CN108534674A - 一种icf靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，所述装置包括ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以及承载上述三个系统的隔振平台四部分，其中：所述ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以品字形布局安装在隔振平台上面。本发明通过与高精度气浮导轨、气浮轴系相结合，结构优化集成，实现ICF靶空间姿态高精度调整，设计的具有输出靶坐标参数能力的运动平台，配合其他项目完成整体上的靶空间姿态的精密调整与控制，能够实现对微球、微圆柱、ICF靶装配参数的尺寸和形状精度等几何量的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，适用于如ICF靶装配体等毫米尺度装配体及零件的尺寸及形状精度的测量。
背景技术
与核裂变反应相比，核聚变反应更绿色、更和谐，并且核聚变反应所用的原料几乎是无穷无尽的。然而，核裂变如今已被人类所掌握，核聚变却仍缺少有效的控制手段。当今世界上研究相对较多的实现核聚变反应的方法就是惯性约束聚变（Inertial confinementFusion，ICF），这是一种把激光及带电粒子束当作能量载体照射进入内部充满氘氚（DT）燃料容器中，最终引发聚变反应的方法。在ICF装置中，巨大的能量束最终汇聚在ICF靶上，而ICF靶结构复杂各异，对其材料、工艺、制造、检测及装配等工作都提出了极高的要求。解决ICF靶装配参数高精度检测和ICF靶空间位置调整问题，建立一套ICF靶多自由度姿态调整的高精度、多自由度运动平台具有十分重要的意义，且已成为当代重大而高难度的高科技研究课题。
发明内容
本发明针对ICF靶装配参数高精度检测和ICF靶空间位置调整问题，提供了一种ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，解决了对如ICF靶装配体等毫米尺度精密装配体及零件的尺寸及形状精度等几何量进行纳米精度的无损测量问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，包括ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以及承载上述三个系统的隔振平台四部分，其中：
所述ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以品字形布局安装在隔振平台上面；
所述ICF靶参数测量三维平动系统由X方向空气静压直线气浮导轨、Z方向空气静压直线气浮导轨承、音圈电机、高精度微接触力位移测量装置构成，其中：所述Z方向空气静压直线气浮导轨承的下端面固定在X方向空气静压直线气浮导轨的滑块上面；所述音圈电机与高精度微接触力位移测量装置固定在Z方向空气静压直线气浮导轨承的滑块上边；
所述ICF靶参数三维监控系统由CCD显微镜、装夹支架、Z方向调整支架、水平二维微调装置组成，其中：所述CCD显微镜通过装夹支架连接在Z方向调整支架上且可沿Z方向上下移动；所述Z方向调整支架固定在水平二维微调装置上面；
所述ICF靶姿态双回转精密调整系统由主回转轴系和副回转轴系构成，其中：所述主回转轴系由自动二维微调装置、可动安装座、固定安装座、主回转轴系气浮轴承、分体式低速力矩电机组成，所述主回转轴系气浮轴承内包含气浮主轴，所述分体式低速力矩电机的定子及外壳与主回转轴系气浮轴承固定连接，所述分体式低速力矩电机的转子与主回转轴系气浮轴承内包含的气浮主轴的下端固定连接，所述固定安装座与主回转轴系气浮轴承固定连接，所述可动安装座下端面与主回转轴系气浮轴承内包含的气浮主轴上端相固定连接，所述可动安装座上端面与自动二维微调装置下面固定连接；所述副回转轴系由气浮副轴、副回转轴系气浮轴承、分体式低速力矩电机、手动二维微调装置、靶球座组成，所述副回转轴系气浮轴承固定于自动二维微调装置的上面，所述分体式低速力矩电机的外壳和定子固定在副回转轴系气浮轴承的后端，所述气浮副轴安装于副回转轴系气浮轴承内，且其后端与分体式低速力矩电机的转子固定连接，前端与手动二维微调装置下端面固定连接，所述靶球座与手动二维微调装置上端面固定连接。
本发明具有如下优点：
