[实用新型]用于EAST装置中的组合式大尺寸精密测量系统

说明书

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 ，显然要比角大。根据公式： 

                                                                （1）

如果上游刮削层中热流密度一定，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：