本發(fā)明涉及質(zhì)量檢測(cè)和重離子加速器領(lǐng)域，尤其涉及一種漂移管直線加速器（drift?tube?linac，簡(jiǎn)稱dtl）同軸度的測(cè)量方法及裝置，特別適用于超導(dǎo)小型化重離子治癌裝置的高流強(qiáng)漂移管直線加速器。

背景技術(shù)：

1、重離子加速器是產(chǎn)生重離子束的重要裝置之一，在材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、粒子物理及核物理等前沿學(xué)科有廣闊的應(yīng)用前景，重離子同步加速器需要低能的加速器作為注入器，而高流強(qiáng)漂移管直線加速器是超導(dǎo)小型化重離子治癌裝置注入器中的重要組成部件。重離子通過漂移管時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)方向與束流方向一致時(shí)，重離子通過漂移管間隙受到加速，電場(chǎng)方向與束流方向相反時(shí)，重離子恰好進(jìn)入漂移管，由于漂移管的屏蔽作用，使重離子束不受反方向電場(chǎng)約束，即不被減速。

2、在直線注入器中，dtl漂移管是重離子束傳輸軌道上的重要組成部件，電場(chǎng)被dtl漂移管屏蔽的同時(shí)，束流要穿過漂移管進(jìn)入真空腔體。要保證束流高效的傳輸?shù)秸婵涨惑w，則需要每個(gè)漂移管軸線盡可能與重離子束傳輸路徑的理論中心重合。因此，dtl漂移管的同軸度成為了注入器的關(guān)鍵指標(biāo)。目前業(yè)界要求同軸度小于0.05，能否高精度測(cè)量dtl漂移管同軸度是保證注入器加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

3、現(xiàn)有的漂移管同軸度測(cè)量方法主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

4、1）使用高度尺、深度尺、游標(biāo)卡尺等常規(guī)測(cè)量器具，配合等高塊或測(cè)量工裝測(cè)試，此方法由于測(cè)量工裝、等高塊本身存在系統(tǒng)誤差、加工誤差、儀器精度等原因，無法準(zhǔn)確測(cè)量公差為0.05的同軸度；

5、2）使用外徑小于漂移管內(nèi)徑0~0.2mm，母線直線度小于0.02的各種規(guī)格芯棒試穿過各漂移管，通過芯棒直徑來間接反映，一方面不能準(zhǔn)確測(cè)得同軸度的具體結(jié)果，另一方面由于芯棒加工存在的誤差，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確；

6、3）使用三坐標(biāo)普通直測(cè)針測(cè)量法，普通的直測(cè)針由于測(cè)針長(zhǎng)度有限，對(duì)于束流出入口間距大、間隙大、數(shù)量多的情況難以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)漂移管同軸度的測(cè)量。

7、綜上所述，以上三種測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)直線注入器dtl漂移管同軸度的高精度、全覆蓋測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)直線注入器dtl漂移管同軸度的傳統(tǒng)測(cè)量方法中存在的測(cè)量不準(zhǔn)確、不全面的缺陷，本發(fā)明提供了一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量方法及裝置。

2、為解決上述問題，本發(fā)明一方面提供了一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量方法，利用三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針測(cè)量多個(gè)被測(cè)漂移管的同軸度，所述星形測(cè)針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號(hào)和4號(hào)測(cè)針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號(hào)和5號(hào)測(cè)針、以及指向z軸負(fù)方向的1號(hào)測(cè)針；所述方法包括：步驟s1，安裝所述星形測(cè)針于測(cè)座上，調(diào)節(jié)所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針平行于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的y軸方向，校準(zhǔn)所述星形測(cè)針；步驟s2，將多個(gè)被測(cè)漂移管等高放置于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，控制多個(gè)被測(cè)漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的y軸方向；步驟s3，將所述3號(hào)測(cè)針以預(yù)定長(zhǎng)度伸入第一個(gè)被測(cè)漂移管的前端面，測(cè)得一個(gè)第一截面圓，并將所述5號(hào)測(cè)針以所述預(yù)定長(zhǎng)度伸入最后一個(gè)被測(cè)漂移管的后端面，測(cè)得另一個(gè)第一截面圓，利用兩個(gè)第一截面圓的圓心來構(gòu)造所述多個(gè)被測(cè)漂移管的基準(zhǔn)軸線；步驟s4，針對(duì)每個(gè)被測(cè)漂移管，將所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針以所述預(yù)定長(zhǎng)度分別伸入所述當(dāng)前被測(cè)漂移管的前后兩端面，測(cè)得兩個(gè)第二截面圓，利用所述兩個(gè)第二截面圓的圓心來構(gòu)造當(dāng)前被測(cè)漂移管的中心軸線；步驟s5，針對(duì)每個(gè)被測(cè)漂移管，將構(gòu)造出的中間軸線與所述基準(zhǔn)軸線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到當(dāng)前被測(cè)漂移管的同軸度。

3、進(jìn)一步地，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的末端設(shè)置有一個(gè)測(cè)球；在所述步驟s1，校準(zhǔn)所述星形測(cè)針包括：利用標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的測(cè)針。

4、進(jìn)一步地，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測(cè)球的材質(zhì)為紅寶石。

5、進(jìn)一步地，所述步驟s2具體包括：利用等高塊，將多個(gè)被測(cè)漂移管墊高放置于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)；調(diào)節(jié)平行于各被測(cè)漂移管的軸線方向的安裝基準(zhǔn)面，使得各被測(cè)漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的y軸方向。

6、進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)平行于各被測(cè)漂移管的軸線方向的安裝基準(zhǔn)面包括：在所述安裝基準(zhǔn)面的前后端同一高度處各采集一個(gè)測(cè)點(diǎn)，使得兩個(gè)測(cè)點(diǎn)在所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的x軸方向的偏差在預(yù)定范圍內(nèi)。

