CN111141763A - 多工位切换的高精度第二中子束线开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多工位切换的高精度第二中子束线开关及准直安装方法，通过操控系统启动开关，丝杠带动工作台运动以实现导管、准直器和束流挡块主组件三个工位的依次位置切换，并且本发明采用电机驱动，编码器反馈控制，限位开关进行辅助控制，通过编码器系统对终端位置进行反馈和定位；相对现有技术，发明技术方案具有操作简易、运动时间短、重复定位精度高、能够快速方便地实现工位切换和束流的通断等优点，在第三工位时能够起到截断中子束流的作用，第二中子束线开关的后端属于辐射安全区域，人员可以进入第二中子束线的后端区域进行设备维护和更换样品操作。

Description

多工位切换的高精度第二中子束线开关

技术领域

本发明涉及中子束线开关技术领域，特别涉及一种多工位切换的高精度第二中子束线开关。

背景技术

中子谱仪主要用于研究各类物质的结构和性质，目前在世界各地建造的中子谱仪主要包括两类，第一类称为中子散裂源谱仪，中子散裂源是基于加速器加速质子轰击靶产生中子；第二类称为中子反应堆谱仪，中子反应堆是基于铀裂变产生中子。

而中子束线开关在中子谱仪中用于打开和切断中子束流，在导通状态时，中子束流通过中子导管等中子光学部件传输至样品上。对于中子散裂源谱仪，每个谱仪都需要在散裂靶站中设有束线开关，也被称为主束线开关，由于靶站中的主开关在体积上较为庞大，开启和关闭的时间相对较长，因此部分中子散裂源谱仪会在谱仪大厅中的中子束线上建造第二个中子束线开关，例如美国的中子散裂源(SNS)的磁反射谱仪BL4A，液态反射谱仪BL4B，而第二中子束线开关一般设置得较为轻便且方便控制，从而使操作时间短，另外由于第二中子束线开关位于中子束流传输线上，因此设计精度需要较高。

有些谱仪基于实验需求，需要在束线的传输路径上建设可以实现三个或者三个以上部件进行切换的装置，例如两个不同规格的导管和一个准直管进行位置切换或者三种不同规格和尺寸的导管进行位置切换等功能，当第二中子束线开关的束流通断功能和不同规格的束流传输部件集成在一起时，则需要建设具有多工位切换功能的第二中子束线开关，该设备正常工作时，不仅需要通过部件切换以保障不同规格的中子传输部件传输中子束流，从而保证样品位置的中子通量，还需要在人员进入至散热室内时，可靠地截断中子束流以保证人员安全。

此外，第二中子束线开关中的中子导管或者准直管在导通状态时的重复定位精度需要和中子导管相同，而中子导管或者准直管的准直安装精度要求较高，需要达到0.05mm。而现有技术中的中子束线开关主要采用液压或者气压驱动，并通过上下运动方式进行开或关的切换，例如中国专利(公开号CN104134471A)公开了一种中子通道闸门装置，该专利通过气缸驱动而使中子通道上下运动，利用限位开关进行信号反馈实现中子通道的开启或者关闭，但由于采用气压驱动，限位开关进行信号反馈，使得中子通道开启时的重复定位精度较低；而中国专利(公开号CN103454293A)公开了中子束线开关及准直安装方法，通过凹台和凸台的阶梯式配合以实现束线开关的准直安装，该技术方案还公开了用密封圈加法兰密封真空方式，能够实现中子导通作用真空壳体系统，但其仅限于实现真空壳体系统以及准直安装方法，难以保证中子束线开关内的中子导管重复定位精度，还难以保证中子束流高精度的要求。

发明内容

本发明的主要目是针对现有技术中，中子束线开关定位及重复定位精度低以及无法实现多工位切换的技术问题，提出一种多工位切换的高精度第二中子束线开关，旨在谱仪束线上实现操作方便，运动时间短，重复定位精度高且具有多工位切换功能和束流通关功能的第二中子束线开关的设计。

