CN103117095A

CN103117095A - 长玻璃柱靶腔的靶球精确定位装置及方法

Info

Publication number: CN103117095A
Application number: CN2013100257389A
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 孙立宁
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Zhuhai Yangpu Electric Co ltd
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: CN103117095B

Abstract

一种长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，包括：点胶系统、玻璃管定位系统、靶球操作系统、Y向显微系统、X向显微系统和电控系统，点胶系统包括点胶管调节系统和点胶管，点胶管调节系统可以调节点胶管的XYZ三自由度的空间位置，点胶管与点胶器连接，玻璃管定位系统包括XYZ三自由度自动定位平台和夹具，夹具设于自动定位平台的端侧，靶球操作系统包括靶球吸头调节系统和靶球吸头，靶球吸头调节系统可以调节靶球吸头的XYZ三自由度的空间位置。本发明采用长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置代替手工操作，整个自动化组装过程简单，系统精度高，大大提高了组装效率和精度，同时可有效解决手工装配中不可避免地引入的装配误差的问题。

Description

长玻璃柱靶腔的靶球精确定位装置及方法

技术领域

本发明属于自动化控制与设备技术领域，涉及惯性约束核聚变试验中的微靶球的精确定位，具体涉及一种针对长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置及基于该装置的靶球精确定位的方法。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求越来越多。在形式众多的新能源中，核聚变能由于其释放的能量密度高、燃料丰富、成本低廉、与环境的兼容性强、污染性低、安全性好等优点而备受世人关注。半个多世纪以来，人们倾注了大量的精力对核聚变进行研究探索并取得了很大的进展。人们提出的实现可控核聚变的方法有很多，其中惯性约束核聚变是实现人工可控核聚变的主要方法之一，是将包含核聚变反应燃料的微靶球在高温高压下压缩以产生巨大能量的方法。首先由激光束快速加热黑体辐射空腔结构的内表面；黑体辐射空腔中的X射线在空腔表面产生类似火箭的喷气物，对空腔的内部燃料产生压力，从而间接驱动照明；燃料腔压缩，在内爆的最后阶段，燃料核的密度达到铅的20倍并在100000000摄氏度下点火；热核燃烧快速通过整个压缩燃料，产生的能量是输入能量的很多倍；核聚变燃烧。微靶球是激光核聚变技术中的一个关键元件。为了使多路激光束同时精确瞄准微靶球而得到较高的激励能量和转换效率，必须精确地将它装配在一个固定的位置。这就迫切要求开展微靶标精确定位和装配的研究，以保证其靶球的实验效果。

空心微靶球是目前惯性约束核聚变打靶实验中常用的热核燃料容器，而靶球的表面精度（如表面粗糙度、球形度）是影响打靶实验成功的关键因素，靶球尺寸小（外径D=50～1000μm）、质量轻（m<10^-2mg）、材料脆（空心球壳，壁厚t=0.5～20μm），为保证激光惯性约束核聚变实验的成功，需要安全地操纵靶球。

针对长玻璃柱靶腔的靶球装配，目前主要由手工完成，而靶球装配作业精细，对操作者人员技能要求非常高，不但操作过程复杂、效率低，而且难以达到靶球和靶腔要求的性能，一旦装配偏差较大，需要通过整个核聚变实验的结果才能检测到，会耗费大量的人力和财力，因此非常有必要采用自动化高效组装设备代替手工操作，同时可有效解决手工装配中不可避免地引入的装配误差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效自动化的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，包括点胶系统、玻璃管定位系统、靶球操作系统、Y向显微系统、X向显微系统和电控系统。

