DCLS自由电子激光装置机械工程课件.ppt

1、DCLS自由电子激光装置机械工程精确+稳定目录目录 机械工程任务与要求机械工程任务与要求 准直测量准直测量 稳定性稳定性 样机、集成单元样机、集成单元 在硬件上实现束流物理设计在硬件上实现束流物理设计机械工程的任务机械工程的任务4DCLS主体装置布局主体装置布局DCLS对机械工程的要求对机械工程的要求关键元件的位置精度满足要求；关键元件的位置精度满足要求；关键元件机械稳定性满足要求；关键元件机械稳定性满足要求；技术上能够实现；技术上能够实现；不发生静态或动态干涉；不发生静态或动态干涉；与公用设施、建筑相互协调；与公用设施、建筑相互协调；易于安装，便于维护；易于安装，便于维护；经费合理经费合理,

2、进度满足要求。进度满足要求。四极磁铁横向位置偏差控制在四极磁铁横向位置偏差控制在10m10m波荡器段间垂直偏差小于波荡器段间垂直偏差小于5050 m m波荡器气隙控制精度好于波荡器气隙控制精度好于5 5 m m隧道温度必须控制在隧道温度必须控制在0.70.7度以内度以内隧道地板变形隧道地板变形 z z 100m/10m/1 1周周)地基沉降地基沉降 季节变化季节变化中期中期(1(1小时小时 1 1周周)外界环境温度外界环境温度潮汐潮汐内部温度（冷却水、调）内部温度（冷却水、调）束流热负载束流热负载短期短期(11小时小时)机械振动机械振动磁铁电源稳定性及纹波磁铁电源稳定性及纹波元件调节及运行干扰

3、元件调节及运行干扰加速器场地地基振加速器场地地基振动动Q铁振动DCLS场地振动1100Hz积分均方根位移20nm。rms:114.2nm8含聚焦线圈加速管支撑结构加速管支撑结构加速管与磁压缩段支撑加速管与磁压缩段支撑可移动式磁压缩段调节支撑机构可移动式磁压缩段调节支撑机构平移滑台二极铁截面探测器斜四极铁斜四极铁位置探测器刮束器转动梁斜四极铁波纹管技术指标技术指标工作位置：工作位置：6.05o运动范围：运动范围：0o7o位置精度：位置精度：0.05mm9波荡器段间元件支撑波荡器段间元件支撑四极磁铁、移相器、腔式四极磁铁、移相器、腔式BPMBPM、截面探测器、校正、截面探测器、校正磁铁安装在一个共

4、架平台磁铁安装在一个共架平台上。上。技术关键：热稳定性及减技术关键：热稳定性及减振好的支撑平台，四极磁振好的支撑平台，四极磁铁远程精密调整机构。铁远程精密调整机构。波荡器段间元件共架平台：波荡器段间元件共架平台：采用稳定采用稳定 减振材料及结减振材料及结构。构。花岗岩花岗岩+调节底板调节底板+底面灌浆底面灌浆花岗岩花岗岩+三维调节座三维调节座+底面灌浆底面灌浆花岗岩花岗岩+底面灌浆底面灌浆混凝土混凝土+不锈钢面板不锈钢面板+底面底面AB胶粘结胶粘结1.1.结构简洁结构简洁2.2.机械稳定性好：第机械稳定性好：第1 1阶固有频阶固有频率率87Hz87Hz，振动放大系数，振动放大系数1.011.0

5、13.3.热稳定性好热稳定性好4.4.机械加工精度高机械加工精度高5.5.便于机械准直调节便于机械准直调节6.6.制造成本低制造成本低四极磁铁及四极磁铁及CBPM远控精密调节结构远控精密调节结构 由三维调节底版、二维遥控调节滑台、位移检测、由三维调节底版、二维遥控调节滑台、位移检测、机械限位、控制系统等组成。机械限位、控制系统等组成。电移可调支撑机构结构电移可调支撑机构结构技术要求技术要求技术指标技术指标四极磁铁移动精度和重复性3um四极铁动态移动范围500um四极铁安装准直要求常规准直：横向100um，纵向500um，旋转5mradBBA准直：横向10um四极铁CBPM电移平台共架底台波荡器