为实现上述目的，本发明提出的一种多工位切换的高精度第二中子束线开关，包括设置于外围的屏蔽支撑系统和设置于屏蔽支撑系统内部的开关运动系统以及同时与屏蔽支撑系统和开关运动系统相连以实现束流屏蔽的束流屏蔽系统。

所述的屏蔽支撑系统包括内部设有预埋钢板的基台，基台顶部侧边前后分别相连前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板，基台顶面固定相连有右侧底板和左侧底板，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板顶部同时与顶部支撑板固定相连，顶部支撑板顶面固定相连有左侧顶板和右侧顶板，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板分别与顶部支撑板之间设有屏蔽填充块，顶部支撑块、前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板以及基台共同组成内部中空的框体结构并容纳开关运动系统，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板表面设有通孔可与导管或准直管中心通道轴向相对并与束流中心重合。

所述的束流屏蔽系统包括与顶部支撑板相连的束流挡块上部组件、与开关运动系统相连的束流挡块主组件以及与基台相连的束流挡块下部组件，第二中子束线开关处于第三工位时，束流屏蔽系统的束流挡块主组件可位于束流中心线并起到屏蔽作用，束流挡块主组件通过水平运动实现不同工作模式的切换。

开关运动系统包括动力传递系统、控制系统、底座及支撑系统、导管及调节系统和准直管及调节系统。

优选地，所述动力传递系统包括安装于底板顶面的电机，电机动力输出端通过联轴器与丝杆相连，丝杆两端分别通过支撑组件安装定位，丝杆与滚珠螺母滚动相连，滚珠螺母与工作台固定相连，电机驱动丝杆旋转并使滚珠螺母驱动工作台线性移动。

优选地，所述控制系统包括编码系统和机械限位开关，编码系统包括设置于底板侧部的光栅尺和安装在工作台表面的读数头，读数头通过扫描光栅尺表面的刻度以实现定位和反馈，编码系统采用绝对式编码器记录行程位置和保存数据；机械限位开关安装于底板表面并与安装在工作台底部的触发挡块配合实现行程控制。

优选地，所述底座及支撑系统包括设置于底部的底板、底板连接板、导轨和滑块，底板底面通过底板连接板固定在所述右侧底板和所述左侧底板顶面，平行设置的两条导轨对称安装在底板表面，导轨与滑块滑动相连，滑块与所述工作台底面相连并配合所述丝杆与所述滚珠螺母滑动。

优选地，所述导管及调节系统包括导管、调节系统和导管连接板，导管可移动地设置于束流中心位置，调节系统设置于导管两端底部并调整导管空间位置，调节系统通过导管连接板与所述工作台相连；所述准直管及调节系统包括准直管和调节系统，准直管可移动至束流中心线并通过两端底部的两个调节系统调整准直管安装位置；所述束流挡块主组件固定在所述工作台顶面并随工作台进行三种工作状态切换，束流挡块主组件表面设有高程靶标座和水平靶标座进行准直测量，导管和准直管表面分别设有靶标座并可利用测量臂进行准直标定和利用激光跟踪仪进行位置检测和准直安装。

优选地，所述束流挡块主组件、所述束流挡块上部组件以及所述束流挡块下部组件均分别由不同材料层依次堆叠连接而成。

优选地，所述的调节系统包括自下往上安装的调节机构底板、水平运动板和高程调节板，其中调节机构底板固定安装在基台上，水平运动板安装在调节机构底板上，所述的水平运动板呈矩形块状，其中三个侧面安装有水平调节组件，水平调节组件有六个，其中与束流方向平行的两个对应侧面的每个侧面分别有两个，该两个侧面上的水平调节组件呈轴对称设计，与束流方向垂直的两个对应侧面中靠近外部的侧面安装有两个，靠近内部的侧面不安装。

优选地，所述的高精度第二中子束线开关可实现三工位切换，第一工位导管位于束流中心线上，这时导管起到传输中子束流的作用；第二工位时，准直管位于束流中心线上，准直管起到传输中子束流的作用；第三工位时，束流挡块主组件位于束流中心线上并起到截断中子束流的作用。

