JP6302002B2 - 精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法 - Google Patents

精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法 Download PDF

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Description

本発明は高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法に関し、より詳しくは、精密整列装置を備えて高真空容器の内部に設置される加速管の位置変形を効果的に測定することができるシステム及び方法に関する。
加速器は電子、量子、及びイオンなどの荷電粒子を高エネルギー状態(例えば、数百万電子ボルトから数兆電子ボルト位の高エネルギー状態)で加速する装置であって、加速原理によって多様な分類に分かれる。
最近、軽粒子である陽性子やヘリウムを除外した原子のイオンを加速させる装置として重イオン加速器の技術開発が活発になされている。特別に重イオン加速器の核心部品である超伝導加速管を製作するためには、電磁気、熱解析、機械解析など、全ての現象を分析して最適化された設計技術と共に、誤差率50マイクロメータ以下の形状製作技術、加工能力、及び超精密溶接技術が必要である。
このように精密な技術で製作された加速管は、粒子が加速されながら過ぎる通路であって、真空環境で加速管が定位置に設置されなければ最高性能を発揮することができる。真空容器の内部を高真空に維持するようになれば、容器の壁面は内側に収縮しながら変形される。したがって、大気環境で真空容器に精密に設置された加速管は、容器の収縮によって定位置から外れるようになり、加速管の性能が落ちる。これによって、加速管の性能が向上するためには、真空環境で加速管の位置を精密に測定する必要性がある。
現在まで知られた真空容器の内部の部品変形を測定する方法は、真空を維持した状態で真空容器の外部変形量を測定して内部の変形を類推する方法と、各種の計測器を真空容器の内部に設置して測定対象物を直接測定する方法がある。
しかしながら、このような方式は容器が真空によって変形されるので、測定値に対する信頼度が高くない。また、真空容器の内部が高温であるか、または有害物質が注入された場合には、各種の計測器が故障するか、または汚染することがあるので、計測器を容器の内部で使用することには限界がある。
したがって、真空容器の変形によって発生する加速管の位置誤差を精密に測定して補正することができ、真空容器の内部の環境に限定されず、使用できる測定システム及び方法が必要な実状である。
大韓民国公開特許公報2015−0106978(2015.09.23.公開) 日本公開特許公報1994−300587(1994.10.28.公開) 米国公開特許公報2009−0216476(2009.08.27.公開)
本発明は、加速器の真空容器の変形によって発生する加速管の位置誤差を精密に測定して補正することができ、容器の内部が高温であるか、または有害物質で充填された場合にも使用可能に構成された、精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法を提供することを課題とする。
前記の課題を解決するための、本発明の精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムは、内部が真空状態に形成可能な真空容器;前記真空容器の内部に位置する中空型の加速管;前記加速管の表面上に付着されて突出形成された基準尺;前記真空容器の一側面に所定の距離に離隔して位置する精密整列装置;前記精密整列装置及び前記真空容器の間に配置される第1レンズ装置;及び前記真空容器の他側に所定の距離に離隔して位置する第2レンズ装置を含み、前記真空容器は各一側面及び他側面上に互いに対応するように位置する第1及び第2ビューポートを備え、前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置は、一方向の同一な軸線上に整列されることを特徴とする。
また、本発明の精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定方法は、真空容器、精密整列装置、第1レンズ装置、第1ビューポート、基準尺、第2ビューポート、及び第2レンズ装置を含んだ精密整列装置を用いた加速管変位測定システムにおいて、前記精密整列装置が地面と水平を保つように調節されるステップ;前記第2レンズ装置に備えられた光源により形成された光軸を基準に前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置が一列に整列されるステップ;前記精密整列装置に付着されたインジケータが前記光軸が整列された状態での座標初期値を上下(X1 )、左右(Y1 )で読み取るステップ;前記基準尺が付着された加速管が前記真空容器の内部に位置した状態で前記真空容器が高真空状態に維持され、目標した高真空状態に到達されれば前記基準尺上で前記インジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動(X1 )、水平移動(Y1 )で読み取るステップ;及び前記座標初期値及び座標変形値が使われて第1補正値が算出されるステップ;を含むことを特徴とする。
