專利名稱：多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中子散射技術(shù)，具體涉及一種多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
基于反應(yīng)堆中子源的大多數(shù)中子散射譜儀都需要單色中子(具有固定波長(zhǎng)或能量的中子)作探針，中子單色化過(guò)程一般由晶體單色器來(lái)完成。在中子入射孔道和出射孔道固定的情況下，單色器的位置和姿態(tài)對(duì)單色中子束流的強(qiáng)度及其分布有著非常重要的影響。為了引出高質(zhì)量的單色中子束以滿足實(shí)驗(yàn)需求，必須對(duì)單色器位置和姿態(tài)進(jìn)行多自由度的精細(xì)調(diào)節(jié)，這就需要特定的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，即多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置。目前相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)均沒(méi)有公開(kāi)類似裝置功能實(shí)現(xiàn)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)。德國(guó)柏林中子散射中心E3譜儀的單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，采用三個(gè)不同單色器轉(zhuǎn)換使用，換位臺(tái)位于最上層，采用旋轉(zhuǎn)換位的方式，其他調(diào)節(jié)裝置不詳。慕尼黑中子散射中心STRESS-SPEC譜儀預(yù)留了三個(gè)單色器位置，換位裝置采用上下移動(dòng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其他調(diào)節(jié)裝置不詳，該裝置缺點(diǎn)是需要較大的高度空間以完成移動(dòng)換位的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)中子散射譜儀高分辨的要求和輻射屏蔽的空間局限性，提供了一套精巧實(shí)用的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，包括機(jī)械臺(tái)體以及通過(guò)電纜與機(jī)械臺(tái)體相連接的控制系統(tǒng)，其中，所述的機(jī)械臺(tái)體包括設(shè)置在底盤上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有平移調(diào)節(jié)器，在平移調(diào)節(jié)器上方設(shè)有傾斜調(diào)節(jié)器，傾斜調(diào)節(jié)器上設(shè)置單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)械臺(tái)體的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)單色器進(jìn)行多自由度的位置組合調(diào)節(jié)；所述的控制系統(tǒng)包括設(shè)有控制軟件的工控計(jì)算機(jī)以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的電機(jī)控制單元。進(jìn)一步，如上所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其中，所述的平移調(diào)節(jié)器由X 軸方向平移調(diào)節(jié)器和Y軸方向平移調(diào)節(jié)器組成，兩個(gè)平移調(diào)節(jié)器呈上下結(jié)構(gòu)設(shè)置，平移調(diào)節(jié)方向相互垂直，均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的傳動(dòng)方式在水平方向上運(yùn)動(dòng)；在X軸方向平移調(diào)節(jié)器和Y軸方向平移調(diào)節(jié)器的運(yùn)動(dòng)極限位置處分別設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置，電機(jī)軸上設(shè)有剎車制動(dòng)器。進(jìn)一步，如上所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其中，所述的傾斜調(diào)節(jié)器包括一個(gè)豎直設(shè)置的扇形蝸輪，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿與扇形蝸輪嚙合，單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)固定在扇形蝸輪上方，在扇形蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)有碼盤尺和相應(yīng)的讀數(shù)頭；在傾斜調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)動(dòng)極限位置處分別設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置，傾斜調(diào)節(jié)器安裝臺(tái)的側(cè)面設(shè)有剎車制動(dòng)器。進(jìn)一步，如上所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其中，所述的單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)包括由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿以及與水平蝸桿相嚙合的水平蝸輪，單色器安裝平臺(tái)固定在水平蝸輪上；蝸桿軸的一端裝有旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置傳感器，單色器安裝平臺(tái)上設(shè)有傳感器作為角位置精度標(biāo)定，轉(zhuǎn)角極限位置處設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置。更進(jìn)一步，如上所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其中，所述的單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)置在底盤上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸相互錯(cuò)開(kāi)，呈偏心結(jié)構(gòu)布置。