一种电磁铁磁场测量定位装置、定位辅助系统及定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁场测量定位装置、定位辅助系统以及定位方法，所述磁场测量定位装置包括磁场测量感应器基体、磁场测量感应器、第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶，所述磁场测量感应器用于电磁铁磁场的测量，所述第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶用于辅助所述磁场测量感应器精确定位至与所述电磁铁中心对齐的位置，本发明专利技术提供的所述磁场测量定位方法能够实现磁场测量的快速精确定位，进而提高磁场测流量的效率和精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁铁磁场测量定位装置、定位辅助系统及定位方法


[0001]本专利技术涉及粒子加速器磁场测量系统元件的准直定位
，尤其涉及一种电磁铁磁场测量定位装置、定位辅助系统及定位方法。

技术介绍

[0002]带电粒子在加速器中的聚焦和传输轨迹主要是通过电磁铁所产生的磁场来实现的，物理学家对粒子加速器电磁铁所设计的聚焦和偏转的磁场数据均为模拟计算的理论数值，而实际中产生磁场的电磁铁在加工制造中不可避免地会存在诸如铁芯加工、线圈绕制、组合装配等误差，而这些误差往往会造成实际制造电磁铁的磁场参数与设计的理论数值不同。在粒子加速器的调试运行中，只有充分掌握束线上的每台电磁铁实际的磁场参数才能准确地控制束流的传输轨迹、发射度、能散度等。
[0003]电磁铁实际的磁场参数是通过磁场测量来实现的，所以严格控制加速器电磁铁磁场测量的精度及准确性是非常重要的。在粒子加速器电磁铁的磁场测量中，电磁铁磁场测量的精度和准确性是以精确定位磁场测量感应器相对于电磁铁的机械中心以及测量路径为基础的。
[0004]传统的电磁铁磁场测量定位技术是通过光学仪器借助于拉丝、吊线，或者使用光学仪器配合激光跟踪仪测量公共点等方法来定位磁场测量感应器与电磁铁之间的位置关系。因为无法直接测量到磁场测量感应器和电磁铁之间的真实位置关系，所以磁场测量的精度也不能保证，而且磁场测量定位用时也相对较长。随着大型粒子加速器的发展，加速器中电磁铁的数量越来越多，对电磁铁的磁场精度要求也越来越高，传统的电磁铁磁场测量定位方法已不能满足于大型粒子加速器电磁铁高精度磁场测量的需求。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种电磁铁磁场测量定位装置、定位辅助系统及定位方法，能够快速准确地将电磁铁调节至磁场测量所需的位置和姿态，然后通过实时测量磁场测量感应器相对于电磁铁的位置关系，将以优于0.05毫米的精度将磁场测量系统的磁场测量感应器精确定位于待测电磁铁的机械中心，提升电磁铁磁场测量定位的精度和定位效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种电磁铁磁场测量定位装置，包括磁场测量感应器基体、磁场测量感应器、第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶，所述磁场测量感应器安装于所述磁场测量感应器基体的轴线中心靠近端部的位置，所述第一陶瓷球靶安装于磁场测量感应器中心的正上方，第一陶瓷球靶的球心和磁场测量感应器的几何中心在竖直方向处于同一轴线，所述第二陶瓷球靶安装于磁场测量感应器基体的轴线方向的端部，所述第二陶瓷球靶的球心和磁场测量感应器的中心在水平方向同处于磁场测量感应器基体的轴线上。所述磁场测量感应器中心正好位于所述两条竖直方向和水平方向轴线的交点位置处。
[0008]进一步地，所述磁场测量感应器安装于所述磁场测量感应器基体的轴线中心靠近端部5mm的位置。
[0009]一种电磁铁磁场测量定位辅助系统，包括三维可动平台、磁场测量杆以及所述的磁场测量定位装置，所述磁场测量杆的一端安装在所述三维可动平台上，所述磁场测量定位装置安装在所述磁场测量杆的另一端，所述三维可动平台用于控制所述磁场测量定位装置分别沿X轴、Y轴以及Z轴方向移动。
[0010]一种电磁铁磁场测量定位方法，基于所述的磁场测量定位装置，包括步骤：
[0011]S1、将激光跟踪仪设置于既能通视于所述电磁铁磁场测量定位辅助系统的三维可动平台各轴系，又能通视于待测电磁铁的定位基准和机械中心的位置；
[0012]S2、使用激光跟踪仪测量能够创建所述三维可动平台各轴系的相关几何元素，并使用所述几何元素创建电磁铁磁场测量定位辅助系统的定位坐标系F
测磁
；
[0013]S3、使用激光跟踪仪测量出待测电磁铁的机械中心相对于所述定位坐标系F
测磁
的粗略位置坐标，根据所述粗略位置坐标，将所述定位坐标系F
测磁
沿着所述磁场测量定位辅助系统的轴线平移至所述待测电磁铁测量的坐标位置，得到待测电磁铁的调节坐标系F
调节
；
[0014]S4、激活待测电磁铁的调节坐标系F
调节
，参考待测电磁铁的标定数据，使用激光跟踪仪实时测量待测电磁铁的定位基准，通过待测电磁铁的调节机构将电磁铁调节至磁场测量所需的位置及姿态；
[0015]S5、待电磁铁调节工作完成后，再次测量电磁铁的定位基准，参考待测电磁铁的标定数据，得到待测电磁铁的标定坐标系F
磁铁
，其中F
磁铁
