CN213043889U

CN213043889U - 一种基于多传感器的准直基准板

Info

Publication number: CN213043889U
Application number: CN202020114022.1U
Authority: CN
Inventors: 何晓业; 张海艇
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2020-01-19
Filing date: 2020-01-19
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2030-01-19

Abstract

本实用新型涉及一种基于多传感器的准直基准板，该准直基准板包括引张线仪A(1)、静力水准仪(2)、电子倾斜仪(3)、引张线仪B(4)、引张线仪C(5)、引张线仪转换座A(6)、矩形空心支架(7)、静力水准仪底座(8)、电子倾斜仪底座(9)、电子倾斜仪固定座(10)、引张线仪转换座B(11)、引张线仪转换座C(12)、1.5英寸陶瓷球(13)和0.25英寸陶瓷球(14)。本实用新型中每个传感器都有一个自身坐标系，通过与引张线的配合，以及多个引张线仪之间的坐标位置转换，从而实现在不接触粒子加速器磁铁的情况下，快速精密地安装测量。

Description

一种基于多传感器的准直基准板

技术领域

本实用新型涉及位置监测技术领域，特别涉及一种基于多传感器的准直基准板。

背景技术

随着科学与技术研究对于加速器性能要求的不断提高，加速器工程的设计方案技术难度也越来越高。以第四代衍射极限储存环同步辐射光源为例，为了追求超高亮度和高度的空间相干性，希望束流发射度降低到衍射极限。为此，储存环的设计周长更长，例如北京光源的储存环周长大约1300米，合肥先进光源概念设计的储存环周长约600米。其次，储存环的横向聚焦更强。例如美国布鲁克海文国家实验室的NSLSII光源，采用DBA聚焦结构，束流能量为3G电子伏特，储存环周长792米，实现束流发射度2nm.rad(纯储存环聚焦结构)，目标发射度0.6m.rad(带约18米长阻尼扭摆磁铁)；而新型的储存环光源，欧洲的ESRF-EBS光源，采用混合型7BA聚焦结构，束流能量6G电子伏特，储存环周长844米，实现束流发射度0.14nm.rad。第三，新一代电子储存环中，储存环表现更“苛刻”。例如，NSLSII光源储存环的动力学孔径大于20毫米，而采用MBA聚焦结构的储存环，多数动力学孔径在毫米量级，美国Berkeley的ALS-U光源，储存环动力学孔径1到2毫米。第四代衍射极限储存环光源对于各项核心加速器技术的要求也提高到了新的高度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于多传感器的准直基准板，实现在不接触粒子加速器磁铁的情况下，快速精密地安装测量。

本实用新型采用的技术方案为：一种基于多传感器的准直基准板，包括引张线仪A1、静力水准仪2、电子倾斜仪3、引张线仪B4、引张线仪C5、引张线仪转换座A6、矩形空心支架7、静力水准仪底座8、电子倾斜仪底座9、电子倾斜仪固定座10、引张线仪转换座B11、引张线仪转换座C12、1.5英寸陶瓷球13和0.25英寸陶瓷球14；其中，准直基准板上方左右均布放置8个1.5英寸陶瓷球13，其作用是建立准直基准板坐标系；由上到下通过螺栓连接有矩形空心支架7、静力水准仪底座8、电子倾斜仪固定座10、引张线仪转换座B11以及引张线仪转换座C12，其中矩形空心支架7上方通过螺栓连接有引张线仪转换座A6，每个转换座或底座上均布有3个0.25英寸陶瓷球14，其作用是分别建立各自传感器坐标系，并与准直基准板坐标系相勾连，完成坐标系转换；引张线仪转换座A6、引张线仪转换座B11 和引张线仪转换座C12上方分别通过螺栓连接有引张线仪A1、引张线仪B4、引张线仪C5，其作用是完成径向的位置监测；静力水准仪底座8上方通过螺栓连接有静力水准仪2，其作用是完成竖直方向的位置监测；电子倾斜仪固定座10上方通过螺栓连接有电子倾斜仪底座9 和电子倾斜仪3，其作用是完成倾斜角度的位置监测。