進(jìn)一步，如上所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其中，所述的控制系統(tǒng)的工控計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有用于接收機(jī)械臺(tái)體上各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置信號(hào)的傳感器細(xì)分計(jì)數(shù)接口模板，以及控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入輸出控制模板。本發(fā)明的有益效果如下(1)本發(fā)明集光機(jī)電和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體，通過(guò)軟件和硬件的配合遠(yuǎn)程控制臺(tái)體，實(shí)現(xiàn)在特殊工作環(huán)境下，多軸高精度穩(wěn)定運(yùn)行；(2)該裝置結(jié)構(gòu)緊湊精巧，實(shí)現(xiàn)了在整體有限的空間內(nèi)五軸高精度運(yùn)動(dòng)軸的集成， 外形尺寸不超過(guò)0480 χ 430mm,布拉格角度轉(zhuǎn)動(dòng)精度設(shè)置為0.005°，平移精度為O. 05mm， 傾斜調(diào)節(jié)臺(tái)和轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)精度分別為0.01°和0.05° ；(3)針對(duì)長(zhǎng)期偏心承重QOKg)工作狀態(tài)，采用高精度斷電剎車制動(dòng)器，保證高精度定位和穩(wěn)定運(yùn)行，裝置使用過(guò)程中需要對(duì)重約20Kg的單色器進(jìn)行不斷的姿態(tài)調(diào)整，工作狀態(tài)絕大多數(shù)情況下處于斷電偏心承重狀態(tài)，采用特殊制動(dòng)技術(shù)，保證斷電情況下的高精度定位；(4)系統(tǒng)通過(guò)軟硬件配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障監(jiān)測(cè)和處理保護(hù)功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各功能單元，一旦發(fā)生故障，即根據(jù)故障性質(zhì)做出相應(yīng)的處理，形成對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的保護(hù)。


圖1為多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置的基本組成示意圖；圖2為旋轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為傾斜調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本硬件配置示意圖；圖6為調(diào)整裝置的一個(gè)控制回路的控制原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置的功能主要是用來(lái)安放晶體單色器，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制單色器的旋轉(zhuǎn)、平移和傾斜，對(duì)單色器進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整以保證得到需要的單色中子。該裝置是一項(xiàng)集光機(jī)電和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體的五自由度運(yùn)動(dòng)設(shè)備，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多軸高精度運(yùn)動(dòng)軸的集成，并能在相對(duì)密閉的強(qiáng)輻射環(huán)境中，長(zhǎng)期偏心承重下始終保證高精度定位和穩(wěn)定運(yùn)行。放置該裝置的空間局限性來(lái)源于輻射屏蔽的需求，從屏蔽角度來(lái)看，單色器屏蔽內(nèi)部空間越小越好，但要保證為單色器和單色器臺(tái)的調(diào)整范圍留有充足空間。高精度的運(yùn)動(dòng)調(diào)整來(lái)源于譜儀的高分辨需求。中子散射實(shí)驗(yàn)中不同研究對(duì)象需要使用不同的單色器，根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)樣品的特點(diǎn)選用不同的單色器。為了獲得不同的中子波長(zhǎng)，還需要改變單色器的起飛角。
如圖1所示，多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置包括機(jī)械臺(tái)體以及通過(guò)電纜9與機(jī)械臺(tái)體相連接的控制系統(tǒng)10，其中，所述的機(jī)械臺(tái)體包括設(shè)置在底盤1上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)2，旋轉(zhuǎn)臺(tái) 2上設(shè)有平移調(diào)節(jié)器，平移調(diào)節(jié)器由X軸方向平移調(diào)節(jié)器3和Y軸方向平移調(diào)節(jié)器4組成， 兩個(gè)平移調(diào)節(jié)器呈上下結(jié)構(gòu)設(shè)置，平移調(diào)節(jié)方向相互垂直；在y軸方向平移調(diào)節(jié)器4上方設(shè)有傾斜調(diào)節(jié)器5，傾斜調(diào)節(jié)器5上設(shè)置單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6，機(jī)械臺(tái)體的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)單色器7進(jìn)行五自由度的位置組合調(diào)節(jié)(三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)平移軸)。本實(shí)施例中單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6的旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)置在底盤1上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的旋轉(zhuǎn)軸相互錯(cuò)開(kāi)，呈偏心結(jié)構(gòu)布置，因此， 在傾斜調(diào)節(jié)器5上設(shè)有相應(yīng)的配重8?？刂葡到y(tǒng)(電控柜)10包括設(shè)有控制軟件的工控計(jì)算機(jī)以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的電機(jī)控制單元。