1、本发明针对ICF靶装配参数高精度检测和ICF靶空间位置调整问题，建立了一套ICF靶多自由度姿态调整的高精度、多自由度运动平台，通过与高精度气浮导轨、气浮轴系相结合，结构优化集成，实现ICF靶空间姿态高精度调整，设计的具有输出靶坐标参数能力的运动平台，配合其他项目完成整体上的靶空间姿态的精密调整与控制，能够实现对微球、微圆柱、ICF靶装配参数的尺寸和形状精度等几何量的测量。
2、本发明的ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置具备操作简单、控制稳定、集成度较高等特点，可实现毫米级量程、纳米级测量分辨率及微接触力的位移测量。
附图说明
图1是本发明ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置的整体结构三维图；
图2是图1的正视图；
图3是图1的俯视图；
图4是本发明ICF靶参数测量三维平动系统的三维结构图；
图5是本发明ICF靶参数三维监控系统的三维结构图；
图6是本发明ICF靶姿态双回转精密调整系统的三维结构图；
图中，1：ICF靶参数测量三维平动系统、1-1：X方向空气静压直线气浮导轨、1-2：Z方向的空气静压直线气浮导轨承、1-3：音圈电机、1-4：高精度微接触力位移测量装置、2：ICF靶参数三维监控系统、2-1：CCD显微镜、2-2：装夹支架、2-3：Z方向调整支架、2-4：水平二维微调装置、3：ICF靶姿态双回转精密调整系统、3-1：靶球座、3-2：手动二维微调装置、3-3：气浮副轴、3-4：副回转轴系气浮轴承、3-5：分体式低速力矩电机、3-6：自动二维微调装置、3-7：可动安装座、3-8：固定安装座、3-9：主回转轴系气浮轴承、3-10：分体式低速力矩电机、4：隔振平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1-图3所示，本发明提供的ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置由ICF靶参数测量三维平动系统1、ICF靶参数三维监控系统2、ICF靶姿态双回转精密调整系统3以及承载上述三个系统的隔振平台4四部分构成，其中：
所述ICF靶姿态双回转精密调整系统3用于承担夹装待测物体与双轴自由度转动的功能；
所述ICF靶参数测量三维平动系统1用于承担对待测物体三维尺寸及形状精度等几何量进行纳米精度的无损测量的功能；
所述ICF靶参数三维监控系统2用于承担实时监视待测物体的空间位置及ICF靶参数测量三维平动系统1的测量触头与待测物体接触的信息；
所述ICF靶参数测量三维平动系统1、ICF靶参数三维监控系统2、ICF靶姿态双回转精密调整系统3三个系统以品字形布局安装在隔振平台4上面，三个系统共同作用。
如图4所示，所述ICF靶参数测量三维平动系统1由X方向空气静压直线气浮导轨1-1、Z方向空气静压直线气浮导轨承1-2、音圈电机1-3、高精度微接触力位移测量装置1-4构成，其中：所述X方向空气静压直线气浮导轨1-1和Z方向空气静压直线气浮导轨承1-2承担X、Z两个轴向的移动，且Z方向空气静压直线气浮导轨承1-2的下端面固定在X方向空气静压直线气浮导轨1-1的滑块上面；所述音圈电机1-3与传感器结合使用承担Y轴向的移动，且音圈电机1-3与高精度微接触力位移测量装置1-4固定在Z方向空气静压直线气浮导轨承1-2的滑块上边，这样可以实现ICF靶参数测量三维平动系统的三维精密平动；同时Y轴上安装的高精度微接触力位移测量装置1-4实现对待测物体三个方向的精密测量。
如图5所示，所述ICF靶参数三维监控系统2由CCD显微镜2-1、装夹支架2-2、Z方向调整支架2-3、水平二维微调装置2-4组成，其中：所述CCD显微镜2-1通过装夹支架2-2连接在Z方向调整支架2-3上且可以沿着铅直方向（即Z方向）上下移动；所述Z方向调整支架2-3固定在水平二维微调装置2-4上面，使之在水平方向上有一定的调整空间；这样CCD显微镜2-1就可以实时观察待测量物体的空间状态。
