专利名称：用于east装置中的组合式大尺寸精密测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全超导非圆截面托卡马克装置精密测量系统，尤其涉及全超导非圆截面托卡马克装置非可视窗口的高精密测量和内部部件装配测量系统。
背景技术：
EAST装置磁场的磁力线以一定角度与周围面对等离子体的壁相交，等离子体的能量沿着磁力线沉积在偏滤器靶板上。由于磁力线本身的轨迹是规则的，如果面对等离子体部件的面未遵循磁力线的规则，磁力线与靶板相交将是不均匀分布，等离子体的能量沉积在靶板上就会形成某些局部的集中。一旦形成能量的集中，面对等离子体部件的局部热负载会急剧上升，造成第一壁材料的烧蚀，形成大量杂质，这是核聚变装置中不希望有的事 件。为了避免这样的事件发生，偏滤器靶板等面对等离子体部件除了有足够的主动冷却能力、使来自等离子体的能量能适时地排出装置外，面对等离子体部件的所有模块的所有石墨瓦形成的面对等离子体面，必须具有一定的精度，使得整个面上每一部分单位面积上的磁通量的值基本相等。磁力线与靶板的夹角越小，靶板上的能流密度将越低；如果面对等离子体部件的靶板某一局部因为安装误差高出理想面，高出理想面的石墨瓦与更多磁力线相交，使其上所沉积的热量更多，而且高出来的石墨瓦侧面与磁力线的夹角
珥= KJa-5，显然要比5角大。根据公式(I)
sin &如果上游刮削层中热流密度& 一定4角越小,靶板上的热流密度就越小。这
就要求安装面对等离子体部件时，要控制每块石墨瓦的安装精度。最主要的是传统的模板测量方法，由于在装配测量过程不是直接可视化测量，同时采用的吊线和尺子测量方法，除了大厅内测量控制网点误差、光学测量仪器误差、梯形模板复位误差和星型模板复位误差等这些固有误差外，经过初步计算，固有误差为±0. 43mm,不同的人对吊线和刻度尺的读数会不一样，主观对最终系统的误差影响更大。最主要的是传统模板测量方法无法克服个别窗口封上后的可视化问题。特别是在面对等离子体内部部件的改造再装配过程中，由于外围设备的安装，装置外杜瓦不可能再打开，允许打开的窗口也十分有限，再加上装置真空室内部空间狭小且不规则，给装置内部部件的安装定位带了很多困难。因此有必要研究这种组合式大尺寸精密测量系统来解决以上问题。同时这种技术可为我国未来聚变堆的建设提供高精度的测量解决方法。世界上现有并投入运行的核聚变装置有俄罗斯T-15、法国Tore-supra、韩国KSTAR、日本 JT-60SC、欧盟 JET、美国 TFTR、印度 SST-1、日本 JT-60SC、中国的 HT-7 和 EAST等，在建的超导托卡马克核聚变装置有ITER等。虽然它们结构相似，但由于其实验参数不同，装置的尺寸大小和精度要求也各不相同，因此它们的安装测量方法也不尽相同。EAST在装配和前几轮实验中采用全站仪、经纬仪、水准仪等测量仪器和相关测量模板来完成基准点的准直、内部部件的装配、变形的监测等测量问题。但随着EAST每次实验参数的提高，以及外围诊断和辅助设备的增加而带来的视线遮挡等问题，其原有的基准点准直、部件装配定位等测量方法和其测量精度都需进一步的改进和提升。Edgar Bogusch等提出对于ITER的装配和准直测量，使用的是标准光学测量系统，包含有激光跟踪仪，柔性摄像头，关节臂等，来对可视化和非可视化窗口进行装配测量。随着EAST装置实验的不断深入，诊断设备不断增加，每次测量时能打开窗口越来越少，不能准确的把外部基准点引到真空室内部，这样真空室内部部件装配和准直测量就没有了基准做依据。并且装置真空室内部空间狭小，很多光学仪器如全站仪和激光跟踪仪等不具有通视条件，需多次转站，甚至仪器无法放到真空室内部。因此世界上现有并投入运行的核聚变装置中EAST第一次提出利用激光跟踪仪和关节坐标测量机的组合式大尺寸精密测量系统。实用新型内容本实用新型的目的就是为了弥补原有方法中误差过大、无法解决非可视化窗口测量、无法实时显示测量结果以指导装配和高精度和便捷的实现对EAST实验前后内部部件·和真空室变形的监测等问题，提供一种由激光跟踪仪和关节坐标测量机组成的用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统。本实用新型是通过以下技术方案实现的用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，包括有EAST实验装置、EAST实验大厅，EAST实验装置的真空室包括有多个可打开真空窗口和多个非可视化窗口，EAST实验大厅包括有大厅一层平台、大厅二层平台，位于大厅一层平台和大厅二层平台之间的大厅墙壁上设有大厅墙上基准点，大厅一层平台上设有地面基准点，其特征在于大厅一层平台上还设有用于观测大厅墙上基准点和地面基准点的激光跟踪仪，所述的激光跟踪仪对EAST实验大厅的所有基准点进行自由设站和转站并分析修订误差后把大厅墙上基准点和地面基准点从可打开真空窗口转移到真空室中作为临时基准点，真空室中还设有用于观测临时基准点的关节坐标测量机，所述的关节坐标测量机身与测量头之间连接关节臂；所述的非可视化窗口里位于关节坐标测量机测程范围内的地方建立有蛙跳基准件；所述的关节坐标测量机还通过数据传输线通信连接有显示器。