CN114678209B - 一种mri超导主线圈专用绕制平台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MRI超导主线圈专用绕制平台装置。装置由回转平台、支撑架组件、径向压紧机构、轴向压紧机构和传动机构组成，其中回转平台是核心部分。回转平台包括复线盘、复线盘托架、工作台、工作台连接板、回转支撑、主动齿轮、直角减速机、回转伺服电机、垫高块、夹板及内限位板组成；支撑架组件提供足够强度的稳定性；径向压紧机构和竖向压紧机构提供径向及竖向压紧力，确保线圈绕制成型精度；传动机构为回转平台提供平动动力。根据绕制过程中，线圈绕制半径不断变化，绕制线速度保持恒定，径向压紧轮回退速度与绕制速度相匹配，使绕制过程中径向压紧力保持恒定；回转平台平动速度与绕制速度相匹配，使导体在绕制生产线上处于固定直线位置。
Description
技术领域
本发明设计到超导线圈制造技术领域，尤其是一种MRI超导主线圈专用绕制平台装置，用于MRI超导主线圈的绕制成型。
背景技术
MRI也就是磁共振成像，英文全称是：Magnetic Resonance Imaging，包含核磁共振(NMR)、电子顺磁共振(EPR)或称电子自旋共振(ESR)。我们通常意义上都是指核磁共振，以及由之制成的一类医学成像工具。
14T超高场强、高均匀度MRI是未来医学成像的发展趋势，在早期脑部疾病、早期癌症、早期心脏疾病的诊断和治疗具有不可替代的作用；14T超高场强、高均匀度MRI为未来人工智能发展的基础，特别是脑部神经系统的研究，将为人工智能及意识行为的研究开辟新的路径。
MRI超导主线圈是MRI设备中的核心部件，能够提供14T超高场强、高均匀度磁场，其制造难度较大，需要专用成型设备对其进行绕制成型后，方可安全稳定地投入使用。故MRI绕制成型设备在MRI超导主线圈制造过程中是必不可少的重要设备。
发明内容
本发明的目的是提出一种MRI超导主线圈专用绕制平台装置，用于解决MRI超导主线圈绕制过程中的成型技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种MRI超导主线圈专用绕制平台装置，包括回转平台、支撑架组件、径向压紧机构、竖向压紧轮机构和传动机构；其中，
所述回转平台包括复线盘托架、工作台、工作台连接板、回转支撑、主动齿轮、直角减速机、回转伺服电机、垫高块、夹板和内限位板；
所述复线盘托架底部和工作台与工作台连接板通过螺栓相连；工作台连接板与回转支撑通过螺栓相连；回转支撑与主动齿轮通过齿轮相接合；主动齿轮与直角减速机以及回转伺服电机相连；垫高块及夹板安装在工作台上；内限位板通过定位销以及螺栓固定在垫高块及夹板上。
所述支撑架组件包括平动滑轨、底座支撑、滑块和工作台支撑；所述平动滑轨安装在底座支撑上；滑块与平动滑轨相连；工作台支撑底部与滑块相连，工作台支撑顶部与回转平台的主动齿轮相连；
所述径向压紧机构包括径向压紧轮、径向压紧杆、第一压力传感器、径向连接板、径向滑轨、径向压紧支撑台、滚珠丝杆和径向伺服电机；所述径向压紧轮与径向压紧杆以及压力传感器相连；径向压紧杆与径向连接板相连；径向滑轨安装在径向压紧支撑台上；径向压紧支撑台安装在支撑架组件的工作台支撑上；径向连接板安装在径向滑轨上；滚珠丝杆与径向连接板相连；滚珠丝杆末端与径向伺服电机相连；
所述竖向压紧机构包括竖向压紧支撑台、竖向滑轨、限位块、第二压力传感器、竖向传动螺杆、滑动块、竖向机构压紧轮和加强板；所述竖向压紧支撑台安装在支撑架组件的工作台支撑上；竖向滑轨和限位块安装在竖向压紧支撑台内侧面；第二压力传感器与竖向传动螺杆及限位块相连；滑动块安装在竖向滑轨上；竖向机构压紧轮及加强板末端安装在滑动块上；加强板前端与竖向机构压紧轮前端相连；
所述传动机构包括传动丝杆、轴承座、丝杆座、减速机、平动伺服电机和减速机座，传动丝杆前端与轴承座相连；传动丝杆中间与丝杆座相连；传动丝杆末端与减速机及平动伺服电机相连；减速机与减速机座相连。
进一步地，所述回转平台还包括复线盘。复线盘与复线盘托架顶部通过螺栓相连。
进一步地，所述回转平台用以超导线圈绕制过程中，提供导体弯曲主动力以及线圈成型的平台。
进一步地，所述支撑架组件用以超导线圈绕制过程中，提供稳定性。
进一步地，所述径向压紧机构用以超导线圈绕制过程中，提供径向压紧力，确保线圈绕制成型精度。
