撑块17的一侧设置有压簧18，所述压簧18远离滑动支撑块17的一端设置有固定块16，所述固定块16安装在下支撑板1上，所述固定块16与圆形底座5之间设置有间隙，所述驱动齿轮2、中间传动齿轮15和调节齿轮4传动连接。
本实施例中，所述驱动齿轮2、中间传动齿轮15和调节齿轮4上围设有传动链条9，所述驱动齿轮2、中间传动齿轮15和调节齿轮4的中心围成锐角三角形。
本实施例中，所述圆形底座5上还设置有护罩6，所述护罩6位于调节齿轮4的外部。
如图3、图4和图5所示的一种三维水箱水平面自动调平方法，包括以下步骤：
步骤一、三维水箱的安装及注水：
步骤101、将三维水箱安装在所述水箱固定板上，并将其整体放置在放射治疗设备上；其中，所述三维水箱内设置有水位传感器和带动水位传感器移动的三维调节机构，所述三维调节机构包括带动水位传感器沿所述三维水箱宽度方向移动的宽度方向调节机构、带动水位传感器沿所述三维水箱长度方向移动的长度方向调节机构和带动水位传感器沿所述三维水箱高度方向移动的高度调节机构；
步骤102、向所述三维水箱内注入去离子水，在向所述三维水箱内注入去离子水的过程中，直至所述三维水箱内的水位到达放射治疗设定处，停止向所述三维水箱内注入去离子水；
步骤二、空间直角坐标系的建立：以所述三维水箱中去离子水面所在的矩形中心为坐标原点O，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的长度方向平行的直线为X轴，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的宽度方向平行的直线为Y轴，过坐标原点O垂直于由X轴与Y轴构成的平面XOY指向水下为Z轴，建立空间直角坐标系；
步骤三、三维水箱的斜度测量：
步骤301、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D1处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P1、P2和P3处，并记录P1、P2和P3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P1的坐标记作P1(x1,y1,z1)、P2的坐标记作P2(x2,y2,z2)和P3的坐标记作P3(x3,y3,z3)，且P1、P2和P3不共线，P1、P2和P3构成平面P1P2P3，水深D1的取值为所述三维水箱高度的2/3；
步骤302、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板1方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P1、P2和P3处分别对应的Z1、Z2和Z3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z1和P1位于同一直线上，P2和Z2位于同一直线上，P3和Z3位于同一直线上，Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z′1)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，Z1、Z2和Z3构成平面Z1Z2Z3；
步骤303、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D2处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P4、P5和P6处，并记录P4、P5和P6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P4的坐标记作P4(x4,y4,z4)、P5的坐标记作P5(x5,y5,z5)和P6的坐标记作P6(x6,y6,z6)，且P4、P5和P6不共线，水深D2的取值为所述三维水箱高度的1/3；
步骤304、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板1方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P4、P5和P6处分别对应的Z4、Z5和Z6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z4和P4位于同一直线上，Z5和P5位于同一直线上，Z6和P6位于同一直线上，Z4的坐标记作Z4(x4,y4,z′4)、Z5的坐标记作Z5(x5,y5,z′5)和Z6的坐标记作Z6(x6,y6,z′6)；
步骤四、机械精度的判断：
判断是否成立，若/>成立，则所述三维水箱的机械精度满足要求，可进行调平；如果/>不成立，则报警提示需人工进行排查，所述三维水箱的机械精度不满足要求；其中，/>
步骤五、三维水箱倾斜角度的获取：
