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1 ikagra BS 鏡 及 び 真 空 槽 位 置 測 定 2016 年 6 月 文 責 : 大 石 奈 緒 子 測 定 : 荒 木 栄 (KEK) 寺 田 聡 一 ikagra で 使 用 した BS 鏡 の 位 置 を 測 定 するため 6 月 7 8 日 に FARO 社 製 3 次 元 測 定 器 を 用 いて 測 定 を 行 った 結 果 真 空 槽 の 横 フランジを 参 照 基 準 とした 場 合 の 鏡 の 位 置 は 予 定 の 設 置 位 置 に 対 して 0.5mm 程 度 の 誤 差 で x: -1.6mm, y: -6.2mm, z: -6.6mm であった 但 し 測 定 時 に 鏡 をストッパーで 固 定 しているため 固 定 していない 場 合 と は 多 少 の 差 が 生 じている 可 能 性 がある また 同 時 に 行 った 床 基 準 点 位 置 の 測 定 から 真 空 槽 の 設 置 精 度 が 当 初 想 定 していたほどには 良 くないことが 示 唆 された BS 周 辺 の 基 準 点 のうち BS 真 空 槽 中 心 真 下 から y 方 向 にそれぞれ±2m の 位 置 にある 床 基 準 点 2 つの 位 置 を 測 定 した 結 果 真 空 槽 は 基 準 点 に 対 して x 方 向 に+3.8mm y 方 向 に+9.5mm z 方 向 に-3.5mm (x 方 向 に+4.9mm y 方 向 に+10.2mm z 方 向 に-1.1mm: 補 正 後 )の 位 置 にあり 上 から 見 て 時 計 回 りに 約 0.9 度 回 転 している ことが 示 された 床 基 準 点 は y+ 及 び y-の 2 点 しか 測 定 していないため 今 回 の 測 定 では 真 空 槽 の y 軸 周 りの 回 転 などは 評 価 できないことに 注 意 が 必 要 であるが この 結 果 を 用 いて 床 基 準 点 に 対 する 鏡 の 位 置 ずれを 求 めると 次 のようになった x: +2.2mm(+3.4mm), y: +3.3mm(+4.0mm), z: -10.1mm(-7.7mm) ( 括 弧 内 補 整 後 ) 以 下 測 定 の 詳 細 のほか oplev 光 軸 やコイル 板 の 角 度 についても 述 べる #6 月 21 日 の 追 加 測 定 でも 真 空 槽 が 床 基 準 点 に 対 して y 方 向 に 1cm ほどずれている ことが 確 認 されたため 真 空 槽 の 再 設 置 が 予 定 されている 1. 3 次 元 測 定 器 による 測 定 概 要 真 空 槽 の 基 準 は 上 フランジであるが 今 回 使 用 した 3 次 元 測 定 器 の 測 定 範 囲 の 制 約 か ら 測 定 は 横 フランジを 基 準 として 行 った まず O-リング 外 周 の 面 で xz 平 面 を 作 成 し xz 面 に 投 影 して 横 フランジの 外 周 を 測 って 円 を 作 成 した(y+フランジ) その 円 中 心 を 座 標 原 点 として 平 面 に 垂 直 な 方 向 を y 軸 とした 同 一 平 面 上 に 横 フランジの 上 1,100mm の 位 置 に 溶 接 されているf450mm のフランジ 外 周 (# 蓋 側 を 測 らないように 注 意 )を 投 影 して 円 を 測 り この 上 小 円 中 心 を z 方 向 として 座 標 系 を 構 築 した 以 下 このようにして 直 径 1,080mm の y+フランジ 側 から 作 成 した 座 標 系 を yhr 座 標 直 径 880mm の y-フランジ 側 から 作 成 した 座 標 系 を yar 座 標 とする

