CN219874440U - 一种能散补偿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能散补偿器，包括：真空结构体，其内腔设有上褶皱板和下褶皱板，其提供真空环境；机械结构，其承载真空结构体，具有与上褶皱板和下褶皱板连接的传动机构，传动结构包括在真空结构体的靠近入口端的上部和下部分别安装的入口上、入口下梁传动机构，以及在真空结构体的靠近出口端的上部和下部分别安装的出口上、出口下梁传动机构；以及控制系统，设置为驱动传动机构，进而带动上褶皱板和下褶皱板运动，调节上褶皱板和下褶皱板之间的间距的大小。本实用新型的采用四个步进电机联动来调节两褶皱板之间的间隙和夹角，以补偿电子束能散，且在光栅尺读数头损坏时使用旋转编码器作为位置反馈仍能调节能散补偿器。

Description

一种能散补偿器

技术领域

本实用新型涉及自由电子激光领域，更具体地涉及一种能散补偿器，用于自由电子激光装置，尤其用于X射线自由电子激光装置。

背景技术

X射线自由电子激光为物理、化学、生命科学、材料科学、能源科学等多学科提供高分辨成像、超快过程探索、先进结构解析等尖端研究手段，可同时满足面向物质、单分子、超强超短单颗粒成像，以及极端光物理等实验需求。

上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)基于超导连续波工作模式，与常温加速结构不同的地方，在于超导加速结构的束流孔径很大，结构自身的尾场效应非常弱。在常温加速结构中，主要利用加速段的相位和纵向尾场共同作用来消除电子束压缩引入的能散。但超导结构的纵向尾场效应非常弱，而电子束经过磁压缩以后束团长度小于10微米，通过改变加速结构的RF相位来补偿电子束的能散不仅效率极低，而且也极大的浪费加速结构的有效加速梯度，所以主加速器尾部需要有用于补偿电子束能量啁啾的能散补偿器。

能散补偿器(Dechirper)是通过一对平行于束流方向的平板褶皱结构来精确控制束流纵向尾场强度，从而实现加速器出口能散的控制。为了消除横向四极尾场分量，至少需要两套消能散器(水平、垂直各一套)组合使用。

在SHINE工程直线加速器末端需要设置3对共6套消能散器，每对消能散器的相移需设置为π的偶数倍，理想情况下各消能散器叠加使得相移为零。SHINE工程中能散补偿器的需求如下：

每套能散补偿器中褶皱结构的长度是2m，间隙调节范围是0.5mm～28mm，褶皱宽度0.25mm±0.013mm，褶皱深度0.5mm±0.025mm，周期长度0.5mm±0.025mm，褶皱板模块与模块的束流方向间隔5mm±0.05mm，2m长度的褶皱板平面度＜50μm，极限真空＜1×10^-6Pa。这些技术指标中，褶皱板的尺寸技术指标较高；同时在运动控制上要求四个传动机构既可以同步运动，又可以独立微调运动；此外光栅尺作为运动控制的位置反馈电子元器件，在电子束流通过能散补偿器过程中，可能光栅尺会受到辐射影响出现“死机”现象，导致能散补偿器的GAP不能调节，需要找到解决办法提高运动控制的安全性、可靠性，故研制存在一定的困难和挑战。

经调研，目前的能散补偿器如美国LCLS II、韩国PAL的能散补偿器通过改变尾场的强度和波长，能够达到补偿电子束能散的目的。然而目前的能散补偿器不能在光栅尺出现故障时有效调节调节两大梁之间的间隙(GAP)、两大梁的夹角(Taper)，目前没有能够同时满足SHINE工程的需求的能散补偿器。具体来说，SHINE工程要求的褶皱结构长度为2m，而韩国浦项加速器实验室(简称PAL)的能散补偿器的褶皱结构长度为1m，故不能满足要求；而美国斯坦福大学直线加速器相干光源II(简称LCLS II)的能散补偿器只能采用距离真空室较近的两个步进电机调节Taper，采用靠近真空室中间的两个电机调节GAP，并没提及自动微调大梁的维护模式及两大梁中心的整体移动，故美国LCLS能散补偿器不符合SHINE工程需求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种能散补偿器，能够在光栅尺出现故障时达到补偿电子束能散的目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种能散补偿器，包括：