上述機(jī)械臺(tái)體的各個(gè)部件均為獨(dú)立部件，結(jié)構(gòu)上保證各獨(dú)立部件上下安裝面的平行度，按規(guī)定的尺寸關(guān)系從下而上裝配在一起，滿足整體的水平度。Χ、γ軸方向平移調(diào)節(jié)器 3、4支承在旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上，傾斜調(diào)節(jié)器5支承在Χ、Υ軸方向平移調(diào)節(jié)器3、4上，回轉(zhuǎn)軸線在單色器晶面中心(轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6臺(tái)面上方120mm，設(shè)計(jì)保證)，與Y軸平行(裝配時(shí)調(diào)節(jié))。轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6支承在傾斜調(diào)節(jié)器5上。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2與傾斜調(diào)節(jié)器5裝配時(shí)基本共面，電氣調(diào)試時(shí)通過(guò)用戶單色器確定最終共面位置(由于傾斜調(diào)節(jié)器5可沿X、Y方向移動(dòng)，所以調(diào)試時(shí)保證 X、Y軸方向平移調(diào)節(jié)器零位時(shí)傾斜調(diào)節(jié)器5和旋轉(zhuǎn)臺(tái)2共面)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的底盤裝有水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與吊裝用的吊環(huán)。為了便于拆裝，旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的基座上有電連接器支架，一頭與各調(diào)節(jié)器的電機(jī)、限位傳感器或編碼器連接，另一頭通過(guò)適當(dāng)通道與電控柜連接。各調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)除了蝸桿副有自鎖能力外，傾斜調(diào)節(jié)器5與Y軸方向平移調(diào)節(jié)器4、X軸方向平移調(diào)節(jié)器 3在適當(dāng)位置處裝有剎車制動(dòng)器。下面詳細(xì)介紹各組分結(jié)構(gòu)相關(guān)情況。單色器的底盤1尺寸約為048Oinm。與旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的基座聯(lián)合裝有調(diào)平螺釘裝置， 調(diào)平螺釘裝置為三個(gè)頂絲、三個(gè)壓緊螺釘，待單色器整體固緊于大鼓后進(jìn)行最終調(diào)平工作 (裝入屏蔽體空腔前預(yù)先基本調(diào)平)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2安裝臺(tái)面尺寸約為0350mm，軸系為精密機(jī)械軸承，驅(qū)動(dòng)方式可以采用多種傳動(dòng)模式。本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)方式為步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸輪副減速機(jī)構(gòu)、行星輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，如圖 2所示，蝸桿11帶動(dòng)蝸輪12將步進(jìn)電機(jī)的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為蝸輪水平向的轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)行星輪進(jìn)一步減速。輸出軸上裝絕對(duì)式角編碼器。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角為士 180°，工作極限位置處裝有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置作為限位保護(hù)。為了保證整體裝置調(diào)平精度，安裝臺(tái)面必須與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線垂直。蝸桿減速機(jī)構(gòu)考慮了消隙機(jī)構(gòu)，可以將蝸輪做成兩片，其間用拉伸彈簧連接，有利于傳動(dòng)平穩(wěn)，保證位置精度。X、Y軸方向平移調(diào)節(jié)器3、4為兩個(gè)精密線性模組，互為垂直安裝。帶有伸縮護(hù)罩的精密線性模組作精化處理，以保證上下安裝面平行以及碼盤尺與相應(yīng)的讀數(shù)頭的方便安裝。兩個(gè)平移調(diào)節(jié)器呈上下結(jié)構(gòu)設(shè)置，平移調(diào)節(jié)方向相互垂直，均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的傳動(dòng)方式在水平方向上運(yùn)動(dòng)，工作范圍士 15mm，限位運(yùn)動(dòng)范圍士20mm。絲杠由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裝有適當(dāng)?shù)拇a盤尺與相應(yīng)的讀數(shù)頭，用于位置讀出。工作極限位置處裝有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置作為限位保護(hù)。剎車制動(dòng)器安裝于步進(jìn)電機(jī)同軸上，電機(jī)斷電時(shí)制動(dòng)。裝配時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使X向的精密線性模組的軸線置于與單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6、傾斜調(diào)節(jié)器5聯(lián)合質(zhì)心共面的位置，以便減少不利的干擾力矩。傾斜調(diào)節(jié)器5由扇形圓弧面軌道支承于四點(diǎn)滾輪上，由四個(gè)斜面青銅塊調(diào)節(jié)預(yù)緊并組成軸向止推，回轉(zhuǎn)中心距轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6的臺(tái)面(單色器安裝面)上方120mm。如圖3所示，其結(jié)構(gòu)包括一個(gè)豎直設(shè)置的扇形蝸輪13，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿14與扇形蝸輪13 嚙合，單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6固定在扇形蝸輪13上方，驅(qū)動(dòng)方式為步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸輪副減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，減速比對(duì)0。