技术领域
[0001] 本
发明涉及针对加速器的换靶技术领域，尤其是涉及一种针对加速器的换靶机构的定位系统及其定位方法，特别是一种用于100MeV回旋加速器的剥离引出旋转式换靶机构的系统及其精确定位方法。
背景技术
[0002] 回旋加速器,英文：Cyclotron,它是利用
磁场和
电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置。是高能物理中的重要仪器。
[0003] 特别是由于质子回旋加速器，尤其是100MeV回旋加速器具有体积小、平均流强大、束流连续、可加速多种粒子的特点，其被广泛应用在物理研究、航空航天、
生物医学等领域。例如，质子束能够模拟外太空的
辐射环境，可作为航天单粒子效应和仪器抗辐射检测的有效方法，重离子束的离子半径具有可选择性，可用来制造核膜孔。质子回旋加速器装置主要由加速器和一系列的束流传输部件组成。
[0004] 而质子回旋加速器，特别是100MeV回旋加速器是通过其设置在
真空腔内的剥离膜把加速引出的负氢粒子剥离掉两个
电子，以此来变成质子，剥离膜设置在真空腔内的方式是：在真空腔内设置有圆盘状靶盘，在圆盘状靶盘上设置有插槽，然后把圆盘状靶盘转动到插槽面向靶杆的
位置，定位完成后再把安装有连接着剥离膜的靶片的靶杆面对着插槽移动，直至把连接着剥离膜的靶片插入插槽，这样就能把剥离膜设置在真空腔内，以待完成把加速引出的负氢粒子剥离掉两个电子，以此来变成质子。
[0005] 但是作为运动设备的靶杆和圆盘状靶盘需要精准定位，方能实现把连接着剥离膜的靶片插入插槽，另外作为运动设备的靶杆和圆盘状靶盘的运动过程是在真空腔这样一个相对隐蔽的空间内，不便于观察其运动过程，容易较大的偏差，常常无法达到精准的定位要求。就比如100MeV质子回旋加速器的靶杆和圆盘状靶盘的定位过程，传统的做法是通过用来检测靶杆位移的电子尺所得到数据来判断靶杆是否运行到把连接着剥离膜的靶片插入插槽中的位置，以此来确定连接着剥离膜的靶片插入插槽的位置的精准性，具体而言就是把电子尺反馈回的
电压与给定电压相减后得到的差值是否落在设定的允许的偏差范围来确定剥离膜的靶片插入插槽的位置的精准性，但由于靶盘转动存在的机械误差，很难做到精准定位，无法满足要求。鉴于上述方法存在的缺点，需要一种针对靶杆和圆盘状靶盘的精确定位方法。
发明内容
[0006] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种针对加速器的换靶机构的定位系统及其定位方法，通过光电
开关及其相连的
控制器，实现了针对靶杆和圆盘状靶盘的精确定位。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种针对加速器的换靶机构的定位系统，包括:插板
阀、设置在加速器的真空腔中的靶盘、设置在所述真空腔外的靶杆、直线驱动装置以及旋转驱动装置；
[0008] 所述插板阀位于真空腔的一端部；
[0009] 所述靶盘包括靶盘盘体，所述靶盘盘体与旋转驱动装置连接，所述靶盘盘体的一个圆形壁面或者一个扇形壁面上设有凸起的V型槽，所述V型槽的数量为若干，所述V型槽沿周向均匀环绕分布在该圆形壁面或者该扇形壁面上，所述V型槽内的一个边壁上开有插槽；
[0010] 所述靶杆与直线驱动装置连接；
[0011] 还包括定位设备，所述定位设备用来把插槽转到所述靶杆能够把连接着剥离膜的靶片准确插入的位置。
[0012] 通过采用上述技术方案，就能通过所述定位设备用来把插槽转到所述靶杆能够把连接着剥离膜的靶片准确插入的位置，实现了针对靶杆和圆盘状靶盘的精确定位。
[0013] 本发明进一步设置为：所述定位设备包括定位孔、光电开关、控制器以及位移
传感器；