所述的点胶系统包括点胶管调节系统和点胶管，所述的点胶管调节系统可以调节点胶管的XYZ三自由度的空间位置，所述的点胶管与可以实现自动出胶及胶量控制的点胶器连接。

优选的，所述的点胶管调节系统包括调节杆和固定轴，所述的调节杆一端安装点胶管，另一端可沿固定轴XY面上转动及Z向升降。

所述的玻璃管定位系统包括XYZ三自由度自动定位平台和夹具，所述的夹具设于自动定位平台的端侧。

优选的，所述的夹具包括固定夹具和弹性夹具，两者配合夹持玻璃管。

优选的，所述的夹具上表面上设有多个放置靶球的球面凹槽。

所述的靶球操作系统包括靶球吸头调节系统和靶球吸头，所述的靶球吸头调节系统可以调节靶球吸头的XYZ三自由度的空间位置。

优选的，所述的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置外设有输入装置和显示系统。

本发明还提供了一种基于上述装置实现长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的方法，具体包括以下步骤：

首先将玻璃管放置在指定位置，夹具夹紧；通过点胶管调节系统和靶球吸头调节系统分别调整点胶管和靶球吸头并固定；X向显微系统和Y向显微系统识别到靶球吸头末端，程序执行；自动定位平台将靶球自动定位到靶球吸头末端，靶球吸头吸取靶球，自动定位平台驱动玻璃管从下往上将靶球吸头套进玻璃管的空腔内，X向显微系统和Y向显微系统分别识别和检测两个方向上玻璃管的边缘及靶球的图像，识别计算出靶球和玻璃管的位置关系，并通过自动定位平台将靶球精确调整到位；由点胶管开始注入胶，注胶量精确控制为玻璃管内径容积的一半，胶与靶球接触，固化一定时间后，靶球吸头与靶球脱离，继续由点胶管注胶，直至注满玻璃管。

从上述技术方案可以看出，本发明采用长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置代替手工操作，整个自动化组装过程简单，系统精度高，大大提高了组装效率和精度，同时可有效解决手工装配中不可避免地引入的装配误差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位装置的整体结构示意图；

图2是本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位装置的主体结构示意图；

图3是本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位装置的工作区域局部放大图。

具体实施方式

本发明公开了一种长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，包括点胶系统、玻璃管定位系统、靶球操作系统、Y向显微系统、X向显微系统和电控系统；

所述的点胶系统包括点胶管调节系统和点胶管，所述的点胶管调节系统可以调节点胶管的XYZ三自由度的空间位置，所述的点胶管与可以实现自动出胶及胶量控制的点胶器连接；

所述的玻璃管定位系统包括XYZ三自由度自动定位平台和夹具，所述的夹具设于自动定位平台的端侧；

本发明还公开了一种基于上述装置实现长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的方法，具体包括以下步骤：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，主要由点胶系统1、玻璃管定位系统2、靶球操作系统3、Y向显微系统4、X向显微系统5和电控系统6这六大部分组成，可将上述几大部分设置在一个罩壳内。为更加方便操作，外设有输入装置和显示系统，如常规的键盘鼠标作为输入装置，显示器作为显示系统。

结合图2所示，点胶系统1包括点胶管调节系统11和点胶管12，点胶管调节系统11包括调节杆和固定轴，调节杆一端安装着点胶管12，另一端与固定轴活动连接，调节杆可沿固定轴XY面上转动及Z向升降，这样点胶管调节系统11可以调节点胶管12的XYZ三自由度的空间位置，点胶管12与点胶器连接，点胶器为自动点胶器，通过与电控系统6的信号数据的交换，可以实现自动出胶及胶量控制；玻璃管定位系统2包括XYZ三自由度自动定位平台21和夹具，夹具设于自动定位平台21的端侧，如图3所示，夹具包括固定夹具22和弹性夹具23，两者配合着夹持玻璃管7，固定夹具22不可调，弹性夹具23可以轴向转动，方便调整夹持玻璃管7的松紧度，夹具上表面上设有4个放置靶球的球面凹槽8，可以放置4个靶球在夹具上的4个凹槽8内，方便操作，此处仅以4个凹槽为例，可以根据实际需要选择设置不同数量的球面凹槽；靶球操作系统3包括靶球吸头调节系统31和靶球吸头32，靶球吸头调节系统31可以调节靶球吸头32的XYZ三自由度的空间位置。