2 図 1: 測 定 で 用 いた 座 標 : y+ 側 のフランジ(φ1,080mm)を 基 準 とした 座 標 を yhr 座 標 y- 側 のフランジ(φ880mm)を 基 準 とした 座 標 を yar 座 標 とした 真 空 槽 の 直 径 は 1,500mm 基 準 にした 横 フランジ 面 間 の 設 計 値 は 1,700mm 床 の 基 準 点 は 真 空 槽 中 心 真 下 から x 軸 y 軸 上 各 2m の 距 離 に 計 4 ヶ 所 2. y+ 面 からの 測 定 yhr 座 標 での 測 定 結 果 を 表 1にまとめる 座 標 の 構 築 に 用 いたフランジは 横 の 大 開 口 (φ1,080mm;y+ flange)と 上 の 小 開 口 (φ450mm; sy+ flange) 構 築 した 座 標 系 で 測 定 したのは 床 の 基 準 点 y+ ref ブ レ ッ ド ボ ー ド 面 (BB) サ ス ペ ンションの 台 (Table) サスペンションフレーム(Frame) および 鏡 (Mir)である 以 下 表 1 の 各 項 目 を 説 明 する y+ flange は y+ 側 の 横 フランジ 円 の 中 心 を 座 標 原 点 にしているので 座 標 値 (x, y, z) は (0, 0, 0) 円 周 は 1,080 の 設 計 であるが 実 測 値 は 1,078.6 であった sy+ flange はf450 のフランジ 下 段 設 計 値 とよく 一 致 している

3 表 1:y+ 面 からの 測 定 結 果 x y z I j k r err y+ flange ,078.6 (1,080) sy+ flange 0 0 1,100.1 (1,100) (450) y+ ref , ,196.9P ,150-1,200+3 BB Table Frame Mir -32.1P P P y+ ref は y+ 側 の 床 基 準 点 真 空 槽 の 設 置 予 定 位 置 中 心 真 下 から+y 方 向 に+/-2.000m の 点 に 打 たれている 下 段 がこの 予 定 位 置 から 予 想 される 参 照 点 の 位 置 測 定 値 に P が ついているものは 測 定 器 のプローブ( 直 径 6mm)の 大 きさ 補 正 が 必 要 な 測 定 値 点 測 定 を 使 用 しているため z については 測 定 値 -3mm(3mm はプローブの 接 触 面 からプ ローブ 中 心 までの 距 離 )の 補 正 が 必 要 この 結 果 HR 座 標 で 測 った y+ 基 準 点 位 置 の ずれは (-16.8mm, -9.2mm, +0.1mm)となる ( 横 フランジ 高 さ 設 計 値 は 1,200mm) BB ブレッドボード 面 x 方 向 に 1/300 くらいの 傾 斜 Table サスペンションを 載 せている 台 BB 面 上 に 投 影 して 2 辺 を 線 として 測 定 し 交 点 および 辺 の 角 度 を 載 せた 1mm 以 下 の 精 度 で 真 空 槽 中 心 に 置 かれており 角 度 精 度 も 良 い 高 さ 19cm Frame サスペンションフレーム 底 面 の 2 辺 を 測 定 した 真 空 槽 を 基 準 とすると 上 から 見 て 時 計 回 りに 1.2 度 回 転 している Mir 鏡 の 位 置 1 ページ 目 の 図 の 右 下 に 示 したように ikagra では AR 面 中 心 がほ ぼ 真 空 槽 の 中 心 に 来 るように 設 置 する 計 画 であった CLIO の 鏡 の 直 径 は 150mm 厚 さは 40mm であるから HR 面 中 心 は 真 空 槽 中 心 から x に-40.0mm/sqrt(2) = -28.3mm y に+40.0mm/sqrt(2)ずれた 位 置 にくるはずである y+ 横 フランジ 面 と 真 空 槽 中 心 間 の 距 離 (y 軸 方 向 )は 設 計 値 で 850mm であるため yhr 座 標 で 測 った 鏡 の HR 面 中 心 の y