所述的用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于真空室内非可视窗口和其它所需监测的部件的关键部位焊接有监测标记。所述的用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于所述的关节坐标测量机放置于底座上，底座的位置可移动。所述的用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于所述的测量头定位后，关节臂由螺钉紧钉。本实用新型的工作原理是I)首先利用激光跟踪仪高精度测量、能转站和自由设站的功能和特点，在EAST实验大厅中找个尽可能多的观测到大厅墙上测量基准点的位置放置调好激光跟踪仪，对大厅的所有基准点进行自由设站和转站并分析修订误差，然后快捷而高精度的把外围基准网转移到真空室中。2)然后把关节臂放置在真空室中使得关节坐标测量机头能测到真空室内基准点的位置，基准点是靶标底座，或多个固定的锥窝，再把底部螺钉固定好关节臂的位置，关节坐标测量机测量真空室内新建的基准点底座或锥窝，完成激光跟踪仪和关节坐标测量机之间的相互定位，因两窗口分度线之间距离小于关节坐标测量机I. Sm的测量范围，这样就可以实现利用关节坐标测量机来测量旁边非可视化的窗口 ；跟上面同样的原理，关节坐标测量机的“蛙跳”和转站功能可以测量更多无法打开窗口的真空室内部工况。3)关节坐标测量机的测量值能自动转换并通过数据线输到显示器中，通过此现场显示技术的功能可实现对EAST内部部件的实时装配。因每个内部部件都有相对装置坐标原点的坐标值，施工中就可一边装上部件，一边测量通过显示器看到数值，然后微调部件位置以到达理论的坐标值。4)由于EAST装置实验中存在局部高温和局部低温、复杂电磁力和等离子体破裂等情况，内部部件和真空室实验前后的可能会有所变化，以前的检测方法，由于视线遮挡等问题，不能快速、方便的完成变形检测，不能解决上述遇到的监测难题。本实用新型只要在所需检测的部件的关键部位做个标记，在实验之前用关节坐标测量机测量该标记处的坐标 值，等实验完成后再测，前后两次坐标值的对比就能高精度和便捷的实现对EAST实验前后内部部件和真空室变形的监测。本实用新型的优点是I)精度提高激光跟踪仪的误差绝对测距精度是± 10 y m，角度测量的误差为±7. 5 y m +6 U m/m，锥测试精度±0.026 mm，长度精度±0. 037mm ;而原有方法中大厅内测量控制网点误差、光学测量仪器误差、梯形模板复位误差和星型模板复位误差等这些固有误差经初步计算为±0. 43mm，这还不包括不同的人对吊线和刻度尺的读数的区别。因此，本实用新型的测量精度得到很大提闻。2)实现非可视化窗口的测量问题因为随着EAST装置实验的不断深入，诊断设备不断增加，每次测量时能打开窗口越来越少，不能准确的把外部基准点引到真空室内部，这样真空室内部部件装配和准直测量就没有了基准做依据。并且装置真空室内部空间狭小，很多光学仪器如全站仪和激光跟踪仪等不具有通视条件，需多次转站，甚至仪器无法放到真空室内部。本实用新型用激光跟踪仪和关节坐标测量机的相互定位和关节坐标测量机的“蛙跳”功能即可实现非可视化窗口的测量问题。3)能实时显示测量结果以指导装配本实用新型的关节坐标测量机的测量值能自动转换并通过数据线输到显示器中，通过此现场显示技术的功能可实现对EAST内部部件的实时装配。因每个内部部件都有相对装置坐标原点的坐标值，施工中就可一边装上部件，一边测量通过显示器看到数值，然后微调部件位置以到达理论的坐标值。4)本实用新型能高精度和便捷的实现对EAST实验前后内部部件和真空室变形的监测，这在原来传统的模板测量方法中是无法实现的。
图I为本实用新型中大厅基准网转移和真空室内临时基准点建立的示意图。图2为本实用新型中关节坐标测量机的“蛙跳”和对EAST非可视化窗口测量的示意图。[0033]图3为本实用新型中现场显示技术对EAST实验前后内部部件和真空室变形监测的示意图。图中I.激光跟踪仪，2.大厅墙上测量基准点，3.地面测量基准点，4.临时基准点，5. EAST托卡马克装置，6.可打开真空窗口，7.非可视化窗口，8.大厅二层平台，9.大厅一层平台，10.关节坐标测量机，11.蛙跳基准件，12.关节坐标测量机的测量头，13.关节坐标测量机蛙跳前底座位置，14.关节坐标测量机蛙跳后底座位置，15.真空室，16.监测标记，17.数据传输线，18.显示器。
具体实施方式