工作轉(zhuǎn)角為士 10°，限位轉(zhuǎn)角為士 13°，為節(jié)省空間，蝸輪做成扇形。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌適當(dāng)位置處裝有碼盤尺與相應(yīng)的讀數(shù)頭，用于角位置讀出。工作極限位置處裝有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置作為限位保護(hù)。蝸桿減速機(jī)構(gòu)考慮了消隙機(jī)構(gòu)，蝸桿座一端固定， 一端彈簧支承，可調(diào)節(jié)蝸輪和蝸桿的間隙，有利于傳動(dòng)平穩(wěn)，保證位置精度。剎車制動(dòng)器裝于傾斜調(diào)節(jié)器5安裝臺(tái)的側(cè)面，電機(jī)斷電時(shí)制動(dòng)。單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)6安裝臺(tái)面尺寸約為0300mm,單色器裝于其上。軸系為精密機(jī)械軸承，如圖4所示，轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)包括由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿15以及與水平蝸桿相嚙合的水平蝸輪16，單色器安裝平臺(tái)17固定在水平蝸輪16上，驅(qū)動(dòng)方式為步進(jìn)電機(jī)經(jīng)蝸桿減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，減速比100。蝸桿軸一端裝有旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置傳感器。工作位置為0°及180°，工作位置處裝有傳感器作為角位置精度標(biāo)定，轉(zhuǎn)角極限位置(電氣限位范圍-75° +255° )處裝有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置作為限位保護(hù)。為了方便調(diào)平讀出， 臺(tái)面上裝有水準(zhǔn)泡裝置。蝸桿減速機(jī)構(gòu)考慮了消隙機(jī)構(gòu)，可以將蝸輪做成兩片，其間用拉伸彈簧連接，這樣有利于傳動(dòng)平穩(wěn)，保證位置精度?？刂葡到y(tǒng)是中子單色器臺(tái)最終實(shí)現(xiàn)功能和技術(shù)性能指標(biāo)的重要組成部分。單色器臺(tái)的控制主要分為兩個(gè)部分，第一部分為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其軟件，其主要完成單色器臺(tái)的各種控制操作、數(shù)據(jù)輸入輸出、各功能模塊的管理、故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)處理等功能；第二部分為步進(jìn)電機(jī)的控制單元，主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。系統(tǒng)方案的主要特點(diǎn)可以概括為1)采用工控PC計(jì)算機(jī)與功能模塊相結(jié)合的數(shù)字式控制結(jié)構(gòu)，友好的人機(jī)圖形界面提供靈活、完善的操作方式并能顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)；2)采用碼盤尺、旋轉(zhuǎn)編碼器、絕對(duì)式角度編碼器作為運(yùn)動(dòng)測(cè)量反饋元件；3)軟、硬件結(jié)合的多級(jí)故障檢測(cè)、處理措施，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全運(yùn)行保護(hù)及分析診斷功能；4)計(jì)算機(jī)軟件基于WINDOWS操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠛湍K化設(shè)計(jì)相結(jié)合的編制方法，具有功能擴(kuò)充能力。工控計(jì)算機(jī)是電控系統(tǒng)的主要部分，它完成單色器臺(tái)的各種控制操作、數(shù)據(jù)輸入輸出和各功能模塊的管理功能，軟硬件相結(jié)合完成單色器臺(tái)的故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)處理功能?？刂朴?jì)算機(jī)內(nèi)搭載有位置傳感器細(xì)分計(jì)數(shù)接口模板、輸入輸出控制模板，與各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、位置傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一起構(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制，并通過(guò)對(duì)控制計(jì)算機(jī)上的圖形化人機(jī)界面控制臺(tái)的操作實(shí)現(xiàn)單色器臺(tái)五大運(yùn)動(dòng)部件的分別單獨(dú)工作。單色器臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)基于控制計(jì)算機(jī)的多級(jí)控制系統(tǒng)，采用模塊化配置，不同的電路模塊完成不同的功能。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本硬件配置如圖5所示。傳感器細(xì)分計(jì)數(shù)接口模板用于接收位置傳感器發(fā)送的絕對(duì)、增量位置信號(hào)，并形成相應(yīng)的位置編碼；輸入輸出控制模板用于接收零/限位傳感器及驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)信號(hào)，輸出對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)；零/限位傳感器用于確定相應(yīng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)位置和運(yùn)動(dòng)范圍的限制位置?？刂栖浖饕扇藱C(jī)界面及控制管理部件組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶界面輸入輸出管理；單色器臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制功能管理；故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)處理功能管理。