CN110755757B - 一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器，包含底盖、壳体、顶盖、第一固定块、第二固定块、缩放机构、丝盘、转子、定子、压电陶瓷和若干预紧螺栓；缩放机构包含第一挡块、第二挡块。工作时，压电陶瓷使得定子上表面产生行波，由摩擦力带动转子转动，同时丝盘跟随转子转动，进而带动第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动，使通光孔闭合或扩大。通过调整各个预紧螺栓能够调整底盖和壳体下端之间的间距，进而调整定子上各个驱动齿和转子之间的预压力。本发明通过压电驱动，结构紧凑，丝盘上的母螺纹的螺距越小，调节精度越高。

Description

一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体是一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器。

背景技术

射治疗是将放射线集中于患病部位进行局部治疗的方法，是目前治疗肿瘤最重要的方法之一。准直器作为调节射线放射范围的部件，在放射治疗过程中有着重要的作用。

美国专利US4450578公布了一由用四个挡块组成的的准直器，各挡块从边缘关联，在中心形成方形的射野区。通过传动机构驱动两个相对挡块沿对角线同步运动，另外两个依靠摩擦力被迫运动，形成可变的方形射野。由于链条、带传动机构的存在，并且只驱动其中两个挡块，致使准直器的变野精度不高，且需要较大的驱动功率。

美国专利US2008019484A1公开了一种准直器，它是由两个凸轮轴形成的准直器构成，并且有两台电机单独控制，调整射线束的宽度和射线束的中心位置。它需要两个驱动器，同时是利用丝杠传动控制光闸板运动，传动部件增多，存在结构复杂，占用空间大，成本高的问题。

中国专利CN107583207A公布了一种超声电机驱动可变野准直器，有超声电机、机架外壳和挡块组成，挡块与超声电机之前通过连杆连接，通过超声电机的直线运动带动挡块的径向运动。由于连杆和挡块、连杆和超声电机的连接处存在缝隙致使挡块的运动精度不高，并且该发明装置体积较大。

中国专利CN107610799A公布了一种基于超声电机驱动的六边形可变野准直器，挡块之间采用同步钢带传动，其中一个挡块与超声电机相接触。该方法需要较大的驱动功率，并且由于挡块之间的连接公差，导致射野的精度不高。

现有的可变野准直器都是通过连杆或滑块之间联动的方法调节挡块位置，这些连接方式致使挡块的运动精度低，体积较大，结构复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器，包含底盖、壳体、顶盖、第一固定块、第二固定块、缩放机构、丝盘、转子、定子、压电陶瓷和若干预紧螺栓；

所述顶盖呈圆环状；所述壳体为上下开口的空心圆柱；所述壳体的上端和所述顶盖的下端面固连，使得壳体和顶盖同轴；

所述第一固定块、第二固定块均为柱体，外侧面呈圆弧状、内侧面呈平面；所述第一固定块、第二固定块的上端面均和所述顶盖的下端面固连，第一固定块、第二固定块的外侧面均和所述壳体的内壁相抵，且第一固定块、第二固定块的内侧面相互平行；

所述壳体两侧分别设有供缩放机构伸出的第一缺口、第二缺口，所述第一缺口、第二缺口呈弧面，且第一缺口内壁两侧的平面和第一固定块的内侧面在同一平面，第二缺口内壁两侧的平面和第二固定块的内侧面在同一平面；

所述第一固定块的内侧面上设有相互平行的第一滑槽、第二滑槽，所述第二固定块的内侧面上分别设有相互平行的第三滑槽、第四滑槽，所述第一至第四滑槽均延伸至第一缺口、第二缺口的内壁上；

所述丝盘包含调整部和连接部；所述调整部呈圆环状，其上端面设有螺旋状的母螺纹；所述连接部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述调整部下端面的内侧边缘固连，使得调整板和连接部同轴；

所述缩放机构包含第一挡块、第二挡块；所述第一挡块包含第一棱柱和N+1对挡片，所述N+1对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第一棱柱上，N为大于等于1的自然数；所述第二挡块包含第二棱柱、N对挡片和调整片，所述N对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第二棱柱上；第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角相同，且第一挡块、第二挡块的挡片之间相互交错设置，使得第二挡块的每对挡片都处于第一挡块的两对挡片之间；所述调整片设置在第二棱柱上、其上端面和所述第二棱柱第N对挡片的下端面固连，调整片的下端面和第一棱柱上第N+1对挡片的下端面在同一平面上；第一挡块、第二挡块之间形成通光孔；