[0014] 所述定位孔为在所述V型槽内的那部分所述靶盘盘体的圆形壁面或者扇形壁面上开有的贯通孔；
[0015] 所述光电开关包括光轴正对设置的发射端和接收端，所述接收端与所述控制器连接，所述接收端设置在所述真空腔中，所述发射端设置在所述真空腔外部，所述靶盘盘体处在所述发射端和接收端之间，在所述定位孔旋转到与所述光轴在同一高度时，所述发射端发射出的光线就能透过所述定位孔而被所述接收端所接收，且在所述定位孔旋转到与所述光轴在同一高度时实时停止旋转的条件下，所述靶杆在直线驱动装置的驱动下就能准确的把连接着剥离膜的靶片插入所述插槽中；
[0016] 所述位移传感器与所述控制器连接，所述位移传感器用来检测所述靶杆的位移量。
[0017] 通过采用上述技术方案，在所述定位孔旋转到与所述光轴在同一高度时实时停止旋转的条件下，所述靶杆在直线驱动装置的驱动下就能准确的把连接着剥离膜的靶片插入所述插槽中，而不会由于靶盘的转动的机械误差使得连接着剥离膜的靶片不能插入所述插槽中，实现了精准的定位，而根据所述位移传感器检测到的所述靶杆的位移量，来确定所述靶杆的位移量是不是达到了从其初始位置行进到能够准确的把连接着剥离膜的靶片插入到插槽的位置所需的位移量，由此就能判断出连接着剥离膜的靶片是否插入到插槽中，以此来准确控制连接着剥离膜的靶片插入到插槽的进度。
[0018] 本发明进一步设置为：所述位移传感器为电子尺，所述真空腔室之外固定有固定座，所述电子尺固定在所述固定座上，所述电子尺的活动模
块与所述靶杆相连。
[0019] 通过采用上述技术方案，结合电子尺的结构，加上活动模块运动的方向与所述靶杆移动的方向平行，就能活动模块移动的位移量与所述靶杆移动的位移量一致，这样得到的靶杆移动的位移量快速准确，效率高，实时性好。
[0020] 本发明进一步设置为：所述光轴正对设置的发射端和接收端的结构为：
[0021] 包括板状
支架一和板状支架二，在所述板状支架一和板状支架二分别开有贯通式套接孔一和贯通式套接孔二，所述套接孔一和套接孔二是正对设置的，而所述套接孔一和套接孔二分别套接着所述光轴正对设置的所述发射端和接收端。
[0022] 通过采用上述技术方案，经由板状支架一和板状支架二上分别开有的套接孔一和套接孔二，结合对应的
水平尺这样的矫正设备，最终实现光轴正对设置的发射端和接收端，这样的结构简单，操作便利，省时省
力。
[0023] 本发明进一步设置为：所述旋转驱动装置包括旋转
马达，所述靶盘盘体101套接在所述旋转马达的马达轴上；
[0024] 所述控制器通过
电机驱动芯片与所述旋转马达相连接。
[0025] 通过采用上述技术方案，就能让所述控制器控制所述旋转马达带动所述靶盘盘体旋转到所述发射端发射出的光线就能透过所述定位孔而被所述接收端所接收的位置，这样就能实现定位功能。
[0026] 本发明进一步设置为：所述直线驱动装置包括直线电机一，所述控制器与直线电机一连接，所述直线电机一的输出端与所述靶杆固定连接。
[0027] 通过采用上述技术方案，所述控制器能够驱动所述直线电机一的输出端带动所述靶杆把连接着剥离膜的靶片插入到插槽中，这样就能让剥离膜准确的进入插槽中。
[0028] 本发明进一步设置为：所述针对加速器的换靶机构的定位系统还包括
制动装置，所述制动装置包括
摩擦片，所述摩擦片与直线电机二的输出端连接，所述控制器与直线电机二连接，所述摩擦片设置在所述旋转马达的马达轴旁。
[0029] 通过采用上述技术方案，所述发射端发射出的光线能透过所述定位孔而被所述接收端所接收之时，所述控制器能够驱动直线电机二推动摩擦片迅速而实时的顶住所述旋转马达的马达轴，这样就能把所述旋转马达的旋转动作实时终止，这样让所述靶盘盘体实时停止在能够让所述靶杆把连接着剥离膜的靶片准确插入插槽的位置，确保了定位的准确性。
