CN112604180B - 一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于质子放疗设备相关技术领域，其公开了一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法，装置包括平板及间隔设置在平板上的多个夹具组件，夹具组件包括连接于平板的夹具底座、转动地连接于夹具底座的十字支架、转动地连接于十字支架的磁铁支架、x轴顶丝组件、z轴顶丝组件及四级磁铁组件，两组x轴顶丝组件的一端对称设置在夹具底座相对的两端上，另一端与十字支架平面接触；两组z轴顶丝组件的一端对称设置在十字支架相对的两端上，另一端与磁铁支架平面接触；x轴顶丝组件与z轴顶丝组件交替设置；四级磁铁组件设置在磁铁支架上。本发明明显降低了单个四级磁铁的机械装夹、调试的难度，大大地减少了工作量。

Description

一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法

技术领域

本发明属于质子放疗设备相关技术领域，更具体地，涉及一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法。

背景技术

放射治疗是一种常见的治疗癌症的手段，由超导回旋加速器引出的高能粒子束在经过束流输运系统的调节与传输后，精确输送到治疗头的入口处，用于开展癌症的放射治疗。束流传输的准确性是影响粒子束性能的重要指标、也是影响癌症治疗效果的重要因素。四极磁铁是束流传输线中重要的粒子聚焦传输元件，也是束流传输线上分布最多的传输元件，因此对于四极磁铁的支撑和机械装夹装置的设计使用会直接影响粒子传输的准确性，从而对癌症治疗效果产生影响。

目前粒子输运线四极磁铁的支撑、装夹装置普遍采用多螺杆装夹，通过对螺杆的细致调节达到支撑装置的设计要求。因此，按照现有的装夹、调试方式存在一些难题：1、机械装夹、调试的技术要求高、支撑难度差、精度稳定性差、工作量大；2、运输、吊装过程易丧失精度；3、现场机械调试工作周期长、精度不易保证。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法，其明显降低了单个四级磁铁的机械装夹、调试的难度，大大地减少了工作量；成组单元在运输与吊装过程中精度稳定性保持良好，现场调试时只需调节平板上靶点位置，夹具组件微调，大幅度减少现场调试的工作周期。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，所述装置包括平板及间隔设置在所述平板上的多个夹具组件，所述夹具组件包括连接于平板的夹具底座、转动地连接于所述夹具底座的十字支架、转动地连接于所述十字支架的磁铁支架、x轴顶丝组件、z轴顶丝组件及四级磁铁组件，两组x轴顶丝组件的一端对称设置在所述夹具底座相对的两端上，另一端与所述十字支架平面接触；两组所述z轴顶丝组件的一端对称设置在所述十字支架相对的两端上，另一端与所述磁铁支架平面接触；所述x轴顶丝组件与z轴顶丝组件交替设置；所述四级磁铁组件设置在所述磁铁支架上。

进一步地，所述装置还包括多个底座垫片及底座定位销，多个所述底座垫片间隔设置在所述夹具底座远离所述十字支架的表面上；所述底座定位销的一端连接于所述平板，另一端连接于所述夹具底座。

进一步地，所述夹具底座为一个具有开口的箱体结构，其包括底部结构、两个相对设置在所述底部结构上的第一支撑板及两个相对设置在所述底部结构上的第二支撑板，两个所述第二支撑板与两个所述第一支撑板交错设置且相互连接，所述第二支撑板朝向所述四级磁铁组件的一端呈梯形。

进一步地，所述十字支架为框架结构，其包括相对设置的两个第三支撑板及两个相对设置的第四支撑板，两个所述第三支撑板与两个所述第四支撑板交替相连接，且所述第四支撑板朝向所述四级磁铁组件的一端呈梯形。

进一步地，所述十字支架通过两个所述第二支撑轴转动地连接于两个所述第二支撑板，所述磁铁支架通过两个所述第一支撑轴转动地连接于两个所述第四支撑板，且所述第一支撑轴的轴向与所述第二支撑轴的轴向垂直。

进一步地，两组所述x轴顶丝组件以第二支撑轴为轴线对称设置；两组所述Z轴顶丝组件以第一支撑轴为轴线对称设。

进一步地，所述装置还包括至少一个第一转动限位板及至少一二个第二转动限位板；所述第二转动限位板设置在所述第三支撑板上，以与所述第一支撑板的梯形端相配合来限制所述十字支架的转动角度；所述第一转动限位板设置在所述磁铁支架相背的两端，以与所述第四支撑板的梯形端相配合来限制所述磁铁支架的转动角度。

按照本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置的调试校准方法，所述调试校准方法包括以下步骤：出厂前，调试校准所述夹具组件，且使得多个所述夹具组件的四级磁铁组件的中心轴重合；出厂后，将所述装置吊装在安装座上，并调试校准所述平板的水平度，由此完成所述装置的调试及校准。

进一步地，通过调节x轴顶丝组件来转动十字支架，通过调节z轴顶丝组件来转动磁铁支架，使得磁铁支架上表面水平。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法主要具有以下有益效果：