本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：本发明技术方案采用电机进行驱动且采用编码器系统进行位置的反馈，从而能够实现高精度定位，并且滑块和导轨之间采用滑动摩擦接触，使得两者之间的摩擦系数较低，可实现高负载，还使用绝对式编码器记录准直安装后位置，保证定位精度较高且不会发生数据丢失，与此同时，还能够依次实现导管、束流挡块主组件和准直管的位置切换以满足不同的工况和实验要求；综上所述，本发明技术方案具有操作简易、运动时间短、重复定位精度高、能够快速方便地实现工位切换和束流的通断等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明多工位切换的高精度第二中子束线开关的立体结构示意图；

图2为本发明屏蔽支撑系统的立体结构示意图；

图3为本发明屏蔽支撑系统的俯视图；

图4为图3中A-A方向的剖视图；

图5为本发明开关运动系统的俯视图；

图6为图5中A-A方向的剖视图；

图7为本发明开关运动系统的主视图；

图8为本发明开关运动系统的后视图；

图9为本发明调节机构的立体结构示意图；

图10为本发明辅助调节机构的立体结构示意图；

图11为本发明的底板连接板的立体结构示意图；

图12为本发明的束流挡块主组件的立体结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种多工位切换的高精度第二中子束线开关。

本实施例的多工位切换的高精度第二中子束线开关可以实现三工位切换，其中第一工位导管16位于束流中心线上，此时导管16起到传输中子束流的作用；第二工位时，准直管18位于束流中心线上，此时准直管18起到传输中子束流的作用；第三工位时，束流挡块主组件位于束流中心线上，起到截断中子束流的作用，在第三工位的工况下，第二中子束线开关的后端属于辐射安全区域，人员可以进入第二中子束线的后端区域进行设备维护和更换样品操作。

请参见图1至图12，本发明实施例的多工位切换的高精度第二中子束线开关包括设置于外围的屏蔽支撑系统2和设置于屏蔽支撑系统2内部的开关运动系统1以及同时与屏蔽支撑系统2和开关运动系统1相连以实现束流屏蔽的束流屏蔽系统。

其中本实施例的屏蔽支撑系统2主要包括内部设有预埋钢板的基台3，基台3顶部侧边分别相连前屏蔽支撑板10和后屏蔽支撑板4，基台3顶面还固定相连有右侧底板12和左侧底板13，前屏蔽支撑板10和后屏蔽支撑板4顶部同时与顶部支撑板6底面固定相连，并且顶部支撑板6顶面固定相连有左侧顶板7和右侧顶板9，前屏蔽支撑板10和后屏蔽支撑板4分别与顶部支撑板6之间设有屏蔽填充块5，其中屏蔽填充块5用于对除运动空间以外的空间进行屏蔽填充，从而使得在第三工位时能够更好地屏蔽中子束流。本实施例通过螺栓连接方式使设置于顶部的顶部支撑板6、设置于前部的前屏蔽支撑板10和设置于后部的后屏蔽支撑板4以及设置于下部的基台3相连形成内部中空的矩形框体结构以容纳本实施例的开关运动系统1，还起到相应的辐射防护作用。

请参见图2、图4、图5，本实施例通过设置于上部的束流挡块上部组件8、设置于中部的束流挡块主组件17以及设置于下部的束流挡块下部组件11共同组成束流屏蔽系统。其中在第三工位时，束流屏蔽系统位于束流中心线上，因此可通过适应性地调整而使其能够完全屏蔽中子束流，以保障第二中子束线开关后端的工作人员处于安全剂量以下。在结构连接上，本实施例的束流挡块上部组件8通过螺钉固定在顶部支撑板6顶面，而束流挡块下部组件11通过螺钉固定在基台3顶面，而束流挡块主组件17则与本实施例的开关运动系统1相连并设置在束流挡块上部组件8和束流挡块下部组件11的上下位置之间，通过调节束流挡块主组件17在水平方向上的运动来实现不同工作模式的切换。

优选地，本实施例的束流挡块主组件17、束流挡块上部组件8以及束流挡块下部组件11分别由不同材料的矩形块连接而成，并且多个矩形块之间通过螺栓进行固定相连。请参见图12，本实施例的束流挡块主组件17包括通过螺栓依次固定相连的碳化硼块47、铅块48、碳钢屏蔽块49，通过使用不同材料依次相连而形成的屏蔽层，可以通过不同材料分别屏蔽不同类型离子，也能够屏蔽中子束流及其衍生出的其他粒子。