进一步地，所述竖向压紧机构用以超导线圈绕制过程中，提供竖向压紧力，确保线圈绕制成型精度。
进一步地，所述传动机构用以超导线圈绕制过程中，为回转平台提供平动动力，平动速度与回转平台回转速度相匹配，确保绕制过程完成。
进一步地，所述主动齿轮与直角减速机以及回转伺服电机相连，回转伺服电机通过直角减速机减速后带动主动齿轮转动。
进一步地，所述主动齿轮与回转支撑通过齿轮相结合，主动齿轮带动回转支撑转动，从而使回转平台旋转，带动超导导体发生弯曲成型，此过程中回转平台旋转速度，即绕制速度，可通过回转伺服电机进行调节控制。
进一步地，所述滚珠丝杆末端与径向伺服电机相连，径向伺服电机带动滚珠丝杆转动，带动径向连接板在径向上移动，从而带动径向压紧轮及径向压紧杆在径向上移动。
径向压力传感器安装在径向连接杆上，用以测量导体所受径向压力。
径向压紧轮高度可调节，用以适用第一匝和第二匝线圈绕制的不同工作高度。
进一步地，所述竖向压紧机构通过调节竖向传动螺杆上的螺母松紧度，从而达到调节竖向压紧力的效果。
竖向压力传感器安装在竖向传动螺杆上，用以测量导体所受竖向压力。
进一步地，所述传动丝杆与减速机和平动伺服电机相连，平动伺服电机带动传动丝杆转动，丝杆座与工作台支撑底部固定连接，使得丝杆座带动工作台支撑及回转平台水平移动。
工作台支撑底部与滑块固定连接，滑块与平动滑轨相连接，实现平动功能。
本发明相较于现有技术的有益效果在于：
本发明装置可实现MRI超导主线圈双饼自动绕制成型，利用回转平台进行回转以及平动，实现线圈自动绕制功能。
本发明装置可实现MRI超导主线圈高精度成型，利用径向及竖向压紧机构，对主线圈成型精度把控更高。
附图说明
图1、图2为本发明装置整体正视图及轴视图；
图3、图4为装置回转平台；
图5为装置支撑架组件；
图6为装置径向压紧机构；
图7为装置竖向压紧机构；
图8为装置传动机构。
图中，
1-回转平台、2-支撑架组件、3-径向压紧机构、4-竖向压紧机构、5-传动机构；
101-复线盘托架、102-工作台、103-工作台连接板、104-回转支撑、105-主动齿轮、106-直角减速机、107-回转伺服电机、108-垫高块、109-夹板、110-内限位板；
201-平动滑轨、202-底座支撑、203-滑块、204-工作台支撑；
301-径向压紧轮、302-径向压紧杆、303-第一压力传感器、304-径向连接板、305-径向滑轨、306-径向压紧支撑台、307-滚珠丝杆、308-径向伺服电机；
401-竖向压紧支撑台、402-竖向滑轨、403-限位块、404-第二压力传感器、405-竖向传动螺杆、406-滑动块、407-竖向机构压紧轮、408-加强板；
501-传动丝杆、502-轴承座、503-丝杆座、504-减速机、505-平动伺服电机、506-减速机座。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
如图1-8所示，本发明公开一种MRI超导主线圈专用绕制平台装置，包括回转平台1、支撑架组件2、径向压紧机构3、竖向压紧机构4和传动机构5。
所述回转平台1包括复线盘托架101、工作台102、工作台连接板103、回转支撑104、主动齿轮105、直角减速机106、回转伺服电机107、垫高块108、夹板109和内限位板110，用以超导线圈绕制过程中，提供导体弯曲主动力以及线圈成型必要的平台。所述复线盘托架101底部和工作台102与工作台连接板103通过螺栓相连。工作台连接板103与回转支撑104通过螺栓相连。回转支撑104与主动齿轮105通过齿轮相接合。主动齿轮105与直角减速机106以及回转伺服电机107相连。垫高块108及夹板109安装在工作台102上。内限位板110通过定位销以及螺栓固定在垫高块108及夹板109上。
所述支撑架组件2包括平动滑轨201、底座支撑202、滑块203和工作台支撑204，用以超导线圈绕制过程中，提供足够强度的稳定性。所述平动滑轨201安装在底座支撑202上；滑块203与平动滑轨201相连；工作台支撑204底部与滑块203相连，工作台支撑204顶部与回转平台1的主动齿轮105相连；
