一种质子治疗用小型化异形超导二极磁体绕线装置及方法与流程

本发明涉及线圈绕制，具体涉及一种质子治疗用小型化异形超导二极磁体绕线装置及方法。

背景技术：

1、质子治疗是当前应用广泛的癌症放射治疗技术，依靠束流传输线引导、约束质子束，并配合回转机架（gantry）改变束流方向，使粒子束从不同角度射入人体病灶中心。传统回转机架搭载多组常温二极磁铁、四极磁铁及校正磁铁，所有器件随机架同步旋转，不仅束流光学设计要求严苛，整套设备结构繁杂、稳定性管控难度大，还存在自重高、体积大、转动惯量大等问题，对场地、加工及装配条件要求极高。

2、业内研发出c型小型化回转机架方案，采用前端常温二极磁铁搭配异形超导二极磁体的组合结构，通过调节常温二极磁铁的磁场强度改变质子束入射角度，配合异形超导二极磁体完成束流二次偏转，可实现质子束20°~70°大范围角度调节，既能精准控制束流聚焦至病灶中心点，又有效缩减了机架体积、重量与整体复杂度。

3、异形超导二极磁体采用温铁跑道型超导线圈，线圈本体设有大面积内凹区域，外形区别于常规超导磁体的圆环形、普通饼状结构。现阶段行业内主要使用立式绕线机等传统绕线机构完成超导线圈加工，此类设备仅针对规则外形线圈设计，运动轨迹与作业模式固定，无法适配带有内凹特征的异形线圈轮廓。在绕制异形超导二极磁体线圈时，传统绕线设备难以完成精准压线、贴合布线与稳定走线，容易出现线材偏移、松脱、扭曲、贴合度不足等问题，无法保障线圈成型精度与产品质量。同时现有常规绕线工装缺少可自适应异形轮廓、多维度调节的机械结构，难以满足该类特殊线圈的生产要求，极大增加了异形超导二极磁体线圈的绕制难度，也制约了c型小型化回转机架相关设备的量产与推广使用。

技术实现思路

1、本发明提供一种质子治疗用小型化异形超导二极磁体绕线装置及方法，有效提升异形超导线圈的整体规整度与成型质量。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种质子治疗用小型化异形超导二极磁体绕线装置，包括：圆状底座及固定设置在上方的中心柱，还包括：

4、中心盘，固定在中心柱上方；内滑轨，开设在中心盘外侧上；环状导轨，开设在圆状底座的边缘上；压线件，滑动设置在内滑轨上；拉线件，滑动设置在环状导轨上；线圈骨架，固定在圆状底座上；线材盘，位于中心柱正上方；

5、压线件包括：滑销，滑动设置在内滑轨内；压线臂，转动设置在滑销上；压线盘，固定在压线臂远离滑销的一端上，用于贴合在不规则内凹线圈骨架的表面上；

6、拉线件包括：拉线架，滑动设置在圆状底座的边缘上；滑块，顶部固定在拉线架下方，且滑动嵌入环状导轨内；位移板，上下滑动设置在拉线架内；拉线夹，固定在位移板内；滚轮，转动设置在拉线夹远离位移板的一端上。

7、进一步，所述中心柱上方开设有安装槽，所述中心柱内部开设有旋转孔，所述旋转孔与安装槽相连通；

8、所述线圈骨架外表面开设有螺纹孔。

9、进一步，所述压线臂包括：

10、第一转接座，转动套接在滑销远离内滑轨的一端上；第一螺纹杆，固定在第一转接座上；第一螺纹筒，螺纹旋套在第一螺纹杆远离第一转接座的一端上。

11、进一步，所述压线臂还包括：

12、第一转接头，固定在第一螺纹筒远离第一螺纹杆的一端上；第二转接座，转动套接在第一转接头上；第二螺纹杆，固定在第二转接座上；第二螺纹筒，螺纹旋套在第二螺纹杆远离第二转接座的一端上。

13、进一步，所述压线臂还包括：

14、第二转接头，固定在第二螺纹筒远离第二螺纹杆的一端上；第三转接座，转动套接在第二转接头上；夹持板，一端固定在第三转接座上，另一端转动套接在压线盘上。

15、进一步，所述拉线件还包括：

16、行程槽，开设有四个，四个所述行程槽分别等分开设在拉线架的内两侧上；行程柱，设置有四个，四个所述行程柱分别等分固定在位移板的两侧上，四个所述行程柱分别滑动嵌入四个行程槽内；芯轴，设置有两个，两个所述芯轴固定在拉线架下方；套筒，设置有两个，两个所述套筒转动套接在芯轴上。

17、进一步，还包括：

18、夹座，螺栓固定在线圈骨架外表面的螺纹孔上；对接孔，开设在夹座的两侧上；筒座，固定在夹座的两侧上；扭轴，转动嵌入在筒座内；弹片，固定在扭轴上；所述筒座内部设置有扭簧；定位杆，下方转动插接在旋转孔内，上方转动插接在线材盘内；安装板，固定在定位杆上，且位于安装槽内，且位于线材盘下方。