その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び添付図面に含まれている。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態で具現され、但し本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。
明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指称し、発明を構成する各構成要素のサイズ、位置、結合関係などは明細書の明確性のために誇張して記述されることがある。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知技術などが本発明の要旨を曖昧にすることがあると判断される場合、それに関する詳細な説明は省略されることもある。
本発明によれば、非接触式光学方式を用いた精密整列装置(MAT)を高真空環境で運用することによって、既存の接触式測定方式の短所を解決することができ、真空容器の内部に設置される加速管の位置を精密に測定して補正することによって、加速管の性能を向上させることができる。
また、真空容器の内部が真空度によって変形される重要部品の位置を精密に測定することによって、重要部品の位置補正が可能である。
また、真空容器の内部が高温の場合にも精密測定が可能であり、容器の内部に有害ガスが充填された場合にも精密測定が可能である。
本発明による精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムを示す斜視図である。 図1に図示された加速管変位測定システムの平面図である。 本発明による加速管変位測定システムの構成要素である基準尺の一実施形態を示す拡大図である。 本発明による加速管変位測定システムの構成要素である精密整列装置の一実施形態を示す斜視図である。
本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的または辞典的な意味に限定されて解析されてはならず、発明者は自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解析されなければならない。
明細書の全体で、ある部分がある構成要素を“含む”とする時、これは特別に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書に記載された“部”、“器”、“モジュール”、“装置”、“ステップ”などの用語は少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合により具現できる。
以下、本発明による精密整列装置(MAT:micro alignment telescope)を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法の実施形態を添付図面を参考して説明する。
図1及び図2は、本発明による精密整列装置(MAT:micro alignment telescope)を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムを示す斜視図及び平面図である。
図1及び図2を参考すると、本発明の一実施形態による加速管変位測定システムは、内部が真空状態に形成可能な真空容器100、真空容器100の内部に位置する中空型の加速管200、真空容器100に備えられた第1ビューポート110(view port)、及び第2ビューポート120、対象を整列する時に精密測定可能な精密整列装置300、レンズ、及びこれを支持する構造を有する第1レンズ装置410と第2レンズ装置420、及び加速管200の側面に突出するように付着された基準尺210(sighting target)を含む。
ここで、精密整列装置300は真空容器100一側面に所定の距離に離隔して位置し、精密整列装置300と真空容器100との間には第1レンズ装置410が配置されることが好ましい。また、真空容器100の他側には所定の距離に離隔するように第2レンズ装置420を配置することが好ましい。
このように装置が配置されることによって、第2レンズ装置420に備えられた光源421が1つの光軸を形成して精密整列装置300、第1レンズ装置410、第1ビューポート110、基準尺210、第2ビューポート120、及び第2レンズ装置420が全て光軸を基準に整列できる。したがって、前記装置は一方向の同一な軸線上に整列されることが好ましい。より精密に整列されるために、第1レンズ装置410は傾斜調節可能な傾斜調節器411を含むことが好ましい。また、第1及び第2ビューポート110、120はガラスからなることが好ましい。