进一步地，基准板采用铟瓦钢材料制成，其长度约为400毫米、宽度约为300毫米，厚度约为30毫米，在基准板上两侧安装有8个1.5英寸陶瓷球13，均匀分布在上表面的两侧，基准板的中间从上到下依次分布着引张线仪A1、静力水准仪2、电子倾斜仪3、引张线仪 B4、引张线仪C5等五个传感器。

进一步地，准直基准板，通过所述的引张线仪A1、静力水准仪2、电子倾斜仪3、引张线仪B4、引张线仪C5将所监测到的坐标位置将通过相应的计算换算到准直基准板上的坐标系中，以准直基准板的坐标系为基准作为统一坐标系，从而更精确的得出物体设备在统一坐标系中的相对位置变化。

本实用新型原理在于：

本实用新型的基于多传感器的准直基准板，在粒子加速器磁铁的预准直阶段需要测得磁铁的位置中心，因此需要靠引张线仪A1上的引张线来完成测量。而当完成预准直阶段后，如何将磁铁的位置中心具体的体现出来，并在接下来的正式安装阶段有较强的重复性，这时就可以使用本实用新型的准直基准板进行反向推导。首先，通过相应的坐标系转换计算公式将引张线仪A1上的磁铁位置数据转换到引张线仪B4与引张线仪C5上，然后去掉引张线仪 A1上的引张线以及预准直的加速器磁铁。因为此时相当于通过引张线仪B4和引张线仪C5 已经记录下了预准直阶段的磁铁位置数据。然后当进入真正的安装调试阶段，当正式的粒子加速器磁铁放置完成，就可以通过引张线仪B4或引张线仪C5的位置数据反推到引张线仪 A1上。其中静力水准仪2起到在垂直方向上位置的校核，电子倾斜仪3起到在倾斜角度上位置的校核。本实用新型可在粒子加速器安装调试时对机器元部件的相对位置进行实时转换与校核，同时也将各传感器数据综合，转换到统一坐标系下进行分析，这将极大提高粒子加速器磁铁安装的可重复性和工作效率。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型中每个传感器都有一个自身坐标系，通过与引张线的配合，以及多个引张线仪之间的坐标位置转换，从而实现在不接触粒子加速器磁铁的情况下，快速精密地安装测量。

(2)本实用新型使用多种传感器进行监测，可以互为参考提高精度。

(3)本实用新型提高了粒子加速器磁铁安装的可重复性和工作效率。

附图说明

图1为本申请实施例中基于多传感器的准直基准板的轴侧及其隐去传感器后的结构示意图，其中，(a)为基于多传感器的准直基准板的轴侧图，(b)为基于多传感器的准直基准板隐去传感器后的结构示意图。

图2为本申请实施例中基于多传感器的准直基准板的俯视及其隐去传感器后的结构示意图，其中，(a)为基于多传感器的准直基准板的俯视，(b)为基于多传感器的准直基准板的隐去传感器后的结构示意图。

