阅读说明：本技术 一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法 (Roller type engraving processing method of gradient coil ) 是由 张永昌 李培勇 程东芹 刘宇 于 2020-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法,包括,将环氧骨架套装于中心轴,加工所述环氧骨架的外圆,在所述环氧骨架的端部标记定位基准；将铜板下料,弯曲制成铜板卷筒；将所述铜板卷筒套装固定于所述环氧骨架；将所述中心轴装夹于辊式数控雕铣机,于所述定位基准对刀；雕刻所述铜板卷筒制成铜板线路。上述梯度线圈的辊式雕刻加工方法先将铜板卷筒安装在骨架上,再用辊式数控雕铣机加工出线路,能够保证鞍形线圈的尺寸与理论值相符合。(The invention discloses a roller type engraving processing method of a gradient coil, which comprises the steps of sleeving an epoxy framework on a central shaft, processing the excircle of the epoxy framework, and marking a positioning reference at the end part of the epoxy framework; blanking the copper plate, and bending to obtain a copper plate winding drum; sleeving and fixing the copper plate winding drum on the epoxy framework; clamping the central shaft on a roller type numerical control engraving and milling machine, and aligning the tool on the positioning reference; and engraving the copper plate winding drum to manufacture a copper plate circuit. According to the roller type engraving processing method of the gradient coil, the copper plate winding drum is installed on the framework, and then the roller type numerical control engraving and milling machine is used for processing a circuit, so that the size of the saddle-shaped coil can be ensured to be consistent with a theoretical value.)

一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，特别涉及一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法。

背景技术

梯度线圈是核磁共振成像系统的核心部件之一，用于产生空间编码用的梯度场。

线圈加工时每根导线的尺寸要保证与理论尺寸相符，安装时要保证主线圈、屏蔽线圈的同轴度、对称度、周向角度。如果稍有偏差，梯度线圈的非线性度和涡流值将会变大，会严重降低梯度线圈的性能，甚至报废。目前梯度线圈的制作安装通常采用如下工艺：铜板切割出所需线路、铜板卷筒、铜板连接点打断、圆筒固定于骨架、浸脂等。存在以下缺点：1、铜板卷筒时，原本均匀的切割缝会变得不均匀，有的割缝两侧甚至会接触，造成线圈短路，还有些铜条会翘起，使得圆筒不是一个规则的圆，线圈与设计要求不能相符合，造成梯度场的线性度变差；2、连接点采用手持旋转锉方式打断，断点处的间隙尺寸不好控制，容易造成此处的导线截面积小于理论值，增加了导线电阻，增加了梯度线圈的发热量；3、圆筒在骨架上的定位精度不易控制，因为铜板经过卷圆后会发生一些扭曲，以及铜板边缘处割缝的松散，使得定位基准的精度降低，这些会使得梯度场的线性度变差，涡流干扰增大。

因此，如何能够提供一种保证线圈的尺寸与理论值相符合的梯度线圈的辊式雕刻加工方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法，先将铜板卷筒安装在骨架上，再用辊式数控雕铣机加工出线路，能够保证鞍形线圈的尺寸与理论值相符合。

