專利名稱：雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種精密機械裝置，特別是一種用于雙晶單色器晶體的冷 卻壓彎機構。
背景技術：
同步輻射光源光束線中使用的雙晶單色器第一晶體表面受到的高熱負載，將在 其表面和內部之間形成一個很大的溫度梯度，產生很大的熱變形，大大降低光學元 件的性能，很大的熱應力甚至會破壞光學元件。現有解決的方法主要在于僅僅通過 冷卻這個單一的途徑來實現冷卻和減小變形的目的。通常的冷卻劑有水、液氮、液 態金屬鎵等。液態鎵具有低氣壓和高熱傳輸系數等優良品質，是一種極好的冷卻劑， 但成本較高，且容易和其它金屬反應；液氮的低溫冷卻效果顯著，其熱變形和熱應 力的數值與水冷相比較，可以降低兩個數量級，其低溫冷卻的循環結構與水冷相似， 其優點在與充分利用硅材料的低溫特性(l.硅在125K溫度下熱膨脹系數為零；2.硅 在低溫時的熱傳導率比常溫時大，有利于減小熱應變和熱應力；3.硅材料在-200 600攝氏度范圍內的屈服應力與溫度無關)；水是最常用的冷卻劑，它成本低廉、具 有很好的化學穩定性，而且水冷裝置簡單，易于實現；故目前國內外大多數同步輻 射中的單色器，均采用液氮和水冷卻方法，降低晶體的溫升，減少熱變形。但這些 方法僅適用熱功率密度較低的場合，尤其是水(僅適用熱功率密度〈lW/mm2)，當熱 功率密度較高時，效果就不甚理想，表現為晶體仍存在一定的熱變形，不能滿足光 束線系統的要求。換句話說，這種單純冷卻的方法并沒有達到一箭雙雕的目的，即 同時較好地解決冷卻和變形的問題。名稱為"精密晶體的壓彎機構"的實用新型專利(授權公告號為CN2453467Y) 公開了一種精密晶體的壓彎機構，包括夾持部件、具有兩個旋轉平臺的多軸柔性鉸 鏈組合體和推桿組成。夾持部件固定晶體在柔性鉸鏈組合體的旋轉平臺上，推桿的 一端與鉸鏈組合體的旋轉平臺固定聯結，給推桿施力，柔性鉸鏈組合體的旋轉平臺
轉動，帶動夾持部件，將晶體壓彎。由于夾持部件、柔性鉸鏈組合體及推桿并不是 一整體，結構尺寸較大、較復雜；推桿一端是與鉸鏈組合體的旋轉平臺固定聯結， 其聯結點不可能正好位于壓彎晶體旋轉點的正下方，若誤差較大，會造成壓彎后晶體衍射面部均勻；推桿位于柔性鉸鏈組合體的中間，施力也不便。所以該專利不能 滿足雙晶單色器第一晶體，既要冷卻又要壓彎，尺寸小、精度高，真空性能好的工作要求。實用新型內容本實用新型目的在于提供一種用于雙晶單色器晶體的冷卻壓彎機構。為了進一步降低熱變形，本實用新型提供一種無機械摩擦、無需潤滑的晶體冷 卻壓彎機構，不僅可有效降低晶體溫度，而且利用壓彎機構可大大減少第一晶體的 表面形變。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種晶體冷卻壓彎機構，包括兩個相互對稱的多軸柔性鉸鏈組合體3，通過公共底座5連接在一起，其特征在于，所述機構進一步包括兩個側板4，分別置于所述多軸柔性鉸鏈組合體的兩側； 晶體底座10，設置在所述多軸柔性鉸鏈組合體的上部，用于安放晶體； 所述兩個多軸柔性鉸鏈組合體的一端與所述側板、所述晶體底座連為一體。 側板的一端與晶體底座、多軸柔性鉸鏈組合體連為一體，另一端為自由端13，可與步進電機連接。晶體底座上端上設有外接的冷卻液通孔9。每個多軸柔性鉸鏈組合體3由四個相同的單軸柔性鉸鏈6組成，它們下端連成 一體，且固定不動。單軸柔性鉸鏈的結構包括一個頂臂8和兩個對稱的鉸鏈臂7。 鉸鏈臂7與公共底座5的傾角a為70 80°。 鉸鏈臂連接在公共底座上，頂臂與側板和晶體底座連接。 整個壓彎機構中心對稱。公共底座下端可與固定座12連接以獲得固定。這里的冷卻壓彎機構還包括用于固定在晶體兩邊的兩個晶體壓板2。晶體壓板用 于壓住晶體晶面邊緣后與晶體底座IO機械固定。晶體安裝在晶體底座上，由晶體壓
