本發(fā)明涉及質(zhì)量檢測和重離子加速器領(lǐng)域，尤其涉及一種漂移管直線加速器（drift?tube?linac，簡稱dtl）同軸度的測量方法及裝置，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，當(dāng)電場方向與束流方向一致時，重離子通過漂移管間隙受到加速，電場方向與束流方向相反時，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，電場被dtl漂移管屏蔽的同時，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量方法主要存在以下幾個方面的問題：

4、1）使用高度尺、深度尺、游標(biāo)卡尺等常規(guī)測量器具，配合等高塊或測量工裝測試，此方法由于測量工裝、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)致測量不準(zhǔn)確；

6、3）使用三坐標(biāo)普通直測針測量法，普通的直測針由于測針長度有限，對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)對每個漂移管同軸度的測量。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對直線注入器dtl漂移管同軸度的傳統(tǒng)測量方法中存在的測量不準(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量方法，利用三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針測量多個被測漂移管的同軸度，所述星形測針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號和4號測針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號和5號測針、以及指向z軸負(fù)方向的1號測針；所述方法包括：步驟s1，安裝所述星形測針于測座上，調(diào)節(jié)所述3號和5號測針平行于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的y軸方向，校準(zhǔn)所述星形測針；步驟s2，將多個被測漂移管等高放置于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，控制多個被測漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的y軸方向；步驟s3，將所述3號測針以預(yù)定長度伸入第一個被測漂移管的前端面，測得一個第一截面圓，并將所述5號測針以所述預(yù)定長度伸入最后一個被測漂移管的后端面，測得另一個第一截面圓，利用兩個第一截面圓的圓心來構(gòu)造所述多個被測漂移管的基準(zhǔn)軸線；步驟s4，針對每個被測漂移管，將所述3號和5號測針以所述預(yù)定長度分別伸入所述當(dāng)前被測漂移管的前后兩端面，測得兩個第二截面圓，利用所述兩個第二截面圓的圓心來構(gòu)造當(dāng)前被測漂移管的中心軸線；步驟s5，針對每個被測漂移管，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)前被測漂移管的同軸度。

3、進(jìn)一步地，所述星形測針中每個測針的末端設(shè)置有一個測球；在所述步驟s1，校準(zhǔn)所述星形測針包括：利用標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)對應(yīng)的測針。

4、進(jìn)一步地，所述星形測針中每個測針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測球的材質(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，將多個被測漂移管墊高放置于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)；調(diào)節(jié)平行于各被測漂移管的軸線方向的安裝基準(zhǔn)面，使得各被測漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測量系統(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測點(diǎn)，使得兩個測點(diǎn)在所述三坐標(biāo)測量系統(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)定長度均小于所述3號和5號測針的長度。

8、進(jìn)一步地，所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)內(nèi)置有測量軟件；所述步驟s5包括：利用所述測量軟件將構(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量裝置，利用三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針測量多個被測漂移管的同軸度，所述星形測針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號和4號測針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號和5號測針、以及指向z軸負(fù)方向的1號測針；所述裝置包括：測針安裝模塊，用于安裝所述星形測針于測座上，調(diào)節(jié)所述3號和5號測針平行于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的y軸方向，校準(zhǔn)所述星形測針；漂移管設(shè)置模塊，用于將多個被測漂移管等高放置于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，控制多個被測漂移管的軸線平行于所述三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的y軸方向；基準(zhǔn)軸線確定模塊，用于將所述3號測針以預(yù)定長度伸入第一個被測漂移管的前端面，測得一個第一截面圓，并將所述5號測針以所述預(yù)定長度伸入最后一個被測漂移管的后端面，測得另一個第一截面圓，利用兩個第一截面圓的圓心來構(gòu)造所述多個被測漂移管的基準(zhǔn)軸線；中心軸線確定模塊，用于針對每個被測漂移管，將所述3號和5號測針以所述預(yù)定長度分別伸入所述當(dāng)前被測漂移管的前后兩端面，測得兩個第二截面圓，利用所述兩個第二截面圓的圓心來構(gòu)造當(dāng)前被測漂移管的中心軸線；同軸度確定模塊，用于針對每個被測漂移管，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)前被測漂移管的同軸度。

10、進(jìn)一步地，所述星形測針中每個測針的末端設(shè)置有一個測球；所述測針安裝模塊還用于：利用標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)對應(yīng)的測針。

11、進(jìn)一步地，所述星形測針中每個測針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測球的材質(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)測量方法不能測量每一個漂移管同軸度的缺陷，同時，通過三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針，保證各漂移管的同軸度測量精度達(dá)到0.01；

14、（2）保障了漂移管的加工質(zhì)量，對高流強(qiáng)直線注入器整個項(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量方法，利用三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針測量多個被測漂移管的同軸度，所述星形測針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號和4號測針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號和5號測針、以及指向z軸負(fù)方向的1號測針；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，所述星形測針中每個測針的末端設(shè)置有一個測球；在所述步驟s1，校準(zhǔn)所述星形測針包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述星形測針中每個測針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測球的材質(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)定長度均小于所述3號和5號測針的長度。

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)測量系統(tǒng)內(nèi)置有測量軟件；所述步驟s5包括：

8.一種漂移管直線加速器同軸度的測量裝置，利用三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針測量多個被測漂移管的同軸度，所述星形測針包括分別指向x軸正負(fù)方向的2號和4號測針、分別指向y軸正負(fù)方向的3號和5號測針、以及指向z軸負(fù)方向的1號測針；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，所述星形測針中每個測針的末端設(shè)置有一個測球；所述測針安裝模塊還用于：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述星形測針中每個測針的材質(zhì)為不銹鋼，各所述測球的材質(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量方法及裝置，涉及質(zhì)量檢測和重離子加速器領(lǐng)域。該方法利用三坐標(biāo)測量軟件通過漂移管三維模型編輯測量程序，控制星形測針接觸每個被測漂移管所需的測量元素，利用星形測針可進(jìn)行多方向測量的特性，調(diào)節(jié)測座至需要角度，當(dāng)星形測針觸發(fā)測點(diǎn)信息時，得到該觸測元素的位置信息，再通過傳感器將該信息經(jīng)控制系統(tǒng)傳導(dǎo)至計算機(jī)，測量軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可評價得到漂移管的同軸度。本發(fā)明不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量方法不能測量每個漂移管同軸度的缺陷，同時通過三坐標(biāo)測量系統(tǒng)和星形測針，保證各漂移管的同軸度測量精度達(dá)到0.01，保障了漂移管的加工質(zhì)量，對高流強(qiáng)直線注入器整個項(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