关节测量臂在上海光源元件标定中的应用

　　上海光源(SSRF)是我国迄今为止最大的科学装置,主体包括20 m长的直线加速器、周长180 m的增强器、周长432 m的储存环以及沿环外侧分布的同步辐射光束线和实验站[1],由上万个精密元件组成。加速器物理要求各种磁铁、高频腔等关键元件的定位精度均应优于±0.2 mm,其中定位要求最为严格的是储存环四极铁,其单元之间的横向相对定位精度为±0.15 mm,支架内的横向相对定位精度为±0.08 mm,这对准直测量技术提出了较高挑战。以四极铁为例,准直测量必须经过元件标定、预安装准直、现场准直及平滑测量等若干步骤,根据所采用的工艺技术,各个步骤的限差分别为0.05~0.08 mm,从而实现其在隧道内的精确就位[2]。元件标定是其中的关键,处于准直工艺流程的前端,当准直方案存在效率低下等问题时,将严重制约安装进度[3]。上海光源需要标定的元件包括真空室、高频腔、加速管,所有的二极铁、四极铁、六极铁、校正铁等。在上海光源的准直实施过程中,由于采用了关节测量臂这一新颖的高精度测量仪器,元件标定的精度得以保证,效率有明显的改善。

    1　关节测量臂简介

　　关节测量臂参照空间支导线测量原理实现3维坐标测量功能,是便携的接触式测量仪器,和三坐标测量机比较,关节测量臂的测头安置非常灵活;相对于激光跟踪仪来说,它价格较低,不需要测点的通视条件,因此在一些测点通视条件较差的情况下(隐藏点),非常有效[3]。生产关节测量臂的厂家较多,主要有Faro公司、Gar-da公司和ROMER公司。上海光源采用的是Faro的2.4 m铂金型仪器,主要的技术指标为单点重复性精度0.025 mm,配套软件是CAM2[4]。

    2　元件标定方案

　　元件标定的目的是得到外部准直基准F1~F4和元件参考中心C1~C2的相对位置关系,如图1所示,以便在后继的安装过程中利用准直基准对元件进行定位准直。元件标定的结果是安装准直的依据,其误差对于单个元件来说是系统误差,对于批量元件来说,可以看作随机误差。由于元件安装之后不可重新测量,因此,元件标定的精度需严格控制,其影响因素包括基准设置形式、所用仪器和方法及精度控制措施等。

     2.1　基准形式

　　元件的各种基准形式见图2,包括各种靶座,基准孔等。靶座适合精度要求高、易于设置的元件,价格较高;基准孔实际使用时往往会有偏大或偏小的加工误差,因此,仅适合于精度要求较低、不易设置靶标的地方,其优点是价格较低。

　　以磁铁为例,在制造时将4个基准靶标焊接于上表面,沿磁铁中心线对称分布,以抵消温度因素对测量结果的影响;相互之间的位置需尽可能远,以削弱测量误差的影响。