CN110646834A - 应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构 - Google Patents
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Abstract
本发明的公开了一种应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，它能够提高实验测量结果的精确度，同时解决高真空密封和高温烘烤承受的问题。传动轴被真空内置支撑轴承和磁耦合机构定位于真空管道内，通过磁耦合系统与外部的转动齿轮和滚珠丝杆相连接。旋转步进电机通过转动齿轮精确调节传动轴的旋转角度，平移步进电机通过滚珠丝杠精确调节传动轴的平移位置。本发明有效地解决了高真空装置内探测器的水平和旋转全密封精确定位调节，适用于高真空和高温烘烤的聚变研究实验装置上。
Description
技术领域
本发明属于一种磁约束核聚变诊断装置，具体涉及一种应用于核聚变装置高真空室内探测器的全密封精确定位调节机构，特别适用于于高真空和高温烘烤的聚变研究实验装置上。
背景技术
在磁约束核聚变等离子体实验中，放置在实验装置高真空室内的一些诊断系统的探测器要根据实验条件做出相应的调节，例如：探测器的径向位置和入射窗方向。磁约束核聚变实验装置具有高真空和高温烘烤的特点，因此对探测器进行调节时要满足这些条件，也即不能影响装置的高真空和能承受高温烘烤。本发明的高真空装置的全密封精确定位调节机构能够精确调节真空室内探测器的角度和径向位置，同时又完全解决了高真空密封和高温烘烤承受的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，它能够提高实验测量结果的精确度，同时解决高真空密封和高温烘烤承受的问题。
本发明的技术方案如下：应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，它包括：传动轴结构，与装置对接的真空结构，全密封精确定位调节机构的低真空系统，磁耦合机构，定位调节传动系统和支撑系统；具体包括探测器安装接口、传动轴、对接法兰、过渡管、高真空插板阀、观察窗、真空抽口、手动插板阀、抽真空波纹管、缓冲波纹管、前限位器、真空内置支撑轴承、真空泵、滚珠丝杠、平台、真空管道、后限位器、转动齿轮、磁耦合机构、旋转步进电机、信号输出窗、平移步进电机、控制面板、支撑结构、支撑机构固定器、滚轮、传动齿轮、外层耦合磁铁和内层耦合磁铁。
所述的传动轴结构包括：探测器安装接口、传动轴和真空内置支撑轴承三部分，其中探测器安装接口位于传动轴的前端，与传动轴固定连接，传动轴位于真空管道内，真空内置支撑轴承固定在真空管道内壁，传动轴在真空内置支撑轴承的支撑下可以平移和旋转。
所述的与装置对接的真空结构包括：对接法兰、过渡管、高真空插板阀、观察窗、缓冲波纹管、真空管道和信号输出窗，对接法兰位于全密封精确定位调节机构的前端，用于与真空装置的对接，对接法兰后面连接三个过度管，第一和第二个过渡管之间安装高真空插板阀，第二和第三个过渡管之间安装观察窗，第三个过渡管后连接缓冲波纹管，缓冲波纹管后连接真空管道，真空管道的后端安装信号输出窗。
所述的全密封精确定位调节机构的低真空系统包括：真空抽口、手动插板阀、抽真空波纹管和真空泵，真空抽口焊接固定在观察窗的下方，手动插板阀与真空抽口连接，抽真空波纹管两端分别连接手动插板阀和真空泵。
所述的磁耦合机构包括：外层耦合磁铁和内层耦合磁铁，外层耦合磁铁套装并固定在真空管道的外壁，内层耦合磁铁套装并固定在传动轴的外壁，内层耦合磁铁的外壁与真空管道的内壁贴合。
所述的定位调节传动系统包括：传动轴、前限位器、滚珠丝杠、平台、后限位器、转动齿轮、磁耦合机构、传动齿轮、旋转步进电机、平移步进电机、控制面板，前限位器和后限位器分别位于平台的两端，其主要作用是对传动轴的行程进行限制，传动齿轮套装并固定在外层耦合磁铁的外壁，旋转步进电机通过传动齿轮可驱动传动轴旋转，滚珠丝杠通过磁耦合机构与传动轴固定在一起，平移步进电机通过滚珠丝杠驱动传动轴平移，控制面板安装在支撑架上，通过控制面设置步进电机的步进脉冲信号可精确控制步进电机的行程。
所述的支撑系统包括：支撑结构、支撑机构固定器、滚轮，支撑结构位于平台的下方，支撑机构固定器和滚轮位于支撑结构的下端。
本发明的有益效果在于：有效地解决了高真空装置内探测器的径向位置和旋转角度全密封精确定位调节，适用于高真空和高温烘烤的聚变研究实验装置上。
附图说明