[0030] 本发明进一步设置为：所述制动装置还能够是电磁摩擦式制动器，所述电磁摩擦式制动器的激磁线圈通电产生磁场，通过磁轭吸合
衔铁，衔铁通过联结
法兰实现对所述旋转马达的马达轴制动。
[0031] 通过采用上述技术方案，电磁摩擦式制动器的激磁线圈通电产生磁场，通过磁轭吸合衔铁，衔铁通过联结法兰实现对所述旋转马达的马达轴制动，这样就能把所述旋转马达的旋转动作实时终止，这样让所述靶盘盘体实时停止在能够让所述靶杆把连接着剥离膜的靶片准确插入插槽的位置，确保了定位的准确性。
[0032] 本发明进一步设置为：所述控制器包括启动模块、比较模块、制动模块、还原模块和去除模块；
[0033] 所述启动模块用来让电机驱动芯片驱动所述旋转马达转动和让直线电机一推动所述靶杆朝所述靶盘盘体的方向移动；
[0034] 所述制动模块用来通过所述制动装置来把旋转驱动装置停止旋转并把所述旋转马达终止运行；
[0035] 所述比较模块用来实时的把所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量与所述控制器设定的所述位移量相比较，若所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量等于所述控制器设定的所述位移量，这时就终止直线电机一推动所述靶杆的作用；
[0036] 所述还原模块用来驱动直线
推杆一来把所述靶杆返回到所述初始位置并驱动直线推杆二来把所述摩擦片返回所述摩擦片的初始位置。
[0037] 通过采用上述技术方案，制动模块用来驱动直线电机二推动摩擦片实时的顶住所述旋转马达的马达轴来让所述旋转马达停止旋转，并让所述旋转马达停止旋转；达到了准确定位。若所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量等于所述控制器设定的所述位移量，这时就终止直线电机一推动所述靶杆的作用；此时所述靶杆就把连接着剥离膜的靶片准确插入了插槽的位置。
[0038] 一种针对加速器的换靶机构的定位系统的定位方法，步骤如下：
[0039] 步骤1:首先在所述控制器中设定一个位移量，所述位移量为从所述靶杆的初始位置行进到能够准确的把连接着剥离膜的靶片插入到插槽的位置所需的位移量；
[0040] 步骤2：打开插板阀让所述真空腔与外部相通，并把连接着剥离膜的靶片和所述靶杆相连，运行启动模块来让电机驱动芯片驱动所述旋转马达转动和让直线电机一推动所述靶杆朝所述靶盘盘体的方向移动，而所述位移传感器也同步而持续的把所述靶杆的位移量传递到控制器中，所述光电开关的发射端也同步而持续的发射光线
信号；
[0041] 步骤3：所述旋转马达转动时就带动所述靶盘盘体旋转，这样所述定位孔也随之旋转，这样在所述定位孔旋转到与所述光轴在同一高度时，此时，所述光电开关的发射端发射的光线信号被所述接收端所接收到，所述接收端就把接收到的光线信号发送到控制器中；
[0042] 步骤4：所述控制器接收到所述光线信号后，就启动制动模块通过所述制动装置来把旋转驱动装置停止旋转并把所述旋转马达终止运行；
[0043] 步骤5：所述控制器的比较模块实时的把所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量与所述控制器设定的所述位移量相比较，若所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量小于所述控制器设定的所述位移量，就保持直线电机一推动所述靶杆朝所述靶盘盘体的方向移动；
[0044] 步骤6：若所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量等于所述控制器设定的所述位移量，这时就终止直线电机一推动所述靶杆的作用；