如图6所示，所述ICF靶姿态双回转精密调整系统3为实现其精密调整，采用了两个正交方向回转轴分别与二维微调装置相结合，形成能够调整的主回转轴系（竖直轴系）与副回转轴系（水平轴系）的轴线相交，并让ICF靶装配体处于两轴系轴心线交点的装置。所述主回转轴系（竖直轴系）由自动二维微调装置3-6、可动安装座3-7、固定安装座3-8、主回转轴系气浮轴承3-9、分体式低速力矩电机3-10组成，其中：所述主回转轴系气浮轴承3-9内包含气浮主轴（该气浮主轴可在主回转轴系气浮轴承3-9内转动）；所述分体式低速力矩电机3-10的定子及外壳与主回转轴系气浮轴承3-9固定连接，分体式低速力矩电机3-10的转子与主回转轴系气浮轴承3-9内包含的气浮主轴的下端固定连接；所述固定安装座3-8与主回转轴系气浮轴承3-9固定连接，且所述固定安装座3-8可以固定安装于隔振平台4上边实现ICF靶姿态双回转精密调整系统3的固定；所述可动安装座3-7下端面与主回转轴系气浮轴承3-9内包含的气浮主轴上端相固定连接（可实现两者一起转动），可动安装座3-7上端面与自动二维微调装置3-6下面固定连接。所述副回转轴系（水平轴系）由气浮副轴3-3、副回转轴系气浮轴承3-4、分体式低速力矩电机3-5、手动二维微调装置3-2、靶球座3-1组成，其中：所述副回转轴系气浮轴承3-4固定于自动二维微调装置3-6的上面；所述分体式低速力矩电机3-5的外壳和定子固定在副回转轴系气浮轴承3-4的后端；所述气浮副轴3-3安装于副回转轴系气浮轴承3-4内，且其后端与分体式低速力矩电机3-5的转子固定连接（两者一起转动），其前端与手动二维微调装置3-2下端面固定连接；所述靶球座3-1与手动二维微调装置3-2上端面固定连接。上述部件及其连接方式共同构成ICF靶姿态双回转精密调整系统3并实现其ICF靶姿态双回转精密调整的功能。
使用方法：
将待测量的物体（如ICF靶装配体）装夹到所述ICF靶姿态双回转精密调整系统3的靶球座3-1上边实现夹紧，通过自动二维微调装置3-6和手动二维微调装置3-2的调节将待测物体（操作时操作人员通过所述ICF靶参数三维监控系统2实现观察）调到所述ICF靶姿态双回转精密调整系统3的两个回转轴的轴线交点处，使得当两个回转轴转动时使待测物体仅发生以两轴线交点为球心的转动而不发生空间位置的变动。通过控制系统或手动操作所述ICF靶参数测量三维平动系统1在三个方向上的移动以及所述ICF靶姿态双回转精密调整系统3的两个轴的转动达到对待测物体三维尺寸及形状精度等几何量进行纳米精度的无损测量的功能。
Claims (2)
1.一种ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，其特征在于所述装置包括ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以及承载上述三个系统的隔振平台四部分，其中：
所述ICF靶参数测量三维平动系统、ICF靶参数三维监控系统、ICF靶姿态双回转精密调整系统以品字形布局安装在隔振平台上面；
所述ICF靶参数测量三维平动系统由X方向空气静压直线气浮导轨、Z方向空气静压直线气浮导轨承、音圈电机、高精度微接触力位移测量装置构成，其中：所述Z方向空气静压直线气浮导轨承的下端面固定在X方向空气静压直线气浮导轨的滑块上面；所述音圈电机与高精度微接触力位移测量装置固定在Z方向空气静压直线气浮导轨承的滑块上边；
所述ICF靶参数三维监控系统由CCD显微镜、装夹支架、Z方向调整支架、水平二维微调装置组成，其中：所述CCD显微镜通过装夹支架连接在Z方向调整支架上且可沿Z方向上下移动；所述Z方向调整支架固定在水平二维微调装置上面；
所述ICF靶姿态双回转精密调整系统由主回转轴系和副回转轴系构成，其中：所述主回转轴系由自动二维微调装置、可动安装座、固定安装座、主回转轴系气浮轴承、分体式低速力矩电机组成，所述主回转轴系气浮轴承内包含气浮主轴，所述分体式低速力矩电机的定子及外壳与主回转轴系气浮轴承固定连接，所述分体式低速力矩电机的转子与主回转轴系气浮轴承内包含的气浮主轴的下端固定连接，所述固定安装座与主回转轴系气浮轴承固定连接，所述可动安装座下端面与主回转轴系气浮轴承内包含的气浮主轴上端相固定连接，所述可动安装座上端面与自动二维微调装置下面固定连接；所述副回转轴系由气浮副轴、副回转轴系气浮轴承、分体式低速力矩电机、手动二维微调装置、靶球座组成，所述副回转轴系气浮轴承固定于自动二维微调装置的上面，所述分体式低速力矩电机的外壳和定子固定在副回转轴系气浮轴承的后端，所述气浮副轴安装于副回转轴系气浮轴承内，且其后端与分体式低速力矩电机的转子固定连接，前端与手动二维微调装置下端面固定连接，所述靶球座与手动二维微调装置上端面固定连接。
2.根据权利要求1所述的ICF靶装配参数测量多自由度精密运动平台装置，其特征在于所述固定安装座固定安装于隔振平台上。
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