1.本发明通过十字支架连接支架底座与磁铁支架，磁铁组件调节过程中自由度为6，调节过程中主要通过对x轴顶丝与z轴顶丝进行调节使得满足Z轴对中与角精度要求，调节方法简单。

2.两个或多个四级磁铁及其附属装置为一个安装单元成组组装，出厂调试后以单元在现场组装整条束线输运线，明显降低现场的工作量，保证精度的可靠性，也易于后期的维护与调整。

3.由于十字支架的原因可以通过调节消除底座误差对磁铁精度的影响。

4.在调节过程中，磁铁夹具组件坐标系x-y-z与磁场坐标系X-Y-Z，两个坐标系并不是一定要保持对应平行，调节过程中只需要磁铁夹具z轴与磁场Z轴平行，最后通过配磨垫片调整高度，使磁场Z轴与输运线轴线对齐即可。

附图说明

图1是本发明提供的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置的使用状态示意图；

图2是图1中的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置的夹具组件的示意图；

图3是图2中的夹具组件的剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-四级磁铁组件，2-磁铁支架，3-十字支架，4-夹具底座，5-底座定位销，6-底座垫片，7-平板，8-z轴顶丝组件，9-x轴顶丝组件，10-夹具组件，11-第一支撑轴，12-第二支撑轴，13-第一转动限位板，14-第二转动限位板，15-支撑轴垫片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2及图3，本发明提供的离子输送线四级磁铁机械装夹装置及其调试校准方法，所述装置的磁铁磁场坐标系：输运线束线轴线为Z轴、水平为X轴，铅锤为Y轴，与X、Y、Z轴对应的角度为A、B、C。定义磁铁夹具坐标系：输运线束线轴线为z轴、水平为x轴，铅锤为y轴，与x、y、z轴对应的角度为a、b、c。

所述装置包括平板7及间隔设置在所述平板7上的多个夹具组件10，所述夹具组件10是在出厂前就进行调试校准的。所述平板7上还设置有多个吊耳，所述吊耳用于所述装置安装时使用。

所述夹具组件10包括四级磁铁组件1、磁铁支架2、十字支架3、夹具底座4、底座定位销5、底座垫片6、z轴顶丝组件8、x轴顶丝组件9、第一支撑轴11、第二支撑轴12、第一转动限位板13、第二转动限位板14及支撑轴垫片15。

多个所述底座垫片6间隔设置在所述夹具底座4远离所述十字支架3的表面上。所述底座定位销5的一端连接于所述平板7，另一端伸入相邻的两个所述底座垫片6形成的间隙内。其中，垫片配磨量在磁铁支架水平度调试完成后，由输运线轴线预设高度决定。

所述夹具底座4为一个具有开口的箱体结构，其包括底部结构、两个相对设置在所述底部结构上的第一支撑板及两个相对设置在所述底部结构上的第二支撑板，两个所述第二支撑板与两个所述第一支撑板交错设置且相连接。所述第二支撑板朝向所述四级磁铁组件1的一端呈梯形。

所述十字支架3为框架结构，其相对设置的两个第三支撑板及两个相对设置的第四支撑板，两个所述第三支撑板与两个所述第四支撑板交替相连接，且所述第四支撑板朝向所述四级磁铁组件1的一端呈梯形。

所述十字支架3通过两个所述第二支撑轴12转动地连接于两个所述第二支撑板，所述磁铁支架8通过两个所述第一支撑轴11转动地连接于两个所述第四支撑板，且所述第一支撑轴11的轴向与所述第二支撑轴12的轴向垂直。其中，所述第一支撑轴11及所述第二支撑轴12上分别设置有支撑轴垫片15。

所述x轴顶丝组件9以第二支撑轴12为轴线对称设置两组，每组x轴顶丝组件9一端与夹具底座4的第一支撑板固定连接，另一平端与所述十字支架3的两个所述第四支撑板平面接触。所述z轴顶丝组件8以第一支撑轴11为轴线对称设置两组，每组z轴顶丝组件8的一端与所述十字支架3的第三支撑板固定连接，另一平端与所述磁铁支架2平面接触。所述四级磁铁组件1设置在所述磁铁支架2上。

两个所述第二转动限位板14分别设置在所述第三支撑板上，以分别与所述第一支撑板的梯形端相配合来限制所述十字支架3的转动角度；两个所述第一转动限位板13分别设置在所述磁铁支架2相背的两端，以分别与两个所述第四支撑板的梯形端相配合来限制所述磁铁支架2的转动角度。当然在其他实施方式中，所述第一转动限位板13及所述第二转动限位板14的数量均可以为一个。

