CN105607208B - 双晶单色器晶体切换机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双晶单色器晶体切换机构。以满足对同步辐射双晶单色器工作晶体的切换，从而提供科研所需的2.1、2.3、2.5KeV（千电子伏能量单位）三个能量点的单色光束线。本发明采用晶体固定组件对三块切槽型晶体进行固定，通过晶体支座可使它以一定的角度固定在主轴的轴端，三块晶体沿主轴轴线方向并排安装；可以通过操控手轮，带动丝杠转动，丝杠上的滑块和主轴装置的底座固定，丝杠、线性导轨和主轴装置等部件间的运动传递，可以使主轴沿轴线方向移动，从而对固定好的晶体进行切换，可以实现晶体的平稳移动、精确定位和切换；对晶体的移动的位置进行精确标定，并添加辅助部件限位块和定位块，可以确保晶体移动的安全性和晶体切换的可靠性；经过这样综合的考虑和设计，可以实现晶体的精确切换。

Description

双晶单色器晶体切换机构

技术领域

本发明涉及一种双晶单色器晶体切换机构。

背景技术

双晶单色器是同步辐射装置的关键部件，其作用是实现入射白光的单色化，即当同步辐射光入射到晶体表面并满足Bragg衍射条件时，单色光被晶体衍射，经过单色化的光束不仅有单一的波长，而且其发射度也大大减少。同步辐射单色光的性能优异，应用越来越广泛，涉及到各个领域。在已有的晶体机构中，往往是通过调整单独的一对平晶体与入射光的Bragg角，来分别输出所需的单色光。其缺陷是采用一对平晶体会使单色器的结构比较复杂，而且如果能量点变化时，角度调整也比较困难；从经济角度来说，仅采用一对平晶体的单色器总体成本比较大；根据对生物细胞等研究的实际需求，只需提供2.1、2.3、2.5KeV三个能量点的单色光束线。根据性能、经济等方面的综合考虑，三块独立的晶体可以以输出所对应能量点的单色光，为了能使单色器输出三个能量点的单色光束线，必须寻求一种新型的晶体切换机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种双晶单色器晶体切换机构，以满足对同步辐射双晶单色器工作晶体的切换，从而提供2.1、2.3、2.5KeV三个能量点的单色光束线。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：包括丝杠、主轴、主轴装置和晶体固定组件，所述的主轴装置的轴套内固定设置有主轴，所述的丝杠上设置有滑块，丝杠与主轴装置的底座连接，所述的主轴的轴端上设置有晶体支座，晶体支座与主轴的轴线夹角为30.8⁰，晶体支座上设置有晶体固定组件，晶体固定组件包括晶体安装底座、晶体过渡板、角度调节上板、角度调节下板、晶体支架、限位螺钉一、拉簧、限位螺钉二，所述的晶体过渡板固设于角度调节下板上，晶体过渡板的另一侧固设有晶体安装底座，所述的角度调节上板和角度调节下板通过限位螺钉一和限位螺钉二固定，角度调节上板和角度调节下板的板端通过拉销簧设置有拉簧；

所述的晶体支架垂直设置于晶体支座上；

所述的晶体安装底座包括晶体安装底座一、晶体安装底座二、支持螺钉一、支持螺钉二和支持螺钉三，所述的晶体安装底座一、晶体安装底座二通过支持螺钉一、支持螺钉二和支持螺钉三连接，所述的晶体安装底座一上沿主轴轴线方向设置有三个晶体安装台，三个晶体安装台与主轴的轴线夹角为11.04⁰、0⁰、-7.01⁰，三个晶体设置于安装台上；

主轴装置底座的两侧分别设置有定位装置和限位块，所述的定位装置包括定位销安装块、定位销连接块和定位销，定位销穿过定位销安装块和定位销连接块实现定位，所述的定位销连接块上设置有标记牌；