请参见图2，此外本实施例的前屏蔽支撑板10和后屏蔽支撑板4表面设置有矩形孔101，通过矩形孔101中心和束流中心重合，使其在第一工位和第二工位的工作状态下不会影响中子束流传输，并且在第三工位状态下，最大程度地屏蔽中子束流。

请参见图1至图12，本实施例的开关运动系统1包括动力传递系统、控制系统、底座及支撑系统、导管及调节系统、准直管及调节系统、束流挡块主组件。

请参见图5至图8，本实施例的动力传递系统包括设置于一端的电机21，电机21通过安装底座安装在底板23的顶面，电机21的动力输出端通过联轴器20与丝杆15一端连接，通过设置联轴器20能够降低电机21传动轴和丝杆15之间的同轴度要求以减小安装难度，丝杆15两端分别通过两个轴向设置的支撑组件19进行安装定位，而支撑组件19则通过螺钉固定在底板23表面。滚珠螺母26与丝杆15以螺纹配合滚动相连，并且滚珠螺母26通过螺母座与工作台固定相连，因此可通过电机21转动驱动联轴器20带动丝杆15相应旋转，而丝杆15和滚珠螺母26通过螺纹副配合安装相连并旋转驱动，在螺纹副驱动作用下，丝杆15的旋转运动转化成滚珠螺母26相对丝杆15进行的轴向直线运动，相应地，使滚珠螺母26带动螺母座移动，也就是驱动工作台50进行水平移动，因此可通过控制电机21的正转或反转而实现工作台进行前进或后退的水平移动，实现工作台带动束流挡块主组件17进行工位的切换。

请参见图8，本实施例的控制系统包括编码系统和机械限位开关，其中编码系统由读数头37和光栅尺38组成，其中光栅尺38安装在底板23的侧面。请参见图5，读数头37通过读数头安装板安装在工作台50表面侧面，读数头37通过扫描光栅尺38表面的刻度以实现高精度定位和反馈。优选地，本实施例的编码器系统采用绝对式编码器，能够记录运动行程上的任意位置点，并且在断电情况下也不会发生数据丢失。

而本实施例的机械限位开关通过螺钉安装在底板23上，触发挡块安装在工作台50底部，具体地，本实施例的底板23前端和后端分别安装有机械限位开关以及相应的触发挡块以起到行程控制的作用，当本实施例的导管16或准直管18运动至束流中心位置时，若因编码器失效或者其他原因导致导管16或者准直管18继续运动时，则会触发机械限位开关，使电机21断电而停止转动。

请参见图5至图7，本实施例的底座及支撑系统主要包括设置于底部的底板23、底板连接板22、导轨14和滑块29，其中底板23底面通过底板连接板22固定在右侧底板12和左侧底板13的顶面，两条导轨14平行安装在底板23顶面两侧且呈对称分布，两条导轨14通过螺钉固定在底板23表面，而导轨14表面有配合滑动相连的滑块29，每条导轨14表面滑动配合相连有两个滑块29，通过在滑块29内部设有滚珠，从而使得滑块29能够相对滑轨14进行顺畅的相对滑动。优选地，本实施例的滑块29和导轨14之间的滑动摩擦系数非常小，只有0.005。另外本实施例的滑块29以对称方式安装在工作台50的底面，并且采用螺钉将滑块29与工作台50固定相连，因此使得工作台50相对于基台3可实现相对滑动。

请参见图5至图7，本实施例的导管及调节系统主要包括导管16、调节系统和导管连接板28，其中导管16是作为核心部件，其可位于束流中心位置并能够起到传输中子束流的作用，而调节系统有两组，设置于导管16的两端底部，调节系统通过调节机构连接板25和导管16固定相连，通过两组调节系统配合调节可实现导管16在空间上的六维调节，并且调节系统通过导管连接板28固定在工作台50表面。