所述装置调试校准时，调整所述平板7的表面至水平状态，在平板7上表面布置若干靶点，输运线轴线以所述平板7上的靶点标定。

以底座定位销5为基准将夹具组件10放置在平板7上，通过调节x轴顶丝组件9转动十字支架3、通过调节z轴顶丝组件8转动磁铁支架2，使得磁铁支架2上表面水平，固定两组顶丝，安装并固定四极磁铁组件1。在磁铁组件1上对称布置若干靶点，监测这些靶点，依次反复调节x轴顶丝组件9使得磁铁组件1的磁场Z轴水平(平行于XOZ平面)且满足精度要求、调节z轴顶丝组件8使得磁铁组件1的磁场C角满足精度。根据预先设定的束流输运线轴线高度确定底座垫片6的配磨量。绕底座定位销5转动夹具底座4使得磁铁组件1的磁场Z轴平行于输运线轴线，平移夹具组件10并配磨底座垫片6使得磁铁组件1的磁场Z轴与输运线轴线对齐。装配第一支撑轴11及第二支撑轴12两侧的内六角平端紧定螺钉，固定第一转动限位板13及第二转动限位板14以限制十字支架3的x轴转动和磁铁支架2的z轴转动，固定夹具组件10。

同理，在同一平板上安装调试其他夹具组件，安装调试完成后，校准时确保两坐标系Z轴重合，X、Y轴平行。安装完成后监测磁铁靶点，通过重复上述调试方法，确保Z轴对中位置误差在0.2mm内、坐标系角度误差在0.5mrad内。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，其特征在于：

所述装置包括平板及间隔设置在所述平板上的多个夹具组件，所述夹具组件包括连接于平板的夹具底座、转动地连接于所述夹具底座的十字支架、转动地连接于所述十字支架的磁铁支架、x轴顶丝组件、z轴顶丝组件及四级磁铁组件，两组x轴顶丝组件的一端对称设置在所述夹具底座相对的两端上，另一端与所述十字支架平面接触；两组所述z轴顶丝组件的一端对称设置在所述十字支架相对的两端上，另一端与所述磁铁支架平面接触；所述x轴顶丝组件与z轴顶丝组件交替设置，两组所述x轴顶丝组件以第二支撑轴为轴线对称设置，两组所述z轴顶丝组件以第一支撑轴为轴线对称设置；所述四级磁铁组件设置在所述磁铁支架上，所述夹具底座包括两个相对设置在底部结构上的第二支撑板，所述十字支架包括两个相对设置的第四支撑板，所述十字支架通过两个第二支撑轴转动地连接于夹具底座的第二支撑板，磁铁支架通过两个第一支撑轴转动地连接于十字支架的两个第四支撑板，并且，第一支撑轴和第二支撑轴的轴向垂直，通过调节x轴顶丝组件转动十字支架，通过调节z轴顶丝组件转动磁铁支架，从而使得磁铁支架上表面水平。

2.如权利要求1所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，其特征在于：所述装置还包括多个底座垫片及底座定位销，多个所述底座垫片间隔设置在所述夹具底座远离所述十字支架的表面上；所述底座定位销的一端连接于所述平板，另一端连接于所述夹具底座。

3.如权利要求1所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，其特征在于：所述夹具底座为一个具有开口的箱体结构，其还包括底部结构及两个相对设置在所述底部结构上的第一支撑板，两个所述第二支撑板与两个所述第一支撑板交错设置且相互连接，所述第二支撑板朝向所述四级磁铁组件的一端呈梯形。

4.如权利要求3所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，其特征在于：所述十字支架为框架结构，其还包括相对设置的两个第三支撑板，两个所述第三支撑板与两个所述第四支撑板交替相连接，且所述第四支撑板朝向所述四级磁铁组件的一端呈梯形。

5.如权利要求4所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置，其特征在于：所述装置还包括至少一个第一转动限位板及至少一个第二转动限位板；所述第二转动限位板设置在所述第三支撑板上，以与所述第一支撑板的梯形端相配合来限制所述十字支架的转动角度；所述第一转动限位板设置在所述磁铁支架相背的两端，以与所述第四支撑板的梯形端相配合来限制所述磁铁支架的转动角度。

6.一种权利要求1-5任一项所述的粒子输送线四级磁铁机械装夹装置的调试校准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：出厂前，调试校准所述夹具组件，且使得多个所述夹具组件的四级磁铁组件的中心轴重合；出厂后，将所述装置吊装在安装座上，并调试校准所述平板的水平度，由此完成所述装置的调试及校准，具体为：通过调节x轴顶丝组件转动十字支架、通过调节z轴顶丝组件转动磁铁支架，使得磁铁支架上表面水平，绕底座定位销转动夹具底座使得磁铁组件的磁场z轴平行于输运线轴线，平移夹具组件并配磨底座垫片使得磁铁组件的磁场z轴与输运线轴线对齐，使得所述四级磁铁组件的中心轴与磁场z轴重合，装配第一支撑轴及第二支撑轴两侧的内六角平端紧定螺钉，固定第一转动限位板及第二转动限位板以限制十字支架的x轴转动和磁铁支架的z轴转动，固定夹具组件。

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