图3为本申请实施例中基于多传感器的准直基准板的示意图。

图4为本申请实施例中基于多传感器的准直基准板中引张线仪转换座ABC的局部剖面图。

图中：1为引张线仪A，2为静力水准仪，3为电子倾斜仪，4为引张线仪B，5为引张线仪C，6为引张线仪转换座A，7为矩形空心支架，8为静力水准仪底座，9为电子倾斜仪底座，10为电子倾斜仪固定座，11为引张线仪转换座B，12为引张线仪转换座C，13为1.5 英寸陶瓷球，14为0.25英寸陶瓷球，15为线定位陶瓷球，16为点定位陶瓷球，17为面定位陶瓷球。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1，图2所示，本实用新型一种基于多传感器的准直基准板，包括引张线仪A1、静力水准仪2、电子倾斜仪3、引张线仪B4、引张线仪C5、引张线仪转换座A6、矩形空心支架7、静力水准仪底座8、电子倾斜仪底座9、电子倾斜仪固定座10、引张线仪转换座B11、引张线仪转换座C12、1.5英寸陶瓷球13和0.25英寸陶瓷球14，其中，准直基准板上方左右均布放置8个1.5英寸陶瓷球13，其作用是建立准直基准板坐标系；由上到下通过螺栓连接有矩形空心支架7、静力水准仪底座8、电子倾斜仪固定座10、引张线仪转换座B11以及引张线仪转换座C12，其中矩形空心支架7上方通过螺栓连接有引张线仪转换座A6，每个转换座或底座上均布有3个0.25英寸陶瓷球14，其作用是分别建立各自传感器坐标系，并与准直基准板坐标系相勾连，完成坐标系转换；引张线仪转换座A6、引张线仪转换座B11 和引张线仪转换座C12上方分别通过螺栓连接有引张线仪A1、引张线仪B4、引张线仪C5，其作用是完成径向的位置监测；静力水准仪底座8上方通过螺栓连接有静力水准仪2，其作用是完成竖直方向的位置监测；电子倾斜仪固定座10上方通过螺栓连接有电子倾斜仪底座9 和电子倾斜仪3，其作用是完成倾斜角度的位置监测。

如图2所示，准直基准板采用铟瓦钢材料制成，其长度约为400毫米、宽度约为300毫米，厚度约为30毫米。在基准板上两侧安装有8个1.5英寸陶瓷球13，均匀分布在上表面的两侧，基准板的中间从上到下依次分布着引张线仪A1、静力水准仪2、电子倾斜仪3、引张线仪B4、引张线仪C5等五个传感器。

引张线仪A1、引张线仪B4、引张线仪C5测量引张线位置在径向竖直和水平两个方向的数值，两个方向的绝对精度约为±7微米；静力水准仪2测量多点径向竖直方向相对位置变化，测量分辨率为1微米，测量重复性为5微米(精度)；电子倾斜仪3是双轴倾斜传感器，在平面两个相互垂直方向上的测角分辨率为0.2″(1μrad)，精度为±1.3″(± 0.006mm/m)。

如图3所示，引张线仪转换座A6、引张线仪转换座B11、引张线仪转换座C12上均有三个0.25英寸陶瓷球14，圆度≤0.3微米，粗糙度≥0.5微米，三个陶瓷球采用点、线、面的定位模式，分别是线定位陶瓷球15、点定位陶瓷球16、面定位陶瓷球17。

如图4所示，每个0.25英寸陶瓷球14与引张线仪转换座A6、引张线仪转换座B11、引张线仪转换座C12均采用V型接口模式，每个0.25英寸陶瓷球14露出面板约2/3部分。

则整个基准板上共有15个0.25英寸陶瓷球14，8个1.5英寸陶瓷球13。在粒子加速器准直测量之前，首先将基准板放置在三坐标测量机上，依次测量得到15个0.25英寸陶瓷球 14的中心坐标P_i(X_0i,Y_0i,Z_0i)和8个1.5英寸陶瓷球13的中心坐标P_j(X_j,Y_j,Z_j)，其中i＝1， 2，…，15，j＝1，2，…，8。

进一步，每一组线定位陶瓷球15、点定位陶瓷球16、面定位陶瓷球17可以严格建立一个该传感器的坐标系。选取一个传感器的坐标系，若干个1.5英寸陶瓷球13可以建立该基准板的总坐标系，各个传感器的坐标系通过坐标转换可以归化到所在基准板的总坐标系中。

引张线仪是变形监测中的常用设备，利用引张力(100N)建立一条实物基准线，多采用尼龙或者合金材质，引张线通过引张线仪的测量窗口内，利用二维CCD获取引张线在两个 CCD像平面上的图像，再通过图像处理技术，实时提取引张线在水平、垂直平面内的位置值。另外，通过长期连续不间断的位置度测量，实现被测物体的变形监测。