真空结构体，其内腔设有上褶皱板和下褶皱板，设置为向上褶皱板和下褶皱板提供真空环境；

机械结构，其设置为承载真空结构体，其具有与上褶皱板和下褶皱板连接的传动机构，所述传动结构的数量为4个，包括在真空结构体的靠近入口端的上部和下部分别安装的入口上梁传动机构、入口下梁传动机构，以及在真空结构体的靠近出口端的上部和下部分别安装的出口上梁传动机构、出口下梁传动机构；以及

控制系统，设置为驱动机械结构中的传动机构，进而带动真空结构体的上褶皱板和下褶皱板运动，调节上褶皱板和下褶皱板之间的间距GAP的大小。

所述机械结构包括支架、安装于支架上的调节底座、安装于调节底座上的立板、以及安装于立板上的所述传动结构，入口上梁传动机构、出口上梁传动机构这两个传动机构和入口下梁传动机构、出口上梁传动机构这两个传动机构关于真空结构体上、下对称布置，入口上梁传动机构、入口下梁传动机构和出口上梁传动机构、出口下梁传动机构左右对称布置。

每个传动机构包括安装在所述立板上的步进电机和减速机，步进电机通过联轴器和减速机连接，所述减速机通过键与滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠通过其螺母与一滑枕连接，滑枕与真空支撑连接结构螺纹连接，真空支撑连接结构与上大梁或下大梁螺纹连接，上大梁与上褶皱板固定连接，下褶皱板与下大梁固定连接。

所述控制系统包括彼此连接的主站控制机柜、从站控制机箱，从站控制机箱包括电机驱动器，并通过电机驱动器与所述步进电机连接，所述从站控制机箱还与光栅尺读数头和旋转编码器连接。

每个传动机构设有彼此相对的光栅尺和光栅尺读数头，所述光栅尺与立板相对固定，且光栅尺读数头与该传动机构连接；每个传动机构的滚珠丝杠上安装有所述旋转编码器；所述光栅尺读数头作为闭环位置传感器，旋转编码器在光栅尺读数头正常工作时作为冗余监测位置传感器并且在光栅尺读数头损坏时作为闭环位置传感器。

所述从站控制机箱与光电最小限位开关、机电最小限位开关、机电最大限位开关和光电最大限位开关均电连接，且每个传动机构上均通过螺钉固定有所述光电最小限位开关、机电最小限位开关、机电最大限位开关和光电最大限位开关；且每个传动机构上设有屏蔽罩。

所述主站控制机柜包括主站控制器、与主站控制器连接的触摸显示器、Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块依次连接的光电转换模块和光纤模块；所述从站控制机箱包括从站控制器、与从站控制器相连的Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块连接的所述电机驱动器和IO模块，所述Ethernet网络模块依次连接光电转换模块和光纤模块，所述电机驱动器与步进电机连接。

所述主站控制机柜与多个从站控制机箱连接，从站控制机箱与从站控制机箱之间通过Ethernet、EtherCAT连接以构成网络冗余。

所述上褶皱板和下褶皱板都装有最小限位硬挡块。

所述真空结构体包括通过CF150连接法兰依次连接的端部左真空室、主真空室和端部右真空室、以及设于端部左真空室、主真空室和端部右真空室所共同形成的腔体内的上大梁、上褶皱板、下褶皱板和下大梁，其中，上大梁与上褶皱板固定连接，下褶皱板与下大梁固定连接，上大梁和下大梁以真空结构体的中心轴线为对称轴在真空结构体内上下对称位置。