[0045] 步骤7：运行控制器的还原模块来驱动直线推杆一来把所述靶杆返回到所述初始位置并驱动直线推杆二来把所述摩擦片返回所述摩擦片的初始位置，并把插板阀合上来让所述真空腔与外部相隔；
[0046] 步骤8：若还需要继续把连接着剥离膜的靶片插入到插槽，就返回到步骤1中执行。
[0047] 本发明进一步设置为：所述针对加速器的换靶机构的定位系统的定位方法，还包括如下步骤：
[0048] 步骤9：当连接着剥离膜的靶片插入到插槽时出现靶片受损的情况时，运行去除模块让直线推杆一来把靶杆返回所述靶杆的初始位置，然后把该靶片从插槽中去除。
[0049] 通过采用上述技术方案，运行去除模块让直线推杆一来把靶杆返回所述靶杆的初始位置，然后把该靶片从插槽中去除。这样就能够把受损的靶片清除，避免影响加速器的正常运行。
[0050] 综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0051] 1.控制器接收到所述光线信号后，就启动制动模块通过所述制动装置来把旋转驱动装置停止旋转并把所述旋转马达终止运行；具体而言，就是制动模块驱动直线电机二推动摩擦片实时的顶住所述旋转马达的马达轴来让所述旋转马达停止旋转，并让所述旋转马达停止旋转，以此达到准确定位的效果。
[0052] 2.在所述定位孔旋转到与所述光轴在同一高度的位置之际，所述靶杆在直线驱动装置的驱动下就能准确的把连接着剥离膜的靶片插入所述插槽中，由此达到了定位的效果。
[0053] 3.若所述位移传感器传递来的所述靶杆的位移量等于所述控制器设定的所述位移量，这时就终止直线电机一推动所述靶杆的作用；此时所述靶杆就把连接着剥离膜的靶片准确插入了插槽的位置，使得准确插入引入了自动控制的方式，效率高。
附图说明
[0054] 图1是本发明的针对加速器的换靶机构的定位系统的部分结构示意图。
[0055] 附图标记：1、靶盘；2、发射端；3、接收端；101、靶盘盘体；104、定位孔；202、板状支架一；302、板状支架二。
具体实施方式
[0056] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0057] 针对加速器的换靶机构的定位系统，包括:插板阀、设置在加速器的真空腔中的靶盘1、设置在真空腔外的靶杆、直线驱动装置以及旋转驱动装置；
[0058] 插板阀位于真空腔的一端部；
[0059] 靶盘1包括靶盘盘体101，靶盘盘体101为圆盘状或者扇形盘状，靶盘盘体101与旋转驱动装置连接，靶盘盘体101的一个圆形壁面或者一个扇形壁面上设有凸起的V型槽，V型槽的数量为若干，V型槽沿周向均匀环绕分布在该圆形壁面或者该扇形壁面上，V型槽内的一个边壁上开有插槽，插槽的轮廓为长方体状，用来插入连接着剥离膜的靶片，V型槽的尖
角的中分线沿靶盘盘体101的径向分布；
[0060] 靶杆为直杆，靶杆与直线驱动装置连接；靶杆为圆柱状或长方体状；
[0061] 还包括定位设备，定位设备用来把插槽转到靶杆能够把连接着剥离膜的靶片准确插入的位置。
[0062] 定位设备包括定位孔104、光电开关、控制器以及位移传感器；控制器为PLC；
[0063] 定位孔104为在V型槽内的那部分靶盘盘体101的圆形壁面或者扇形壁面上开有的贯通孔，该贯通孔的轮廓为圆柱状；