所述第一挡块第一对挡片、第二挡块第一对挡片的两侧均设有滑条；所述调整片的下端面、第一棱柱上第N+1对挡片的下端面上均设有凸起端面螺纹；

所述第一挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第一滑槽相配合、另一侧的滑条和第三滑槽相配合，第二挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第二滑槽相配合、另一侧的滑条和第四滑槽相配合，使得所述第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动，进而使得第一挡块、第二挡块之间形成的通光孔变小或变大；

所述壳体在第一缺口、第二缺口的下方设有朝内凸起的圆环形固定板；

所述转子包含传导部和驱动部；所述传导部呈圆环状；所述驱动部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述传导部下端面的外侧边缘固连，使得驱动板和传导部同轴；

所述丝盘调整部上端面的母螺纹分别和所述调整片下端面的端面螺纹、第一棱柱上第N+1对挡片下端面的端面螺纹相配合；所述丝盘连接部的下端和所述转子传导部上端面的内侧固连，使得丝盘和所述转子同轴；所述壳体固定板的下端面、转子传导部上端面的外侧设有相互配合的滚珠滑槽，且固定板上的滑槽、转子上的滑槽之间设有若干滚珠，使得所述转子能够带动所述丝盘相对壳体转动，进而调整第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动；

所述定子呈圆环状，其上端面的外侧边缘均匀设有若干驱动齿；

所述底盖呈圆环状，其上端面内侧边缘设有和所述底盖同轴的凸环；

所述底盖上的凸环和所述定子下端面的内侧固连，且定子上的驱动齿均和所述转子驱动部相抵；所述底盖上均衡设有若干和所述预紧螺栓一一对应的通孔，所述壳体下端面上设有若干和所述底盖上通孔一一对应的螺纹孔，所述若干预紧螺栓分别穿过所述底盖上其对应的通孔后和所述壳体下端面对应的螺纹孔螺纹相连；

所述压电陶瓷呈圆环状，其上端面和所述定子下端面的外侧固连，且压电陶瓷和所述定子同轴。

作为本发明一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器进一步的优化方案，所述N为2。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 本发明的可变野准直器为一体式，结构紧凑，占用空间小；通过丝盘进行传动，以一定比例将转速转换为挡块线速度，具有更高的传动精度，更小的驱动功率；母螺纹和端面螺纹之间配合紧密，传动更加稳定，有利于提高放射治疗的精度；

2. 本发明的可变野准直器为螺旋传动，可以实现挡块的高精度、大量程运动，通光最小尺寸为0，最大尺寸为装置顶盖（定子、转子、丝盘、底盖）内孔尺寸，可再次范围内随意调节通光孔尺寸；

3. 采用行波旋转超声电机的工作原理进行驱动，使可变野准直器具有较高的定位精度(可达纳米级别)，响应速度快。

附图说明

图1是本发明一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器的结构示意图；

图2-1是本发明一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器的剖面示意图；

图2-2是本发明一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器去掉缩放机构后的配合示意图；

图3是本发明中顶盖、第一固定块、第二固定块的配合示意图；

图4是本发明中壳体的结构示意图；

图5是本发明中丝盘的结构示意图；

图6-1是本发明中第一挡块、第二挡块的配合示意图；

图6-2是本发明中第二挡块的结构示意图；

图6-3是本发明中第一挡块的结构示意图。

图中，1-顶盖，2-壳体，3-底盖，4-第二挡块，5-第一挡块，6-丝盘，7-转子，8-滚珠，9-定子，10-压电陶瓷，11-预紧螺栓，12-第一固定块，13-第一滑槽，14-母螺纹，15-挡片，16-滑条，17-端面螺纹，18-调整片，19-固定板下端面的滚珠滑道，20-壳体下端面的螺纹孔，21-调整部，22-连接部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1、图2-1、图2-2所示，本发明公开了一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器，包含底盖、壳体、顶盖、第一固定块、第二固定块、缩放机构、丝盘、转子、定子、压电陶瓷和若干预紧螺栓；

所述顶盖呈圆环状；所述壳体为上下开口的空心圆柱；所述壳体的上端和所述顶盖的下端面固连，使得壳体和顶盖同轴；

如图3所示，所述第一固定块、第二固定块均为柱体，外侧面呈圆弧状、内侧面呈平面；所述第一固定块、第二固定块的上端面均和所述顶盖的下端面固连，第一固定块、第二固定块的外侧面均和所述壳体的内壁相抵，且第一固定块、第二固定块的内侧面相互平行；

