一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台的制作方法

1.本发明涉及水模体扫描技术领域，尤其涉及一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台。


背景技术：

2.自动扫描水模体三维运动平台主要用于测量加速器射线在不同深度水模中相对剂量分布数值，同时快速自动算出射线的半高宽、半影、对称性、平坦度、大剂量点深度等参数。由于测量计算的射线数据被视为参考并最终提供治疗计划验证，因此对于收集到的数据质量要求应是最高的，以避免因剂量验证错误引起的计划误差而带来治疗病人错误。
3.目前市面现有的放疗自动扫描水模体三维运动平台主要分为是悬臂结构和u型结构。悬臂结构多采用皮带来带动运行，而皮带带动的准确性、持久性难以保证。u型结构采用两侧运动结构伸到水里，中间悬臂靠两侧连接实现运动，但是两侧伸到水里结构零件较多，不够轻巧，机械装置对射线束的散射等；就目前的自动扫描水模体三维运动平台结构而言，是利用垂直的悬臂结构进行上下及左右的移动，从而带动悬臂上的探测器进行移动测量，由于使用时水箱中注满了水，水下运动部件不可避免装置长期被水浸泡，引起设备的腐锈，需经常调试及维护；带动悬臂的运动普遍使用皮带，但是皮带会老化弹力会慢慢缩减，进而影响到设备精度。
4.因自动扫描水模体是测量的是深度剂量曲线，对应不同的深度测量的准确性，对传感器的精确性及扫描臂的运动精度和平稳度要求是极高的，目前对于单支点的悬臂端部容易下垂，影响移动精度。
5.因此，有必要提供一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明是提供一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台。
7.本发明提供的一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台，包括水箱，所述水箱顶部固定有安装板，所述安装板上表面对称固定有安装座，两个所述安装座中部通过轴承转动连接有第一滚珠丝杠，一个所述安装座一端固定有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端通过联轴器与第一滚珠丝杠一端固定连接，所述安装板表面固定有第一导轨，所述第一导轨一端滑动连接有第一u形滑板，且第一u形滑板一端与第一滚珠丝杠上的螺母固定连接；所述第一u形滑板一侧固定有安装架，所述安装架呈u形设置，所述安装架下表面中部固定有第二导轨，所述第二导轨底部固定有第一固定板，所述安装架和第一固定板一端通过轴承转动连接有第二滚珠丝杠，所述第二导轨一端滑动连接有第二u形滑板，且第二u形滑板一端与第二滚珠丝杠上的螺母固定连接，所述安装架顶部固定有第二步进电机，所
述第二步进电机的输出端通过联轴器与第二滚珠丝杠固定连接，所述水箱一侧固定有控制主机；所述第二u形滑板一侧固定有第一密封壳，所述安装架和第一固定板远离第二滚珠丝杠的一端通过轴承转动连接有滚珠花键，所述滚珠花键上的花键套与第一密封壳转动连接，所述滚珠花键上的花键轴通过导套与第一密封壳底部滑动连接，所述滚珠花键上的花键套底部固定有第一锥齿轮，所述第一密封壳一侧通过轴承转动连接有第三滚珠丝杠，所述第三滚珠丝杠靠近第一密封壳内壁的一端固定有第二锥齿轮，且第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合连接，所述第二u形滑板一侧固定有第二固定板，所述第二固定板中部固定有第三导轨，所述第三导轨一端固定有第三固定板，且第三滚珠丝杠一端通过轴承与第三固定板转动连接，所述第三导轨一端滑动连接有第三u形滑板，且第三u形滑板一端与第三滚珠丝杠上的螺母固定连接，所述第三u形滑板顶部固定有扫描仪器，所述第三导轨底部远离第二固定板的一端固定有支撑机构，所述安装架顶部固定有第三步进电机，且第三步进电机的输出端通过联轴器与第三滚珠丝杠固定连接。