[0064] 光电开关包括光轴正对设置的发射端2和接收端3，发射端2连接有电源装置，接收端3与控制器连接，接收端3设置在真空腔中，发射端2设置在真空腔外部，靶盘盘体101处在发射端2和接收端3之间，发射端2发射出的光线的方向与靶盘盘体101的圆形壁面或者扇形壁面保持垂直，在定位孔104旋转到与光轴在同一高度时，发射端2发射出的光线就能透过定位孔104而被接收端3所接收，且在定位孔104旋转到与光轴在同一高度时实时停止旋转的条件下，靶杆在直线驱动装置的驱动下就能准确的把连接着剥离膜的靶片插入插槽中，而不会由于靶盘的转动的机械误差使得连接着剥离膜的靶片不能插入插槽中；
[0065] 位移传感器与控制器连接，位移传感器用来检测靶杆的位移量，这样就能在直线驱动装置的驱动下，并根据位移传感器检测到的靶杆的位移量，来确定靶杆的位移量是不是达到了从其初始位置行进到能够准确的把连接着剥离膜的靶片插入到插槽的位置所需的位移量，由此就能判断出连接着剥离膜的靶片是否插入到插槽中。
[0066] 位移传感器为电子尺，真空腔室之外用螺钉螺接的方式固定有固定座，电子尺固定在固定座上，电子尺的活动模块与靶杆相连，活动模块运动的方向与靶杆移动的方向平行。
[0067] 光轴正对设置的发射端2和接收端3的结构为：
[0068] 光轴正对设置的发射端2和接收端3的结构是通过基准板与水平尺共同作用来实现的，基准板包括板状支架一202和板状支架二302，在板状支架一202和板状支架二302分别开有贯通式套接孔一和贯通式套接孔二，套接孔一和套接孔二是正对设置的，套接孔一和套接孔二的轮廓均为圆柱状，套接孔一和套接孔二是正对设置的含义为：套接孔一的中心线和套接孔二的中心线是重合的且中心线为水平线，而套接孔一和套接孔二分别套接着光轴正对设置的发射端2和接收端3，要把光轴正对设置，可以通过水平尺来对光轴进行矫正移动板状支架一202和板状支架二302调整直至光轴正对为止，最后把板状支架一202和板状支架二302固定住就实现了光轴正对设置。
[0069] 旋转驱动装置包括旋转马达，靶盘盘体101套接在旋转马达的马达轴上，马达轴的轴线穿过靶盘盘体101的圆心且马达轴的轴线与靶盘盘体的圆形壁面或者扇形壁面保持垂直；
[0070] 控制器通过电机驱动芯片与旋转马达相连接，具体说来，电机驱动芯片的输出端与旋转马达连接，电机驱动芯片的控制输入端与控制器连接，这样就能让控制器控制旋转马达带动靶盘盘体旋转。
[0071] 直线驱动装置包括直线电机一，控制器与直线电机一连接，直线电机一的输出端与靶杆固定连接，控制器能够驱动直线电机一的输出端带动靶杆把连接着剥离膜的靶片插入到插槽中。靶杆朝靶盘盘体101运动的方向是朝向靶盘盘体101的圆心运动的方向。
[0072] 针对加速器的换靶机构的定位系统还包括制动装置，制动装置用来把旋转驱动装置停止旋转，制动装置包括摩擦片，摩擦片与直线电机二的输出端连接，控制器与直线电机二连接，摩擦片设置在旋转马达的马达轴旁，摩擦片与旋转马达的马达轴之间相距0.2mm-1mm，这样的距离能够保证发射端2发射出的光线能透过定位孔104而被接收端3所接收之时，控制器能够驱动直线电机二推动摩擦片迅速而实时的顶住旋转马达的马达轴，这样就能把旋转马达的旋转动作实时终止。
[0073] 控制器包括启动模块、比较模块、制动模块、还原模块和去除模块；
[0074] 启动模块用来让电机驱动芯片驱动旋转马达转动和让直线电机一推动靶杆朝靶盘盘体101的方向移动；
[0075] 制动模块用来通过制动装置来把旋转驱动装置停止旋转并把旋转马达终止运行；具体而言，就是制动模块用来驱动直线电机二推动摩擦片实时的顶住旋转马达的马达轴来让旋转马达停止旋转，并让旋转马达停止旋转，以此达到准确定位的效果；
[0076] 比较模块用来实时的把位移传感器传递来的靶杆的位移量与控制器设定的位移量相比较，若位移传感器传递来的靶杆的位移量等于控制器设定的位移量，这时就终止直线电机一推动靶杆的作用；此时靶杆就把连接着剥离膜的靶片准确插入了插槽的位置，于是就终止了直线电机一的推动作用；