本实施例的准直管及调节系统主要包括准直管18以及设置在准直管18底面的调节系统，其中准直管18也是本实施例的核心工作部件，当准直管18位于束流中心线时，能够起到传输中子束流和吸收杂散中子的作用，而本实施例的调节系统设置于准直管18的轴向两端底部位置，并且通过调节系统使得调节机构连接板25和准直管18固定相连。

请参见图9，本实施例的调节系统包括自下往上安装的调节机构底板30、水平运动板34和高程调节板35，其中调节机构底板30固定安装在基台上，水平运动板34安装在调节机构底板30上，所述的水平运动板34呈矩形块状，其中三个侧面安装有水平调节组件31，水平调节组件有六个，其中与束流方向平行的两个对应侧面的每个侧面分别有两个，该两个侧面上的水平调节组件31呈轴对称设计，与束流方向垂直的两个对应侧面中靠近外部的侧面安装有两个，靠近内部的侧面不安装。

与束流方向平行的两个对应侧面上的水平调节组件31包括水平固定块51和水平调节螺钉33，两个侧面上的水平固定块51呈轴对称设计，用于固定限位水平运动板34，水平固定块51通过竖直方向上的螺钉固定安装在调节机构底板30上，每个水平固定块51在水平方向上均设置有水平调节螺钉33，水平调节螺钉33贯穿水平固定块51后一端底部直抵水平运动板34，另外一端延伸在水平固定块51外部，通过旋转水平调节螺钉33，在螺纹副的作用下对水平移动板34在水平方向上的位置进行调节。

与束流方向垂直的两个对应侧面中靠近外部的那个侧面的两个水平调节组件31呈中心轴对称，每个水平调节组件包括水平固定块51，以及通过水平固定块51连接的一组推杆组件53和一组拉杆组件52，其中推杆组件53包括旋转螺杆和螺母，旋转螺杆贯穿水平固定块后一端底部直抵水平运动板34，另外一端延伸在水平固定块34外部，通过旋转螺杆，在螺纹副的作用下对水平移动板34在水平方向上的位置进行推动调节；其中拉杆组件52包括带螺纹的拉杆、螺母和阶梯块，阶梯块54通过螺钉固定安装在水平运动板34上，拉杆贯穿水平固定块后一端底部与阶梯块54固定连接，拉杆通过阶梯块54与水平运动板34固定连接，另外一端延伸在水平固定块51外部，通过旋转螺母，在螺纹副的作用下对水平移动板在水平方向上的位置进行拉动调节。

所述的高程调节板35为矩形板，高程调节板35通过高程调节组件32安装在水平运动板34的上方，通过调节高程调节组件32的螺母可以调节高程调节板32在空间中的位置；需要说明的是，本发明中调节系统与中国专利申请号为2019110535744一种具有多级准直调节机构的中子导管系统中的底部调节机构的结构和原理相似，不同点在于水平方向上的调节结构和调节方法，本发明中的水平调节组件31分成两种，其中一种是用于平行束线方向的水平调节，另外一种是用于垂直于束线方向的水平调节，其中平行束线方向的水平调节是双向调节，垂直于束线方向的水平调节是单向推拉调节，即采用能够实现单侧推拉的拉杆组件52和推杆组件53，由于对面空间限制，所以在垂直于束流方向上需要采用单侧操作的调节组件。而沿束线方向上，有足够的操作空间，所以采用螺钉对顶的方式进行调节，简单准确且方便快捷。

当本实施例的束流挡块主组件17位于束流中心线上时，通过束流挡块上部组件8、束流挡块主组件17和束流挡块下部组件11组成束流屏蔽系统，可以最大程度地阻挡束流。由于束流屏蔽系统的实际三维尺寸需要比理论计算尺寸大20mm，因此束流屏蔽系统的中心线和束流中心线的误差小于10mm，而该精度能够通过加工和装配得以保证。

请参见图12，本实施例的束流挡块主组件17固定安装在工作台50表面，能够随着工作台50的水平运动进行三种工作状态的切换，并且束流挡块主组件17表面设置有高程靶标座46和水平靶标座45，因此可利用准直设备进行准直测量。此外本实施例的导管16和准直管18表面分别设有靶标座，因此可利用测量臂进行准直标定和利用激光跟踪仪进行位置检测和准直安装。