所述径向压紧机构3包括径向压紧轮301、径向压紧杆302、第一压力传感器303、径向连接板304、径向滑轨305、径向压紧支撑台306、滚珠丝杆307和径向伺服电机308，用以超导线圈绕制过程中，提供径向压紧力，使线圈成型结构在径向上更加紧密，确保线圈绕制成型精度。所述径向压紧轮301与径向压紧杆302以及第一压力传感器303相连。径向压紧杆302与径向连接板304相连。径向滑轨305安装在径向压紧支撑台306上。径向压紧支撑台306安装在支撑架组件2的工作台支撑204上。径向连接板304安装在径向滑轨305上。滚珠丝杆307与径向连接板304相连；滚珠丝杆307末端与径向伺服电机308相连。
所述竖向压紧机构4包括竖向压紧支撑台401、竖向滑轨402、限位块403、第二压力传感器404、竖向传动螺杆405、滑动块406、竖向机构压紧轮407和加强板408，用以超导线圈绕制过程中，提供竖向压紧力，使线圈成型结构在竖向上更加紧密，确保线圈绕制成型精度。所述竖向压紧支撑台401安装在支撑架组件2的工作台支撑204上。竖向滑轨402和限位块403安装在竖向压紧支撑台401内侧面。第二压力传感器404与竖向传动螺杆405及限位块403相连。滑动块406安装在竖向滑轨402上；竖向机构压紧轮407及加强板408末端安装在滑动块406上；加强板408前端与竖向机构压紧轮407前端相连。
所述传动机构5包括传动丝杆501、轴承座502、丝杆座503、减速机504、平动伺服电机505和减速机座506，用以超导线圈绕制过程中，为回转平台1提供平动动力，平动速度与回转平台1回转速度相匹配，确保绕制过程顺利完成。传动丝杆501前端与轴承座502相连。传动丝杆501中间与丝杆座503相连。传动丝杆501末端与减速机504及平动伺服电机505相连。减速机504与减速机座506相连。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2，为本发明装置的正视图与轴视图。启动装置传动机构5，通过控制平动伺服电机505，带动传动丝杆501转动，传动丝杆501对丝杆座503进行传动，并且工作台支撑204底部有滑块203，滑块203安装在平动滑轨201上方，丝杆座503带动工作台支撑204及回转平台1移动至合适的绕制工作位置。具体地，所述传动机构5通过平动伺服电机505和减速机504使得传动丝杆501转动，带动与丝杆座相连的支撑架组件2中的工作台支撑204平动，从而使得回转平台1中的工作台102进行平动。
所述回转伺服电机107控制工作台102转动速率，随绕制进行，线圈绕制尺寸在逐渐变动，转动速度也随之变动，使绕制线速度保持恒定。所述平动伺服电机505控制回转平台1平动速度，根据绕制过程中，线圈绕制半径不断变化，绕制线速度保持恒定，回转平台1平动速度与绕制速度相匹配，使导体在绕制生产线上一直处于同一水平的直线上。
所述径向伺服电机308控制径向压紧轮301回退速度，根据绕制过程中，线圈绕制半径不断变化，绕制线速度保持恒定，径向压紧轮301回退速度与绕制速度相匹配，使绕制过程中径向压紧力保持恒张力。
装置最上方为复线盘托架101，将第二复线盘固定在复线盘托架101顶部，从导体中间段开始绕制第一饼线圈，第二饼导体随着工作台102的转动而同速转动，不影响第一饼线圈绕制，待第一饼线圈绕制完后，卸载并吊运第二复线盘至放线平台后，可开始第二饼线圈绕制。
从导体1/2长度位置包匝绝缘，并固定到内限位板110上，第一匝导体在工作台102的垫高块108及夹板109上绕制成型。通过控制径向压紧机构3中的径向伺服电机308，带动滚珠丝杆307转动，滚珠丝杆307对径向连接板304进行传动，径向连接板304底部与径向滑轨305相连可进行平动，将径向压紧轮301调节至与导体贴合。第一压力传感器303可检测导体所受径向压力大小，在总控处设置径向压力大小，径向伺服电机308带动径向压紧轮301平动，从而自动控制径向压力大小，在绕制过程中，径向伺服电机308控制径向压紧轮301以与绕制速度相匹配的平动速度进行回退，从而保持径向压力压力保持在一定区间。由于滚珠丝杆307的转动，径向连接板304和径向压紧杆302带动径向压紧轮301进行伸缩运动，从而达到径向压紧的功能，第一压力传感器303能够对径向压力起到缓冲作用，从而保护线圈绝缘，并检测绕制过程中径向压紧力。
竖向压紧机构4的加强板408连接竖向机构压紧轮407及滑动块406，滑动块406与竖向滑轨402相连，可上下滑动，待线圈绕至1/2圈时，调节竖向传动螺杆405上的螺母，从而控制竖向机构压紧轮407上下移动及对导体的竖向压紧力，从而使得滑动块406和竖向机构压紧轮407向下挤压施加一定的压紧力，第二压力传感器404可检测竖向压紧轮407对导体施加的竖向压紧力。所述竖向传动螺杆405可通过调节螺母，对竖向机构压紧轮407调节压紧力大小，绕制过程中可通过第二压力传感器404检测竖向压紧力大小。