为实现上述目的，本发明提供一种梯度线圈的辊式雕刻加工方法，包括，

将环氧骨架套装于中心轴，加工所述环氧骨架的外圆，在所述环氧骨架的端部标记定位基准；

将铜板下料，弯曲制成铜板卷筒；

将所述铜板卷筒套装固定于所述环氧骨架；

将所述中心轴装夹于辊式数控雕铣机，于所述定位基准对刀；

雕刻所述铜板卷筒制成铜板线路。

优选地，所述弯曲制成铜板卷筒的步骤之后，还包括：

将所述铜板卷筒进行软化退火处理。

优选地，所述铜板的下料尺寸大于所述铜板的理论外形尺寸，所述铜板卷筒的卷圆直径小于所述铜板线路的线圈理论直径。

优选地，所述将铜板卷筒套装固定于骨架轴的步骤，具体包括，

将环氧树脂胶涂刷于所述环氧骨架的外柱面；

将所述铜板卷筒套装于所述环氧骨架，调整轴向尺寸和周向角度。

优选地，所述调整轴向尺寸和周向角度的步骤之后，还包括，

将所述铜板卷筒用线圈夹具箍紧于所述环氧骨架；

等待所述环氧树脂胶固化后，将所述线圈夹具拆除。

优选地，所述线圈夹具的内径尺寸等于所述铜板线路的线圈外径理论尺寸。

优选地，所述雕刻制成铜板线路的步骤之后，还包括，

将玻璃丝布缠绕于所述铜板线路外侧，涂刷环氧树脂胶；

等待所述环氧树脂胶固化后，将所述中心轴再次装夹于所述辊式数控雕铣机，加工外圆。

优选地，所述加工外圆的步骤之后，还包括，

返回重复所述将铜板下料的步骤，制作所述铜板线路的屏蔽线圈和主线圈。

相对于上述背景技术，本发明所提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法包括五步：第一步，将环氧骨架套装于中心轴，加工环氧骨架的外圆，在环氧骨架的端部标记定位基准；第二步，将铜板下料，弯曲制成铜板卷筒；第三步，将铜板卷筒套装固定于环氧骨架；第四步，将中心轴装夹于辊式数控雕铣机，于定位基准对刀；第五步，雕刻铜板卷筒制成铜板线路；该梯度线圈的辊式雕刻加工方法，在第一步中安装环氧骨架和中心轴，并在环氧骨架的端部标记定位基准，在第二步中实现铜板的下料，将平面的铜板弯曲以实现呈卷筒状的铜板卷筒，紧接着，在第三步中将弯曲制成的铜板卷筒套装固定于环氧骨架，此时铜板卷筒的卷筒状与环氧骨架的圆筒状相吻合以实现套装固定的紧密贴合，在第四步中将固定有铜板卷筒的中心轴装夹于辊式数控雕铣机，并使用环氧骨架端部标记的定位基准对刀，最终，在第五步中，在中心轴和环氧骨架的固定作用以及辊式数控雕铣机的加工作用下，实现对环氧骨架上的铜板卷筒的加工，雕刻制成符合使用要求的铜板线路，铜板线路即为梯度线圈，包括两组鞍形的X线圈和Y线圈，该方法能够保证鞍形线圈的尺寸与理论值相符合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的梯度线圈中鞍形线圈的结构示意图；

图3为图2中X屏蔽线圈和Y屏蔽线圈的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第一个流程的安装示意图；

图5为本发明实施例提供的铜板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第二个流程的安装示意图；

图7为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第三个流程的安装示意图；

图8为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第四个流程的安装示意图。

其中：

1-铜板线路、3-中心轴、4-环氧骨架、5-铜板、6-线圈夹具、11-屏蔽线圈、12-主线圈、111-X屏蔽线圈、112-Y屏蔽线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图8，其中，图1为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的梯度线圈中鞍形线圈的结构示意图，图3为图2中X屏蔽线圈和Y屏蔽线圈的结构示意图，图4为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第一个流程的安装示意图，图5为本发明实施例提供的铜板的结构示意图，图6为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第二个流程的安装示意图，图7为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第三个流程的安装示意图，图8为本发明实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法的第四个流程的安装示意图。

在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法包括以下步骤：S1、将环氧骨架4套装于中心轴3，加工环氧骨架4的外圆，在环氧骨架4的端部标记定位基准；S2、将铜板5下料，弯曲制成铜板卷筒；S3、将铜板卷筒套装固定于环氧骨架4；S4、将中心轴3装夹于辊式数控雕铣机，于定位基准对刀；S5、雕刻铜板卷筒制成铜板线路1。