本实用新型的能散补偿器采用四个步进电机联动来调节两褶皱板之间的间隙(GAP)、两大梁的夹角(Taper)；每个电机也可以独立运动进行微调大梁，由此通过调节带有褶皱结构的金属板间距，沟槽深度、长度以及周期可以调节褶皱结构产生的尾场的强度与波长，从而达到补偿电子束能散的目的。此外，本实用新型的能散补偿器还可以通过center模式下四个电极的同时移动使得两大梁中心的整体移动。

此外，本实用新型一种能散补偿器使用光栅尺作为闭环位置传感器，旋转编码器在光栅尺读数头正常工作时作为冗余监测位置传感器并且在光栅尺读数头损坏时作为闭环位置传感器。由此，当光栅尺受到束流辐射损坏时，在物理调束紧急情况下可以通过软件界面屏蔽光栅尺，软件操作切换旋转编码器作为闭环位置传感器，以在光栅尺读数头损坏时可以通过软件界面屏蔽光栅尺，软件操作切换使用旋转编码器作为闭环位置传感器调节能散补偿器的GAP，由此仍能调节能散补偿器。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的一种能散补偿器的整体结构示意图。

图2是能散补偿器的机械和真空结构体的安装图。

图3是能散补偿器的传动机构的结构示意图。

图4是能散补偿器真空结构体的结构示意图。

图5是能散补偿器的真空结构体的端部截面图。

图6是真空支撑连接结构的截面图。

图7A和图7B是能散补偿器褶皱结构的结构示意图，其中，图7A和图7B示出了两个不同方向的视角。

图8是能散补偿器褶皱极板的立体结构图。

图9是限位开关和光栅尺布局示意图。

图10是控制系统的框图。

图11A-图11D是本实用新型的能散补偿器的四种控制模式的原理图。

图12是如图3所示的能散补偿器的传动机构的结构示意图。

附图标记：

1-支架，2、3、5、7-传动机构，4-立板，6真空结构体，8-调节底座，9-从站控制机箱，10-电缆，11-主站控制机柜，12-最大限位硬挡块，13-旋转编码器，14-滚珠丝杠，15-光栅尺，16-屏蔽罩，17-光栅尺读数头，18-光栅尺读数头连接件，19-左导轨，20-减速机，21-光电最小限位开关，22-机电最小限位开关，23-步进电机，24-联轴器，25-机电最大限位开关，26-光电最大限位开关，27-右导轨，28-吊耳，29-端部左真空室，30-CF150连接法兰，31-真空体支撑件，32-入口CF法兰模组，33-主真空室，34-CF盲板法兰模组，35-出口CF法兰模组，36-端部右真空室，37-CF盲板法兰，38-离子泵，39-C装配用法兰，40-上褶皱板，41、42-最小限位硬挡块，43-下褶皱板，44-下大梁，45-上大梁，46-真空支撑连接结构，47-滑枕，48-螺钉，49-键，50-螺母

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。

本实用新型采用的技术方案为：通过调节带有褶皱结构的金属板间距，沟槽深度、长度以及周期可以调节褶皱结构产生的尾场的强度与波长，从而达到补偿电子束能散的目的。

如图1和图2和图9所示为根据本实用新型的一个较佳实施例的一种能散补偿器，置于X射线自由电子激光装置的隧道水平地面上，包括机械结构、真空结构体6、和控制系统。其中，真空结构体6的内腔设有上褶皱板40和下褶皱板43，主要用于为上褶皱板40和下褶皱板43提供真空环境；所述机械结构设置为承载真空结构体6，具有与上褶皱板40和下褶皱板43连接的传动机构；所述控制系统设置为驱动机械结构中的传动机构，进而带动真空结构体6的上褶皱板40、下褶皱板43运动，调节上褶皱板40和下褶皱板43之间的间距GAP的大小。

其中，机械结构包括支架1、安装于支架1上的调节底座8、安装于调节底座8上的立板4、以及安装于立板4上的传动结构2、3、5、7。支架置于水平地面上，用来承载调节底座8，其采用顶板镂空设计，方便移动式液压车实现对二层机构(即支架1、以及调节底座8及其上部分)的整体搬运。