在总控处启动第一匝自动绕制模式，回转平台1的回转伺服电机107通过直角减速机106后，控制主动齿轮105转动，回转支撑104底部有滚珠与支撑架组件2的工作台支撑204相接触。主动齿轮105带动回转支撑104转动，从而带动回转平台1进行转动。回转支撑104带动工作台103转动。在回转平台1对导体进行回转绕制的过程中，随着绕制进行，线圈绕制尺寸在逐渐变动，转动速度也随之变动，使绕制线速度保持恒定；传动机构5控制回转平台1平动速度，与绕制速度相匹配，使导体在绕制生产线上一直处于同一水平的直线上。所述回转伺服电机107与直角减速机106将带动主动齿轮105进行转动，回转支撑104底部有滚珠与支撑架组件2的工作台支撑204相接触，再由主动齿轮105带动回转支撑104进行转动，回转支撑104带动工作台103转动。
待第一匝线圈绕制完成后，固定线圈导体尾端，将第二复线盘吊离复线盘托架101，安装至放线平台处，调整回转平台1位置，开始绕制第二匝线圈。绕制1/2圈时，停止绕制，调节径向压紧机构3的径向压紧轮301，提高径向压紧轮301高度，使其贴合第二匝线圈导体表面，并设置指定径向压力大小；调节竖向压紧机构4，使得导体所受竖向压紧力到达指定大小。在总控处开启第二匝线圈自动绕制模式，待第二匝线圈绕制完成后，停止绕制，并固定尾部导体。
拆除工作台102上的内限位板110，将夹具与夹板109安装固定，并在夹板109的吊点处安装吊环，使用吊带连接起重机与吊环，将绕制完成的DP超导主线圈吊离MRI主线圈专用绕制平台装置，DP超导主线圈制造完成。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (10)
1.一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：包括回转平台（1）、支撑架组件（2）、径向压紧机构（3）、竖向压紧机构（4）和传动机构（5）；其中，
所述回转平台（1）包括复线盘托架（101）、工作台（102）、工作台连接板（103）、回转支撑（104）、主动齿轮（105）、直角减速机（106）、回转伺服电机（107）、垫高块（108）、夹板（109）和内限位板（110）；所述复线盘托架（101）底部和工作台（102）与工作台连接板（103）通过螺栓相连；工作台连接板（103）与回转支撑（104）通过螺栓相连；回转支撑（104）与主动齿轮（105）通过齿轮相接合；主动齿轮（105）与直角减速机（106）以及回转伺服电机（107）相连；垫高块（108）及夹板（109）安装在工作台（102）上；内限位板（110）通过定位销以及螺栓固定在垫高块（108）及夹板（109）上；
所述支撑架组件（2）包括平动滑轨（201）、底座支撑（202）、滑块（203）和工作台支撑（204）；所述平动滑轨（201）安装在底座支撑（202）上；滑块（203）与平动滑轨（201）相连；工作台支撑（204）底部与滑块（203）相连，工作台支撑（204）顶部与回转平台（1）的主动齿轮（105）相连；
所述径向压紧机构（3）包括径向压紧轮（301）、径向压紧杆（302）、第一压力传感器（303）、径向连接板（304）、径向滑轨（305）、径向压紧支撑台（306）、滚珠丝杆（307）和径向伺服电机（308）；所述径向压紧轮（301）与径向压紧杆（302）以及第一压力传感器（303）相连；径向压紧杆（302）与径向连接板（304）相连；径向滑轨（305）安装在径向压紧支撑台（306）上；径向压紧支撑台（306）安装在支撑架组件（2）的工作台支撑（204）上；径向连接板（304）安装在径向滑轨（305）上；滚珠丝杆（307）与径向连接板（304）相连；滚珠丝杆（307）末端与径向伺服电机（308）相连；
所述竖向压紧机构（4）包括竖向压紧支撑台（401）、竖向滑轨（402）、限位块（403）、第二压力传感器（404）、竖向传动螺杆（405）、滑动块（406）、竖向机构压紧轮（407）和加强板（408）；所述竖向压紧支撑台（401）安装在支撑架组件（2）的工作台支撑（204）上；竖向滑轨（402）和限位块（403）安装在竖向压紧支撑台（401）内侧面；第二压力传感器（404）与竖向传动螺杆（405）及限位块（403）相连；滑动块（406）安装在竖向滑轨（402）上；竖向机构压紧轮（407）及加强板（408）末端安装在滑动块（406）上；加强板（408）前端与竖向机构压紧轮（407）前端相连；