また、図1及び2に示すように、精密整列装置300は精密整列装置300a、300bの一対で配置され、第1レンズ装置410は、第1レンズ装置410a、410bの一対で、そして第1ビューポート110a、110b、基準尺210a、210b、第2ビューポート120a、120b、及び第2レンズ装置420a、420bも全て対で配置できる。
精密整列装置300a、第1レンズ装置410a、第1ビューポート110a、基準尺210a、第2ビューポート120a、及び第2レンズ装置420aは、光軸Aに整列され、精密整列装置300b、第1レンズ装置410b、第1ビューポート110b、基準尺210b、第2ビューポート120b、及び第2レンズ装置420bは光軸Bに整列されるように配置されることが好ましい。この際、光軸Aと光軸Bは互いに平行に形成されることが好ましい。
特に、一対の基準尺210a、210bは加速管200の両側に突出形成されたことを特徴とし、光軸A及び光軸Bが整列された後、加速管200または真空容器100の変形が起こる場合に変形された程度を示す基準として使われる。
基準尺210a、210bは光が透過可能な材質で形成されることもできるが、基準尺210a、210bの材質や形態はある一種類に限定されるものではない。また、基準尺210a、210bは加速管200の外表面と垂直を保ちながら突出するようにボルトにより付着されることが好ましい。特に、重イオン加速器を作動する時にイオンビームが形成されるが、基準尺210a、210bが加速管200上に突出した方向とイオンビームの方向が垂直に形成されて直角をなすことが好ましい。
図3は、本発明による基準尺210の一実施形態を示す拡大図である。図3を参考すると、基準尺210上には表示部211が形成されており、このように表示部211は座標の基準に使用可能に多数個の異なるサイズと同じ中心を有する円形に形成されたものが好ましいが、特定の形態やパターンに限定されるものではない。
図4は、本発明による加速管変位測定システムの構成要素である精密整列装置300の一実施形態を示す斜視図である。図4を参考すると、精密整列装置300は一端部に接眼レンズ部310、焦点及び整列のための微細な調節が可能な調節部320、及び他の端部には照射部330を含む。また、本発明に従うシステムに使用できる精密整列装置300は、ある一種類に限定されるものではない。
以下、本発明による精密整列装置を用いた加速管変位測定方法を説明する。
(a)ステップで、精密整列装置300が地面と水平を保つように調節された後、(b)ステップで第2レンズ装置420に備えられた光源421により形成された光軸を基準に、精密整列装置300、第1レンズ装置410、第1ビューポート110、基準尺210、第2ビューポート120、及び第2レンズ装置420が一列に整列される。
(a)ステップ及び(b)ステップは、2つの光軸A及びBの各々を基準にして一対をなす装置を対象に同一に適用されることが好ましい。
(c)ステップでは、精密整列装置300aに付着されたインジケータ(図示せず)が光軸Aが整列された状態での座標初期値を上下(X1 )、左右(Y1 )で読み取ることができ、(c)ステップに含まれることができる(c1)ステップでは、精密整列装置300bに付着されたインジケータ(図示せず)が光軸Bが整列された状態での座標初期値を上下(X2 )、左右(Y2 )で読み取ることができる。
(d)ステップでは、基準尺210aが付着された加速管200が真空容器100の内部に位置した状態で真空容器100を高真空状態に維持され、目標した高真空状態に到達されれば基準尺210a上で精密整列装置300aに備えられたインジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動(X1 )、水平移動(Y1 )で読み取ることができる。
(d)ステップに含まれることができる(d1)ステップでは、(d)ステップと同一な過程で基準尺210b上で精密整列装置300bに備えられたインジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動(X2 )、水平移動(Y2 )で読み取ることができる。
(e)ステップでは、(c)ステップ及び(d)ステップの各々で得た座標初期値の上下(X1 )、左右(Y1 )及び座標変形値の垂直移動(X1 )、水平移動(Y1 )が使われて第1補正値が算出される。
(e)ステップに含まれることができる(e1)ステップでは、(e)ステップと同一な方式により精密整列装置300bを通じて得た座標初期値の上下(X2 )、左右(Y2 )及び座標変形値の垂直移動(X2 )、水平移動(Y2 )が使われて第2補正値が算出される。
第1補正値及び第2補正値は各々の精密整列装置300a、300bを通じて得た座標初期値及び前記座標変形値の差であることが好ましい。即ち、第1補正値は△X1=X1 −X1 ,△Y1=Y1 −Y1 で示すことができ、第2補正値は△X2=X2 −X2 ,△Y2=Y2 −Y2 で示すことができる。
第1補正値及び第2補正値が算出されれば、これを使用して真空容器100と加速管200をまた整列させることによって、加速管200を定位置に配置させることができる。このような簡単な過程を通じて算出された補正値で、既存の測定方法とは異なり、真空容器100の内部で直接的に加速管200と接触しない非接触式により加速管200の変位が精密に測定可能である。
