本公开涉及粒子加速器射频四极场加速器的准直测量技术领域，尤其涉及一种四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法。
背景技术
在加速器领域，四翼型射频四极场(radiofrequencyquadrupole，rfq)加速器腔体是粒子加速器低能段的核心部件。通过四翼上对称布置的调制线在腔体的中心线上产生纵向、横向电场，用于加速和聚焦离子源产生的束流。
一个完整的rfq加速器高频腔体通常是2-8米长，采用无氧铜钎焊而成。由于腔体焊接工艺的限制，通常分成多段机械腔，每段长度在1米左右。腔体中心线的安装精度是影响加速器性能参数的关键之一。为了保证rfq各段机械腔的中心线对齐到理论束流线上，需要在准直安装前对rfq机械腔进行标定，标定目的是为了模拟寻找到每段腔体的中心线。
目前，四翼型rfq腔体的标定均是基于激光跟踪仪、测量臂等仪器完成的。待标定的rfq机械腔体上需要放置四到八个空间分布、材质为不锈钢的反射球靶标座，一般有两种方式：将带磁铁的反射球靶标座焊接到腔体上；在腔体上加工靶座孔，通过一个可插入靶座孔的间隙配合插销靶标座作为确立反射球位置的基准。
在无氧铜rfq腔体表面钎焊靶标座可以保证测量的重复精度，但是增加了焊接的成本，且靶标座脱落后无法修复造成标定过程失效。rfq腔体上靶座孔一般是整腔钎焊完成后铣削加工而成，孔的加工精度不易保证，且无氧铜材质较软反复插拔靶标座造成基准孔尺寸扩大，引入了系统测量误差，影响标定结果。
公开内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法，以缓解现有技术中四翼型射频四极场加速器腔体标定时成本高，靶标座易脱落，反复插拔靶标座造成基准孔尺寸扩大从而引入测量误差等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法，包括：步骤1：在加速器腔体表面加工定位圆孔；步骤2：建立用于拟合腔体中心线的空间坐标系一；步骤3：定位圆孔中安装插销靶标座，并测定反射球球心点坐标：步骤4：加工t型靶标孔座；步骤5：低温冷缩安装靶标孔座；步骤6：靶标孔座中安装插销靶标座，并测定各反射球球心点坐标；以及步骤7：将步骤3和6分别测定的反射球球心点坐标数据做最佳拟合分析。
在本公开的实施例中，其中，步骤1所述定位圆孔的直径为d1，深度为h，其中，10≤d1≤13mm，10≤h≤15mm。
在本公开的实施例中，其中，步骤4所述的t型靶标孔座外径为d1，内径为d2，其中，4≤d2≤8mm。
在本公开的实施例中，其中，所述步骤5包括：
将靶标孔座在冷却剂中浸泡20～30分钟后迅速放置在射频四极场加速器腔体表面加工的定位圆孔中。
在本公开的实施例中，其中，所述冷却剂包括液态氮、液态氧或液态空气。
在本公开的实施例中，其中，所述d1和d2的尺寸精度控制为0～+0.02mm。
在本公开的实施例中，其中，步骤7所述最佳拟合分析，拟合误差不大于0.05mm。
在本公开的实施例中，其中，步骤1定位圆孔的数量为10-12个，所述定位圆孔分布在射频四极场加速器腔体三个非支撑表面上，每个面3至4个，定位圆孔不共线且沿中心线分散加工设置。
在本公开的实施例中，其中，步骤4使用合金铜材料加工t型靶标孔座，所述合金铜材料包括：铝青铜、锡青铜、铝黄铜、硅黄铜或铅黄铜。
在本公开的实施例中，其中，步骤3测定的反射球球心坐标作为加速器腔体安装的准直理论数据一，步骤6测定的反射球球心点坐标作为加速器腔体安装的准直理论数据二，所述理论数据二作为加速器腔体准直安装的基础数据，当腔体靶标孔座松动脱落后，对应位置的理论数据一作为射频四极场加速器腔体准直安装的补充数据。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)标定过程中不易因磨损使靶标孔座基准孔尺寸发生变化，进而引入系统测量误差，影响标定结果；
(2)射频四极场加速器腔体标定用靶标孔座材质为铝青铜，锡青铜，铝黄铜，硅黄铜，铅黄铜等合金铜，机械加工精度高，硬度和强度比无氧铜好；
(3)冷缩配合装配安装步骤简单、精度容易控制，且对射频四极场加速器腔体及表面定位圆孔损伤程度较小，装配后靶标孔座不容易脱落；
(4)当射频四极场加速器腔体靶标孔座松动脱落时，对应位置的腔体表面定位圆孔可以作为补充测量点，对于拟合腔体中心线是等价的。
附图说明
图1为本公开实施例的四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法示意图。
图2为本公开实施例安装了支撑架的加速器腔体结构示意图。
图3为本公开实施例安装了靶标孔座的加速器腔体的装配示意图。
图4为本公开实施例安装了靶标孔座的加速器腔体的装配主视示意图。
图5为本公开实施例装了靶标孔座的加速器腔体的装配剖视示意图。
图6为本公开实施例冷缩装配靶标孔座后的放大示意图。
图7为本公开实施例放置反射球的插销靶标座示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-射频四级场加速器腔体；2-靶标孔座；