所述传动机构（5）包括传动丝杆（501）、轴承座（502）、丝杆座（503）、减速机（504）、平动伺服电机（505）和减速机座（506）；传动丝杆（501）前端与轴承座（502）相连；传动丝杆（501）中间与丝杆座（503）相连；传动丝杆（501）末端与减速机（504）及平动伺服电机（505）相连；减速机（504）与减速机座（506）相连；所述传动机构用以超导线圈绕制过程中，为回转平台（1）提供平动动力，平动速度与回转平台（1）回转速度相匹配，确保绕制过程完成。
2.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：采用双复线盘进行双饼线圈绕制，在双饼线圈第一饼绕制过程中，导体从中间处开始绕制第一饼线圈，双饼线圈的第二复线盘固定在复线盘托架（101）顶部，第二饼导体随着工作台（102）的转动而同速转动，不影响第一饼线圈绕制，待第一饼线圈绕制完后，卸载并吊运第二复线盘至放线平台后，开始第二饼线圈绕制。
3.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述回转伺服电机（107）与直角减速机（106）将带动主动齿轮（105）进行转动，回转支撑（104）底部有滚珠与支撑架组件（2）的工作台支撑（204）相接触，再由主动齿轮（105）带动回转支撑（104）进行转动，回转支撑（104）带动工作台（102）转动。
4.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述径向压紧机构（3），能够通过径向伺服电机（308）控制滚珠丝杆（307）转动，由于滚珠丝杆（307）的转动，径向连接板（304）和径向压紧杆（302）带动径向压紧轮（301）进行伸缩运动，从而达到径向压紧的功能，第一压力传感器（303）能够对径向压力起到缓冲作用，从而保护线圈绝缘，并检测绕制过程中径向压紧力。
5.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述竖向压紧机构（4），通过调节竖向传动螺杆（405）上的螺母，对第二压力传感器（404）向下挤压，从而使得滑动块（406）和竖向机构压紧轮（407）向下挤压施加压紧力，第二压力传感器（404）检测绕制过程中的竖向压紧力。
6.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述传动机构（5）通过平动伺服电机（505）和减速机（504）使得传动丝杆（501）转动，带动与丝杆座相连的支撑架组件（2）中的工作台支撑（204）平动，从而使得回转平台（1）中的工作台（102）进行平动。
7.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述回转伺服电机（107）控制工作台（102）转动速率，随绕制进行，线圈绕制尺寸在逐渐变动，转动速度也随之变动，使绕制线速度保持恒定。
8.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述径向伺服电机（308）控制径向压紧轮（301）回退速度，根据绕制过程中，线圈绕制半径不断变化，绕制线速度保持恒定，径向压紧轮（301）回退速度与绕制速度相匹配，使绕制过程中径向压紧力保持恒张力。
9.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述竖向传动螺杆（405）通过调节螺母，对竖向机构压紧轮（407）调节压紧力大小，绕制过程中通过第二压力传感器（404）检测竖向压紧力大小。
10.根据权利要求1所述的一种 MRI超导主线圈专用绕制平台装置，其特征在于：所述平动伺服电机（505）控制回转平台（1）平动速度，根据绕制过程中，线圈绕制半径不断变化，绕制线速度保持恒定，回转平台（1）平动速度与绕制速度相匹配，使导体在绕制生产线上一直处于同一水平的直线上。
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