4 座 標 は = となるはずである 点 測 定 を 使 用 したので 測 定 値 は 面 から+3mm の 位 置 補 正 (+2.1, -2.1, 0)が 必 要 であ る 以 上 を 考 慮 した 予 想 位 置 が 下 段 であり HR 面 での 計 画 位 置 との 差 は (-1.7mm, -6.4mm, -6.8mm) となった 3. y- 面 からの 測 定 3 次 元 測 定 器 には 複 数 の 点 を 別 の 設 置 位 置 で 計 測 することで 座 標 をつなぐ 機 能 もあ るが 今 回 それは 使 用 せず y- 側 から 独 立 に 同 様 の 測 定 を 行 った 表 2: y- 面 からの 測 定 結 果 x y z i j k r err y- flange (880) syflange (1,100) (450) y- ref , ,190.2P (-1,150) -1,200+3 BB Table Frame Mir 0.5P P P y- 床 基 準 点 のずれは ( +9.2mm, -9.7mm, +6.8mm) 鏡 の 位 置 ずれは(-1.6mm, -6.1mm, -6.3mm) 4. 鏡 の 位 置 ずれと 角 度 について y+フランジ 面 と y-フランジ 面 から 独 立 に 測 定 した 鏡 の 位 置 は x, y, z の 3 軸 ともそれ ぞれの 予 想 値 からのずれがほぼ 0.5mm 程 度 の 誤 差 範 囲 内 で 一 致 した HR: (-1.7mm, -6.4mm, -6.8mm) AR: (-1.6mm, -6.1mm, -6.3mm)

5 3 次 元 測 定 器 を 用 いてフランジを 参 照 基 準 とし 真 空 槽 内 へインストールした 物 の 位 置 を 測 定 することには 一 定 の 精 度 があることが 確 認 できた 鏡 面 の 角 度 は 各 座 標 で 0.5 度, 0.4 度 上 から 見 て 反 時 計 回 りに 回 転 していた HR: , 0.701, AR: 0.712, , 真 空 槽 の 位 置 ずれについて 真 空 槽 内 についての 測 定 精 度 の 良 さから 今 回 の 測 定 を 信 頼 し また 床 の 基 準 点 位 置 を 信 頼 すると 基 準 点 位 置 のずれは 真 空 槽 の 設 置 誤 差 によるものと 考 えられる 測 定 値 は 下 記 の 2 点 しかないが 平 均 を 平 行 移 動 量 残 りを 回 転 と 解 釈 すると 表 3 のよう になる 表 3: 真 空 槽 の 設 置 位 置 のずれによる 床 基 準 点 位 置 のずれ x y z y+ 床 基 準 点 -16.8mm -9.2mm +0.1mm y- 床 基 準 点 +9.2mm -9.7mm +6.8mm -3.8mm+/-13mm -9.5mm+/-0.3mm +3.5mm+/-3.4mm 結 果 真 空 槽 の 位 置 は 予 定 位 置 から (+3.8mm, +9.5mm, -3.5mm)ずれていることに なる また x の 値 の 差 から 真 空 槽 は 上 から 見 て 時 計 回 りに 0.9 度 ( 長 さ 850mm に 対 して; 要 再 確 認 ;+/-13mm の 回 転 ) 回 転 しており z の 値 から x 軸 周 りに y- 方 向 へ 0.2 度 程 傾 いていることが 示 唆 される ここまで 床 基 準 点 は 計 画 位 置 にあるとしてきたが 設 置 後 基 準 点 の 位 置 を 測 定 した 結 果 が 以 下 のようである( 単 位 [m]) 1:x+=(2.0279, , ) 2:y+=(0.0258,1.9760, ) 3:x-=( , , ) 4:y-=(0.0243, , ) 光 学 座 標 系 ( 補 遺 1)での BS 容 器 中 心 及 び 中 心 軸 の 床 座 標 を それぞれ (0.0283, , 0), (0.0240, , )とすると