如图4所示，所述壳体两侧分别设有供缩放机构伸出的第一缺口、第二缺口，所述第一缺口、第二缺口呈弧面，且第一缺口内壁两侧的平面和第一固定块的内侧面在同一平面，第二缺口内壁两侧的平面和第二固定块的内侧面在同一平面；

所述第一固定块的内侧面上设有相互平行的第一滑槽、第二滑槽，所述第二固定块的内侧面上分别设有相互平行的第三滑槽、第四滑槽，所述第一至第四滑槽均延伸至第一缺口、第二缺口的内壁上；

如图5所示，所述丝盘包含调整部和连接部；所述调整部呈圆环状，其上端面设有螺旋状的母螺纹；所述连接部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述调整部下端面的内侧边缘固连，使得调整板和连接部同轴；

如图6-1、图6-2、图6-3所示，所述缩放机构包含第一挡块、第二挡块；所述第一挡块包含第一棱柱和N+1对挡片，所述N+1对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第一棱柱上，N为大于等于1的自然数；所述第二挡块包含第二棱柱、N对挡片和调整片，所述N对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第二棱柱上；第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角相同，且第一挡块、第二挡块的挡片之间相互交错设置，使得第二挡块的每对挡片都处于第一挡块的两对挡片之间；所述调整片设置在第二棱柱上、其上端面和所述第二棱柱第N对挡片的下端面固连，调整片的下端面和第一棱柱上第N+1对挡片的下端面在同一平面上；第一挡块、第二挡块之间形成通光孔；

所述第一挡块第一对挡片、第二挡块第一对挡片的两侧均设有滑条；所述调整片的下端面、第一棱柱上第N+1对挡片的下端面上均设有凸起端面螺纹；

所述第一挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第一滑槽相配合、另一侧的滑条和第三滑槽相配合，第二挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第二滑槽相配合、另一侧的滑条和第四滑槽相配合，使得所述第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动，进而使得第一挡块、第二挡块之间形成的通光孔变小或变大；

所述壳体在第一缺口、第二缺口的下方设有朝内凸起的圆环形固定板；

所述转子包含传导部和驱动部；所述传导部呈圆环状；所述驱动部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述传导部下端面的外侧边缘固连，使得驱动板和传导部同轴；

所述丝盘调整部上端面的母螺纹分别和所述调整片下端面的端面螺纹、第一棱柱上第N+1对挡片下端面的端面螺纹相配合；所述丝盘连接部的下端和所述转子传导部上端面的内侧固连，使得丝盘和所述转子同轴；所述壳体固定板的下端面、转子传导部上端面的外侧设有相互配合的滚珠滑槽，且固定板上的滑槽、转子上的滑槽之间设有若干滚珠，使得所述转子能够带动所述丝盘相对壳体转动，进而调整第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动；

所述定子呈圆环状，其上端面的外侧边缘均匀设有若干驱动齿；

所述底盖呈圆环状，其上端面内侧边缘设有和所述底盖同轴的凸环；

所述底盖上的凸环和所述定子下端面的内侧固连，且定子上的驱动齿均和所述转子驱动部相抵；所述底盖上均衡设有若干和所述预紧螺栓一一对应的通孔，所述壳体下端面上设有若干和所述底盖上通孔一一对应的螺纹孔，所述若干预紧螺栓分别穿过所述底盖上其对应的通孔后和所述壳体下端面对应的螺纹孔螺纹相连；

所述压电陶瓷呈圆环状，其上端面和所述定子下端面的外侧固连，且压电陶瓷和所述定子同轴。

所述N优先为2。

通过调整各个预紧螺栓能够调整底盖和壳体下端之间的间距，进而调整定子上各个驱动齿和转子之间的预压力。

以压电驱动的一体式高精度可变野准直器工作过程为：在控制系统的激励下，压电陶瓷使得定子上表面产生行波，由摩擦力带动转子转动，同时丝盘跟随转子转动，进而带动第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动，使通光孔闭合或扩大。本发明丝盘上母螺纹的螺距越小，调节精度越高，所需驱动功率越小，稳定性越高。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种压电驱动的一体式高精度可变野准直器，其特征在于，包含底盖、壳体、顶盖、第一固定块、第二固定块、缩放机构、丝盘、转子、定子、压电陶瓷和若干预紧螺栓；