步骤501、根据Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z′1)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，得到和/>根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱中去离子水面的法向量其中，/>表示平面Z1Z2Z3中的一个向量，/>表示平面Z1Z2Z3中的另一个向量，·表示点乘；
步骤502、所述三维水箱底面上任三点在空间直角坐标系下的坐标分别Q1(xq1,yq1,zq1)、Q1(xq2,yq2,zq2)和Q3(xq3,yq3,zq3)，且Q1、Q2和Q3不共线；
步骤503、输入和根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱底面的法向量/>其中，/>表示所述三维水箱底面的一个向量，/>表示所述三维水箱底面的另一个向量；
步骤504、根据公式得到所述三维水箱的第一倾斜角度α；其中，表示所述三维水箱中去离子水面的法向量/>的模值，/>表示所述三维水箱底面的法向量/>的模值；
步骤505、根据公式并输入/>得到所述三维水箱的第二倾斜角度θ；其中，/>表示X轴和Z轴组成的平面XOZ的法向量/>的模值；
步骤六、三维水箱的调平：
步骤601、将第一调平机构12中球头座8记作第一球头座，将第二调平机构13中球头座8记作第二球头座；其中，所述第一球头座的中心T1位于所述直角坐标系的第一象限，所述第二球头座的中心T2位于所述直角坐标系的第四象限，万向球头支座10的中心为G,GT1＝GT2，GT1表示第一球头座的中心与万向球头支座10的中心的距离，GT2表示第二球头座的中心与万向球头支座10的中心的距离；
步骤602、根据公式h1＝GO′×sinα，得到第一调平机构12和第二调平机构13的第一次调节距离h1；其中，O′为所述第一球头座的中心T1和所述第二球头座的中心T2连线的中心，所述中心O′、原点O1与万向球头支座10的中心G均位于同一直线上，GO′表示万向球头支座10的中心与中心O′的距离；
步骤603、当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度小于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14向下靠近下支撑板1方向移动，丝杆14向下靠近下支撑板1方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向下靠近下支撑板1方向移动距离h1；
当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度大于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14向上远离下支撑板1方向移动，丝杆14向上远离下支撑板1方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向上远离下支撑板1方向移动距离h1；
步骤604、对所述第一球头座的中心距离下支撑板1的高度和所述第二球头座的中心距离下支撑板1的高度进行判断，当所述第一球头座的中心距离下支撑板1的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，执行步骤605和步骤606；否则，当所述第一球头座的中心距离下支撑板1的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，执行步骤607和步骤608；
步骤605、当所述第一球头座的中心距离下支撑板1的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，根据公式得到第二调平机构13的第二次调节距离h2；其中，T1T2表示第一球头座的中心与第二球头座的中心的距离；
步骤606、当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度小于第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14带动所述第二球头座向下靠近下支撑板1方向移动距离h2；
当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度大于第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14带动所述第二球头座向上远离下支撑板1方向移动距离h2，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤607、当所述第一球头座的中心距离下支撑板1的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板1的高度时，根据公式得到第一调平机构12的第二次调节距离h′2；