6 中 心 軸 床 基 準 から+/-2m 地 点 に 計 画 された y+/- 参 照 点 の 座 標 値 は だいたい #x は 変 わらず= #y は /-2.000=1.9761, #z は /-2.000sin(1/300rad)= , になるので 実 測 値 と 計 画 のずれは X y z y (+1.8mm) (-0.1mm) (-2.8mm) y (+0.3mm) (+1.4mm) (+7.6mm) となる これを 補 正 する( 差 し 引 く)と 表 3 は 次 のようになる x y Z +Y 床 基 準 : 補 -18.6mm -9.3mm +2.9mm -Y 床 基 準 : 補 +8.9mm -11.1mm -0.8mm -4.9mm+/-14mm -10.2mm+/-0.9mm +1.1mm+/-1.8mm z については 改 善 が 見 られるが x, y についてはあまり 変 わらなかった 6. 光 てこの 光 路 について HR 座 標 で 光 てこの 光 線 位 置 を 測 定 した 測 定 は 6mm プローブに 光 があたるよう にして 光 線 上 の 3 6 点 を 測 定 した 各 測 定 点 について 6 点 程 位 置 を 測 定 している 各 点 での 位 置 の 誤 差 は 5mm 程 度 あるが 線 にフィットした 場 合 の 誤 差 は 1mm 程 度 で あった 測 定 点 を 線 でフィットし 鏡 面 との 交 点 を 求 めた I j k X Y Z err 下 P P P 上 P P 裏 -28.6P P 19.7P 表 : 光 てこ 光 軸 位 置 z については 鏡 面 上 の 反 射 位 置 は 比 較 的 よく 一 致 したが x, y は 入 射 光 軸 に 対 して 反 射 光 軸 が 3mm ほど 奥 にずれている 表 面 反 射 と 裏 面 反 射 では 位 置 はほぼ 同 じになって いるので 入 射 と 反 射 ではプローブに 光 の 当 たっている 方 向 が 変 わる 影 響 が 現 れている と 考 えることができる 入 射 では 測 定 者 から 見 てプローブの 右 面 反 射 は 左 面 に 光 が 当

7 たるので それぞれ 測 定 位 置 が 手 前 奥 側 にずれることが 予 想 される z の 値 は 予 想 位 置 から-16.5mm 程 下 である 一 方 鏡 も-6.6mm 下 なので oplev の 光 は 鏡 中 心 からは 10mm 下 に 当 たっていたことになる x y については 入 射 反 射 の 中 点 をとって-27.0Pmm, Pmm とすると x 軸 は+3.4mm y 軸 については-1.2mm のずれとなる HR 面 中 心 位 置 との 差 にすると それぞれ+5.0mm +5.0mm となる すなわち HR 面 から 見 て 左 に 7mm ずれていたことになる まとめると oplev の 光 は BS 鏡 の HR 面 上 で 中 心 から 左 に 7mm 下 に 10mm ず れたところに 当 たっていたと 考 えられる 7. コイルと 磁 石 の 距 離 について ikagra 運 転 前 のアラインメント 時 から BS のコイルと 磁 石 の 距 離 が 左 右 で 見 た 目 にも 違 うことが 分 かっていた AR 面 からコイルの 支 持 板 の 傾 きを 測 定 すると i: , j: となり 時 計 回 りに 1.2 度 回 転 していた これはサスペンションフレ ームの 回 転 角 度 と 一 致 する 鏡 面 は 反 時 計 回 りに 0.4 度 程 度 回 転 していたので 鏡 面 に 対 してコイル 支 持 板 は 時 計 回 りに 1.6 度 回 転 していたことになる 1.6 度 の 傾 きは 100mm で 2.8mm のずれを 生 じるので コイルと 磁 石 の 距 離 が 見 た 目 にも 違 ったこと と 整 合 する 8. 