真空结构体6通过立板4和安装于立板4上的多个传动结构2、3、5、7固定在调节底座8上，使得调节底座8可以调节真空结构体6的高度。具体来说，真空结构体6具有入口端和出口端，入口和出口指束流的进出，束流从图1中真空结构体6的左边进入，右边出；传动结构2、3、5、7的数量为4个，包括在真空结构体6的靠近入口端的上部和下部分别安装的入口上梁传动机构3、入口下梁传动机构2，以及在真空结构体6的靠近出口端的上部和下部分别安装的出口上梁传动机构5、出口下梁传动机构7，上梁传动机构3、5和下梁传动机构2、7分别与真空结构体6的上大梁45和下大梁44连接，以驱动上大梁45连接的上褶皱板40和下大梁44连接的下褶皱板43。其中，入口上梁传动机构3、出口上梁传动机构5这两个传动机构和入口下梁传动机构2、出口上梁传动机构7这两个传动机构关于真空结构体6上、下对称布置，并且入口处的入口上梁传动机构3、入口下梁传动机构2和出口处的出口上梁传动机构5、出口下梁传动机构7左右对称布置，因为加速器物理要求，电子束流沿着真空结构体6的中心轴线方向运动，上褶皱板40和下褶皱板43必须同时运动，实现GAP的开合，所以传动机构必须对称布置。

4个传动结构2、3、5、7的结构相同，下面以入口上梁传动机构3为例进行具体说明。如图3和图12所示，入口上梁传动机构3包括安装在立板4上的步进电机23、减速机20和左导轨19、右导轨27，左导轨19、右导轨27与一滑枕47连接以供滑枕47滑动，左导轨19、右导轨27用来支撑和引导运动部件如滑枕47按给定的方向做往复直线运动，步进电机23通过联轴器24和减速机20连接，减速机20与滚珠丝杠14连接，滚珠丝杠14通过键49与减速机20与连接，滚珠丝杠14通过其螺母50与滑枕47连接，滑枕47与真空支撑连接结构46螺纹连接，真空支撑连接结构46与上大梁45或下大梁44螺纹连接。由此，传动机构工作时，控制步进电机23运转时，首先通过联轴器24把扭矩传递给减速机20，然后减速机20传递扭矩给滚珠丝杠14，最后滚珠丝杠14带动上大梁45和下大梁44，进而带动固定于上大梁45和下大梁44上的上褶皱板40和下褶皱板43的运动。

所述的减速器20具有自锁性，减速比为1：60，机械背隙为10弧分，引起的滚珠丝杠14的y方向误差为2.3μm。所述的滚珠丝杠14的型号为BNF2505，其导程为5mm，精度等级C1，定位精度误差为3.5μm，和减速器20采用普通平键连接。这些参数设置都有利于提高运动重复定位精度。

所述入口上梁传动机构3上设有屏蔽罩16，用于实现光栅尺15、读数头17的辐射防护，屏蔽罩16的外层材料为铅，夹层材料为聚乙烯，最内层材料为铅。所述立板4的顶端设有吊耳28，用于吊装转运能散补偿器；所述立板4上每个传动结构的远离真空结构体6的一侧设有相对于立板4固定的最大限位硬挡块12。

如图4-图6所示，所述真空结构体6包括通过CF150连接法兰30依次连接的端部左真空室29、主真空室33和端部右真空室36、以及设于端部左真空室29、主真空室33和端部右真空室36所共同形成的腔体内的上大梁45、上褶皱板40、下褶皱板43和下大梁44，其中，上大梁45与上褶皱板40固定连接，下褶皱板43与下大梁44固定连接，上大梁和下大梁以真空结构体6的中心轴线为对称轴在真空结构体6内上下对称位置。