6、结构波荡器结构辐射段波荡器参数周期长度(mm)30磁间隙(mm)940磁间隙控制精度(m)5峰值磁场(T)0.20.8长度（m）3移相器与磁铁移相器与磁铁参数技术要求工作间隙(mm)925磁场一次积分误差(Gs-cm)10磁场二次积分误差(Gs-cm2)3000相移(度)180相位调节精度（度）5总长（mm）70波荡器真空室波荡器真空室材料低电阻材料低电阻束流通道内表面沿束流方向粗糙度小于束流通道内表面沿束流方向粗糙度小于200nm。束流室截面：高束流室截面：高5mm，宽度大于高度的两倍。，宽度大于高度的两倍。直线度和平面度要求高。直线度和平面度要求高。大气压下变形小。大气压下变形小。低漏率和

7、表面出气率。真空室应能够达到优于低漏率和表面出气率。真空室应能够达到优于 110-7 Torr，表面出气率，表面出气率q 110-11 Torrl/(scm2)束测束测元件结构元件结构重复定位精度22um图像分辨率13.9um波荡器样机集成单元波荡器样机集成单元 确认硬件设备的设计确认硬件设备的设计与制造。与制造。确认总体结构设计和确认总体结构设计和总体工艺设计。总体工艺设计。确认设备接口的工程确认设备接口的工程可操作性。可操作性。确认安装工艺。确认安装工艺。磨合安装队伍。磨合安装队伍。设置工程节点，统一设置工程节点，统一工程进度。工程进度。在试安装单元的基础在试安装单元的基础上，完善单元配置

8、，上，完善单元配置，将其作为一个实验平将其作为一个实验平台，进行相关实验测台，进行相关实验测试工作。试工作。16波荡器单元集成现场波荡器单元集成现场问题及处理措施问题及处理措施遇到的问题遇到的问题临时解决措施临时解决措施Profile探头缺少与支架连接的支撑板临时在上海联系加工Profile探头电机方向不对联系加工厂家到现场修改,需要重新加工顶部法兰(测试完成以后)Profile运动时与真空壁有摩擦未处理,需要优化设计Profile靶片后方的金属未镂空,有束流时可能会有重影未处理,需要优化设计光路组件中摄像机与镜头的距离过长,导致视野偏小未处理,需要优化设计CBPM加工时钎焊后检漏失败,加工厂

9、家重新对表面就行了氩弧焊,使表面凸凹不平,但是没有解决真空泄露的问题安装后喷涂真空密封胶堵漏CBPM转接板无法在平台上固定临时加工一块L型转接板固定在台面的螺孔上改改进进总结总结 自由电子激光装置对波荡器段中束流中心轨道偏差提出了自由电子激光装置对波荡器段中束流中心轨道偏差提出了更高的要求更高的要求。通过常规通过常规 准直、基于束流准直和在线精密调准直、基于束流准直和在线精密调节手段，可以实现束流物理对元件的微米级定位精度要求。节手段，可以实现束流物理对元件的微米级定位精度要求。束流元件机械稳定性是影响束流轨道稳定性的主要因素之束流元件机械稳定性是影响束流轨道稳定性的主要因素之一，需要通过振源分析、环境控制和支撑结构优化设计保一，需要通过振源分析、环境控制和支撑结构优化设计保证机械稳定性满足要求。证机械稳定性满足要求。通过关键元件样机研制和单元集成测试，掌握了元件设计通过关键元件样机研制和单元集成测试，掌握了元件设计与制造工艺，发现并解决了出现的问题，确认了总体机械与制造工艺，发现并解决了出现的问题，确认了总体机械工程设计，为下一步批量制造打下基础。工程设计，为下一步批量制造打下基础。