步骤608、当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度小于第一球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14带动所述第一球头座向下靠近下支撑板1方向移动距离h′2；
当万向球头支座10的中心距离下支撑板1的高度大于第一球头座的中心距离下支撑板1的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆14带动所述第一球头座向上远离下支撑板1方向移动距离h′2，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤609、重复步骤三至步骤六，直至h1＝h2＝0或者h1＝h′2＝0完成三维水箱的调平。
本实施例中，首先设置所述三维水箱调平的次数的初始值为零，并将所述三维水箱完成一次调平之后，将所述三维水箱调平的次数加1，获取所述三维水箱调平的总次数N，判断N＞3是否成立，当N＞3不成立时，重复步骤三至步骤六进行调平；当N＞3成立时，则提示人工进行排查，避免所述调平机构发生故障。
本实施例中，需要说明的是，在步骤二中建立的空间直角坐标系下，Z1、Z2和Z3以及Z4、Z5和Z6的纵坐标均为零，然而实际操作过程中，可根据建立的空间直角坐标系不同获取纵坐标。
本实施例中，需要说明的是，P4、P5和P6不共线，P4、P5和P6构成平面P4P5P6，Z4、Z5和Z6不共线，Z4、Z5和Z6构成平面Z4Z5Z6。
本实施例中，需要说明的是，平面P1P2P3、平面Z1Z2Z3、平面P4P5P6和平面Z4Z5Z6均与所述三维水箱中去离子水面平行。
本实施例中，所述第一调平机构12、所述第二调平机构13和所述第三调平机构的中心围成以第三调平机构的中心为顶点的等边锐角三角形，第一是因为锐角三角形的稳定性较高，从而提高三维水箱的稳定性，避免三维水箱倾斜而增加了调平时间；第二，是为了在调节某一个调平机构时，另外两个调平机构与三维水箱的连接处作为支撑点，对三维水箱进行支撑固定，进而逐步实现调平；第三，是因为所述第三调平机构应该位于第一调平机构12和所述第二调平机构13之间，才能在第一调平机构12和所述第二调平机构13调节时而随动，以调节三维水箱调节范围。
本实施例中，万向球头支撑杆11的设置，是为了配合丝杆调节机构的设置，从而便于增加万向球头支座10的高度而适应三维水箱和水箱固定板的安装；另外，是为了便于万向球头支座10的安装，且能使万向球头支座10绕万向球头支撑杆11的顶部进行竖直方向和水平方向的转动，实现万向调节；另外，万向球头支撑杆11和万向球头支座10的接触面积较大，能实现对较重且盛有去离子水的三维水箱的支撑；其次，万向球头支座10在实际载重过程中，既能受拉，又能受压和受剪，提高了第三调平机构的稳定性。
本实施例中，所述第一调平机构12和所述第二调平机构13均包括圆形底座、丝杆调节机构、丝杆驱动机构；设置丝杆调节机构，是因为丝杆调节机构结构紧凑，且具有反行程自锁，所以在调平机构调节之后不会惯性变动，提高了调节的准确性；另外传动平稳，噪声低，便于医疗设备的采用。
本实施例中，圆形底座5的设置，第一为了调节齿轮4的安装，是为了给调节齿轮4一定的安装高度，从而配合所述丝杆驱动机构伸出下支撑板1顶面的高度；第二是为了供护罩6的安装，从而对调节齿轮4和传动链条9进行保护，一方面，是为了对传动链条9进行限位，减少调节齿轮4的相对滑动；另一方面，是为了对避免灰尘堆积在调节齿轮4上，增加了调节齿轮4和传动链条9的摩擦力，降低了调节齿轮4和传动链条9的耐磨性；第三，是为了丝杆调节机构中丝杆的安装，以使丝杆的中心与圆形底座5的中心重合，从而确保丝杆安装垂直，以使确保丝杆的调节高度准确。
本实施例中，所述丝杆调节机构包括调节齿轮4和丝杆14，第一，是为了将调节齿轮4的圆周运动转换为丝杆14的直线运动；第二，是因为圆形底座5的设置便于安装调节齿轮4，通过将调节齿轮4平装在圆形底座5的上表面，减少丝杆调节机构的安装高度；第三，设置丝杆14是因为调节齿轮4的内部和圆形底座5的内部具有安装空间，能有效容纳丝杆14的安装，因为丝杆14的外圆周螺纹与调节齿轮4的内圆周螺纹配合，便于将调节齿轮4的圆周运动转换为丝杆14的直线运动，且能有效地利用安装空间，使得整体机构紧凑。
本实施例中，所述调节座部件包括球头压板7、球头和套装在所述球头上的球头座8，设置球头压板7，第一是为了给所述球头提供一个安装腔，从而使所述球头安装在丝杆14上端；第二是为了配合所述球头座8，以对所述球头座8进行限位，从而避免球头座8沿垂直方向摆动；所述球头的设置，是为了所述球头座8的安装，以使所述球头座8能绕所述球头水平方向转动，避免在所述三维水箱调节的过程中因所述球头座8硬连接而造调平机构的损害。