延いては、追加的に真空状態で真空容器100の内部に冷媒または熱源供給、または真空状態で他の熱的、化学的変化を適用させることによって、加速管200が定位置から外れる場合にも本発明による一実施形態を通じて変位の精密な測定が可能である。
真空容器100に冷媒または熱源が供給される場合には、(f)ステップで精密整列装置300a、300b、第1レンズ装置410a、410b、第1ビューポート110a、110b、基準尺210a、210b、第2ビューポート120a、120b、及び第2レンズ装置420a、420bが第2レンズ装置420a、420bの各々に備えられた光源421が形成する一対の光軸A、Bを基準に2列に並んで整列される。
(g)ステップでは、精密整列装置300a、300bの各々に付着されたインジケータが一対の光軸A、Bの座標値を読み取る。光軸Aを基準に発生した垂直移動及び水平移動は、各々X12及びY12で示すことができ、光軸Bを基準に発生した垂直移動及び水平移動は各々X22及びY22で示すことができる。
(h)ステップでは、(g)ステップで得た座標値(X1 ,X2 ,Y1 ,Y2 )と(c)ステップで得た初期値(X1 ,X2 ,Y1 ,Y2 )が使われて補正値が算出される。
(i)ステップでは、(h)ステップで算出された補正値が使われて真空容器100と加速管200が整列されて、また加速管200は定位置に配置される。
この際、(h)ステップで算出された補正値は(g)ステップで得た座標値及び(c)ステップで得た座標初期値の差で算出されたことが好ましい。即ち、冷媒または熱源が真空容器100に供給された場合に算出された補正値は(ΔX1=X1 −X1 ,ΔX2=X2 −X2 ,ΔY1=Y1 −Y1 ,ΔY2=Y2 −Y2 で示すことができる。
以上のように限定された実施形態と図面により本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術分野に属する通常の技術者であれば以上の記載から多様な修正及び変形が可能であるということをよく知っているはずである。したがって、本発明の思想は以上の記載に含まれた実施形態に限定されるものではなく、後述する特許請求範囲のみにより把握されなければならず、特許請求範囲と均等または等価的な変形は全て本発明の思想の範疇に属するということができる。
100 真空容器
110、110a、110b 第1ビューポート
120、120a、120b 第2ビューポート
200 加速管
210、210a、210b 基準尺
211 表示部
300、300a、300b 精密整列装置
310 接眼レンズ部
320 調節部
330 照射部
410、410a、410b 第1レンズ装置
411 傾斜調節部
420、420a、420b 第2レンズ装置
421 光源

Claims (11)

  1. 内部が真空状態に形成可能な真空容器と、
    前記真空容器の内部に位置する中空型の加速管と、
    前記加速管の表面上に付着されて突出形成された基準尺と、
    前記真空容器の一側面に所定の距離に離隔して位置する精密整列装置と、
    前記精密整列装置及び前記真空容器の間に配置される第1レンズ装置と、
    前記真空容器の他側に所定の距離に離隔して位置する第2レンズ装置とを含み、
    前記真空容器は各一側面及び他側面上に互いに対応するように位置する第1及び第2ビューポートを備え、
    前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置は、一方向の同一な軸線上に整列され
    前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置を全て一対で含んで一対が2つの軸をなして配置され、
    一対の前記基準尺は前記加速管の両側に突出形成されたことを特徴とする、精密整列装置を用いた加速管変位測定システム。
  2. 前記第2レンズ装置は光源を含むことを特徴とする、請求項1に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定システム。
  3. 前記第1レンズ装置は傾斜調節器を含むことを特徴とする、請求項1に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定システム。
  4. 前記光源が1つの光軸を形成して前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置が前記光軸を基準に整列されることを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定システム。
  5. 真空容器、精密整列装置、第1レンズ装置、第1ビューポート、基準尺、第2ビューポート、及び第2レンズ装置を含んだ精密整列装置を用いた加速管変位測定システムであって、
    (a)前記精密整列装置が地面と水平を保つように調節されるステップと、