7、進(jìn)一步地，所述預(yù)定長(zhǎng)度均小于所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針的長(zhǎng)度。

8、進(jìn)一步地，所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)置有測(cè)量軟件；所述步驟s5包括：利用所述測(cè)量軟件將構(gòu)造出的中間軸線與所述基準(zhǔn)軸線進(jìn)行處理，得到當(dāng)前被測(cè)漂移管的同軸度。

9、本發(fā)明另一方面提供了一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量裝置，利用三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針測(cè)量多個(gè)被測(cè)漂移管的同軸度，所述星形測(cè)針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號(hào)和4號(hào)測(cè)針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號(hào)和5號(hào)測(cè)針、以及指向z軸負(fù)方向的1號(hào)測(cè)針；所述裝置包括：測(cè)針安裝模塊，用于安裝所述星形測(cè)針于測(cè)座上，調(diào)節(jié)所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針平行于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的y軸方向，校準(zhǔn)所述星形測(cè)針；漂移管設(shè)置模塊，用于將多個(gè)被測(cè)漂移管等高放置于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，控制多個(gè)被測(cè)漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的y軸方向；基準(zhǔn)軸線確定模塊，用于將所述3號(hào)測(cè)針以預(yù)定長(zhǎng)度伸入第一個(gè)被測(cè)漂移管的前端面，測(cè)得一個(gè)第一截面圓，并將所述5號(hào)測(cè)針以所述預(yù)定長(zhǎng)度伸入最后一個(gè)被測(cè)漂移管的后端面，測(cè)得另一個(gè)第一截面圓，利用兩個(gè)第一截面圓的圓心來構(gòu)造所述多個(gè)被測(cè)漂移管的基準(zhǔn)軸線；中心軸線確定模塊，用于針對(duì)每個(gè)被測(cè)漂移管，將所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針以所述預(yù)定長(zhǎng)度分別伸入所述當(dāng)前被測(cè)漂移管的前后兩端面，測(cè)得兩個(gè)第二截面圓，利用所述兩個(gè)第二截面圓的圓心來構(gòu)造當(dāng)前被測(cè)漂移管的中心軸線；同軸度確定模塊，用于針對(duì)每個(gè)被測(cè)漂移管，將構(gòu)造出的中間軸線與所述基準(zhǔn)軸線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到當(dāng)前被測(cè)漂移管的同軸度。

10、進(jìn)一步地，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的末端設(shè)置有一個(gè)測(cè)球；所述測(cè)針安裝模塊還用于：利用標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的測(cè)針。

11、進(jìn)一步地，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測(cè)球的材質(zhì)為紅寶石。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量方法及裝置，至少具有以下有益效果：

13、（1）不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法不能測(cè)量每一個(gè)漂移管同軸度的缺陷，同時(shí)，通過三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針，保證各漂移管的同軸度測(cè)量精度達(dá)到0.01；

14、（2）保障了漂移管的加工質(zhì)量，對(duì)高流強(qiáng)直線注入器整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)起到積極推進(jìn)作用。

技術(shù)特征：

1.一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量方法，利用三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針測(cè)量多個(gè)被測(cè)漂移管的同軸度，所述星形測(cè)針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號(hào)和4號(hào)測(cè)針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號(hào)和5號(hào)測(cè)針、以及指向z軸負(fù)方向的1號(hào)測(cè)針；其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的末端設(shè)置有一個(gè)測(cè)球；在所述步驟s1，校準(zhǔn)所述星形測(cè)針包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測(cè)球的材質(zhì)為紅寶石。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟s2具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)平行于各被測(cè)漂移管的軸線方向的安裝基準(zhǔn)面包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定長(zhǎng)度均小于所述3號(hào)和5號(hào)測(cè)針的長(zhǎng)度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)置有測(cè)量軟件；所述步驟s5包括：

8.一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量裝置，利用三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針測(cè)量多個(gè)被測(cè)漂移管的同軸度，所述星形測(cè)針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號(hào)和4號(hào)測(cè)針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號(hào)和5號(hào)測(cè)針、以及指向z軸負(fù)方向的1號(hào)測(cè)針；其特征在于，所述裝置包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的末端設(shè)置有一個(gè)測(cè)球；所述測(cè)針安裝模塊還用于：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述星形測(cè)針中每個(gè)測(cè)針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測(cè)球的材質(zhì)為紅寶石。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種漂移管直線加速器同軸度的測(cè)量方法及裝置，涉及質(zhì)量檢測(cè)和重離子加速器領(lǐng)域。該方法利用三坐標(biāo)測(cè)量軟件通過漂移管三維模型編輯測(cè)量程序，控制星形測(cè)針接觸每個(gè)被測(cè)漂移管所需的測(cè)量元素，利用星形測(cè)針可進(jìn)行多方向測(cè)量的特性，調(diào)節(jié)測(cè)座至需要角度，當(dāng)星形測(cè)針觸發(fā)測(cè)點(diǎn)信息時(shí)，得到該觸測(cè)元素的位置信息，再通過傳感器將該信息經(jīng)控制系統(tǒng)傳導(dǎo)至計(jì)算機(jī)，測(cè)量軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可評(píng)價(jià)得到漂移管的同軸度。本發(fā)明不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法不能測(cè)量每個(gè)漂移管同軸度的缺陷，同時(shí)通過三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)和星形測(cè)針，保證各漂移管的同軸度測(cè)量精度達(dá)到0.01，保障了漂移管的加工質(zhì)量，對(duì)高流強(qiáng)直線注入器整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)起到積極推進(jìn)作用。

技術(shù)研發(fā)人員：楊雙龍,梁成鑫,楊文杰,石健,薛小龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州泰基離子技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19