3-插销靶标座；4-反射球。
具体实施方式
本公开提供了一种四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法，所述标定方法在标定过程中不易产生因磨损而造成的基准孔尺寸的变化，从而降低了系统测量误差，提高了标定结果准确性。高硬度的合金铜材质的靶标孔座在低温状态下冷缩安装，步骤简单可靠，对腔体定位圆孔损伤较小，降低了由于插销靶标座脱落造成标定失效的风险，同时也避免了反复插拔插销靶标座造成基准孔尺寸变化从而引入测量误差等技术问题。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
图1为所述的四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法示意图，如图1所示，所述的四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法，包括如下步骤：
步骤1：在加速器腔体表面加工定位圆孔：
在加速器腔体表面上铣削10-12个直径为d1，深度为h的定位圆孔，其中，10≤d1≤13mm，10≤h≤15mm，精度控制为0～+0.02mm。
步骤2：建立可以拟合腔体中心线的空间坐标系一：
用激光跟踪仪分别采集加速器腔体4个内腔壁平面和2个端平面的采样点数据，建立可以拟合射频四极场加速器腔体中心线的空间坐标系一，坐标原点为腔体的几何中心上。
步骤3：定位圆孔中安装插销靶标座，并测定反射球球心点坐标：
将腔体表面的定位圆孔编号，按顺序逐个插入放置了反射球、配合尺寸为d1的插销靶标座，记录反射球球心的点坐标，将所述坐标数据作为准直的理论数据一。
步骤4：加工t型靶标孔座：
用数控车床加工一组外径为d1，内径为d2的t型靶标孔座。其中，4≤d2≤8mm，所述d2尺寸精度控制为0～+0.02mm。
步骤5：低温冷缩安装靶标孔座：
将靶标孔座在冷却剂中浸泡20～30分钟后迅速放置在射频四极场加速器腔体表面加工的定位圆孔中，并用橡皮锤敲击使两者完全接触。
所述冷却剂包括液态氮、液态氧或液态空气。
图6为冷缩装配靶标孔座后的放大示意图，即经过步骤5后靶标孔座安装完成后的状态。
步骤6：靶标孔座中安装插销靶标座，并测定各反射球球心点坐标：
先重复步骤2，恢复重建空间坐标系一，然后将腔体靶标孔座编号，按顺序逐个插入放置了反射球、配合尺寸为d2的插销靶标座，记录反射球球心的点坐标，作为准直的理论数据二。
步骤7：将步骤3和6分别测定的反射球球心点坐标数据做最佳拟合分析：
将准直的理论数据一与理论数据二进行最佳拟合，拟合误差不大于0.05mm为宜。
在本公开的一些实施例中，所述理论数据二作为射频四极场加速器腔体准直安装的基础数据，当腔体靶标孔座松动脱落后，对应位置的理论数据一可以作为射频四极场加速器腔体准直安装的补充数据。二者对于拟合射频四极场加速器腔体中心线是等价的。
在本公开的一些实施例中，图2至图5为安装了靶标孔座的加速器腔体的结构示意图，如图2至图5所示，所述定位圆孔分布在射频四极场加速器腔体三个非支撑表面上，每个面3至4个，要求圆孔不共线且尽量沿中心线分散布置。
在本公开的一些实施例中，所述的靶标孔座材质为铝青铜，锡青铜，铝黄铜，硅黄铜，铅黄铜等合金铜。所述合金铜耐磨性好，强度高，热膨胀系数与纯铜接近，当温度漂移时，不会因热膨胀系数过小导致靶标孔座脱离，或者因热膨胀系数过大，导致靶标孔受到很大应力，影响射频四极场加速器的性能。
在本公开的一些实施例中，所述的靶标孔座与射频四极场加速器腔体表面定位圆孔在常温下为过盈配合，装配方式为低温冷缩安装。
在本公开的一些实施例中，图7为放置反射球的插销靶标座示意图，如图7所示，所述的靶标孔座内孔与插销靶标座尺寸配合加工，装配后要求插销靶标座可手动旋进靶标孔座内孔，保证二者的同心度。
在本公开的一些实施例中，所述的射频四极场加速器腔体表面定位圆孔可以作为靶标孔标定射频四极场加速器腔体中心线，当靶标孔座松动脱落时该组标定数据可以拟合腔体中心线。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)靶标孔座还可以用内嵌靶标孔座来代替；
(2)定位圆孔可以用限位孔来代替；
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开四翼型射频四级场加速器的标定方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种四翼型射频四极场加速器腔体的标定方法，所述标定方法在标定过程中不易产生因磨损而造成的基准孔尺寸的变化，从而降低了系统测量误差，提高了标定结果准确性。高硬度的合金铜材质的靶标孔座在低温状态下冷缩安装，步骤简单可靠，对腔体定位圆孔损伤较小，降低了由于插销靶标座脱落造成标定失效的风险，同时也避免了反复插拔插销靶标座造成基准孔尺寸变化从而引入测量误差等技术问题。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。