上褶皱板40和下褶皱板43之间装有最小限位硬挡块41、42，最小限位硬挡块41、42优选为设置在上褶皱板40或下褶皱板43的入口和出口。由此，实现上褶皱板40和下褶皱板43之间距离的最小限位。

上褶皱板40和下褶皱板43的结构参数，例如褶皱极板间距、沟槽的深度、周期等根据需要恰当选取，从而基于褶皱结构调节自由子激光尾场原理来控制纵向尾场的强度和波长。结合图7A、图7B和图8，在本实施例中，上褶皱板40和下褶皱板43的几何参数如表1所示。

表1上褶皱板40和下褶皱板43的几何参数

参数	设计值
		半间隙a	0.25mm
褶皱周期p	0.5mm
		深度h	0.5mm
褶皱宽度t	0.25mm
		褶皱极板最小间距g	0.5mm
褶皱极板宽度w	12.7mm
		褶皱极板长度L	2m

端部左真空室29和端部右真空室36的端部分别和外接的束流真空管道(图未示)紧密连接，保证真空环境。

主真空室33上设有底部与调节底座8固定连接的真空体支撑件31，真空体支撑件的下端具体通过四个螺钉调节底座8连接。

主真空室33上靠近入口端的上侧和下侧均安装有与其中一个传动机构对应的入口CF法兰模组32，靠近出口端的上侧和下侧均安装有与其中一个传动机构对应的出口CF法兰模组35，入口CF法兰模组32、出口CF法兰模组35属于连接法兰模组，其设置为连接主真空室28和真空支撑连接结构46，所述真空支撑连接结构46连接上大梁45和下大梁44的其中一个和其中一个传动机构，如图6所示，所述真空支撑连接结构46外围的波纹管是可以调节变化的，进而通过真空支撑连接结构46吊装上大梁45和下大梁44，一个大梁需要两个真空支撑连接结构46吊装，在靠近入口端和靠近出口端对称布置。

由此，所述机械结构承载真空结构体6且连接固定真空结构体6内的上大梁45和下大梁44。

所述主真空室33的中间部位安装有上下相对的CF盲板法兰模组34与前后相对的CF装配用法兰39，所述端部左真空室29和端部右真空室36上均安装有CF盲板法兰37和离子泵38。CF盲板法兰模组34、CF盲板法兰37和CF装配用法兰39用于密封主真空室(安装真空室内部大梁时，需要打开法兰)，离子泵38用于为真空结构体6抽真空。

如图9和图10所示，所述控制系统包括彼此连接的主站控制机柜11、从站控制机箱9，从站控制机箱9包括电机驱动器，并通过电机驱动器与所述步进电机23连接，所述从站控制机箱9还与光栅尺读数头17、旋转编码器13、光电最小限位开关21、机电最小限位开关22、机电最大限位开关25，光电最大限位开关26电连接。能散补偿器使用光栅尺读数头作为闭环位置传感器，旋转编码器在光栅尺读数头正常工作时作为冗余监测位置传感器。当光栅尺读数头17受到束流辐射损坏时，在物理调束紧急情况下可以通过软件界面屏蔽光栅尺，软件操作切换旋转编码器作为闭环位置传感器调节能散补偿器的GAP值。

再请参见图3，每个传动机构上均通过螺钉固定有光电最小限位开关21、机电最小限位开关22、机电最大限位开关25和光电最大限位开关26。

由此，所述能散补偿器入口上、入口下、出口上、出口下都安装机电最大限位开关、机电最小限位开关、光电最大限位开关、光电最大四限位，在对运动间隙GAP超差(超过最大极限位置或最小极限位置)时，首先光电限位起位置保护作用，其次机电限位起位置保护作用。此外，结合上文所述的最大限位硬挡块12、最小限位硬挡块41、42，在间隙GAP超过最大极限和程序软限位、机电最大限位开关和光电最大限位开关失效时，机械最大硬限位在最大极限位置发挥保护作用，使得间隙GAP达到最大极限位置；当运动间隙GAP超过最小极限和程序软限位、机电最小限位开关和光电最小限位开关失效时，在两褶皱极板上安装机械最小硬挡块发挥最小间隙GAP位置保护作用，使得间隙GAP达到最小极限位置。