所述顶盖呈圆环状；所述壳体为上下开口的空心圆柱；所述壳体的上端和所述顶盖的下端面固连，使得壳体和顶盖同轴；

所述第一固定块、第二固定块均为柱体，外侧面呈圆弧状、内侧面呈平面；所述第一固定块、第二固定块的上端面均和所述顶盖的下端面固连，第一固定块、第二固定块的外侧面均和所述壳体的内壁相抵，且第一固定块、第二固定块的内侧面相互平行；

所述壳体两侧分别设有供缩放机构伸出的第一缺口、第二缺口，所述第一缺口、第二缺口呈弧面，且第一缺口内壁两侧的平面和第一固定块的内侧面在同一平面，第二缺口内壁两侧的平面和第二固定块的内侧面在同一平面；

所述第一固定块的内侧面上设有相互平行的第一滑槽、第二滑槽，所述第二固定块的内侧面上分别设有相互平行的第三滑槽、第四滑槽，所述第一至第四滑槽均延伸至第一缺口、第二缺口的内壁上；

所述丝盘包含调整部和连接部；所述调整部呈圆环状，其上端面设有螺旋状的母螺纹；所述连接部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述调整部下端面的内侧边缘固连，使得调整板和连接部同轴；

所述缩放机构包含第一挡块、第二挡块；所述第一挡块包含第一棱柱和N+1对挡片，所述N+1对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第一棱柱上，N为大于等于1的自然数；所述第二挡块包含第二棱柱、N对挡片和调整片，所述N对挡片从上至下均匀垂直设置在所述第二棱柱上；第一挡块、第二挡块中每对挡片之间的夹角相同，且第一挡块、第二挡块的挡片之间相互交错设置，使得第二挡块的每对挡片都处于第一挡块的两对挡片之间；所述调整片设置在第二棱柱上、其上端面和所述第二棱柱第N对挡片的下端面固连，调整片的下端面和第一棱柱上第N+1对挡片的下端面在同一平面上；第一挡块、第二挡块之间形成通光孔；

所述第一挡块第一对挡片、第二挡块第一对挡片的两侧均设有滑条；所述调整片的下端面、第一棱柱上第N+1对挡片的下端面上均设有凸起端面螺纹；

所述第一挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第一滑槽相配合、另一侧的滑条和第三滑槽相配合，第二挡块第一对挡片一侧的滑条和所述第二滑槽相配合、另一侧的滑条和第四滑槽相配合，使得所述第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动，进而使得第一挡块、第二挡块之间形成的通光孔变小或变大；

所述壳体在第一缺口、第二缺口的下方设有朝内凸起的圆环形固定板；

所述转子包含传导部和驱动部；所述传导部呈圆环状；所述驱动部为上下开口的空心圆柱，其上端和所述传导部下端面的外侧边缘固连，使得驱动板和传导部同轴；

所述丝盘调整部上端面的母螺纹分别和所述调整片下端面的端面螺纹、第一棱柱上第N+1对挡片下端面的端面螺纹相配合；所述丝盘连接部的下端和所述转子传导部上端面的内侧固连，使得丝盘和所述转子同轴；所述壳体固定板的下端面、转子传导部上端面的外侧设有相互配合的滚珠滑槽，且固定板上的滑槽、转子上的滑槽之间设有若干滚珠，使得所述转子能够带动所述丝盘相对壳体转动，进而调整第一挡块、第二挡块能够相向或反向运动；

所述定子呈圆环状，其上端面的外侧边缘均匀设有若干驱动齿；

所述底盖呈圆环状，其上端面内侧边缘设有和所述底盖同轴的凸环；

所述底盖上的凸环和所述定子下端面的内侧固连，且定子上的驱动齿均和所述转子驱动部相抵；所述底盖上均衡设有若干和所述预紧螺栓一一对应的通孔，所述壳体下端面上设有若干和所述底盖上通孔一一对应的螺纹孔，所述若干预紧螺栓分别穿过所述底盖上其对应的通孔后和所述壳体下端面对应的螺纹孔螺纹相连；

所述压电陶瓷呈圆环状，其上端面和所述定子下端面的外侧固连，且压电陶瓷和所述定子同轴。

2.根据权利要求1所述的压电驱动的一体式高精度可变野准直器，其特征在于，所述N为2。

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