图1为本发明所提供的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构示意图；
图2为磁耦合机构的横截面结构示意图。
图中，1探测器安装接口，2传动轴，3对接法兰，4过渡管，5真空插板阀，6观察窗，7真空抽口，8手动插板阀，9抽真空波纹管，10缓冲波纹管，11前限位器，12真空内置支撑轴承，13真空泵，14滚珠丝杠，15平台，16真空管道，17后限位器，18转动齿轮，19磁耦合机构，20旋转步进电机，21信号输出窗，22平移步进电机，23控制面板，24支撑结构，25支撑机构固定器，26滚轮，27传动齿轮，28外层耦合磁铁，29内层耦合磁铁。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在磁约束核聚变等离子体实验中，放置在实验装置高真空室内的一些探测器的方位需要根据实验条件做出相应的调节。调节机构需满足以下条件：(1)可以精确调节真空室内探测器的角度和径向位置；(2)保障真空室内的真空度不变化和可以承受高温烘烤。
如图1和图2所示，应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构包括：传动轴结构，与装置对接的真空结构，全密封精确定位调节机构的低真空系统，磁耦合机构，定位调节传动系统和支撑系统。具体包括探测器安装接口1、传动轴2、对接法兰3、过渡管4、高真空插板阀5、观察窗6、真空抽口7、手动插板阀8、抽真空波纹管9、缓冲波纹管10、前限位器11、真空内置支撑轴承12、真空泵13、滚珠丝杠14、平台15、真空管道16、后限位器17、转动齿轮18、磁耦合机构19、旋转步进电机20、信号输出窗21、平移步进电机22、控制面板23、支撑结构24、支撑机构固定器25、滚轮26、传动齿轮27、外层耦合磁铁28和内层耦合磁铁29。
传动轴结构包括：探测器安装接口1、传动轴2和真空内置支撑轴承12三部分。其中探测器安装接口1位于传动轴2的前端，与传动轴2固定连接。如图1所示，传动轴2位于真空管道16内，真空内置支撑轴承12固定在真空管道16内壁。传动轴2在真空内置支撑轴承11的支撑下可以平移和旋转。
与装置对接的真空结构包括：对接法兰3、过渡管4、高真空插板阀5、观察窗6、缓冲波纹管10、真空管道16和信号输出窗21。对接法兰3位于全密封精确定位调节机构的前端，用于与真空装置的对接。对接法兰3后面连接三个过度管4，第一和第二个过渡管之间安装高真空插板阀5，第二和第三个过渡管之间安装观察窗6，第三个过渡管后连接缓冲波纹管10。缓冲波纹管10后连接真空管道16，真空管道16的后端安装信号输出窗21。
全密封精确定位调节机构的低真空系统包括：真空抽口7、手动插板阀8、抽真空波纹管9和真空泵13。真空抽口7焊接固定在观察窗6的下方，手动插板阀8与真空抽口7连接。抽真空波纹管8两端分别连接手动插板阀8和真空泵13。
磁耦合机构包括：外层耦合磁铁28和内层耦合磁铁29。外层耦合磁铁28套装并固定在真空管道16的外壁，内层耦合磁铁29套装并固定在传动轴2的外壁，内层耦合磁铁29的外壁与真空管道16的内壁贴合，如图2所示。
定位调节传动系统包括：传动轴2、前限位器11、滚珠丝杠14、平台15、后限位器17、转动齿轮18、磁耦合机构19、传动齿轮27、旋转步进电机20、平移步进电机22、控制面板23。前限位器11和后限位器17分别位于平台15的两端，其主要作用是对传动轴2的行程进行限制。传动齿轮27套装并固定在外层耦合磁铁28的外壁，旋转步进电机20通过传动齿轮27可驱动传动轴2旋转。滚珠丝杠14通过磁耦合机构19与传动轴2固定在一起，平移步进电机22通过滚珠丝杠14驱动传动轴2平移。控制面板23安装在支撑架24上，通过控制面设置步进电机的步进脉冲信号可精确控制步进电机的行程。
支撑系统包括：支撑结构24、支撑机构固定器25、滚轮26。支撑结构24位于平台15的下方，支撑机构固定器25和滚轮26位于支撑结构24的下端。
本发明中放置在核聚变装置高真空室内的探测器安装在传动轴2顶端的探测器安装接口1，全密封精确定位调节机构通过对接法兰3和过渡管4与核聚变装置高真空室连接，通过支撑结构23、支撑机构固定器24和滚轮25实现固定和支撑。全密封精确定位调节机构的真空系统和观察窗便于探测器的调试和安装。传动轴2被真空内置支撑轴承11和磁耦合机构18定位于真空管道内，通过磁耦合机构18与传动控制系统相连接。
所用的真空泵13为南光ZJP-70罗茨泵，抽速：70L/S，真空度：5×10-2Pa。