本发明的长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，具体工作过程如下：

系统工作时，首先将靶球放置在夹具上表面上的球面凹槽8内，位置固定。将玻璃管7放置在指定位置，通过固定夹具22和弹性夹具23两者配合着夹紧玻璃管7。通过点胶管调节系统11和靶球吸头调节系统31分别将点胶管12和靶球吸头32调整好以后固定不动，Y向显微系统4和X向显微系统5均可以识别到靶球吸头32的末端。程序执行，XYZ三自由度自动定位平台21将夹具上的靶球自动定位到靶球吸头32的末端，靶球吸头32吸取靶球，XYZ三自由度自动定位平台21驱动玻璃管7从下往上将靶球吸头32套进玻璃管7的空腔内，工艺要求靶球要放置在玻璃管7的正中间，误差小于10微米，过程中Y向显微系统4和X向显微系统5分别识别和检测两个方向上玻璃管7的边缘及靶球的图像，通过图像识别计算出靶球和玻璃管7的位置关系，并通过XYZ三自由度自动定位平台21将靶球精确调整到位。然后由点胶管12开始注入胶，注胶量精确控制为玻璃管7内径容积的一半，此时胶与靶球接触，固化一定时间后，靶球吸头32与靶球脱离，继续由点胶管12注胶，直至注满玻璃管7。

本发明对Y向显微系统4、X向显微系统5和电控系统6不加以限制，满足靶球放置在玻璃管7的正中间，显微系统的精度足以分辨出误差小于10微米即可，电控系统6控制着整个装置系统的数据采集、处理和命令的执行。

综上所述，本发明采用长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置代替手工操作，整个自动化组装过程简单，系统精度高，大大提高了组装效率和精度，同时可有效解决手工装配中不可避免地引入的装配误差的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的装置，其特征在于：包括点胶系统（1）、玻璃管定位系统（2）、靶球操作系统（3）、Y向显微系统（4）、X向显微系统（5）和电控系统（6）；

所述的点胶系统（1）包括点胶管调节系统（11）和点胶管（12），所述的点胶管调节系统（11）可以调节点胶管（12）的XYZ三自由度的空间位置，所述的点胶管（12）与可以实现自动出胶及胶量控制的点胶器连接；

所述的玻璃管定位系统（2）包括XYZ三自由度自动定位平台（21）和夹具，所述的夹具设于自动定位平台（21）的端侧；

所述的靶球操作系统（3）包括靶球吸头调节系统（31）和靶球吸头（32），所述的靶球吸头调节系统（31）可以调节靶球吸头（32）的XYZ三自由度的空间位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的点胶管调节系统（11）包括调节杆和固定轴，所述的调节杆一端安装点胶管（12），另一端可沿固定轴XY面上转动及Z向升降。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的夹具包括固定夹具（22）和弹性夹具（23），两者配合夹持玻璃管（7）。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的夹具上表面上设有多个放置靶球的球面凹槽（8）。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的装置外设有输入装置和显示系统。

6.一种基于权利要求1～5任一项所述的装置实现长玻璃柱靶腔的靶球精确定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先将玻璃管（7）放置在指定位置，夹具夹紧；通过点胶管调节系统（11）和靶球吸头调节系统（31）分别调整点胶管（12）和靶球吸头（32）并固定；Y向显微系统（4）和X向显微系统（5）识别到靶球吸头（32）末端，程序执行；自动定位平台（21）将靶球自动定位到靶球吸头（32）末端，靶球吸头（32）吸取靶球，自动定位平台（21）驱动玻璃管（7）从下往上将靶球吸头（32）套进玻璃管（7）的空腔内，Y向显微系统（4）和X向显微系统（5）分别识别和检测两个方向上玻璃管（7）的边缘及靶球的图像，识别计算出靶球和玻璃管（7）的位置关系，并通过自动定位平台（21）将靶球精确调整到位；由点胶管（12）开始注入胶，注胶量精确控制为玻璃管（7）内径容积的一半，胶与靶球接触，固化一定时间后，靶球吸头（32）与靶球脱离，继续由点胶管（12）注胶，直至注满玻璃管（7）。