每个传动机构设有彼此相对的光栅尺15和光栅尺读数头17，光栅尺15和光栅尺读数头17优选为设于左导轨19和右导轨27的其中一个的侧面，所述光栅尺15与立板4相对固定，且光栅尺读数头17通过光栅尺读数头连接件18与该传动机构连接，光栅尺读数头17随传动机构上下运动，这样光栅尺读数头17设置为输出传动结构的位移。

每个传动机构的滚珠丝杠上安装有所述旋转编码器13，由此，控制系统采用光栅尺15作为位置传感器参与闭环反馈，同时在四个滚珠丝杠14上安装的旋转编码器13与光栅尺15组成冗余保护。其中光栅尺安装在大梁附近(目的是可以更真实反映大梁运动位移)，距离电子束流较近，容易受到辐射(电离辐射、电磁辐射)影响；旋转编码器安装在滚珠丝杠上，距离电子束流较远，受到辐射(电离辐射、电磁辐射)影响较小。一般情况下光栅尺作为闭环控制的位置反馈元件，旋转编码器可以监测大梁的四个位置值，但是不参与闭环控制；如果光栅尺受到辐射，出现“死机”现象，导致光栅尺读数发生变化，但在程序里面符合运动控制逻辑，存在运动不安全隐患，所以加入旋转编码器输出位置值和光栅尺反馈值进行差值比较，一旦差值超过设定值，就屏蔽光栅尺并切换为采用旋转编码器的输出结果作为闭环位置传感器，从而在软件上对GAP运动起保护作用，不会出现超差现象。

由此，4个传动机构位置处的4套光栅尺作为位置传感器分别监测上大梁左端的值、上大梁右端的值、下大梁左端的值、下大梁右端的高度值，上大梁和下大梁相对于真空体中心轴线始终保持平行的时候4套光栅尺的值一样；如果4套光栅尺的读数值相互比较有差异时，代表上大梁和下大梁不平行，因为上大梁和下大梁相对于真空体中心轴线上下同步开合运动(即调节GAP)，要求上大梁和下大梁始终保持平行，因此，从站控制器控制步进电机去调节上大梁和下大梁四端的位移，保持上大梁和下大梁平行。

再请参见图1，主站控制机柜11和从站控制机箱9通过电缆10连接，其中电缆10用来给从站控制机箱9供电和实现EtherCAT(太网控制自动化技术)通信。主站控制机柜11与多个从站控制机箱9连接，从站控制机箱9与从站控制机箱9之间通过Ethernet(以太网)、EtherCAT(太网控制自动化技术)连接以构成网络冗余。

其中，所述主站控制机柜11包括主站控制器、与主站控制器连接的触摸显示器、Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块依次连接的光电转换模块和光纤模块。

所述主站控制器设置为实现传动系统的运动控制、向触摸屏显示器提供操作界面、和外部远程设备进行通信、和从站控制机箱9进行通信等。从站控制器本身的用于控制能散补偿器的四个传动机构运动；主站控制器用于统一向多套从站控制器发送命令和读取从站控制器的信息：从站控制器控制能散补偿器的信息，主站控制器还用于与外部远程设备通信。触摸屏显示器设置为发送操作指令和显示能散补偿器的状态信息。Ethernet网络模块支持Ethernet协议，可用于和外部远程设备进行TCP/IP通信。EtherCAT网络模块支持EtherCAT通信协议，可用于主站控制器和从站控制器、从站控制器和电机驱动器、IO模块等之间的通信。光电转换模块用于把电信号转化为光信号或者把光信号转化为电信号。光纤模块用于传输光信号。这是由于EtherCAT和Ethernet通信不适合长距离传输，不能用于与外部远程设备通信，因此在与外部远程设备通信时，需要把电信号转化为光信号。