8.优选的，所述支撑机构包括浮力筒、转轴、螺纹柱、活塞、方形筒和保持架，所述第三导轨一端固定有浮力筒，所述浮力筒中部通过机械密封转动连接有转轴，所述转轴一端固定有螺纹柱，所述浮力筒内壁滑动连接有活塞，所述活塞中部通过滑孔与转轴滑动连接，所述活塞中部一端固定有方形筒，所述方形筒内壁呈圆形设置，且方形筒内壁开设有螺纹，且螺纹柱与方形筒内壁螺纹连接，所述浮力筒一端固定有保持架，所述保持架中部呈方形设置，且方形筒与保持架滑动连接。
9.优选的，所述第三滚珠丝杠一端固定有第一同步轮，所述转轴一端固定有第二同步轮，且第一同步轮通过第一同步带与第二同步轮传动连接。
10.优选的，所述第三步进电机的输出端外侧固定有第三同步轮，所述安装架中部固定有编码器，所述编码器的输入端固定有第四同步轮，且第四同步轮通过第二同步带与第三同步轮传动连接。
11.优选的，所述第一导轨、第二导轨和第三导轨的三个侧面均开设有导槽，所述第一u形滑板、第二u形滑板和第三u形滑板内壁的三面均通过轴承对称转动连接有第一导向轮，且第一导向轮与导槽滚动连接。
12.优选的，所述水箱底部靠近第一固定板的一端通过卡扣固定有第四导轨，所述第一固定板下表面通过轴承对称转动连接有第二导向轮，且第二导向轮与第四导轨滚动连接。
13.优选的，所述第一导轨、第二导轨、第三导轨和第四导轨均为铝合金材质构成，所述第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠、第三滚珠丝杠和滚珠花键均为不锈钢材质构成，且第一滚珠丝杠、第二滚珠丝杠和第三滚珠丝杠上的螺母均为塑料材质构成。
14.优选的，所述第一导轨、第二导轨和第三导轨中部均等距开设有圆孔。
15.优选的，所述第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机均为多细分步进电机。
16.优选的，所述安装架顶部固定有第二密封壳，所述安装板一端固定有拖链。
17.与相关技术相比较，本发明提供的放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台具有如下有益效果：本发明提供放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台：
1、第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机均设置在水箱顶部一端，测量时不会浸没在水中，使扫描过程中水面高度保持不变，提高扫描精度，电机不与水箱内的液体接触，从而可防止设备腐朽，减少调试和维修频率，通过滚珠丝杠进行驱动，精度高，结构稳定，耐用性较高；2、在第三u形滑板向靠近第二固定板的方向移动时，第三导轨端部的重量降低，活塞向内压缩浮力筒的内部空气时，浮力筒与活塞之间的体积变小，因此浮力筒的浮力降低，而第三u形滑板向远离第二固定板的方向移动时，则驱动活塞抽拉浮力筒内部的空气，使得浮力筒与活塞之间的体积变大，因此浮力筒的浮力增大，从而抵消第三u形滑板的重量，使得第三导轨的端部保持一个相对稳定的力，从而减少下垂偏差，提高精度。
附图说明
18.图1为本发明提供的整体结构示意图之一；图2为本发明提供的整体结构示意图之二；图3为本发明提供的第二滚珠丝杠结构示意图；图4为本发明提供的滚珠花键结构示意图；图5为本发明提供的编码器结构示意图；图6为图3中的a处放大图；图7为本发明提供的导槽结构示意图；图8为本发明提供的支撑机构结构示意图；图9为本发明提供的浮力筒内部结构示意图；图10为本发明提供的第一导向轮结构示意图。
