兰州重离子医疗装置同步环安装控制网设计

介绍了兰州重离子医疗装置(HIMM)建造中准直安装方案里核心的测量控制网设计。同步环准直测量控制网是基于Leica AT401激光跟踪仪和综合测量软件SA建立的三维测量控制网,在控制网设计中采用9个基准柱和2个激光干涉测量得到的基准长度参考,以及Leica DNA03数字水准仪协同测量,使全局三维控制网设计精度达到0.04mm,最终确保同步环四极磁铁安装精度达到0.10mm的要求指标,为将来束流的稳定运行做好可靠的保证。     

兰州重离子医疗装置同步环安装控制网设计

介绍了兰州重离子医疗装置（HIMM）建造中准直安装方案里核心的测量控制网设计。同步环准直测量控制网是基于Leica AT401激光跟踪仪和综合测量软件SA建立的三维测量控制网,在控制网设计中采用9个基准柱和2个激光干涉测量得到的基准长度参考,以及Leica DNA03数字水准仪协同测量,使全局三维控制网设计精度达到0.04 mm,最终确保同步环四极磁铁安装精度达到0.10 mm的要求指标,为将来束流的稳定运行做好可靠的保证。     

中国散裂中子源准直控制网数据处理方法

以中国散裂中子源CSNS的直线加速器控制网为例,对其数据处理方法进行研究,采用平面与高程二维平差以及三维定向平差两种方式对准直控制网进行处理分析。同时,为了使准直数据处理更加简易便利,提出利用激光跟踪仪的测量软件SA实现三维定向平差的方法。通过不同软件及不同数据处理方法的对比,验证准直控制网数据处理的正确性,最终200 m长直线控制网点位精度优于0.2 mm,这为准直控制网的数据处理提供了指导。     

附有高程约束的三维平差方法研究

当前加速器准直主要采用激光跟踪仪进行三维空间位置测量,三维测量数据用三维平差方法计算从理论上讲更为严密,但在实践中却发现存在误差累积现象,其中在高程方向的误差累积十分明显。为了控制三维平差高程方向的误差累积,研究将大地水准面做为基准引入测量和数据处理过程之中,获得基于大地水准面的高程测量数据,用高程数据构建约束条件方程,进行附有高程约束的三维平差。以激光跟踪仪为例给出了三维平差函数模型,研究了约束方程的构建方法,推导了附有高程约束的三维平差计算公式。研究了附有高程约束的三维平差函数模型的两种应用方法,通过模拟计算展示了这两种方法对高程方向误差累积的控制效果。最后对一组实测数据采用多种平差方法进行计算对比,结果显示附有高程约束的三维平差相比无高程约束的三维平差能够更有效的控制平差中高程方向的误差累积。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

 采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系,用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置;而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系,用来安装定位本系统内的各个元件;对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时,先在每块磁铁上焊接8个测量基准;然后对磁铁上的基准进行测量,以确定其在元件坐标系中的位置;再架设激光跟踪仪,测量主环控制网点,恢复主环局部坐标系,根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标,计算出相关的变换参数;转入元件坐标系,采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差,其精度达到0.15 mm。     

CSR的准直安装

 中国科学院近代物理研究所的国家＂九五＂重大科学工程项目，兰州重离子加速器冷却储存环（简称HIRFL-CSR）的准直安装，要安装的元件数量多、范围广、并且精度要求高。为满足这些要求，将引入工程测量控制网的方法，并主要采用新一代测量仪器激光跟踪仪，进行测量和安装任务；并结合新的仪器和方法，建立了CSR准直数据库系统。     

CSR的准直安装

中国科学院近代物理研究所的国家＂九五＂重大科学工程项目,兰州重离子加速器冷却储存环（简称HIRFL-CSR）的准直安装,要安装的元件数量多、范围广、并且精度要求高。为满足这些要求,将引入工程测量控制网的方法,并主要采用新一代测量仪器激光跟踪仪,进行测量和安装任务;并结合新的仪器和方法,建立了CSR准直数据库系统。     

ADS注入器ⅡCry Module的低温准直测量技术

作为ADS注入器Ⅱ的关键元件,Cry Module由于其无法通视和超低温特性,是超导直线加速器准直中的重点与难点.提出由激光跟踪仪和测微准直望远镜协同准直冷质量组件.设计测微准直望远镜所用十字丝目标及其支架.成功安装冷质量组件,监测了两次低温实验时的位移.常温安装精度达到0.15mm,低温监测精度达到0.5mmm.目前ADS-Cry Module已通过专家组的水平测试验收,技术指标优于国际上的最好水平.     