板壓緊。在晶體內開一條冷卻槽，與底座的冷卻液通孔相連，這樣冷卻液可從一端 流入，另一端流出。對兩側板的自由端施力，使晶體兩端產生彎矩，帶動晶體產生 與熱變形相反的變形。所以， 一方面利用冷卻液降溫，減少熱變形，另一方面利用 壓彎產生反變形，進一步減少熱變形。當外力去除后，多軸柔性鉸鏈組合體靠自身 的彈力恢復。在晶體壓板和晶體之間還有兩個O型圈11，分別位于兩側，實現晶體和晶體底 座間的密封。0型圈為合成橡膠0型圈。整個冷卻壓彎機構(包括柔性鉸鏈)可采用不銹鋼1Crl8Ni9Ti材料線切割加工 而成。本實用新型特點是結構簡單，冷卻與壓彎機構連成一體；加工方便，整個冷卻 壓彎機構(包括柔性鉸鏈)采用不銹鋼1Crl8Ni9Ti材料線切割加工而成；使用靈活， 根據熱負載的高低，決定是否使用壓彎。柔性鉸鏈具有體積小、無機械摩擦、無需 潤滑、無空回、穩定性和運動靈敏度高等特點。此種多軸柔性鉸鏈的運動方程較簡 單，而側板用帶編碼器的直線步進電機驅動，驅動力大，則晶體的反變形就大，反 之亦然，因此不僅可有效降低晶體溫度，而且可大大降低晶體的熱變形，減少晶體 的表面形變，并能實現計算機精確控制。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為單軸柔性鉸鏈的立體結構示意圖。l一晶體，2—晶體壓板，3—多軸柔性鉸鏈組合體，4一側板，5—公共底座，6— 單軸柔性鉸鏈，7—鉸鏈臂，8—頂臂，9—冷卻液通孔，IO—底座，ll一O形密封圈， 12—固定座，13—側板的自由端。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型進行詳細描述。如圖l所示，本實用新型包括兩個多軸柔性鉸鏈組合體3，它們連接在一個公共 底座5上。公共底座下端可連接固定座12以獲得固定。
兩個側板4，分別置于所述多軸柔性鉸鏈組合體的兩側； 晶體底座IO，設置在所述多軸柔性鉸鏈組合體的上部，用于安放晶體； 兩個多軸柔性鉸鏈組合體的一端與側板、晶體底座連為一體。 側板的一端與晶體底座、多軸柔性鉸鏈組合體連為一體，另一端為自由端13， 可與步進電機連接。每個多軸柔性鉸鏈組合體是由四個單軸柔性鉸鏈6組合而成；每個單軸柔性鉸 鏈6的結構如圖2所示，包括頂臂8和兩個鉸鏈臂7。開有冷卻槽的晶體1放在晶體底座10上，晶體上的槽與底座10上的冷卻液通 孔9相通，兩個晶體壓板2壓住晶體1晶面邊緣后與底座10用螺釘連接，在晶體壓 板2和晶體表面之間，用O形密封圈11來實現晶體1和晶體底座10間的密封，該0 形密封圈為合成橡膠O形密封圈。兩個側板4的自由端13可與步進電機(圖中未標 出)接觸。柔性鉸鏈組合體3有四個鉸鏈臂7，每兩個為一組，相互對稱，鉸鏈臂7 與與公共底座5的傾角a約為70 80°。工作時冷卻液流經冷卻液通孔使晶體降溫，與側板的自由端13連接的步進電機 給兩個側板4向外對稱施力Fl、 F2，直接給晶體l施加彎矩，將晶體l向下壓彎， 產生反變形。每個多軸柔性鉸鏈組合體兩個鉸鏈臂7軸線形成交點0 (圖中未標出)， 位于晶體之上；交點0與晶體中性面的距離小于2mm，根據柔性鉸鏈組合體的驅動 方程式，柔性鉸鏈的彎矩損失可忽略不計，對晶體壓彎曲率半徑的影響很小，故壓彎 半徑小，壓彎性好，具有體積小、結構簡單、靈敏度高、真空性能好等優點。整個冷卻壓彎機構(包括柔性鉸鏈)采用不銹鋼1Crl8Ni9Ti材料線切割加工而成。經實驗分析，本實用新型可使受高熱負載晶體的熱變形誤差僅為0.04町ad。