用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构的制作方法

本实用新型涉及X射线束线装置领域，尤其涉及一种用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构。

背景技术：

双晶单色仪是X射线光束线装置的核心光学部件，其采用晶面相同且平行放置的两块晶体(即第一晶体与第二晶体)作为色散元件，基于Bragg衍射原理可以将同步辐射装置或X光机产生的连续分布的光谱单色化，以满足实验的用光要求。

为了满足聚焦镜及后端设备对双晶单色出射光高度的精度要求，双晶单色仪在进行能量扫描时的出射光与入射光需要平行，且高度变化值越小越好。图1为现有技术中的双晶单色仪的结构示意图，双晶单色仪10主要包括：转台1，用于调节入射光与第一晶体1A的晶面间的Bragg角，第一晶体1A的晶面通过转台中心O；T机构2，其与转台1相结合，使得晶体Bragg角θ改变时，通过T机构的调节保证出射光光束的垂直位置固定；第二晶体微调机构3，用于调节第二晶体3A的位姿，以消除两块晶体晶面间因T机构2自身安装误差导致两晶体晶面的平行度误差。

目前，第二晶体微调机构3普遍使用柔性铰链作为回转元件，其基本工作原理是，在柔性方向转动时输入力或力矩，它与转动的角位移成线性关系，可用于绕轴作有限角的旋转。但是采用柔性铰链调节第二晶体3A的位姿后，由于柔性铰链发生了弹性形变，其铰链颈部两侧产生的力不平衡导致有应力持续作用在微调机构3的支撑板上，进而使第二晶体的位姿持续变化，即第一晶体1A和第二晶体3A之间的平行度持续改变，从而使X射线的出光束流强度不断变化。相关实验结果表明，在位姿调节完成后的两周内，最大变化甚至可达40％/5h，无法满足X射线探测器的能量线性、能量分辨率及探测效率的标定需求。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的上述缺陷或不足，本实用新型提供了一种用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构，其至少能够改善X射线光束线的出光强度的稳定性。

根据本实用新型的一方面，提供了一种用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构，所述第二晶体微调机构包括：支撑板件，其包括上支撑板、中支撑板和下支撑板，所述上支撑板与所述双晶单色仪的T机构连接，所述下支撑板与所述第二晶体的固定槽连接；安装方向相互垂直的两个轴承结构，分别固定于所述支撑板件的所述上支撑板与所述中支撑板的一侧之间和所述中支撑板的另一侧与所述下支撑板之间；两个弹性件，所述两个弹性件与所述两个轴承结构一一相对地设置在同一安装平面内且相隔一定间距；以及两个直线电机，分别安装于所述上支撑板上且靠近一个所述弹性件和所述中支撑板上且靠近另一个所述弹性件，并且分别以一个所述轴承结构为支点而驱动所述中支撑板、所述下支撑板分别相对于所述上支撑板、所述中支撑板转动，以分别调节所述第二晶体的投角和滚角。

优选地，所述两个轴承结构的每个包括：支撑座，其包括安装座和设置于所述安装座两侧的具有内孔的两个轴座，所述支撑座通过所述安装座而固定于所述中支撑板的上面或者所述下支撑板的上面；一对轴承座，设置于所述支撑座的两端，所述一对轴承座的每个包括与所述支撑座的所述轴座同轴的轴承孔和与所述支撑座的所述安装座方向相反的的固定座，所述一对轴承座通过所述固定座固定于所述上支撑板的底面或者所述中支撑板的底面；一对轴承，所述一对轴承的外圈分别安装于所述一对轴承座的轴承孔内；一对垫片，所述垫片设置为具有内孔的环形件，所述一对垫片分别设置于所述支撑座的轴座的两端与相对应的所述一对轴承座内的轴承之间；以及轴，所述轴穿过所述支撑座的两个轴座的内孔、所述一对垫片的内孔以及所述一对轴承的内圈，从而使所述轴承结构连接为一体。