在本实施例中，在步骤S1中，先将环氧骨架4套装于中心轴3，加工环氧骨架4的外圆，再于环氧骨架4的端部标记定位基准，中心轴3和环氧骨架4组合构成在后续步骤中供铜板卷筒安装固定的骨架轴；在步骤S2中，先下料，提供用作原材料的铜板5，将铜板5弯曲制成铜板卷筒，铜板卷筒呈卷筒状，这一步的目的在于，使得卷筒状的铜板卷筒可紧密贴合在骨架轴上；在步骤S3中，将上一步制作得到的铜板卷筒安装，弯曲且呈卷筒状的铜板卷筒可套装固定于骨架轴，铜板卷筒的卷筒状与骨架轴的圆筒状相吻合，以面贴合的形式安装以保证紧密贴合，使得铜板卷筒与骨架轴构成一个整体，以便于在后续步骤中对铜板卷筒进行加工；在步骤S4中，将上一步制作得到的整体安装于辊式数控雕铣机，使得骨架轴的两端装夹于辊式数控雕铣机上，也就是说中心轴3的两端装夹于辊式数控雕铣机，并于前述步骤中标记的定位基准对刀，每次装夹后对刀都采用同一定位基准，保证了处于不同直径处的鞍形线圈的轴向中心面的重合；在步骤S5中，在骨架轴对铜板卷筒提供安装固定的作用的基础上，由辊式数控雕铣机对骨架轴上的铜板卷筒雕刻加工，将铜板卷筒雕刻制成符合使用要求的铜板线路1，铜板线路1对应于梯度线圈中的两组呈鞍形的X线圈和Y线圈。

在本实施例中，梯度线圈中包含有两组鞍形的X线圈、Y线圈，其中每个线圈又分为主线圈12和屏蔽线圈11，X、Y线圈形状一样，尺寸略有差异，在梯度线圈内圆柱面上相隔90°分布。主线圈12用于产生梯度场，屏蔽线圈11安装在主线圈12外侧的一定距离处，用于屏蔽主线圈12的逸散场。两种线圈的加工方法相同，仅需重复步骤S1至步骤S5的流程即可，由数控雕刻机依次完成多种线圈的电路精确加工，并且每次装夹后对刀都采用同一定位基准，保证了处于不同直径处的鞍形线圈的轴向中心面的重合。

相较于现有技术中梯度线圈的加工方法，现有技术采用先铜板5切割、后制成铜板卷筒的方式，再进行后续如连接点打断、固定于骨架以及浸脂等步骤；具体操作如下：1、按照线圈切割图将铜板5切割出所需的线路，为保持铜板5不松散，预留一些连接点不切断；2、铜板5刷黑胶、贴环氧板，使铜板5固定为一体；3、铜板5卷筒，卷筒的直径略小于理论直径，因为卷筒后会有回弹；4、连接点打断；5、套装在环氧骨架4上，调节圆筒的轴向距离、周向角度至要求位置，再用收紧带将圆筒箍紧在骨架上；6、用玻璃丝带缠绕并箍紧圆筒，将收紧带拆下；7、真空浸脂。8、重复1-7步骤，依次制作X主线圈、Y主线圈、X屏蔽线圈111、Y屏蔽线圈112。

而本申请先将铜板弯曲制成铜板卷筒，再对铜板卷筒进行雕刻以及后续步骤，能够保证鞍形线圈的尺寸与理论值相符合。

为了更好的技术效果，在步骤S2之后，也即弯曲制成铜板卷筒的步骤之后，还包括：将铜板卷筒进行软化退火处理；铜板5在弯曲制成铜板卷筒后会存在内应力，外形有回弹的趋势，通过软化退火处理能消除内应力、降低硬度，能增加铜板卷筒后续制作铜板线圈时的尺寸稳定性。

示例性的，铜板5的下料尺寸大于铜板5的理论外形尺寸；通俗而言，铜板5的理论外形尺寸为实际需要的理论尺寸，为保障铜板5在加工制成铜板卷筒后尺寸的可靠性，使铜板5的实际下料的下料尺寸大于该理论尺寸，以留有充足的后续加工余量。

示例性的，铜板卷筒的卷圆直径小于铜板线路1的线圈理论直径；在实际过程中，因铜板卷筒以弯曲的方式制作成了卷筒，而钢板卷筒本身具有弹性，因此在制成目标规格的卷筒后存在反弹的现象，使得反弹后的卷筒的实际规格不再符合目标规格，因此将钢板卷筒的卷曲直径规定为小于铜板线路1的线圈理论直径，以适应铜板卷筒因卷筒反弹而增大的变化。