本实施例中，设置所述中间传动机构，第一，是为了将驱动齿轮2和调节齿轮4传动连接，便于通过驱动齿轮2带动调节齿轮4的转动，从而实现丝杆14高度的调节；第二，是因为如果驱动齿轮2和调节齿轮4直接传动连接，调节过程中如果传动链条9变紧，会加速链条和齿轮件的磨损，一方面会造成调平机构的损害，另一方面会造成驱动电机3负载加大,降低调平机构和驱动电机3的使用寿命；另外避免调节过程中如果传动链条9变松，造成链条下垂，不能有效地确保驱动齿轮2的动力传递至调节齿轮4；第三，是因为驱动齿轮2和调节齿轮4直接传动连接传动动力小，齿轮承载的作用力大；第四，是为了通过所述中间传动机构限位，避免驱动齿轮2随驱动电机3输出轴发生偏移，而驱动齿轮2和丝杆14发生偏移，提高调节的准确度。
本实施例中，固定块16的设置，是为了通过对压簧18的一端进行限位而对滑动支撑块17进行限位，进而实现对中间传动齿轮15的限位；且固定块16距离圆形底座5有一定的间距，是为了滑动支撑块17距离圆形底座5有一定的间距，从而便于对驱动齿轮2和调节齿轮4进行限位；压簧18的设置，是为了使滑动支撑块17能随着压簧18收缩或者伸长而实现滑动支撑块17靠近或者远离调节齿轮4，进而实现传动过程中传动链条9松紧的调节，以使驱动齿轮、中间传动齿轮15、调节齿轮4和传动链条9适当配合，提高第一调节机构和第二调节机构的稳定性和使用寿命。
本实施例中，所述驱动齿轮2、中间传动齿轮15和调节齿轮4的中心围成锐角三角形，第一，是因为中间传动齿轮15位于两个调节齿轮4和驱动齿轮2之间，便于平衡驱动齿轮2的偏移，从而确保调节齿轮4、丝杆14和圆形底座5的同轴布设，第二，是因为中间传动齿轮15便于快速调节传动链条9，以使传动链条9变松或者变紧，提高调节的快速性。
综上所述，本发明设计合理且成本低，调平机构结构简单，能快速、准确地对三维水箱进行调平，方便放置在放射治疗设备上，从而确保放射治疗效果，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种三维水箱水平面自动调平装置，其特征在于：包括供三维水箱安装且位于所述三维水箱底部的水箱固定板和设置在所述水箱固定底部的调平机构，所述调平机构包括下支撑板(1)和安装在下支撑板(1)上的第一调平机构(12)、第二调平机构(13)和第三调平机构，所述第一调平机构(12)、所述第二调平机构(13)和所述第三调平机构的中心围成以所述第三调平机构的中心为顶点的等边三角形，所述第一调平机构(12)和所述第二调平机构(13)的结构相同且呈对称布设，所述第一调平机构(12)和所述第二调平机构(13)均包括圆形底座(5)、安装在圆形底座(5)上的丝杆调节机构和驱动所述丝杆调节机构上下调节的丝杆驱动机构，所述丝杆调节机构包括安装在圆形底座(5)上的调节齿轮(4)和穿设在调节齿轮(4)与圆形底座(5)内的丝杆(14)，所述丝杆(14)的上端设置有与所述水箱固定板固定连接的调节座部件，所述调节座部件包括设置在丝杆(14)上端的球头压板(7)、安装在球头压板(7)上的球头和套装在所述球头上的球头座(8)，所述第三调平机构包括安装在下支撑板(1)上的万向球头支撑杆(11)和套装在万向球头支撑杆(11)上的万向球头支座(10)，所述球头座(8)和万向球头支座(10)均与所述水箱固定板固定连接；
所述丝杆驱动机构包括驱动电机(3)、安装在驱动电机(3)穿出下支撑板(1)的输出轴上的驱动齿轮(2)，所述下支撑板(1)上设置有中间传动机构，所述中间传动机构包括滑动支撑块(17)和安装在滑动支撑块(17)上的中间传动齿轮(15)，所述滑动支撑块(17)的一侧设置有压簧(18)，所述压簧(18)远离滑动支撑块(17)的一端设置有固定块(16)，所述固定块(16)安装在下支撑板(1)上，所述固定块(16)与圆形底座(5)之间设置有间隙，所述驱动齿轮(2)、中间传动齿轮(15)和调节齿轮(4)传动连接；
所述驱动齿轮(2)、中间传动齿轮(15)和调节齿轮(4)上围设有传动链条(9)，所述驱动齿轮(2)、中间传动齿轮(15)和调节齿轮(4)的中心围成锐角三角形；
所述第三调平机构应该位于第一调平机构(12)和所述第二调平机构(13)之间，才能在第一调平机构(12)和所述第二调平机构(13)调节时而随动。
2.一种利用如权利要求1所述的装置对三维水箱水平面进行自动调平的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、三维水箱的安装及注水：
步骤101、将三维水箱安装在所述水箱固定板上，并将其整体放置在放射治疗设备上；其中，所述三维水箱内设置有水位传感器和带动水位传感器移动的三维调节机构，所述三维调节机构包括带动水位传感器沿所述三维水箱宽度方向移动的宽度方向调节机构、带动水位传感器沿所述三维水箱长度方向移动的长度方向调节机构和带动水位传感器沿所述三维水箱高度方向移动的高度调节机构；
步骤102、向所述三维水箱内注入去离子水，在向所述三维水箱内注入去离子水的过程中，直至所述三维水箱内的水位到达放射治疗设定处，停止向所述三维水箱内注入去离子水；