本实施例的导管16、束流挡块主组件17以及准直管18均安装在工作台50表面且平行设置，其中束流挡块主组件17位于导管16和准直管18的之间位置，导管16和准直管18位于流挡块主组件17的两侧位置，由于在实际工作过程中需要有足够空间以进行不同工作模式的位置切换，因此在该行程空间上无法进行任何屏蔽，本实施例需要在束流挡块主组件17和导管16之间的间隙以及束流挡块主组件17和准直管18之间的间隙以最小化设置，这样可以减小工作模式切换时需要的行程空间，并增强屏蔽效果。

请参见图7、图10和图11，本实施例还设有辅助调节机构，其中辅助调节机构包括辅助调节板39、辅助调节螺钉40和固定螺钉43，其中辅助调节机构能够对底板连接板22进行辅助调节，首先通过固定螺钉41将辅助调节机构固定在左侧底板13和右侧底板12的侧面，其中左侧底板13的前后端面各安装一组，左侧底板13的左侧安装两组，右侧底板12的前后端面各安装一组，右侧面安装两组，通过调节辅助调节机构42的辅助调节螺钉40能够调节底板连接板22在水平方向上的位置，而高程方向上通过增减垫片的方式进行调节，由于底板连接板22的安装精度较低，只需要控制在5mm以内，因此不需要进行精确的调节，待调节完成后，通过两个固定螺钉43进行锁紧，然后拆除所有的辅助调节结构和带销靶标座，由于带销靶标座可通过销和底板连接板22进行精确定位，所以拆除以后而再次安装不会影响靶标座的位置精度。

请参见图1至图12，本实施例还公开了一种多工位切换的高精度第二中子束线开关的准直方法，通过将导管16和准直管18准直安装在正确位置上，使束流屏蔽系统通过设计和加工安装保证位置精度，其中基本准直和安装方法包括以下步骤：

步骤S1：标定，通过建立目标部件和靶标座在三维空间中的相对位置关系，通过对靶标座的调节实现对目标部件位置调节，分别对导管16和准直管18进行标定。

首先对导管16进行标定：将导管16放置在光学平台上，使用测量臂测量导管16的内侧面和前后端面，然后测量导管16外表面的导管靶标座，建立导管16内尺寸和导管靶标座的空间位置关系，由于导管16的内表面加工精度较高，并且导管16内表面在空间中的理论位置已知，从而得到导管靶标座在空间中的理论位置坐标。另外说明的是，本实施例对准直管进行标定过程和导管相同。

然后对准直管18进行标定：将准直管18放置在光学平台上，使用测量臂测量准直管18的内侧面和前后端面，然后测量准直管18外表面的靶标座，建立准直管18内尺寸和准直管靶标座的空间位置关系，得到准直管靶标座在空间中的理论位置坐标；

关于束流挡块主组件17的标定：然后由于束流挡块主组件17和底板连接板22定位要求精度较低，因此可以忽略所有加工和安装误差而不需要进行标定，只需使用图纸尺寸直接得到靶标座在空间中的理论位置坐标，由于束流挡块主组件17实际尺寸比理论计算尺寸大很多，而远远大于加工和组装而产生的误差，所以在底板连接板22粗定位的基础上直接进行组装定位。

步骤S2：安装基台3的底板连接板22，首先利用激光跟踪仪进行准直放线，利用激光跟踪仪在地面上设置八个点，其中水平和竖直方向的点两两连接，最后四条直线相交而形成一个矩形框，该矩形框的长度和宽度同基台3的长度和宽度相等，然后把顶部装有预埋钢板的基台3安装在地面上，基台3底面的四条边线和地面上的四条直线对应重合，然后将左侧底板13、右侧底板12、束流挡块下部组件11通过螺栓安装固定在基台3上，然后再将底板连接板22安装固定，安装过程不需要拧紧固定螺钉，将八组辅助调节机构分别安装右侧底板12和左侧底板13上，通过定位销和螺钉将带销靶标座安装在底板连接板22上，利用激光跟踪仪监控靶标座的位置坐标，调节八组辅助调节结构42，而高程方向上通过增加或减少垫片来进行调节，当靶标座的坐标测量值和理论坐标偏差小于3mm时，底板连接板22即安装到理论位置，然后拆除靶标座和辅助调节机构42，最终拧紧固定螺钉36。