19.图中标号：1、水箱；2、安装板；3、安装座；4、第一滚珠丝杠；5、第一步进电机；6、第一导轨；7、第一u形滑板；8、安装架；9、第二导轨；10、第一固定板；11、第二滚珠丝杠；12、第二u形滑板；13、第二步进电机；14、第一密封壳；15、滚珠花键；151、花键套；152、花键轴；16、第一锥齿轮；17、第三滚珠丝杠；18、第二锥齿轮；19、第二固定板；20、第三导轨；21、第三固定板；22、第三u形滑板；23、扫描仪器；24、第三步进电机；25、支撑机构；251、浮力筒；252、转轴；253、螺纹柱；254、活塞；255、方形筒；256、保持架；26、第一同步轮；27、第二同步轮；28、第一同步带；29、第三同步轮；30、编码器；31、第四同步轮；32、第二同步带；33、导槽；34、第一导向轮；35、第四导轨；36、第二导向轮；37、圆孔；38、第二密封壳；39、拖链；40、控制主机。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
21.请结合参阅图1
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10，其中，图1为本发明提供的整体结构示意图之一；图2为本发明提供的整体结构示意图之二；图3为本发明提供的第二滚珠丝杠结构示意图；图4为本发明提供的滚珠花键结构示意图；图5为本发明提供的编码器结构示意图；图6为图3中的a处放大图；图7为本发明提供的导槽结构示意图；图8为本发明提供的支撑机构结构示意图；图9为本发明提供的浮力筒内部结构示意图；图10为本发明提供的第一导向轮结构示意图。
22.在具体实施过程中，如图1和图2所示，一种放射治疗用自动扫描水模体三维运动平台，包括水箱1，所述水箱1顶部固定有安装板2，所述安装板2上表面对称固定有安装座3，
两个所述安装座3中部通过轴承转动连接有第一滚珠丝杠4，一个所述安装座3一端固定有第一步进电机5，所述第一步进电机5的输出端通过联轴器与第一滚珠丝杠4一端固定连接，所述安装板2表面固定有第一导轨6，所述第一导轨6一端滑动连接有第一u形滑板7，且第一u形滑板7一端与第一滚珠丝杠4上的螺母固定连接，所述水箱一侧固定有控制主机40，控制主机40可以为计算机或单片机等，便于控制设备的运行；参考图3所示，所述第一u形滑板7一侧固定有安装架8，所述安装架8呈u形设置，所述安装架8下表面中部固定有第二导轨9，所述第二导轨9底部固定有第一固定板10，所述安装架8和第一固定板10一端通过轴承转动连接有第二滚珠丝杠11，所述第二导轨9一端滑动连接有第二u形滑板12，且第二u形滑板12一端与第二滚珠丝杠11上的螺母固定连接，所述安装架8顶部固定有第二步进电机13，所述第二步进电机13的输出端通过联轴器与第二滚珠丝杠11固定连接；参考图3和图4所示，所述第二u形滑板12一侧固定有第一密封壳14，所述安装架8和第一固定板10远离第二滚珠丝杠11的一端通过轴承转动连接有滚珠花键15，所述滚珠花键15上的花键套151与第一密封壳14转动连接，所述滚珠花键15上的花键轴152通过导套与第一密封壳14底部滑动连接，所述滚珠花键15上的花键套151底部固定有第一锥齿轮16，所述第一密封壳14一侧通过轴承转动连接有第三滚珠丝杠17，所述第三滚珠丝杠17靠近第一密封壳14内壁的一端固定有第二锥齿轮18，且第一锥齿轮16与第二锥齿轮18啮合连接，所述第二u形滑板12一侧固定有第二固定板19，所述第二固定板19中部固定有第三导轨20，所述第三导轨20一端固定有第三固定板21，且第三滚珠丝杠17一端通过轴承与第三固定板21转动连接，所述第三导轨20一端滑动连接有第三u形滑板22，且第三u形滑板22一端与第三滚珠丝杠17上的螺母固定