人機(jī)界面用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種用戶輸入輸出管理，引導(dǎo)用戶對(duì)單色器臺(tái)進(jìn)行各種操作控制?？刂乒芾聿考脕?lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單色器臺(tái)的各種運(yùn)動(dòng)控制功能管理及故障檢測(cè)、安全保護(hù)控制，將人機(jī)界面輸入的各種指令、參數(shù)進(jìn)行分解、翻譯并下達(dá)到各個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)器中，同時(shí)將各個(gè)軸驅(qū)動(dòng)器和傳感器返回的信息整理為用戶可見(jiàn)的信息。輸入管理包括控制指令的輸入和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的輸入?？刂浦噶畎ㄝS選、歸零、停止、定位、點(diǎn)動(dòng)等；運(yùn)動(dòng)參數(shù)各數(shù)據(jù)按設(shè)計(jì)要求范圍輸入。 輸出管理包括狀態(tài)指示燈、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存幾個(gè)模塊。狀態(tài)指示燈設(shè)置三組指示燈，分別指示上下電、運(yùn)行停止和故障狀態(tài)；狀態(tài)顯示當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；數(shù)據(jù)顯示各運(yùn)動(dòng)軸的位置參數(shù)；數(shù)據(jù)保存模塊在軟件每次退出運(yùn)行時(shí)，會(huì)把單色器臺(tái)所有軸的當(dāng)前位置信息保存起來(lái)，以便下次使用。該軟件基于Microsoft Windows2000或Windows XP操作系統(tǒng)平臺(tái)，利用Microsoft Visual C開(kāi)發(fā)完成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器主要用來(lái)執(zhí)行控制系統(tǒng)發(fā)出的命令，運(yùn)動(dòng)到指定的位置。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分。中子單色器臺(tái)中各運(yùn)動(dòng)軸均采用與各自步進(jìn)電機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)控制器。通過(guò)采用屏蔽、隔離等電磁兼容性措施，使之既滿足步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的要求，又保證電磁兼容性的要求。通過(guò)專用編程軟件實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部程序控制功能下載到驅(qū)動(dòng)器的控制模塊后，經(jīng)判斷輸入信號(hào)的狀態(tài)分別實(shí)現(xiàn)歸零、正向定位、反向定位、正向點(diǎn)動(dòng)、 反向點(diǎn)動(dòng)、正向限位、反向限位等，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的狀態(tài)判斷步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)以及是否到達(dá)限位等。運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與反饋是實(shí)現(xiàn)單色器臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。單色器臺(tái)各軸高精度的定位都是建立在高精度的位置環(huán)控制基礎(chǔ)之上。各個(gè)位置傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件的當(dāng)前位置并反饋給控制計(jì)算機(jī)，運(yùn)動(dòng)時(shí)以設(shè)置的運(yùn)動(dòng)軌跡(驅(qū)動(dòng)器規(guī)定)向目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)， 以當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的偏差為基礎(chǔ)修正并調(diào)節(jié)使其最終到達(dá)符合精度要求的目標(biāo)位置， 到達(dá)目標(biāo)位置后修正調(diào)節(jié)過(guò)程停止，必要時(shí)(最終位置發(fā)生變化)可定時(shí)啟動(dòng)修正調(diào)節(jié)。中子單色器臺(tái)的控制由旋轉(zhuǎn)臺(tái)、X、Y軸方向平移調(diào)節(jié)器、傾斜調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)五個(gè)獨(dú)立的回路組成，圖6表示了單回路的原理框圖。為了可靠實(shí)現(xiàn)單色器臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，單色器臺(tái)選用高分辨率、高精度、寬速率范圍的旋轉(zhuǎn)編碼器作為單色器臺(tái)軸角運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與反饋部件；選用光電式碼盤尺作為單色器臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的測(cè)量與反饋部件。編碼器及碼盤尺的信號(hào)經(jīng)過(guò)集成數(shù)字讀數(shù)細(xì)分裝置處理后輸出具有方向特征的正交信號(hào)，可形成位置脈沖計(jì)數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)軸角及直線位置的測(cè)量和反饋。編碼器還具有基準(zhǔn)標(biāo)記信號(hào)，用于單色器臺(tái)轉(zhuǎn)角零位基準(zhǔn)位置的確定。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，包括機(jī)械臺(tái)體以及通過(guò)電纜與機(jī)械臺(tái)體相連接的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的機(jī)械臺(tái)體包括設(shè)置在底盤(1)上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)O)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有平移調(diào)節(jié)器(3、4)，在平移調(diào)節(jié)器(3、4)上方設(shè)有傾斜調(diào)節(jié)器(5)，傾斜調(diào)節(jié)器(5)上設(shè)置單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)(6)，機(jī)械臺(tái)體的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)單色器(7)進(jìn)行多自由度的位置組合調(diào)節(jié)；所述的控制系統(tǒng)(10)包括設(shè)有控制軟件的工控計(jì)算機(jī)以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的電機(jī)控制單元。