追 加 測 定 真 空 槽 の y に+10mm の 位 置 ずれは 中 の 防 振 系 で 吸 収 することが 難 しいため 測 定 が 間 違 っていない 場 合 は 真 空 槽 を 設 置 し 直 す 必 要 がある 6 月 21 日 ( 火 )に 確 認 のた めの 追 加 測 定 を 行 った( 寺 田 大 石 ) 測 定 方 法 は 次 のようである y+, y- 床 基 準 点 上 にレーザー 墨 出 し 器 を 設 置 し 真 空 槽 横 フランジの 中 心 縦 横 に 墨 出 しを 使 って 水 糸 を 張 り 横 フランジの 左 右 端 から 墨 出 し 器 上 部 およそ 1.2m の 位 置 にメジャーを 伸 ばして 墨 出 し 器 上 に 伸 ばした 基 準 点 位 置 で 長 さを 測 定 した また この 結 果 から 床 基 準 点 と 横 フランジの 相 対 位 置 の 計 画 値 との 差 (dy, dx) を 評 価 した x+ x- dy dx y+ 1,268mm 1,258mm 8mm -12mm y- 1,238mm 1,245mm 11mm +10mm

8 結 果 3 次 元 測 定 器 の 結 果 と 同 じように y+ 方 向 に8mm,11mmのずれ x 方 向 に-12mm, +10mm のずれとなったた 但 し y+ 側 のxの 値 については 差 が 大 きい また 高 さについても 調 べたところ BS 設 置 時 の 高 さが y+ 側 の 柱 に 貼 った 金 尺 上 で およそ7mm 下 であったことを 確 認 した 更 に 確 認 のため 床 基 準 点 の 鉛 直 線 上 から 真 空 槽 側 面 へメジャーで 距 離 を 測 った 結 果 は x+:1,238mm, y+:1,226mm, x-:1,239mm, y-:1,249mm であった 基 準 点 に 対 する 真 空 槽 の 位 置 ずれは xはほとんど 中 心 yは23mm 差 なので y+ 方 向 に11.5mmのずれとなった いずれの 方 法 でも y 方 向 については 2mm 程 度 の 精 度 以 内 で y+ 方 向 に10mm 程 度 の ずれがあるという 結 果 が 得 られた x 方 向 については yと 比 べて 誤 差 が 大 きいため ベローズを 外 しての 測 定 が 望 まれる 9. まとめ 3 次 元 測 定 器 を 用 いて ikagra BS 鏡 の 位 置 を 測 定 した 測 定 精 度 0.5mm 程 度 で 真 空 槽 を 基 準 として 鏡 は x: -1.6mm, y: -6.2mm, z: -6.6mm 予 定 位 置 からずれていた 高 さについては 何 らかの 理 由 で 7mm ほど 下 にずれて 設 置 したと 考 えられる また 床 基 準 点 に 対 して 真 空 槽 の 位 置 が x: +4.9mm y: +10.2mm z: -1.1mm ずれている ことがわかった y 方 向 のずれが 大 きいため BS インストール 開 始 前 に 真 空 槽 の 再 設 置 が 予 定 されている x 方 向 についてはベローズを 外 しての 追 加 測 定 が 望 まれる ま た 基 準 点 間 の 位 置 の 再 測 定 なども 望 まれる A. 補 遺 : 光 学 座 標 系 KAGRA トンネルは 排 水 等 のために 鉛 直 方 向 に 対 して 中 央 から y 方 向 に-1/300 x 方 向 に+1/300 の 傾 斜 をつけてある 光 学 座 標 系 はこの 1/300 傾 いた 光 軸 を 基 準 として 座 標 原 点 を BS の HR 面 中 央 に 取 っているので 中 央 エリアの local の 鉛 直 や 水 平 とは 角 度 でおよそ 1/300rad ずれている たとえば 厚 さ 80mm の BS 鏡 の 中 心 は HR 面 から 40mm のところに 位 置 するので 40mm/sqrt(2)=28.3mm を 用 いて (+28.3, -28,3, 0)が 光 学 座 標 系 上 での BS 鏡 中 心 位 置 であるが 鏡 の 中 心 から local の 鉛 直 方 向 に 床 面 に 下 ろした 点 は 高 さが 1.2m あるので x, y とも 1.2m/300=4mm 程 ずれる