步骤二、空间直角坐标系的建立：以所述三维水箱中去离子水面所在的矩形中心为坐标原点O，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的长度方向平行的直线为X轴，过坐标原点O且与所述三维水箱中去离子水面所在的矩形的宽度方向平行的直线为Y轴，过坐标原点O垂直于由X轴与Y轴构成的平面XOY指向水下为Z轴，建立空间直角坐标系；
步骤三、三维水箱的斜度测量：
步骤301、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D1处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P1、P2和P3处，并记录P1、P2和P3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P1的坐标记作P1(x1,y1,z1)、P2的坐标记作P2(x2,y2,z2)和P3的坐标记作P3(x3,y3,z3)，且P1、P2和P3不共线，P1、P2和P3构成平面P1P2P3，水深D1的取值为所述三维水箱高度的2/3；
步骤302、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板(1)方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P1、P2和P3处分别对应的Z1、Z2和Z3在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z1和P1位于同一直线上，P2和Z2位于同一直线上，P3和Z3位于同一直线上，Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z′1)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，Z1、Z2和Z3构成平面Z1Z2Z3；
步骤303、通过高度调节机构调节水位传感器向水下移动至水深D2处，并通过所述宽度方向调节机构和所述长度方向调节机构调节水位传感器调节依次至P4、P5和P6处，并记录P4、P5和P6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，P4的坐标记作P4(x4,y4,z4)、P5的坐标记作P5(x5,y5,z5)和P6的坐标记作P6(x6,y6,z6)，且P4、P5和P6不共线，水深D2的取值为所述三维水箱高度的1/3；
步骤304、通过高度调节机构调节水位传感器向上远离下支撑板(1)方向移动，至所述水位传感器刚好露出去离子水面时，并依次记作与P4、P5和P6处分别对应的Z4、Z5和Z6在所述空间直角坐标系下的坐标；其中，Z4和P4位于同一直线上，Z5和P5位于同一直线上，Z6和P6位于同一直线上，Z4的坐标记作Z4(x4,y4,z′4)、Z5的坐标记作Z5(x5,y5,z′5)和Z6的坐标记作Z6(x6,y6,z′6)；
步骤四、机械精度的判断：
判断是否成立，若/>成立，则所述三维水箱的机械精度满足要求，可进行调平；如果/>不成立，则报警提示需人工进行排查，所述三维水箱的机械精度不满足要求；其中，/>
步骤五、三维水箱倾斜角度的获取：
步骤501、根据Z1的坐标记作Z1(x1,y1,z1′)、Z2的坐标记作Z2(x2,y2,z′2)和Z3的坐标记作Z3(x3,y3,z′3)，得到和/>根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱中去离子水面的法向量/>其中，/>表示平面Z1Z2Z3中的一个向量，/>表示平面Z1Z2Z3中的另一个向量，·表示点乘；
步骤502、所述三维水箱底面上任三点在空间直角坐标系下的坐标分别为Q1(xq1,yq1,zq1)、Q1(xq2,yq2,zq2)和Q3(xq3,yq3,zq3)，且Q1、Q2和Q3不共线；
步骤503、输入和/>根据公式/>并设定/>得到所述三维水箱底面的法向量/>其中，/>表示所述三维水箱底面的一个向量，/>表示所述三维水箱底面的另一个向量；
步骤504、根据公式得到所述三维水箱的第一倾斜角度α；其中，/>表示所述三维水箱中去离子水面的法向量/>的模值，/>表示所述三维水箱底面的法向量/>的模值；
步骤505、根据公式并输入/>得到所述三维水箱的第二倾斜角度θ；其中，/>表示X轴和Z轴组成的平面XOZ的法向量/>的模值；
步骤六、三维水箱的调平：
步骤601、将第一调平机构(12)中球头座(8)记作第一球头座，将第二调平机构(13)中球头座(8)记作第二球头座；其中，所述第一球头座的中心T1位于所述直角坐标系的第一象限，所述第二球头座的中心T2位于所述直角坐标系的第四象限，万向球头支座(10)的中心为G,GT1＝GT2，GT1表示第一球头座的中心与万向球头支座(10)的中心的距离，GT2表示第二球头座的中心与万向球头支座(10)的中心的距离；