2.如權(quán)利要求1所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于所述的平移調(diào)節(jié)器由X軸方向平移調(diào)節(jié)器C3)和Y軸方向平移調(diào)節(jié)器(4)組成，兩個(gè)平移調(diào)節(jié)器呈上下結(jié)構(gòu)設(shè)置，平移調(diào)節(jié)方向相互垂直，均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠的傳動(dòng)方式在水平方向上運(yùn)動(dòng)；在X 軸方向平移調(diào)節(jié)器⑶和Y軸方向平移調(diào)節(jié)器⑷的運(yùn)動(dòng)極限位置處分別設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置，電機(jī)軸上設(shè)有剎車制動(dòng)器。
3.如權(quán)利要求1所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于所述的傾斜調(diào)節(jié)器( 包括一個(gè)豎直設(shè)置的扇形蝸輪(13)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿(14)與扇形蝸輪 (13)嚙合，單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)固定在扇形蝸輪(1 上方，在扇形蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)有碼盤尺和相應(yīng)的讀數(shù)頭；在傾斜調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)動(dòng)極限位置處分別設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置，傾斜調(diào)節(jié)器安裝臺(tái)的側(cè)面設(shè)有剎車制動(dòng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于所述的單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)(6)包括由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平蝸桿(1 以及與水平蝸桿(1 相嚙合的水平蝸輪 (16)，單色器安裝平臺(tái)(17)固定在水平蝸輪(16)上；蝸桿軸的一端裝有旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置傳感器，單色器安裝平臺(tái)上設(shè)有傳感器作為角位置精度標(biāo)定，轉(zhuǎn)角極限位置處設(shè)有電接近開(kāi)關(guān)和機(jī)械限位裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于所述的單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)(6)的旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)置在底盤上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)O)的旋轉(zhuǎn)軸相互錯(cuò)開(kāi)，呈偏心結(jié)構(gòu)布置。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于所述的控制系統(tǒng)(10)的工控計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有用于接收機(jī)械臺(tái)體上各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置信號(hào)的傳感器細(xì)分計(jì)數(shù)接口模板，以及控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入輸出控制模板。
全文摘要
本發(fā)明屬于中子散射技術(shù)，具體涉及一種多軸中子單色器姿態(tài)調(diào)整裝置。該調(diào)整裝置包括機(jī)械臺(tái)體以及通過(guò)電纜與機(jī)械臺(tái)體相連接的控制系統(tǒng)，其中，所述的機(jī)械臺(tái)體包括設(shè)置在底盤上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有平移調(diào)節(jié)器，在平移調(diào)節(jié)器上方設(shè)有傾斜調(diào)節(jié)器，傾斜調(diào)節(jié)器上設(shè)置單色器轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)，機(jī)械臺(tái)體的各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)單色器進(jìn)行多自由度的位置組合調(diào)節(jié)；所述的控制系統(tǒng)包括設(shè)有控制軟件的工控計(jì)算機(jī)以及通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的電機(jī)控制單元。本發(fā)明集光機(jī)電和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體，可以對(duì)中子單色器進(jìn)行五自由度的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G01T7/00GK102253405SQ20111017949
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者劉曉龍, 劉蘊(yùn)韜, 吳展華, 孫凱, 張莉, 李天富, 李峻宏, 李眉娟, 李際周, 楊浩智, 梁峰, 焦學(xué)勝, 王子軍, 王洪立, 肖紅文, 胡瑞, 陳東風(fēng), 韓松柏, 高建波 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院