限位块包括上限位块和下限位块，所述的上限位块固定于主轴装置的底座上，下限位块固定于工作台上并与上限位块相扣设。

所述的主轴装置的底座通过线性轨道一和线性轨道二上的滑块与工作台连接。

所述的滑块设置有4个，分别安装在线性轨道一和线性轨道二上，丝杠的一端设置有手轮。

所述的丝杠通过固定前座和固定后座固定于工作台上。

主轴装置和主轴为一整体。

所述的晶体安装底座和晶体过渡板之间通过螺钉连接固定。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明可以实现晶体的平稳移动、精确定位和切换；对晶体的移动的位置进行精确标定，并添加辅助部件限位块和定位块，可以确保晶体移动的安全性和晶体切换的可靠性。

附图说明

图1是本发明晶体切换机构的正向示意图；

图2是本发明晶体切换机构的侧向示意图；

图3是本发明限位块的结构示意图；

图4是本发明晶体安装底座的结构示意图；

图5是本发明定位装置的结构示意图；

图6是本发明三块晶体的结构示意图；

图7是本发明线性导轨的示意图。

附图说明：1—手轮，2—固定前座，3—丝杠，4—滑块，5—标记牌，6—定位销连接块，7—晶体支座，8—晶体安装底座，9—晶体过渡板，10—角度调节上板，11—角度调节下板，12—晶体支架，13—主轴，14—主轴装置，15—定位销，16—定位销安装块，17—固定后座，18—下限位块，19—上限位块，20—限位螺钉一，21—拉簧，22—限位螺钉二，23—支持螺钉一，24—支持螺钉二，25—晶体安装底座一，26—支持螺钉三，27—晶体安装底座二，28—晶体一，29—晶体二，30—晶体三，31—线性轨道一，32—线性轨道二，33—滑块。

具体实施方式

结合附图及具体实施方式对本发明双晶单色器晶体切换机构的具体结构做进一步说明：

参见图1—图7：双晶单色器晶体切换机构，包括丝杠3、主轴13、主轴装置14和晶体固定组件，主轴装置14和固定在其轴套中的主轴13为一个整体，所述的丝杠3上设置有滑块4，所述的丝杠3通过固定前座2和固定后座17固定于工作台上，丝杠3与主轴装置14的底座连接，丝杠3的一端设置有手轮1，所述的主轴13的轴端上设置有晶体支座7，晶体支座7与主轴的轴线夹角为30.8⁰，晶体支座7上设置有晶体固定组件，晶体固定组件包括晶体安装底座8、晶体过渡板9、角度调节上板10、角度调节下板11、晶体支架12、限位螺钉一20、拉簧21、限位螺钉二22，所述的晶体过渡板9固设于角度调节下板11上，晶体过渡板9的另一侧固设有晶体安装底座8，所述的角度调节上板10和角度调节下板11通过限位螺钉一20和限位螺钉二22限位，角度调节上板10和角度调节下板11的板端通过拉销簧设置有拉簧21；

所述的晶体支架12垂直设置于晶体支座7上；

参见图4：所述的晶体安装底座8包括晶体安装底座一25、晶体安装底座二27、支持螺钉一23、支持螺钉二24和支持螺钉三26，所述的晶体安装底座一25、晶体安装底座二27通过支持螺钉一23、支持螺钉二24和支持螺钉三26连接，所述的晶体安装底座一25上沿主轴轴线方向设置有三个晶体安装台，三个晶体安装台与主轴13的轴线夹角为11.04⁰、0⁰、-7.01⁰，三个晶体设置于安装台上；

参见图2、图5：主轴装置14底座的两侧分别设置有定位装置和限位块，所述的定位装置包括定位销安装块16、定位销连接块6和定位销15，定位销15穿过定位销安装块16和定位销连接块6实现定位，所述的定位销连接块6上设置有标记牌5；

定位销连接块16上设计有4个定位孔：白光定位孔就是同步辐射光没有经过晶体衍射直接出射的光；其余3个位置相近的3个孔为2.1、2.3、2.5KeV单色光的定位孔，就是同步辐射光经过晶体衍射输出单色光时，主轴装置在导轨上移动的位置（三块晶体沿主轴轴向并列安装，主轴装置14的移动可以使晶体在主轴轴线方向移动）。同步辐射光的入射方向垂直于主轴轴线（同步辐射光固定），通过主轴装置14在导轨上的移动使三块晶体移动，依次让同步辐射光入射到晶体衍射面上，输出单色光。