在此基础上，将铜板卷筒套装固定于骨架轴的步骤，具体包括步骤：将环氧树脂胶涂刷于环氧骨架4的外柱面；将铜板卷筒套装于环氧骨架4，调整轴向尺寸和周向角度。

在此基础上，调整轴向尺寸和周向角度的步骤之后，还包括步骤：将铜板卷筒用线圈夹具6箍紧于环氧骨架4；等待环氧树脂胶固化后，将线圈夹具6拆除。

在本实施例中，线圈夹具6与环氧骨架4的截面形状相似，安装线圈夹具6时，线圈夹具6与铜板卷筒紧密贴合；示例性的，线圈夹具6的内径尺寸等于铜板线路1的线圈外径理论尺寸，进一步保证了鞍形线圈的外径尺寸及圆柱度要求。

在此基础上，雕刻制成铜板线路1的步骤之后，还包括步骤：将玻璃丝布缠绕于铜板线路1外侧，涂刷环氧树脂胶；等待环氧树脂胶固化后，将中心轴3再次装夹于辊式数控雕铣机，加工外圆。

在此基础上，加工外圆的步骤之后，还包括步骤：返回重复将铜板5下料的步骤，制作铜板线路1的屏蔽线圈11和主线圈12。

在一种具体的实施方式中，本实施例提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法，具体包括以下步骤：

将环氧骨架4套装于中心轴3；

在辊式数控雕铣机上加工环氧骨架4的外圆，在环氧骨架4的端部标记定位基准，便于后续加工时的重新定位；

将铜板5下料制成铜板卷筒，铜板5的实际尺寸大于理论尺寸，铜板卷筒的实际直径小于理论直径，以抵消卷筒后的部分回弹；

将环氧树脂胶涂刷于环氧骨架4的外柱面；

将铜板卷筒套装于环氧骨架4，调整轴向尺寸和周向角度；

用线圈夹具6将铜板卷筒箍紧于环氧骨架4，线圈夹具6的内径尺寸等于梯度线圈的理论尺寸，这样可以保证鞍形线圈外径尺寸的精度；

等待环氧树脂胶固化后将线圈夹具6拆除，将中心轴3装夹于辊式数控雕铣机，用之前标记的定位基准对刀，根据图纸雕刻出铜板线路1；

将玻璃丝布缠绕于铜板线路1外侧，再次涂刷环氧树脂胶；

等待环氧树脂胶固化后将中心轴3再次装夹于辊式数控雕铣机，加工外圆；

重复上述步骤，制作X线圈和Y线圈的屏蔽线圈11和主线圈12。

相较于现有技术的以下缺点：1、铜板卷筒时，原本均匀的切割缝会变得不均匀，有的割缝两侧甚至会接触，造成线圈短路，还有些铜条会翘起，使得圆筒不是一个规则的圆，线圈与设计要求不能相符合，造成梯度场的线性度变差；2、连接点采用手持旋转锉方式打断，断点处的间隙尺寸不好控制，容易造成此处的导线截面积小于理论值，增加了导线电阻，增加了梯度线圈的发热量；3、圆筒在骨架上的定位精度不易控制，因为铜板经过卷圆后会发生一些扭曲，以及铜板边缘处割缝的松散，使得定位基准的精度降低，这些会使得梯度场的线性度变差，涡流干扰增大。

本申请能够精确加工鞍形线圈的形状、精确定位鞍形线圈在梯度线圈中的空间位置，使鞍形线圈的性能符合设计要求；不仅克服了上述缺点，而且还具有以下优点：1、先将铜板卷筒安装在环氧骨架4上，再用辊式数控雕铣机加工出线路，能够保证鞍形线圈的尺寸与理论值相符合；2、线圈夹具6的应用进一步保证了鞍形线圈的外径尺寸及圆柱度要求；3、中心轴3始终与环氧骨架4连接，且每次装夹后对刀都采用同一定位基准，保证了处于不同直径处的鞍形线圈的轴向中心面的重合，保证了同一线圈的主线圈12与屏蔽线圈11的周向角度的对齐，保证了X线圈与Y线圈垂直角度。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的梯度线圈的辊式雕刻加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。