所述从站控制机箱9包括从站控制器、与从站控制器相连的Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块连接的电机驱动器和IO模块，所述Ethernet网络模块依次连接光电转换模块和光纤模块，所述电机驱动器与步进电机连接。电机驱动器用于驱动一个步进电机运转，共需要4个步进驱动器，分别驱动入口上梁传动机构3、入口下梁传动机构2、出口上梁传动机构5、出口下梁传动机构7的步进电机。IO模块用于可以向从站控制器写入限位开关数字量或读取外界信号(例如水流量信号)。Ethernet网络模块基于支持Ethernet协议，可用于和外部远程设备进行通信。所述主站控制机柜11和从站控制机箱9的EtherCAT网络模块相连，EtherCAT网络模块支持EtherCAT通信协议，可用于主站控制器和从站控制器、从站控制器和驱动器、IO模块等之间的通信。光电转换模块用于把电信号转化为光信号或者把光信号转化为电信号。光纤模块用于传输光信号。

由此，首先由主站控制机柜发送执行命令给从站控制机箱；然后从站控制机箱通过控制驱动器，并结合绝对位置光栅尺形成闭环控制，控制电机的运动；最后电机通过传动机构调整真空结构体内上褶皱板与下褶皱板的间距GAP，进而改变纵向尾场的强度和波长，从而达到补偿电子束能散的目的。

下面结合图11A-图11D描述能散补偿器的四种工作模式：

(1)间距(Gap)模式

如图11A所示，通过控制传动机构3、5带动上褶皱板40运动和控制传动机构2、7带动下褶皱板43运动，进而实现间距GAP增大或减小。

(2)中心(Center)模式

如图11B所示，当地基出现微量下沉时，可以通过控制传动机构3、5带动上褶皱板40运动和控制传动机构2、7带动下褶皱板43同时向上运动，进而实现整个GAP的中心向上移动。

(3)锥角(Taper)模式

如图11C所示，以真空结构体6的入口为准，Taper＝Taper1+Taper2,Taper1＝出口上光栅尺(即光栅3)的值-入口上光栅尺(即光栅1)的值,Taper2＝出口下光栅尺(即光栅4)的值-入口下光栅尺(即光栅2)的值,通过改变出口上光栅尺的值和出口下光栅尺的值实现Taper的增大或减小，即入口大小不动，改变出口大小。已经处于最大Gap时不能输入正向Taper来进一步增加Taper，最小Gap不能输入负Taper来进一步减小Taper。

此外，在控制系统中设置扭矩保护值，在实时扭矩值大于扭矩保护值，电机就会停止运动，防止硬挡块碰撞导致上褶皱板和下褶皱板变形和出现大锥角(Taper)。具体来说，在线监测各个步进电机的扭矩值(可通过驱动器模块读取扭矩值)，然后在软件程序逻辑设置扭矩保护值，如果四个步进电机有个实时扭矩值大于扭矩保护值，电机就会停止运动，进而保护上褶皱板和下褶皱板。

(4)维护模式

如图11D所示，束流运行状态，光栅尺受到辐射影响，能散补偿器的一个传动结构出现超差，通过选择使用维护模式可以修正偏差，利用从站控制器驱动单个传动结构的步进电机，以调节上褶皱板和下褶皱板保持平行。

综上，结合图4、图5、图7、图9及图10，本实用新型的能散补偿器的工作过程如下：本实用新型的能散补偿器，通过主站控制机柜11发送执行命令给从站控制机箱9；然后从站控制机箱9通过控制电极驱动器，并结合光栅尺形成闭环，控制步进电极23的运动；最后步进电极23通过传动机构调整真空体内上褶皱板与下褶皱板的间距，进而控制纵向尾场的强度和波长，从而达到补偿电子束能散的目的。