[0077] 还原模块用来驱动直线推杆一来把靶杆返回到初始位置并驱动直线推杆二来把摩擦片返回摩擦片的初始位置。
[0078] 制动装置还能够是电磁摩擦式制动器，电磁摩擦式制动器的激磁线圈通电产生磁场，通过磁轭吸合衔铁，衔铁通过联结法兰实现对旋转马达的马达轴制动。
[0079] 通过采用上述技术方案，电磁摩擦式制动器的激磁线圈通电产生磁场，通过磁轭吸合衔铁，衔铁通过联结法兰实现对旋转马达的马达轴制动，这样就能把旋转马达的旋转动作实时终止，这样让靶盘盘体实时停止在能够让所述靶杆把连接着剥离膜的靶片准确插入插槽的位置，确保了定位的准确性。
[0080] 针对加速器的换靶机构的定位系统的定位方法，步骤如下：
[0081] 步骤1:首先在控制器中设定一个位移量，位移量为从靶杆的初始位置行进到能够准确的把连接着剥离膜的靶片插入到插槽的位置所需的位移量；
[0082] 步骤2：打开插板阀让真空腔与外部相通，并把连接着剥离膜的靶片和靶杆相连，运行启动模块来让电机驱动芯片驱动旋转马达转动和让直线电机一推动靶杆朝靶盘盘体101的方向移动，而位移传感器也同步而持续的把靶杆的位移量传递到控制器中，光电开关的发射端2也同步而持续的发射光线信号；
[0083] 步骤3：旋转马达转动时就带动靶盘盘体101旋转，这样定位孔104也随之旋转，这样在定位孔104旋转到与光轴在同一高度时，此时，光电开关的发射端2发射的光线信号被接收端3所接收到，接收端3就把接收到的光线信号发送到控制器中，这样在定位孔104旋转到与光轴在同一高度的位置之际，靶杆在直线驱动装置的驱动下就能准确的把连接着剥离膜的靶片插入插槽中，由此达到了定位的效果，消除了靶盘转动的机械误差；
[0084] 步骤4：控制器接收到光线信号后，就启动制动模块通过制动装置来把旋转驱动装置停止旋转并把旋转马达终止运行；具体而言，就是制动模块驱动直线电机二推动摩擦片实时的顶住旋转马达的马达轴来让旋转马达停止旋转，并让旋转马达停止旋转，以此达到准确定位的效果；
[0085] 步骤5：控制器的比较模块实时的把位移传感器传递来的靶杆的位移量与控制器设定的位移量相比较，若位移传感器传递来的靶杆的位移量小于控制器设定的位移量，就保持直线电机一推动靶杆朝靶盘盘体101的方向移动，因为此时还没有让靶杆把连接着剥离膜的靶片准确插入插槽的位置，所以才要继续让直线电机一推动靶杆朝靶盘盘体101的方向移动；
[0086] 步骤6：若位移传感器传递来的靶杆的位移量等于控制器设定的位移量，这时就终止直线电机一推动靶杆的作用，此时靶杆就把连接着剥离膜的靶片准确插入了插槽的位置，于是就终止了直线电机一的推动作用；
[0087] 步骤7：运行控制器的还原模块来驱动直线推杆一来把靶杆返回到初始位置并驱动直线推杆二来把摩擦片返回摩擦片的初始位置，并把插板阀合上来让真空腔与外部相隔；此时连接着剥离膜的靶片就留在插槽中，这样就能让剥离膜把加速引出的负氢粒子剥离掉两个电子，以此来变成质子；
[0088] 步骤8：若还需要继续把连接着剥离膜的靶片插入到插槽，就返回到步骤1中执行。
[0089] 针对加速器的换靶机构的定位系统的定位方法，还包括如下步骤：
[0090] 步骤9：当连接着剥离膜的靶片插入到插槽时出现靶片受损的情况时，这样就需要去除掉该靶片，运行去除模块让直线推杆一来把靶杆返回靶杆的初始位置，然后把该靶片从插槽中去除。这样就能够把受损的靶片清除。
[0091] 本具体
实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本
说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的
修改，但只要在本发明的
权利要求范围内都受到
专利法的保护。