步骤S3：安装开关运动系统，首先将动力传递系统、控制系统、底座及支撑系统完成组装，使得工作台50能够平滑顺畅地运行，然后整体安装在底板连接板22上，通过定位销进行定位并且使用螺栓连接锁定。然后通过定位销将束流挡块主组件连接板44安装在工作台50上，并且把束流挡块主组件17安装在束流挡块主组件连接板44上，利用激光跟踪仪测量束流挡块主组件17上的高程靶标座，当高程靶标座高程方向和沿束流方向的测量数值和理论数值的误差小于5mm时，即束流主档块组件17在高程方向上和沿束流方向上安装到位，由于底板连接板的安装误差是3mm，而底板连接板22上面所有的部件均是通过定位销进行定位后螺栓连接，精度损失很小。而束流挡块主组件17上高程靶标座在高程方向上和沿束线方向上的误差要求是小于5mm，所以不需要调节过程，束流挡块主组件17在这两个方向上即可准直安装到位；该过程中高程靶标座垂直于束流方向上的数值而不需要调整，然后把导管连接板28、导管16底部的调节机构和导管16安装到工作台上，把准直管17和底部的调节机构安装到工作台50上。

步骤S4：准直安装和调试：

首先对电机21和编码器系统进行通电，通过电机21带动工作台50实现水平移动，利用激光跟踪仪检测束流挡块主组件17上的水平靶标座，由于本实施例采用编码器系统和滚珠丝杆系统，工作台50的水平移动的最小步距值远远小于准直安装精度，当水平靶标座45在垂直于束流方向上，即水平移动方向上的测量值和理论值的偏差小于1mm时，电机21停止转动，编码器记录当前位置，即束流主挡块组件17在三维方向上都已安装到理论位置上。

然后电机21再次转动，工作台50水平移动理论长度为L1，此时导管16中心位于束流中心附近，利用激光跟踪仪检测导管16上的靶标座，调节底部的两组调节系统，在调节的过程中，若靶标座的测量值和理论值偏差较大时，也可以移动工作台进行调节，当靶标座的坐标测量值和标定得到的理论坐标偏差小于0.05mm时，编码器记录当前的位置，导管16即安装到理论位置。

然后再通过电机21转动，使得工作台50水平移动理论长度L2，此时准直管18中心位于束流中心附近，利用激光跟踪仪检测准直管18上的靶标座，调节底部的两组调节系统，在调整的过程中，若靶标座的测量值和理论值偏差较大时，可以通过移动工作台进行调节，当靶标座的坐标测量值和标定得到的理论坐标偏差小于0.05mm时，编码器记录当前的位置，即准直管18安装到理论位置上，至此准直安装完毕。

步骤S5：最终安装前屏蔽支撑板10、后屏蔽支撑板4、顶部支撑板6、左侧顶板7、束流挡块上部组件8、右侧顶板9，从而完成整个多工位切换的高精度第二中子束线开关的安装。

另外，本发明实施例技术方案中的主束流挡块组件17位于中间位置，导管16和准直管18分别位于两侧，编码系统采用的编码器能够记录在运动行程上的任意位置，并且在断电情况下依然位于工作位置而不会发生改变记录的位置点不会丢失，并且本发明实施例技术为了增强屏蔽效果，导管16和准直管18距离束流挡块主组件17的距离较小而没有调节空间，所以在底部的调节系统中，垂直于束流方向采用单侧推拉方式进行调节，而沿束流方向则采用螺栓对顶方式进行调节，使得调节方式更加便捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种多工位切换的高精度第二中子束线开关，其特征在于，包括设置于外围的屏蔽支撑系统和设置于屏蔽支撑系统内部的开关运动系统以及同时与屏蔽支撑系统和开关运动系统相连以实现束流屏蔽的束流屏蔽系统；