4个定位孔经过标定，其作用就是为了操作方便，可以通过移动14，让定位销切换到不同的定位孔，实现相应的光输出。

参见图3：限位块包括上限位块19和下限位块18，所述的上限位块19通过螺栓固定于主轴装置14的底座上，下限位块18固定于工作台上并与上限位块19相扣设，所述的下限位块18上设置有前限位挡板和后限位挡板，前限位挡板和后限位挡板之间的距离为60mm，上限位块19上设置有挡板，主轴装置14在导轨上移动（上限位块19也随着主轴装置14一起移动），下限位块18在工作平台上是固定不动的。移动行程60mm正是通过下限位块18的前、后挡板来限制19的挡板移动来实现的。。

参见图7：所述的主轴装置14的底座通过线性轨道一31和线性轨道二32上的滑块33与工作台连接，所述的滑块设置有4个，分别安装在线性轨道一31和线性轨道二32上。

本发明主轴安装固定在主轴装置的轴套中，两者是一个整体，可以通过转动丝杠，使丝杠上的滑块带动它们整体在线性导轨上平稳精确地移动。同步辐射入射光的位置是固定的，入射方向与主轴轴线相垂直；通过主轴的移动，可以使三块晶体在轴线方向上移动，依次让入射光照射到其晶体表面上。

晶体支座以30.8⁰的倾斜角安装在主轴的轴端；晶体固定组件通过它的晶体支架安装固定在晶体支座上，晶体固定组件和晶体支座平行相对，使晶体固定组件和主轴轴线也有相同的夹角。

晶体安装底座和晶体过渡板之间通过螺钉连接固定，它们都是晶体固定组件的一部分；三块切槽型晶体沿主轴轴线方向依次并列安装在晶体安装底座上相应的斜台上，晶体安装底座有三个斜台倾斜角分别为 11.04⁰、0⁰、-7.01⁰，晶体安装斜台上（斜台分别对应输出能量点为2.1、2.3、2.5KeV单色光的晶体），三块晶体的底面c为安装在底座斜台上的面，晶体的切槽口背向晶体安装底座2，安装后晶体的侧面a与晶体安装底座1的面（安装三个夹持螺钉的面）相对平行。

本发明晶体固定组件的整体巧妙设计，考虑了晶体Bragg衍射的衍射角度；晶体支座的倾斜和晶体安装底座的斜台都是出于三块晶体对入射光的衍射需求。

定位块包括定位销连接块、定位销、定位销安装块和标记牌；其中，定位销安装块安装固定在主轴装置底座的另一侧（沿主轴轴线方向），定位销连接块固定在工作平台上，两者正向相对；定位销从定位销安装块的安装孔穿入，并插入定位销连结块的连接孔，便可定位。为了准确切换晶体并定位，对主轴的移动距离进行标定，经过标定后在定位销连结块顶端加工了四个连接孔；添加标记牌，可以方便操作。标记有“2.1、2.3、2.5KeV”的孔分别是输出能量点为2.1、2.3、2.5KeV单色光所对应的晶体位置，即主轴装置要移动的距离；标记“白光”的孔是同步辐射入射光直接出射，没有发生Bragg衍射。

所述限位块包括下限位块和上限位块，下限位块通过螺钉固定在工作平台上，上限位块固定在主轴装置底座的一侧（沿主轴轴线方向），两者正向相对；为了避免因误操作而使整个移动装置移动过多而发生碰撞，因此用限位块加以保护，限定了主轴装置的行程，可移动的行程为60mm。

本发明通过采用高精密滚珠丝杠来实现移动的精确性，要保证移动的精度为0.1mm；再利用线性导轨出色的平面行走精度和承重能力，保证主轴装置的平稳移动，从而可以使主轴可以近似水平移动，主轴的轴向跳动量允许的范围为±0.2mm。丝杠和线性导轨的有效结合，不仅可以保证移动的定位精度，也可以满足移动装置的平稳移动。