19、进一步，所述拉线架上方设置有伺服电机，所述拉线架转动设置有丝杠，所述丝杠螺纹旋入在位移板内。

20、进一步，所述第一转接座、第二转接座及第三转接座内部均设置有扭簧。

21、第二方面，一种质子治疗用小型化异形超导二极磁体绕线装置的方法，方法步骤如下：

22、步骤1、采用外部固定结构将拉线架、定位杆、安装板锁紧定位，作业全程保持结构静止；外部动力源与圆状底座传动连接，驱动圆状底座可稳定旋转；将线材盘经由中心孔插接在定位杆上端，使线材盘平稳放置于安装板上方，完成超导线材供料单元装配，利用动静分离结构搭建稳定走线基础；

23、步骤2、根据线圈骨架的异形轮廓，分别旋转第一螺纹筒、第二螺纹筒，对应改变第一螺纹杆与第一螺纹筒、第二螺纹杆与第二螺纹筒的组合长度，完成压线臂整体长度调节；依靠第一转接座、第二转接座、第三转接座内部扭簧的弹性作用力，驱使压线臂向中心柱一侧弯曲，使压线盘紧密贴合在线圈骨架外表面，实现压线结构对异形内凹轮廓的自适应匹配；

24、步骤3、调整线材盘出线方向与圆状底座旋转方向保持一致；将线材盘引出的超导线材绕过拉线夹端部的滚轮，并将超导线材端头固定在线圈骨架表面；拉动滚轮与线圈骨架之间的超导线材，使超导线材嵌入压线盘的凹槽内部，超导线材切入方向与圆状底座旋转方向保持同向，规避绕线过程中线材扭曲、错位、松脱问题；

25、步骤4、启动外部动力源，驱动圆状底座持续旋转，圆状底座同步带动线圈骨架、中心柱及中心盘一同转动，线圈骨架旋转过程中卷收超导线材，开展线圈主体缠绕作业；受张紧超导线材的限位约束，压线臂不会随圆状底座同步公转，压线臂端部的滑销以切点接触形式沿中心盘外侧的内滑轨平稳滑动，压线盘全程跟随线圈骨架轮廓动态压线；

26、步骤5、启动拉线架上方的伺服电机，伺服电机驱动丝杠正转或反转，通过螺纹传动带动位移板沿行程槽做竖向直线运动；位移板同步带动拉线夹、滚轮及超导线材上下位移，超导线材进一步牵引压线盘在线圈骨架表面竖向微调，使超导线材自上而下或自下而上分层缠绕，保证异形超导二极磁体线圈绕制均匀、排布规整；

27、步骤6、异形超导二极磁体线圈整体绕制完成后，利用螺栓将夹座穿过对接孔安装在线圈骨架表面的螺纹孔上；借助筒座内部扭簧带动扭轴转动，使弹片压紧在已绕制完成的线圈表面，对异形超导二极磁体线圈进行固定限位，便于后续环氧涂覆固化作业。

28、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

29、本发明通过旋转中心盘、内滑轨及压线臂配合工作，圆状底座旋转带动线圈骨架公转，滑销以相切角度沿内滑轨动态滑动，配合扭簧的弹性补偿，让压线盘全程贴合不规则内凹骨架表面；动态随动压线模式打破传统绕线设备压线结构轨迹固定，仅适配规则圆形、饼状规整线圈，无法跟随异形内凹骨架轮廓运动，不能完成异形超导线圈绕制，旋转中心盘、内滑轨及压线臂配合解决异形超导二极磁体线圈无法机器绕制；再通过伺服电机驱动丝杠转动，带动位移板沿行程槽竖向精准滑动，联动滚轮与超导线材竖向位移，牵引压线盘在线圈骨架表面微量竖向微调，实现异形曲面线圈自上而下、自下而上的均匀分层绕制，有效提升异形超导线圈的整体规整度与成型质量。

30、本发明通过动静分离布局，圆状底座、线圈骨架、压线件为旋转运动结构，拉线架、定位杆、安装板、线材盘全程静止固定，线材出线方向与底座旋转方向严格匹配，线材贴合嵌入压线盘凹槽，规避超导细线绕制过程中的扭曲、松脱问题，保障超导线圈绕制精度与良品率；通过采用第一螺纹杆、第一螺纹筒与第二螺纹杆、第二螺纹筒双段伸缩调节结构，可自由调整压线臂整体长度；同时依靠第一转接座、第二转接座、第三转接座内置扭簧，实现多方向弹性弯曲补偿，自适应匹配各类异形、偏心、内凹线圈轮廓，大幅提升工装通用适配性，区别于传统固定式压线结构。