优选地，所述一对轴承均为无油轴承。

优选地，所述支撑座的所述安装座上设置有多个定位孔，通过螺钉或螺栓将所述支撑座固定于所述中支撑板的上面或者所述下支撑板的上面。

优选地，所述轴承座的固定座上设置有多个定位孔，通过螺钉或螺栓将所述轴承座固定于所述上支撑板的底面或者所述中支撑板的底面。

优选地，所述弹性件包括双头螺栓、拉伸弹簧、一对紧固螺母和垫片，所述双头螺栓穿过所述拉伸弹簧而安装于所述上支撑板与中支撑板之间，或者所述中支撑板与所述下支撑板之间，并通过所述一对紧固螺母和垫片固定所述双头螺栓的两端。

本实用新型的用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构采用轴承结构代替原来的柔性铰链，可实现第二晶体的投角和滚角的二维调节，且使调节后的机构保持稳定状态，保证了第一晶和第二晶的晶面之间的平行度不随时间变化，进而保持出光束流的强度稳定性，可以满足X射线探测器的探测效率标定的要求。

附图说明

通过参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。其中显示：

图1为现有技术中的双晶单色仪的结构示意图；

图2为双晶单色仪中入射光相对于晶体的投角与滚角的示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例的用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构的立体视图；

图3A示出了图3中的第二晶体微调机构在OYZ平面上投影后的视图；

图4示出了图3中的第二晶体微调机构的轴承结构的立体视图；

图4A示出了图4中的轴承结构的B-B剖面视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

图2为双晶单色仪中入射光相对于晶体的投角与滚角的示意图。

如图2所示，建立晶体晶面的OXYZ坐标系，入射光α平行于YOZ平面入射到晶体的晶面上，并以出射光β发射出去。其中，晶体绕X轴转动的角度为投角(Pitch angle)，绕Y轴转动的角度为滚角(Roll angle)。

具有连续谱分布的X射线以角度θ(Bragg角)入射到第一晶体晶面上，并在晶体表面发生布拉格衍射，实现出射光的单色化。双晶单色仪的第一晶体通过绕其晶面上OX轴转动改变Bragg角θ，进而改变出射的单色光能量。第二晶体晶面与第一晶体晶面平行，其作用是改变第一晶体出射的单色光的方向使其与入射光方向平行。由于双晶单色仪的T机构的自身安装误差导致第一晶体与第二晶体的晶面不是严格平行，第一晶体安装于转台后位置固定，要消除两块晶体晶面间的平行度误差只能通过调节第二晶体的位姿即投角与滚角来实现，而第二晶体微调机构即是调节第二晶体的投角和滚角的装置。

图3示出了根据本实用新型实施例的用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构的立体视图，图3A示出了图3中的第二晶体微调机构在OYZ平面上投影后的视图。

如图3所示，建立OXYZ坐标系，用于T机构双晶单色仪的第二晶体微调机构100包括：支撑板件110、两个轴承结构120、两个弹性件130以及两个直线电机140。本机构中对投角和滚角进行微调的驱动方式采用偏置式驱动，即直线电机140和弹性件130位于轴承结构120的同侧。

支撑板件110包括上支撑板111、中支撑板112和下支撑板113，上支撑板111与双晶单色仪的T机构连接，下支撑板113与第二晶体的固定槽200连接。其中，上支撑板111与中支撑板112的长度方向对应于OXYZ坐标系的Y轴。

两个轴承结构120的安装方向相互垂直，其中一个轴承结构120固定于支撑板件110的上支撑板111与中支撑板112的一侧之间，其轴向对应于OXYZ坐标系的X轴，该轴承结构120旋转的角度即第二晶体绕OX轴转动的投角。另一个轴承结构120固定于支撑板件110的中支撑板112的另一侧与下支撑板113之间，其轴向对应于OXYZ坐标系的Y轴，该轴承结构120旋转的角度即第二晶体绕Y轴转动的滚角。

两个弹性件130与两个轴承结构120一一相对地设置在同一安装平面内且相隔一定间距。弹性件130包括双头螺栓、拉伸弹簧、一对紧固螺母和垫片，双头螺栓穿过拉伸弹簧而安装于上支撑板111与中支撑板112之间，或者中支撑板112与下支撑板113之间，并通过一对紧固螺母和垫片固定双头螺栓的两端，如图3A所示。