所述的屏蔽支撑系统包括内部设有预埋钢板的基台，基台顶部侧边前后分别相连前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板，基台顶面固定相连有右侧底板和左侧底板，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板顶部同时与顶部支撑板固定相连，顶部支撑板顶面固定相连有左侧顶板和右侧顶板，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板分别与顶部支撑板之间设有屏蔽填充块，顶部支撑块、前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板以及基台共同组成内部中空的框体结构并容纳开关运动系统，前屏蔽支撑板和后屏蔽支撑板表面设有通孔可与导管或准直管中心通道轴向相对并与束流中心重合；

所述的束流屏蔽系统包括与顶部支撑板相连的束流挡块上部组件、与开关运动系统相连的束流挡块主组件以及与基台相连的束流挡块下部组件，第二中子束线开关处于第三工位时，束流屏蔽系统的束流挡块主组件可位于束流中心线并起到屏蔽作用，束流挡块主组件通过水平运动实现不同工作模式的切换；

所述的开关运动系统包括动力传递系统、控制系统、底座及支撑系统、导管及调节系统和准直管及调节系统。

2.如权利要求1所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述动力传递系统包括安装于底板顶面的电机，电机动力输出端通过联轴器与丝杆相连，丝杆两端分别通过支撑组件安装定位，丝杆与滚珠螺母滚动相连，滚珠螺母与工作台固定相连，电机驱动丝杆旋转并使滚珠螺母驱动工作台线性移动。

3.如权利要求2所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述控制系统包括编码系统和机械限位开关，编码系统包括设置于底板侧部的光栅尺和安装在工作台表面的若干个读数头，读数头通过扫描光栅尺表面的刻度以实现定位和反馈，编码系统采用绝对式编码器记录行程位置和保存数据；机械限位开关安装于底板表面并与安装在工作台底部的触发挡块配合实现行程控制。

4.如权利要求3所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述底座及支撑系统包括设置于底部的底板、底板连接板、导轨和滑块，底板底面通过底板连接板固定在所述右侧底板和所述左侧底板顶面，平行设置的两条导轨对称安装在底板表面，导轨与滑块滑动相连，滑块与所述工作台底面相连并配合所述丝杆与所述滚珠螺母滑动。

5.如权利要求4所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述导管及调节系统包括导管、调节系统和导管连接板，导管可移动地设置于束流中心位置，调节系统设置于导管两端底部并调整导管空间位置，调节系统通过导管连接板与所述工作台相连；所述准直管及调节系统包括准直管和调节系统，准直管可移动至束流中心线并通过两端底部的两个调节系统调整准直管安装位置；所述束流挡块主组件固定在所述工作台顶面并随工作台进行运动，实现三种工作状态切换，束流挡块主组件表面设有高程靶标座和水平靶标座进行准直测量，导管和准直管表面分别设有靶标座并可利用测量臂进行准直标定和利用激光跟踪仪进行位置检测和准直安装。

6.如权利要求5所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述束流挡块主组件、所述束流挡块上部组件以及所述束流挡块下部组件分别由不同材料层依次堆叠连接而成。

7.如权利要求6所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述的调节系统包括自下往上安装的调节机构底板、水平运动板和高程调节板，其中调节机构底板固定安装在基台上，水平运动板安装在调节机构底板上，所述的水平运动板呈矩形块状，其中三个侧面安装有水平调节组件，水平调节组件有六个，其中与束流方向平行的两个对应侧面的每个侧面分别有两个，该两个侧面上的水平调节组件呈轴对称设计，与束流方向垂直的两个对应侧面中靠近外部的侧面安装有两个，靠近内部的侧面不安装。

8.如权利要求7所述的高精度第二中子束线开关，其特征在于，所述的高精度第二中子束线开关可实现三工位切换，第一工位导管位于束流中心线上，导管起到传输中子束流的作用；第二工位时，准直管位于束流中心线上，准直管起到传输中子束流的作用；第三工位时，束流挡块主组件位于束流中心线上并起到截断中子束流的作用。

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