虽然上述描述了本实用新型的具体实施方式，但是并不是限定本实用新型的范围，仅是举例说明，在不背离本实用新型的实质前提下，可以对这些实施方式做出其他变化，因此本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种能散补偿器，其特征在于，包括：

真空结构体，其内腔设有上褶皱板和下褶皱板，设置为向上褶皱板和下褶皱板提供真空环境；

机械结构，其设置为承载真空结构体，其具有与上褶皱板和下褶皱板连接的传动机构，所述传动机构的数量为4个，包括在真空结构体的靠近入口端的上部和下部分别安装的入口上梁传动机构、入口下梁传动机构，以及在真空结构体的靠近出口端的上部和下部分别安装的出口上梁传动机构、出口下梁传动机构；以及

控制系统，设置为驱动机械结构中的传动机构，进而带动上褶皱板和下褶皱板运动，调节上褶皱板和下褶皱板之间的间距的大小。

2.根据权利要求1所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述机械结构包括支架、安装于支架上的调节底座、安装于调节底座上的立板、以及安装于立板上的所述传动机构，入口上梁传动机构、出口上梁传动机构这两个传动机构和入口下梁传动机构、出口上梁传动机构这两个传动机构关于真空结构体上、下对称布置，入口上梁传动机构、入口下梁传动机构和出口上梁传动机构、出口下梁传动机构左右对称布置。

3.根据权利要求2所述的一种能散补偿器，其特征在于，每个传动机构包括安装在所述立板上的步进电机和减速机，步进电机通过联轴器和减速机连接，所述减速机通过键与滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠通过其螺母与一滑枕连接，滑枕与真空支撑连接结构螺纹连接，真空支撑连接结构与上大梁或下大梁螺纹连接，上大梁与上褶皱板固定连接，下褶皱板与下大梁固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述控制系统包括彼此连接的主站控制机柜、从站控制机箱，从站控制机箱包括电机驱动器，并通过电机驱动器与所述步进电机连接，所述从站控制机箱还与光栅尺读数头和旋转编码器连接。

5.根据权利要求4所述的一种能散补偿器，其特征在于，每个传动机构设有彼此相对的光栅尺和光栅尺读数头，所述光栅尺与立板相对固定，且光栅尺读数头与该传动机构连接；每个传动机构的滚珠丝杠上安装有所述旋转编码器；所述光栅尺读数头作为闭环位置传感器，旋转编码器在光栅尺读数头正常工作时作为冗余监测位置传感器并且在光栅尺读数头损坏时作为闭环位置传感器。

6.根据权利要求4所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述从站控制机箱与光电最小限位开关、机电最小限位开关、机电最大限位开关和光电最大限位开关均电连接，且每个传动机构上均通过螺钉固定有所述光电最小限位开关、机电最小限位开关、机电最大限位开关和光电最大限位开关；且每个传动机构上设有屏蔽罩。

7.根据权利要求4所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述主站控制机柜包括主站控制器、与主站控制器连接的触摸显示器、Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块依次连接的光电转换模块和光纤模块；所述从站控制机箱包括从站控制器、与从站控制器相连的Ethernet网络模块和EtherCAT通信模块、与Ethernet网络模块连接的所述电机驱动器和IO模块，所述Ethernet网络模块依次连接光电转换模块和光纤模块，所述电机驱动器与步进电机连接。

8.根据权利要求4所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述主站控制机柜与多个从站控制机箱连接，从站控制机箱与从站控制机箱之间通过Ethernet、EtherCAT连接以构成网络冗余。

9.根据权利要求1所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述上褶皱板和下褶皱板都装有最小限位硬挡块。

10.根据权利要求1所述的一种能散补偿器，其特征在于，所述真空结构体包括通过CF150连接法兰依次连接的端部左真空室、主真空室和端部右真空室、以及设于端部左真空室、主真空室和端部右真空室所共同形成的腔体内的上大梁、上褶皱板、下褶皱板和下大梁，上大梁和下大梁以真空结构体的中心轴线为对称轴在真空结构体内上下对称位置。