與 公告號為CN2453467Y的實用新型相比，后者是通過給推桿施力，使柔性鉸鏈組合體 的旋轉平臺轉動，再帶動晶體夾持部件旋轉，才將晶體壓彎，結構復雜，彎矩損失 大，精度不高。前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領域內的任何技術人員可使用或利用 本實用新型。對這些實施例的各種修改對本領域內的技術人員是顯而易見的，可把 這里所述的總的原理應用到其他實施例而不使用創造性。因而，本實用新型將不限 于這里所示的實施例，而應依據符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。
權利要求1、一種雙晶單色器晶體的冷卻壓彎機構，包括兩個相互對稱的多軸柔性鉸鏈組合體(3)，所述的兩個多軸柔性鉸鏈組合體具有一個公共底座(5)，其特征在于，所述雙晶單色器晶體的冷卻壓彎機構還包括兩個側板(4)，分別置于所述組合體(3)的兩側；晶體底座(10)，設置在所述的兩個多軸柔性鉸鏈組合體(3)的上部；所述兩個多軸柔性鉸鏈組合體(3)的一端與所述側板(4)、晶體底座(10)為一體。
2、 根據權利要求l所述的一種雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，其特征在于，所 述側板的一端與晶體底座、柔性鉸鏈組合體連為一體，另一端為自由端(13)。
3、 根據權利要求l所述的一種雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，其特征在于，所述機構進一步包括冷卻通道(9)，開設于所述晶體底座上端面；兩個晶體壓板(2)，用于壓住晶體(1)晶面邊緣后與晶體底座(10)機械固定；兩個0形密封圈(11)，設置于所述冷卻通道的上方的晶體壓板和晶體的晶面 之間，實現晶體和所述底座間的密封。
4、 根據權利要求l所述的一種雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，其特征在于，所 述多軸柔性鉸鏈組合體由四個相同的單軸柔性鉸鏈(6)組成，它們下端連成一體， 且固定不動；每個單軸柔性鉸鏈包括一個頂臂(8)和兩個對稱的鉸鏈臂(7)。
5、 根據權利要求4所述的一種雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，其特征在于，所 述鉸鏈臂連接在公共底座上，鉸鏈臂(7)與公共底座(5)的傾角a為70 80。；頂臂(8)與側板(4)和晶體底座(10)連接。
6、 權利要求l-5中任一項的一種雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，其特征在 于，所述雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構為中心對稱。
專利摘要本實用新型公開了一種雙晶單色器晶體的冷卻壓彎機構，包括兩個多軸柔性鉸鏈組合體3，所述組合體具有一個公共底座5，其特征在于，所述機構進一步包括兩個側板4，各置于所述組合體的兩側；晶體底座10，設置在所述組合體的上部，多軸柔性鉸鏈組合體的一端與側板、晶體底座為一體；每個多軸柔性鉸鏈組合體由四個相同的單軸柔性鉸鏈6組成，它們下端連成一體，且固定不動；每個單軸柔性鉸鏈包括一個頂臂8和兩個對稱的鉸鏈臂7。本實用新型提供了一種無機械摩擦、無需潤滑的雙晶單色器晶體冷卻壓彎機構，不僅可有效降低晶體溫度，而且利用壓彎機構可大大減少晶體的表面形變。
文檔編號G02F1/00GK201054052SQ20072006883
公開日2008年4月30日 申請日期2007年4月10日 優先權日2007年4月10日
發明者暉 柳, 高雪官 申請人:上海師范大學