解决方案

大科学装置中的运控平台

用于光束线站中的花岗岩工作台

摘要

在过去几年中,我国的科学家们自主研发了多款 X 射线光学系统。如超长气浮检测平台、镜箱系统,一系列基于高分辨率调姿平台以及嵌入式与空气轴承组合的花岗岩工作台,旨在实现高机械稳定性和热稳定性。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商





引言 


这些大科学装置在满足国家重大战略需求和工业核心创新能力研究需求的同时,还将引领产业实现跨越式发展,在新材料、半导体芯片、创新药、纳米材料等众多领域的开发应用研究中提供有力支撑。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商


作为第四代同步辐射装置,其光束在尺寸、发散度和通量方面具备卓越性能。因此,光束线光学元件(如单色仪和反射镜系统)必须具备相应的性能,以实现精准的能量选择,并控制样品处光束的位置和尺寸 —— 这一切均始于稳固且稳定的机械支撑。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商





花岗岩被选为新一代机械工作台的基材,原因在于其兼具优异的弹性模量 - 密度比与极低的热膨胀系数,这种组合使其同时具备良好的热稳定性和机械性能。此外,高能所的老师们为提高光学元件装配的稳定性并降低复杂度,设计中仅保留真空环境下必需的自由度(DoF),而所有定位和对准所需的其他自由度由工作台提供。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商



结构

由于沿光束轴(z 轴)的光学元件定位通常无严格规格要求,花岗岩工作台被设计为支持其余 5 个自由度的定位与对准,即:水平轴平移(Tx)、垂直轴平移(Ty),以及相关的旋转自由度(Rx、Ry、Rz)。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商



通过优化设计,一套标准概念方案可满足不同光学元件的严苛规格要求。楔形调整机构可实现 Ty1、Rx 和 Rz 自由度,用于短行程高度定位和调平。上层通过功能性空气轴承组件,使不同花岗岩块相对定位,从而实现额外的自由度。Tx 和 Ry 自由度的设计旨在克服初始装配和对准误差。对于侧反射偏转的反射镜系统,除上述两个自由度外,还增加了大行程 Ty2 自由度。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商

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选择功能性气浮平台的核心目标是最大化整体机械稳定性和热稳定性,并有效优化工作台的整体刚度。该方案可在单一界面上整合多个自由度,从而减少花岗岩部件数量和直接接口,简化结构设计。气浮运动仅在对准过程中启用,断气后工作台可视为从地面延伸至光学元件的一体化结构。若采用传统导向元件,刚度链中会增加更多部件,且接口数量显著增多,易导致性能受限。此外,结合嵌入式与气浮导轨方案可大幅提升设计灵活性:嵌入式空气轴承用于支撑,断气时花岗岩部件可直接接触;通过在花岗岩块特定加工区域集成空气轴承,设计优化几何形状的接触垫,可实现高确定性(尤其是在刚度和稳定性方面),且接触垫上的标准凹槽可改善压力分布,降低工作压力。气浮导轨承则作为导向元件,在花岗岩块直接加工的内外轨道上运行,每个元件仅约束一个自由度,可通过合理布局实现高质量导向,避免过约束问题 —— 这也是在单一界面上实现多个自由度的关键特性。恩迪www.jn-nd.com大理石运动平台源头制造商


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