外层耦合磁铁28和内层耦合磁铁29，其中，内外磁铁采用永磁磁体额，外置永磁磁体和内置永磁磁体之间的耦合力：30kg。
限位器采用非接触式位移传感器，分辨率：0.01mm；旋转步进电机和平移步进电机采用脉冲可控步进电机，步距角：0.9°，脉冲信号由控制面板输入。
Claims (7)
1.应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：它包括：传动轴结构，与装置对接的真空结构，全密封精确定位调节机构的低真空系统，磁耦合机构，定位调节传动系统和支撑系统；具体包括探测器安装接口(1)、传动轴(2)、对接法兰(3)、过渡管(4)、高真空插板阀(5)、观察窗(6)、真空抽口(7)、手动插板阀(8)、抽真空波纹管(9)、缓冲波纹管(10)、前限位器(11)、真空内置支撑轴承(12)、真空泵(13)、滚珠丝杠(14)、平台(15)、真空管道(16)、后限位器(17)、转动齿轮(18)、磁耦合机构(19)、旋转步进电机(20)、信号输出窗(21)、平移步进电机(22)、控制面板(23)、支撑结构(24)、支撑机构固定器(25)、滚轮(26)、传动齿轮(27)、外层耦合磁铁(28)和内层耦合磁铁(29)。
2.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的传动轴结构包括：探测器安装接口(1)、传动轴(2)和真空内置支撑轴承(12)三部分，其中探测器安装接口(1)位于传动轴(2)的前端，与传动轴(2)固定连接，传动轴(2)位于真空管道(16)内，真空内置支撑轴承(12)固定在真空管道(16)内壁，传动轴(2)在真空内置支撑轴承(11)的支撑下可以平移和旋转。
3.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的与装置对接的真空结构包括：对接法兰(3)、过渡管(4)、高真空插板阀(5)、观察窗(6)、缓冲波纹管(10)、真空管道(16)和信号输出窗(21)，对接法兰(3)位于全密封精确定位调节机构的前端，用于与真空装置的对接，对接法兰(3)后面连接三个过度管(4)，第一和第二个过渡管之间安装高真空插板阀(5)，第二和第三个过渡管之间安装观察窗(6)，第三个过渡管后连接缓冲波纹管(10)，缓冲波纹管(10)后连接真空管道(16)，真空管道(16)的后端安装信号输出窗(21)。
4.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的全密封精确定位调节机构的低真空系统包括：真空抽口(7)、手动插板阀(8)、抽真空波纹管(9)和真空泵(13)，真空抽口(7)焊接固定在观察窗(6)的下方，手动插板阀(8)与真空抽口(7)连接，抽真空波纹管(8)两端分别连接手动插板阀(8)和真空泵(13)。
5.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的磁耦合机构包括：外层耦合磁铁(28)和内层耦合磁铁(29)，外层耦合磁铁(28)套装并固定在真空管道(16)的外壁，内层耦合磁铁(29)套装并固定在传动轴(2)的外壁，内层耦合磁铁(29)的外壁与真空管道(16)的内壁贴合。
6.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的定位调节传动系统包括：传动轴(2)、前限位器(11)、滚珠丝杠(14)、平台(15)、后限位器(17)、转动齿轮(18)、磁耦合机构(19)、传动齿轮(27)、旋转步进电机(20)、平移步进电机(22)、控制面板(23)，前限位器(11)和后限位器(17)分别位于平台(15)的两端，其主要作用是对传动轴(2)的行程进行限制，传动齿轮(27)套装并固定在外层耦合磁铁(28)的外壁，旋转步进电机(20)通过传动齿轮(27)可驱动传动轴(2)旋转，滚珠丝杠(14)通过磁耦合机构(19)与传动轴(2)固定在一起，平移步进电机(22)通过滚珠丝杠(14)驱动传动轴(2)平移，控制面板(23)安装在支撑架(24)上，通过控制面设置步进电机的步进脉冲信号可精确控制步进电机的行程。
7.如权利要求1所述的应用于高真空装置的全密封精确定位调节机构，其特征在于：所述的支撑系统包括：支撑结构(24)、支撑机构固定器(25)、滚轮(26)，支撑结构(24)位于平台(15)的下方，支撑机构固定器(25)和滚轮(26)位于支撑结构(24)的下端。
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