    (b)前記第2レンズ装置に備えられた光源により形成された光軸を基準に前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置が一列に整列されるステップと、
    (c)前記精密整列装置に付着されたインジケータが前記光軸が整列された状態で座標初期値を上下(X1 )、左右(Y1 )で読み取るステップと、
    (d)前記基準尺が付着された加速管が前記真空容器の内部に位置した状態で前記真空容器が高真空状態に維持され、目標した高真空状態に到達されれば前記基準尺上で前記インジケータが座標変形値を垂直移動(X1 )、水平移動(Y1 )で読み取るステップと、
    (e)前記(c)ステップ及び前記(d)ステップの各々で得た前記座標初期値及び座標変形値が使われて第1補正値が算出されるステップと、
    を含み、
    前記(b)ステップにおいて、前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置を全て一対で含んで一対が2つの軸をなして配置され、
    一対の前記基準尺は前記加速管の両側に突出形成されたことを特徴とする、精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  6. 前記(e)ステップの前記第1補正値は前記座標初期値及び前記座標変形値の差(△X1=X1 −X1 ,△Y1=Y1 −Y1 )であることを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  7. 前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置を全て一対で含んで一対が2つの軸をなして配置され、
    一対の前記基準尺は前記加速管の両側に突出形成されたことを特徴とし、
    前記(a)ステップ及び前記(b)ステップが前記2つの軸の軸線上に各々配置された前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置に同一に適用されることを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  8. 前記(c)ステップは、
    (c1)前記精密整列装置と対をなす他の精密整列装置に付着されたインジケータが前記光軸と対をなす他の光軸の座標初期値を上下(X2 )、左右(Y2 )で読み取るステップを含み、
    前記(d)ステップは、
    (d1)前記目標した高真空状態に到達されれば前記基準尺と対をなす他の基準尺上で前記他の精密整列装置のインジケータが座標変形値を垂直移動(X2 )、水平移動(Y2 )で読み取るステップを含み、そして
    前記(e)ステップは、
    (e1)各前記(c1)ステップ及び前記(d1)ステップの各々で得た前記座標初期値及び前記座標変形値が使われて第2補正値が算出されるステップを含むことを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  9. 前記(e1)ステップの前記第2補正値は前記(c1)ステップ及び前記(d1)ステップの各々で得た前記座標初期値及び前記座標変形値の差(△X2=X2 −X2 ,△Y2=Y2 −Y2 )であることを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  10. 前記真空容器に冷媒または熱源が供給されない場合には、前記第1及び第2補正値が使われて前記真空容器と前記加速管が整列され、
    前記真空容器に冷媒または熱源が供給される場合には、
    (f)対で配置される前記精密整列装置、前記第1レンズ装置、前記第1ビューポート、前記基準尺、前記第2ビューポート、及び前記第2レンズ装置が前記一対の第2レンズ装置に備えられた光源が形成する一対の光軸を基準に2列に並んで整列されるステップと、
    (g)前記一対の精密整列装置に付着されたインジケータが前記一対の光軸の座標値を各々垂直移動(X1 及びX2 )、水平移動(Y1 及びY2 )で読み取るステップと、
    (h)前記(g)ステップで得た前記座標値(X1 ,Y2 ,Y1 ,Y2 )と前記(c)ステップで得た前記座標初期値(X1 ,X2 ,Y1 ,Y2 )が使われて補正値が算出されるステップと、
    (i)前記(h)ステップで算出された補正値が使われて前記真空容器と前記加速管が整列されるステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
  11. 前記(h)ステップで算出された前記補正値は、前記(g)ステップ及び前記(c)ステップの各々で得た前記座標値及び前記座標初期値の差(ΔX1=X1 −X1 ,ΔX2=X2 −X2 ,ΔY1=Y1 −Y1 ,ΔY2=Y2 −Y2 )であることを特徴とする、請求項10に記載の精密整列装置を用いた加速管変位測定方法。
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