如图1-3所示，用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，包括有EAST实验装置5、EAST实验大厅，EAST实验装置5的真空室15包括有多个可打开真空窗口 6和多个非可视化窗口 7，EAST实验大厅包括有大厅一层平台9、大厅二层平台8，位于大厅一层平台9和大厅二层平台8之间的大厅墙壁上设有大厅墙上基准点2，大厅一层平台9上设有地面基准点3，首先利用激光跟踪仪I在EAST实验大厅中找个尽可能多的能观测到大厅墙上测量基准点2和地面测量基准点3的位置放置调好，对大厅的所有基准点进行自由设站和转·站并分析修订误差，然后快捷而高精度的把大厅墙上测量基准点2和地面测量基准点3等外围基准网从可打开真空窗口 6转移到EAST实验装置5的真空室15中，并在真空室15内建立起测量临时基准点4。在真空室15内找到合适的位置和工件配合放置好关节坐标测量机10，用关节坐标测量机的测量头12测临时基准点4，完成关节臂坐标测量机10的定位，然后在关节坐标测量机10能够测量范围内的地方对真空室内部相关部件和位置进行测量。对于EAST无法打开的窗口即非可视化窗口 7，在真空室15内找任意三个或三个以上的点，同时转动关节坐标测量机10对这任意三个或三个以上的点进行测量，这样就建立起了临时的蛙跳基准件11 ;把关节坐标测量机10的底座从位置13移动到位置14，用关节坐标测量机的测量头12测蛙跳基准件11，完成关节臂坐标测量机10的再次定位，然后在关节坐标测量机10能够测量范围内的地方对真空室内部相关部件和位置进行测量，这样就可实现关节坐标测量机10的“蛙跳”和对EAST非可视化窗口 I的测量和检测。关节坐标测量机的测量值能自动转换并通过数据传输线17传输到显示器18中，通过此现场显示技术的功能可实现对EAST内部部件的实时装配。为了解决由于视线遮挡等原因不能快速且方便的完成变形检测，本实用新型在所需检测部件的关键部位做监测标记16，在实验之前用关节坐标测量机10测量该监测标记16的坐标值，等实验完成后再测，前后两次坐标值的对比就能高精度和便捷的实现对EAST实验前后内部部件和真空室变形的监测。
权利要求1.一种EAST组合式大尺寸精密测量系统，包括有EAST实验装置、EAST实验大厅，EAST实验装置的真空室包括有多个可打开真空窗口和多个非可视化窗口，EAST实验大厅包括有大厅一层平台、大厅二层平台，位于大厅一层平台和大厅二层平台之间的大厅墙壁上设有大厅墙上基准点，大厅一层平台上设有地面基准点，其特征在于大厅一层平台上还设有用于观测大厅墙上基准点和地面基准点的激光跟踪仪，所述的激光跟踪仪对EAST实验大厅的所有基准点进行自由设站和转站并分析修订误差后把大厅墙上基准点和地面基准点从可打开真空窗口转移到真空室中作为临时基准点，真空室中还设有用于观测临时基准点的关节坐标测量机，所述的关节坐标测量机身与测量头之间连接关节臂；所述的非可视化窗口里位于关节坐标测量机测程范围内的地方建立有蛙跳基准件；所述的关节坐标测量机还通过数据传输线通信连接有显示器。
2.根据权利要求I所述的EAST组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于真空室内非可视窗口和其它所需监测的部件的关键部位焊接有监测标记。
3.根据权利要求I所述的EAST组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于所述的关节坐标测量机放置于底座上，底座的位置可移动。
4.根据权利要求I所述的EAST组合式大尺寸精密测量系统，其特征在于所述的测量头定位后，关节臂由螺钉紧钉。
专利摘要本实用新型公开了一种用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统，大厅一层平台上设有用于观测大厅墙上基准点和地面基准点的激光跟踪仪，激光跟踪仪对EAST实验大厅的所有基准点进行自由设站和转站并分析修订误差后把大厅墙上基准点和地面基准点从可打开真空窗口转移到真空室中作为临时基准点，真空室中还设有用于观测临时基准点的关节坐标测量机，关节坐标测量机与测量头之间连接关节臂；非可视化窗口里位于关节坐标测量机测程范围内的地方建立有蛙跳基准件；关节坐标测量机还通过数据传输线通信连接有显示器。本实用新型的测量精度高，解决了非可视化窗口不易测量、无法实时显示测量结果以指导装配以高精度和便捷的实现对EAST实验前后内部部件和真空室变形的监测的问题。
文档编号G01B21/32GK202494441SQ20122005773
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者刘旭峰, 奚维斌, 宋云涛, 王声铭, 覃世军, 郑福斌, 高大明 申请人:中国科学院等离子体物理研究所