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同步辐射是高能带电粒子在加速器中以接近光速的速度作圆周运动时,沿切线方向发出的电磁辐射,它具有极为优异的光学特性。同步辐射实现了很多过去所不能实现的实验条件,在各个领域有着广泛的应用,是少数能为众多学科服务的科学装置。
北京同步辐射实验室生物大分子晶体学实验线站是中国生物大分子晶体学研究的重要科学实验基地。在光束线站中,双晶单色器是最主要的光学元件之一,它起着把入射同步辐射光单色化的作用。单色器镜箱位置的调节与控制对获得理想的出射光位置起着重要作用。本文研究的目的是设计一种支撑系统,实现单色器镜箱位置的精确可调。
本文设计了一种点槽面机构支撑系统,用以对单色器镜箱的空间位置进行远程调节。点槽面机构是一种三点支撑系统,三点的支撑是分别是点支撑,槽支撑和面支撑,各支撑采用步进电机驱动滚珠丝杠副运动。通过对点槽面机构的运动学分析,建立单色器第一晶体晶面中心三个线自由度和三个角自由度变化量和点槽面机构三点支撑中六台直线驱动器运动量之间的几何关系及函数关系,及出射光光斑位置与上述6个自由度之间的关系。根据这些关系,通过控制六台步进电机的运动可以达到精确调整镜箱空间位置及获得理想出射光位置的目的。
镜箱位置调节系统是一个由软件、硬件组成的机电控制系统,本文还对整个系统的机械部分进行了结构设计,阐述了软件系统的设计思路,并给出了管理核心模块的实现程序的代码及其解释。
点槽面机构中除了三个支撑的特性影响着整个机构的调节精度外,机构的支承面板也是一重要零件。本文运用有限元分析的方法,对支承面板的强度和刚度进行了分析验算。并提出了该支承面板可以用LY12替代1Cr18NiTi的结论,不仅减轻了重量,还降低了材料和制造成本。
设计整个镜箱支撑系统是为了满足单色器镜箱的精确可调,所以本文也对机构的调节精度进行了分析,结果满足本次设计的要求,具有现实可操作性。