连接，所述第三u形滑板22顶部固定有扫描仪器23，所述第三导轨20底部远离第二固定板19的一端固定有支撑机构25，所述安装架8顶部固定有第三步进电机24，且第三步进电机24的输出端通过联轴器与第三滚珠丝杠17固定连接；通过第一步进电机5驱动第一滚珠丝杠4运动，带动第一u形滑板7在第一导轨6上进行左右滑动，进而带动第二导轨9左右运动，通过第二步进电机13转动带动第二滚珠丝杠11进行运动，进而带动第二导轨9上的第二u形滑板12进行上下滑动，进而可带动第三导轨20进行上下滑动，使得第三导轨20上的第三u形滑板22上下运动，且第三u形滑板22升降可带动第一密封壳14升降，进而可驱动花键套151在花键轴152上进行滑动升降，并且通过第三步进电机24转动可带动滚珠花键15上的花键轴152进行转动，使得花键轴152通过花键套151带动第一锥齿轮16转动，使得第一锥齿轮16带动第二锥齿轮18转动，实现对第三滚珠丝杠17的驱动，使得第三滚珠丝杠17带动第三u形滑板22在第三导轨20上进行前后滑动，进而可带动扫描仪器23进行前后滑动，第一步进电机5、第二步进电机13和第三步进电机24工作，则可带动扫描仪器23进行三轴运动，实现对水模体的扫描，其中，第一步进电机5、第二步进电机13和第三步进电机24均设置在水箱1顶部一端，不与水箱1内的液体接触，从而可防止设备腐朽，减少调试和维修频率，通过滚珠丝杠进行驱动，精度高，结构稳定，耐用性较高。
23.参考图6、图8和图9所示，所述支撑机构25包括浮力筒251、转轴252、螺纹柱253、活塞254、方形筒255和保持架256，所述第三导轨20一端固定有浮力筒251，所述浮力筒251中部通过机械密封转动连接有转轴252，所述转轴252一端固定有螺纹柱253，所述浮力筒251
内壁滑动连接有活塞254，所述活塞254中部通过滑孔与转轴252滑动连接，所述活塞254中部一端固定有方形筒255，所述方形筒255内壁呈圆形设置，且方形筒255内壁开设有螺纹，且螺纹柱253与方形筒255内壁螺纹连接，所述浮力筒251一端固定有保持架256，所述保持架256中部呈方形设置，且方形筒255与保持架256滑动连接，所述第三滚珠丝杠17一端固定有第一同步轮26，所述转轴252一端固定有第二同步轮27，且第一同步轮26通过第一同步带28与第二同步轮27传动连接，在第三滚珠丝杠17转动时，驱动第三u形滑板22运动的过程中，通过第一同步轮26和第二同步轮27驱动转轴252转动，进而可带动螺纹柱253旋转，使得螺纹柱253驱动方形杆在保持架256内壁滑动，进而可带动活塞254在浮力筒251内移动，在第三u形滑板22向靠近第二固定板19的方向移动时，第三导轨20端部的重量降低，活塞254向内压缩浮力筒251的内部空气时，浮力筒251与活塞254之间的体积变小，因此浮力筒251的浮力降低，而第三u形滑板22向远离第二固定板19的方向移动时，则驱动活塞254抽拉浮力筒251内部的空气，使得浮力筒251与活塞254之间的体积变大，因此浮力筒251的浮力增大，从而抵消第三u形滑板22的重量，使得第三导轨20的端部保持一个相对稳定的力，从而减少下垂偏差，提高精度。
24.参考图5所示，所述第三步进电机24的输出端外侧固定有第三同步轮29，所述安装架8中部固定有编码器30，所述编码器30的输入端固定有第四同步轮31，且第四同步轮31通过第二同步带32与第三同步轮29传动连接，便于电机的复位和校准。
25.参考图2、图3、图7和图10所示，所述第一导轨6、第二导轨9和第三导轨20的三个侧面均开设有导槽33，所述第一u形滑板7、第二u形滑板12和第三u形滑板22内壁的三面均通过轴承对称转动连接有第一导向轮34，且第一导向轮34与导槽33滚动连接，所述水箱1底部靠近第一固定板10的一端通过卡扣固定有第四导轨35，所述第一固定板10下表面通过轴承对称转动连接有第二导向轮36，且第二导向轮36与第四导轨35滚动连接，提高滑动的稳定性，降低磨损，并提高滑动精度。