本实用新型正是利用引张线仪下面的线定位陶瓷球15、点定位陶瓷球16、面定位陶瓷球17，建立引张线仪两个CCD像平面坐标系基准与0.25英寸陶瓷球14的坐标关系，再进一步获取引张线在两个CCD像平面坐标系的位置，即可建立引张线与0.25英寸陶瓷球14 之间的位置关系。然后我们可以将准直基准板应用于粒子加速器磁铁安装调试中。

在粒子加速器磁铁的预准直阶段需要测得磁铁的位置中心，因此需要靠引张线仪A1上的引张线来完成测量。而当完成预准直阶段后，如何将磁铁的位置中心具体的体现出来，并在接下来的正式安装阶段有较强的重复性，这时就可以使用本申请的准直基准板进行反向推导。首先，通过相应的坐标系转换计算公式将引张线仪A1上的磁铁位置数据转换到引张线仪B4与引张线仪C5上，然后去掉引张线仪A1上的引张线以及预准直的加速器磁铁。因为此时相当于通过引张线仪B4和引张线仪C5已经记录下了预准直阶段的磁铁位置数据。然后当进入真正的安装调试阶段，当正式的粒子加速器磁铁放置完成，就可以通过引张线仪 B4或引张线仪C5的位置数据反推到引张线仪A1上。其中静力水准仪2起到在垂直方向上位置的校核，电子倾斜仪3起到在倾斜角度上位置的校核。本实用新型可在粒子加速器安装调试时对机器元部件的相对位置进行实时转换与校核，同时也将各传感器数据综合，转换到统一坐标系下进行分析，这将极大提高粒子加速器磁铁安装的可重复性和工作效率。

Claims

1.一种基于多传感器的准直基准板，其特征在于：包括引张线仪A(1)、静力水准仪(2)、电子倾斜仪(3)、引张线仪B(4)、引张线仪C(5)、引张线仪转换座A(6)、矩形空心支架(7)、静力水准仪底座(8)、电子倾斜仪底座(9)、电子倾斜仪固定座(10)、引张线仪转换座B(11)、引张线仪转换座C(12)、1.5英寸陶瓷球(13)和0.25英寸陶瓷球(14)；其中，准直基准板上方左右均布放置8个1.5英寸陶瓷球(13)，其作用是建立准直基准板坐标系；由上到下通过螺栓连接有矩形空心支架(7)、静力水准仪底座(8)、电子倾斜仪固定座(10)、引张线仪转换座B(11)以及引张线仪转换座C(12)，其中矩形空心支架(7)上方通过螺栓连接有引张线仪转换座A(6)，每个转换座或底座上均布有3个0.25英寸陶瓷球(14)，其作用是分别建立各自传感器坐标系，并与准直基准板坐标系相勾连，完成坐标系转换；引张线仪转换座A(6)、引张线仪转换座B(11)和引张线仪转换座C(12)上方分别通过螺栓连接有引张线仪A(1)、引张线仪B(4)、引张线仪C(5)，其作用是完成径向的位置监测；静力水准仪底座(8)上方通过螺栓连接有静力水准仪(2)，其作用是完成竖直方向的位置监测；电子倾斜仪固定座(10)上方通过螺栓连接有电子倾斜仪底座(9)和电子倾斜仪(3)，其作用是完成倾斜角度的位置监测。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的准直基准板，其特征在于：基准板采用铟瓦钢材料制成，其长度约为400毫米、宽度约为300毫米，厚度约为30毫米，在基准板上两侧安装有8个1.5英寸陶瓷球(13)，均匀分布在上表面的两侧，基准板的中间从上到下依次分布着引张线仪A(1)、静力水准仪(2)、电子倾斜仪(3)、引张线仪B(4)、引张线仪C(5)等五个传感器。