两个直线电机140优选为高精度步进电机，轴向方向均对应于OXYZ坐标系的Z轴。两个直线电机140分别安装于上支撑板111上且靠近一个弹性件120和中支撑板112上且靠近另一个弹性件120，并且分别以一个轴承结构为支点而驱动中支撑板112、下支撑板113分别相对于上支撑板111、中支撑板112转动，以分别调节第二晶体的投角和滚角。

直线电机140的输出轴位于初始位置，弹性件130主要用于克服第二晶体微调机构100自身的重力。直线电机140的输出轴驱动中支撑板112或者下支撑板113相对于轴承结构120运动过程中将产生动力矩，此时弹性件130中的拉伸弹簧将被拉伸而相对于轴承结构120产生反力矩，以保持力矩平衡。

本实施例中的轴承结构120是第二晶体微调机构100的关键部件，与现有技术中的柔性铰链不同，其在投角和滚角调节的过程中自身没有任何弹性形变，不存在应力释放的过程，其仅作为投角或滚角变化的支点。直线电机140是驱动第二晶体的投角、滚角变化的唯一动力，支撑板件110与安装方向相互垂直的两个轴承结构120的组装方式实现了投角与滚角的微调串联。调节完成之后系统能维持在平衡状态，使第二晶体和第一晶体之间的平行度不发生改变，进而保证了出光束流强度的稳定。

下面结合附图详细描述轴承结构120的具体结构。

图4示出了图3中的第二晶体微调机构的轴承结构的立体视图，图4A示出了图4中的轴承结构的B-B剖面视图。

如图4、4A所示，轴承结构120包括：支撑座121、一对轴承座122、一对轴承123、一对垫片124和轴125。

支撑座121包括安装座121A和设置于安装座121A两侧的具有内孔的两个轴座121B，支撑座121通过安装座121A而固定于中支撑板112的上面(对应于投角的微调)或者下支撑板113的上面(对应于滚角的微调)。

一对轴承座122设置于支撑座121的两端，每个轴承座122包括与支撑座121的轴座121B同轴的轴承孔122B和与支撑座121的安装座121A方向相反的的固定座122A，一对轴承座122通过固定座122A固定于上支撑板111的底面(对应于投角的微调)或者中支撑板112的底面(对应于滚角的微调)。

一对轴承123中的每个轴承123的外圈安装于轴承座122的轴承孔122B内。需要说明的是，如果双晶单色仪用于真空环境系统，轴承123需要可以选用无油轴承，避免润滑油脂在真空中的气化放气而影响环境的真空度。

一对垫片124中的每个垫片设置为具有内孔的环形件，一对垫片124分别设置于支撑座121的轴座121B的两端与相对应的一对轴承座122内的轴承123之间，以限制轴125的轴向窜动。

轴125穿过支撑座121的两个轴座121B的内孔、一对垫片124的内孔以及一对轴承123的内圈，从而使轴承结构120连接为一体。

实验结果表明，出光束流强度对第二晶体的投角更敏感，以投角的微调为例，对应于投角微调的直线电机140固定于上支撑板111上，其输出轴一端将驱动中支撑板112绕轴承结构120的轴线转动，由于轴承结构120分别固定于上支撑板111和中支撑板112之间，上支撑板111和中支撑板112在其内部的轴125和一对轴承123的作用下将相互转动，弹性件130可以有效缓冲投角调节过程中的振荡，并且由于轴承结构120为刚性件而不会产生任何弹性形变，有效调节了第二晶体的投角角度，关于滚角的微调方法与之类似，此处不再赘述。

本实施例中的第二晶体微调机构100在调节角度后能够保持稳定状态，保证第一晶体和第二晶体的晶面之间的平行度不随时间变化，进而保持出光束流的强度稳定性。试验结果表明，24h内该第二晶体微调机构的出光束流强度的相对标准偏差仅小于1％，能够满足探测效率标定对束流强度稳定性的要求。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。