的坐标原点即为所述电磁铁的机械中心；
[0016]S6、激活待测电磁铁的标定坐标系F
磁铁
，使用激光跟踪仪实时测量所述第二陶瓷球靶，通过所述磁场测量定位辅助系统的三维可动平台，使得所述第二陶瓷球靶的球心位置移动至待测电磁铁的中心水平面XOY；
[0017]S7、控制激光跟踪仪的激光头驱动马达，将激光跟踪仪的激光指向安装于磁场测量感应器中心正上方的第一陶瓷球靶的球心，实时测量第一陶瓷球靶的球心坐标，通过所述三维可动平台，使得第一陶瓷球靶的球心移动至XOZ平面上；
[0018]S8、使用激光跟踪仪继续实时测量第一陶瓷球靶的球心坐标，通过电磁铁磁场测量定位辅助系统的三维可动平台使得所述第一陶瓷球靶的球心位置移动至YOZ平面，以使磁场测量感应器中心正好位于待测电磁铁标定坐标系F
磁铁
的坐标原点处，从而实现磁场测量感应器中心与电磁铁机械中心对齐。
[0019]进一步地，还包括位置复核步骤，用于所述第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶位置的复核，具体为：
[0020]S9、再次测量的第一陶瓷球靶的球心位置坐标，判断其在X轴以及Y轴的位置精度是否满足磁场测量定位要求，然后再次测量第二陶瓷球靶的坐标位置，判断其在Z轴方向的位置精度是否满足磁场测量定位要求；
[0021]如果安装于磁场测量感应器基体的第一陶瓷球靶、第二陶瓷球靶的球心位置坐标在其相对应的轴线方向均满足磁场测量精度要求，则电磁铁的磁场测量定位完成，记录第一陶瓷球靶、第二陶瓷球靶在其相对应轴线方向的坐标值，开始磁场测量；
[0022]如果测量出的位置精度不满足磁场测量要求，则重复步骤S7和S8，直至位置精度
满足磁场测量的要求。
[0023]进一步地，还包括步骤S10、监控磁场测量感应器的实际磁场测量路径，并确定所述实际磁场测量路径是否与设计路径相符。
[0024]进一步地，还包括步骤S11：在测量完待测电磁铁的磁场后，监控所述磁场测量感应器的复位情况。
[0025]进一步地，所述监控磁场测量感应器的实际的磁场测量路径具体为：在磁场测量过程中使用激光跟踪仪实时测量安装于磁场测量感应器基体的第一陶瓷球靶的球心相对于电磁铁的坐标系F
磁铁
的位置坐标，再在竖直方向Z向的坐标值消除第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶之间的高差，就是磁场测量感应器在电磁铁内实际的测量路径。
[0026]进一步地，所述监控所述磁场测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电磁铁磁场测量定位装置，其特征在于，包括磁场测量感应器基体、磁场测量感应器、第一陶瓷球靶和第二陶瓷球靶，所述磁场测量感应器安装于所述磁场测量感应器基体的轴线中心靠近端部的位置，所述第一陶瓷球靶安装于磁场测量感应器中心的正上方，第一陶瓷球靶的球心和磁场测量感应器的几何中心在竖直方向处于同一轴线，所述第二陶瓷球靶安装于磁场测量感应器基体的轴线方向的端部，所述第二陶瓷球靶的球心和磁场测量感应器的中心在水平方向同处于磁场测量感应器基体的轴线上，所述磁场测量感应器中心正好位于所述竖直方向和水平方向轴线的交点位置处。2.根据权利要求1所述的电磁铁磁场测量定位装置，其特征在于，所述磁场测量感应器安装于所述磁场测量感应器基体的轴线中心靠近端部5mm的位置。3.一种电磁铁磁场测量定位辅助系统，其特征在于，包括三维可动平台、磁场测量杆以及如权利要求1～2中任意一项所述的磁场测量定位装置，所述磁场测量杆的一端安装在所述三维可动平台上，所述磁场测量定位装置安装在所述磁场测量杆的另一端，所述三维可动平台用于控制所述磁场测量定位装置分别沿X轴、Y轴以及Z轴方向移动。4.一种电磁铁磁场测量定位方法，基于权利要求1所述的磁场测量定位装置，其特征在于，包括步骤：S1、将激光跟踪仪设置于既能通视于所述电磁铁磁场测量定位辅助系统的三维可动平台各轴系，又能通视于待测电磁铁的定位基准和机械中心的位置；S2、使用激光跟踪仪测量能够创建所述三维可动平台各轴系的相关几何元素，并使用所述几何元素创建电磁铁磁场测量定位辅助系统的定位坐标系F
测磁
；S3、使用激光跟踪仪测量出待测电磁铁的机械中心相对于所述定位坐标系F
测磁
的粗略位置坐标，根据所述粗略位置坐标，将所述定位坐标系F
测磁
沿着所述磁场测量定位辅助系统的轴线平移至所述待测电磁铁测量的坐标位置，得到待测电磁铁的调节坐标系F
调节
；S4、激活待测电磁铁的调节坐标系F
调节
，参考待测电磁铁的标定数据，使用激光跟踪仪实时测量待测电磁铁的定位基准，通过待测电磁铁的调节机构将电磁铁调节至磁场测量所需的位置及姿态；S5、待电磁铁调节工作完成后，再次测量电磁铁的定位基准，参考待测电磁铁的标定数据，得到待测电磁铁的标定坐标系F
磁铁
，其中F
磁铁
的坐标原点即为所述电磁铁的机械中心；S6、激活待测电磁铁的标定坐标系F
磁铁
，使用激光跟踪仪实时测量所述第二陶瓷球靶，通过所述磁场测量定位辅助系统的三维可动平台，使得所述第二陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文军，杨静，张旭东，张小东，金利安，王少明，袁建东，孙国珍，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：