步骤602、根据公式h1＝GO′×sinα，得到第一调平机构(12)和第二调平机构(13)的第一次调节距离h1；其中，O′为所述第一球头座的中心T1和所述第二球头座的中心T2连线的中心，所述中心O′、原点O与万向球头支座(10)的中心G均位于同一直线上，GO′表示万向球头支座(10)的中心与中心O′的距离；
步骤603、当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度小于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)向下靠近下支撑板(1)方向移动，丝杆(14)向下靠近下支撑板(1)方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向下靠近下支撑板(1)方向移动距离h1；
当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度大于所述第一球头座和第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)向上远离下支撑板(1)方向移动，丝杆(14)向上远离下支撑板(1)方向移动带动所述第一球头座和所述第二球头座均向向上远离下支撑板(1)方向移动距离h1；
步骤604、对所述第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度和所述第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度进行判断，当所述第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，执行步骤605和步骤606；否则，当所述第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，执行步骤607和步骤608；
步骤605、当所述第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度小于所述第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，根据公式得到第二调平机构(13)的第二次调节距离h2；其中，T1T2表示第一球头座的中心与第二球头座的中心的距离；
步骤606、当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度小于第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)带动所述第二球头座向下靠近下支撑板(1)方向移动距离h2；
当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度大于第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)带动所述第二球头座向上远离下支撑板(1)方向移动距离h2，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤607、当所述第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度大于所述第二球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，根据公式得到第一调平机构(12)的第二次调节距离h2′；
步骤608、当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度小于第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)带动所述第一球头座向下靠近下支撑板(1)方向移动距离h2′；
当万向球头支座(10)的中心距离下支撑板(1)的高度大于第一球头座的中心距离下支撑板(1)的高度时，所述丝杆驱动机构驱动丝杆(14)带动所述第一球头座向上远离下支撑板(1)方向移动距离h2′，完成所述三维水箱的一次调平；
步骤609、重复步骤三至步骤六，直至h1＝h2＝0或者h1＝h2′＝0完成三维水箱的调平。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：首先设置所述三维水箱调平的次数的初始值为零，并将所述三维水箱完成一次调平之后，将所述三维水箱调平的次数加1，获取所述三维水箱调平的总次数N，判断N＞3是否成立，当N＞3不成立时，重复步骤三至步骤六进行调平；当N＞3成立时，则提示人工进行排查，避免所述调平机构发生故障。
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