本发明添加了定位块和限位块（如图5和图3所示）。经过对三块晶体切换所需实际移动的距离和移动后的位置进行标定（并设有标记牌提示），在此基础上我们添加了定位块，晶体切换后用定位销定位；为了保证移动装置的安全，避免发生碰撞，我们添加了限位块，既保证了晶体切换所需移动的行程要求，又提高了操作的安全性。

本发明在晶体切换过程中的工作原理是：通过转动手轮使丝杠发生转动，丝杠又带动主轴装置底座在线性导轨上平稳移动，底座的移动又使固定在一起的主轴在水平方向移动，而晶体又固定在主轴轴端，因此晶体也会在主轴轴线方向水平的移动。经过此前的标定，移动的过程中定位销安装块也随着底座一起移动，而定位销连结块固定在工作平台上（在标定后的位置上固定着），当定位销安装块上的孔和定位销连结块上的孔对齐后插入定位销即可。我们可以通过标记牌来判断此时工作的晶体（标记牌上的“2.1、2.3、2.5KeV”对应着输出能量点为2.1、2.3、2.5KeV单色光的晶体），如果需要切换晶体，我们只需把定位销取出，转动手轮进行移动，上、下孔对齐之后插入定位销定位即可。不需要输出单色光时，我们将定位销在“白光”所对应孔的位置安装定位。

Claims (5)

1.双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：包括丝杠（3）、主轴（13）、主轴装置（14）和晶体固定组件，所述的主轴装置（14）的轴套内固定设置有主轴（13），所述的丝杠（3）上设置有滑块一（4），丝杠（3）与主轴装置（14）的底座连接，所述的主轴（13）的轴端上设置有晶体支座（7），晶体支座（7）与主轴的轴线夹角为30.8⁰，晶体支座（7）上设置有晶体固定组件，晶体固定组件包括晶体安装底座（8）、晶体过渡板（9）、角度调节上板（10）、角度调节下板（11）、晶体支架（12）、限位螺钉一（20）、拉簧（21）、限位螺钉二（22），所述的晶体过渡板（9）固设于角度调节下板（11）上，晶体过渡板（9）的另一侧固设有晶体安装底座（8），所述的角度调节上板（10）和角度调节下板（11）通过限位螺钉一（20）和限位螺钉二（22）固定，角度调节上板（10）和角度调节下板（11）的板端通过拉销簧设置有拉簧（21）；

所述的晶体支架（12）垂直设置于晶体支座（7）上；

所述的晶体安装底座（8）包括晶体安装底座一（25）、晶体安装底座二（27）、支持螺钉一（23）、支持螺钉二（24）和支持螺钉三（26），所述的晶体安装底座一（25）、晶体安装底座二（27）通过支持螺钉一（23）、支持螺钉二（24）和支持螺钉三（26）连接，所述的晶体安装底座一（25）上沿主轴轴线方向设置有三个晶体安装台，三个晶体安装台与主轴（13）的轴线夹角为11.04⁰、0⁰、-7.01⁰，三个晶体设置于安装台上；

主轴装置（14）底座的两侧分别设置有定位装置和限位块，所述的定位装置包括定位销安装块（16）、定位销连接块（6）和定位销（15），定位销（15）穿过定位销安装块（16）和定位销连接块（6）实现定位，所述的定位销连接块（6）上设置有标记牌（5）；

限位块包括上限位块（19）和下限位块（18），所述的上限位块（19）固定于主轴装置（14）的底座上，下限位块（18）固定于工作台上并与上限位块（19）相扣设；

所述的主轴装置（14）的底座通过线性轨道一（31）和线性轨道二（32）上的滑块二（33）与工作台连接。

2.根据权利要求1所述的一种双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：所述的滑块二（33）设置有4个，分别安装在线性轨道一（31）和线性轨道二（32）上，

丝杠（3）的一端设置有手轮（1）。

3.根据权利要求1或2所述的一种双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：所述的丝杠（3）通过固定前座（2）和固定后座（17）固定于工作台上。

4.根据权利要求3所述的一种双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：主轴装置（14）和主轴（13）为一整体。

5.根据权利要求4所述的一种双晶单色器晶体切换机构，其特征在于：所述的晶体安装底座和晶体过渡板之间通过螺钉连接固定。