武威重离子治癌装置高能束线的准直安装

武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证。     

武威重离子治癌装置高能束线的准直安装

武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18 m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10 mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证。     

武威重离子治癌装置回旋注入系统的准直安装

武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10 mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。     

磁铁快速安装准直方法在HLSⅡ升级改造中的应用

合肥光源进行重大升级改造(HLSⅡ)的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成,结合合肥光源自身特点,合理使用了多种测量仪器和软件,在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直,极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后,所有磁铁均安装准直就位,定位精度达到预定要求。     

磁铁快速安装准直方法在HLSⅡ升级改造中的应用

合肥光源进行重大升级改造（HLSⅡ）的磁铁安装准直工程要在有限的时间内对近120块各型磁铁进行安装准直调节。为了保证磁铁安装准直任务顺利完成,结合合肥光源自身特点,合理使用了多种测量仪器和软件,在元件坐标系下直接进行磁铁安装准直,极大地提高了工作效率和安装精度。在经过先后三次准直安装调节后,所有磁铁均安装准直就位,定位精度达到预定要求。     

武威医用重离子加速器同步环的准直安装

武威医用重离子加速器是目前世界上最紧凑的重离子加速器治癌装置,同步环周长小至56.1 m,其中很多关键元件的安装定位精度要求达到亚毫米量级,四极透镜的定位精度要求0.1 mm。结合激光跟踪仪的特点和测量学知识通过三维控制网及多重坐标系的转换,探索了一种在元件自身坐标系下调节准直的方法,提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的元件安装各向误差均控制在0.1 mm以内,其结果优于该装置的精度要求,使得同步环在短时间内顺利调束成功,从而验证了同步环准直测量的可靠性与准确性。Wuwei Heavy ion medical machine (HIMM) is the most compact accelerator facility for heavy ion therapy in the world,which has a circumference about 56.1 m.The alignment accuracy of many components of the machine should be submillimeter level.For example,the positioning accuracy of quadrupoles should be within 0.1 mm according to design target.With the combination of laser tracker and surveying knowledge,we develop a method that adjusts and collimates elements under the elements themselves coordinates via three-dimensional control network and the transformation of multiple coordinates to improve the efficiency of installation alignment.By this way,the deviation of each direction from all elements is under 0.1 mm and the result is better than the design target,which leads to the successful commission of Wuwei HIMM.Consequently,the feasibility of this method developed is verified.     

双轴准直测量调节系统

根据"神龙一号"和"神龙二号"两台直线感应加速器的直线性偏差不超过±0.2 mm、角度误差不超过±2″和高程误差不超过±0.2 mm的总体精度要求,分析了影响准直安装精度的主要因素和误差限定值;确定了采用激光跟踪仪、全站仪和水准仪相结合,建立包括大六边形网和小四边形网两个层次的高精度控制测量网;再通过专门设计的串并联精密调节机构,依据合理的准直安装工艺达到准直安装的精度要求。经过在"神龙一号"直线加速器准直安装的验证,此方法满足精度要求。     

双轴准直测量调节系统

根据“神龙一号”和“神龙二号”两台直线感应加速器的直线性偏差不超过±0.2 mm、角度误差不超过±2″和高程误差不超过±0.2 mm的总体精度要求,分析了影响准直安装精度的主要因素和误差限定值;确定了采用激光跟踪仪、全站仪和水准仪相结合,建立包括大六边形网和小四边形网两个层次的高精度控制测量网;再通过专门设计的串并联精密调节机构,依据合理的准直安装工艺达到准直安装的精度要求。经过在“神龙一号”直线加速器准直安装的验证,此方法满足精度要求。     

同步光干涉方法对BEPCⅡ储存环束流的测量

 利用同步光的可见光波段空间干涉方法,对北京正负电子对撞机储存环的束流横向截面垂直尺寸进行了测量。在同步模式下,测得束流横向截面垂直尺寸为155 μm,测量结果与理论值符合得很好。此方法避免了同步光衍射带来的测量误差,并使结果更精确,且对其它非相干小尺寸光源也同样适用。     

同步光干涉方法对BEPCⅡ储存环束流的测量

利用同步光的可见光波段空间干涉方法,对北京正负电子对撞机储存环的束流横向截面垂直尺寸进行了测量。在同步模式下,测得束流横向截面垂直尺寸为155 μm,测量结果与理论值符合得很好。此方法避免了同步光衍射带来的测量误差,并使结果更精确,且对其它非相干小尺寸光源也同样适用。