26.所述第一导轨6、第二导轨9、第三导轨20和第四导轨35均为铝合金材质构成，所述第一滚珠丝杠4、第二滚珠丝杠11、第三滚珠丝杠17和滚珠花键15均为不锈钢材质构成，且第一滚珠丝杠4、第二滚珠丝杠11和第三滚珠丝杠17上的螺母均为塑料材质构成，防止在水中生锈，且质量小，结构稳定性高。
27.参考图7所示，所述第一导轨6、第二导轨9和第三导轨20中部均等距开设有圆孔37，减少重量，并且在第三导轨20在水中运动时，可减少阻力。
28.所述第一步进电机5、第二步进电机13和第三步进电机24均为多细分步进电机，提高精度和稳定性。
29.参考图1和图2所示，所述安装架8顶部固定有第二密封壳38，便于保护第二步进电机13和第三步进电机24，所述安装板2一端固定有拖链39，便于对电线的保护。
30.工作原理：通过第一步进电机5驱动第一滚珠丝杠4运动，带动第一u形滑板7在第一导轨6上进行左右滑动，进而带动第二导轨9左右运动，通过第二步进电机13转动带动第二滚珠丝杠11进行运动，进而带动第二导轨9上的第二u形滑板12进行上下滑动，进而可带动第三导轨20进行上下滑动，使得第三导轨20上的第三u形滑板22上下运动，且第三u形滑板22升降可带动第一密封壳14升降，进而可驱动花键套151在花键轴152上进行滑动升降，并且通过第
三步进电机24转动可带动滚珠花键15上的花键轴152进行转动，使得花键轴152通过花键套151带动第一锥齿轮16转动，使得第一锥齿轮16带动第二锥齿轮18转动，实现对第三滚珠丝杠17的驱动，使得第三滚珠丝杠17带动第三u形滑板22在第三导轨20上进行前后滑动，进而可带动扫描仪器23进行前后滑动，第一步进电机5、第二步进电机13和第三步进电机24工作，则可带动扫描仪器23进行三轴运动，实现对水模体的扫描，其中，第一步进电机5、第二步进电机13和第三步进电机24均设置在水箱1顶部一端，不与水箱1内的液体接触，从而可防止设备腐朽，减少调试和维修频率，通过滚珠丝杠进行驱动，精度高，结构稳定，耐用性较高；其中，由于第三导轨20在悬臂状态下，远离第二固定板19的一端在重力的作用下会向下下垂，尤其是第三u形滑板22滑动至远离第二固定板19的一端时，第三导轨20端部重量增大，导致下垂偏差增大，因此在第三导轨20的端部设置浮力筒251，使得浮力筒251在水中时可产生向上的浮力，从而可大致抵消第三导轨20端部的质量，减少下垂，而随着第三u形滑板22向端部移动，则需要增加浮力筒251的浮力，由于物体的浮力跟体积成比例，因此，在第三滚珠丝杠17转动时，驱动第三u形滑板22运动的过程中，通过第一同步轮26和第二同步轮27驱动转轴252转动，进而可带动螺纹柱253旋转，使得螺纹柱253驱动方形杆在保持架256内壁滑动，进而可带动活塞254在浮力筒251内移动，在第三u形滑板22向靠近第二固定板19的方向移动时，第三导轨20端部的重量降低，活塞254向内压缩浮力筒251的内部空气时，浮力筒251与活塞254之间的体积变小，因此浮力筒251的浮力降低，而第三u形滑板22向远离第二固定板19的方向移动时，则驱动活塞254抽拉浮力筒251内部的空气，使得浮力筒251与活塞254之间的体积变大，因此浮力筒251的浮力增大，从而抵消第三u形滑板22的重量，使得第三导轨20的端部保持一个相对稳定的力，从而减少下垂偏差，提高精度。
31.本发明中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。
32.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。