CN104609252B - 一种极化线栅自动化缠绕装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种极化线栅自动化缠绕装置，包括：基准平台、左支撑座、右支撑座、支撑平台、驱动单元、线栅缠绕单元、放线单元、直线运动单元、人机接口以及控制单元；其中，左支撑座和右支撑座分别安装在基准平台上，且这两个支撑座上的支撑孔同轴；线栅缠绕单元的旋转中心轴安装在左支撑座、右支撑座的支撑孔内，并在驱动单元的带动下旋转；直线运动单元固定于基准平台上，并与线栅缠绕单元的旋转中心轴平行；支撑平台安装在直线运动单元上，放线单元安装在所述支撑平台上，支撑平台能在直线运动单元上作直线运动，从而带动放线单元作直线运动；人机接口用于向用户提供人机交互的接口；控制单元用于对直线运动单元、驱动单元以及放线单元的控制。
Description
技术领域
本发明涉及网格缠绕技术领域，特别涉及一种极化线栅自动化缠绕装置及方法。
背景技术
微波辐射计是一种被动接收物体辐射信号的微波遥感器，在大气水汽探测、海洋风场探测、陆地资源探测、军事侦测以及日常生活中正发挥着重要的作用。微波辐射计首先需要测量目标微波辐射的垂直极化辐射亮温Tv和水平极化辐射亮温Th这两个参数，然后才能进行数据反演。为了得到垂直和水平极化辐射亮温，不得不运用极化器对目标微波辐射进行极化分离。在我国“高分一号”卫星、FY-3号“微波湿度计”及国家空间中心微波遥感部研制的“全极化微波辐射计定标源”等都运用了一种低损耗的极化器——极化线栅，它在微波毫米波波段应用尤其广泛。
目前，我国使用的极化线栅大多数为进口极化线栅，价格昂贵；而国内加工线栅的方法主要以人工缠绕为主，精度较低，生产周期较长。同时，国内外的缠绕机主要应用在纺织排线、电子元器件、线切割等，控制变量较为单一，且精度相对较低。因此，研制一台极化线栅的自动化缠绕加工装置显得极为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的极化线栅缠绕装置精度较低的缺陷，从而提供一种精度较高的极化线栅自动化缠绕装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种极化线栅自动化缠绕装置，包括：基准平台1、左支撑座201、右支撑座202、支撑平台203、驱动单元3、线栅缠绕单元4、放线单元5、直线运动单元6、人机接口7以及控制单元；其中，
所述左支撑座201和右支撑座202分别安装在基准平台1上，且这两个支撑座上的支撑孔同轴；所述线栅缠绕单元4的旋转中心轴安装在所述左支撑座201、右支撑座202的支撑孔内，并在所述驱动单元3的带动下旋转；所述直线运动单元6固定于所述基准平台1上，并与所述线栅缠绕单元4的旋转中心轴平行；所述支撑平台203安装在所述直线运动单元6上，所述放线单元5安装在所述支撑平台203上，所述支撑平台203能在所述直线运动单元6上作直线运动，从而带动所述放线单元5作直线运动；所述人机接口7用于向用户提供人机交互的接口；所述控制单元用于对所述直线运动单元6、所述驱动单元3以及放线单元5的控制。
上述技术方案中，所述驱动单元3包括电机301与减速机302；所述电机301通过所述减速机302驱动所述线栅缠绕单元4绕其中心轴旋转。
上述技术方案中，所述放线单元5包括放线器503、张力传感器502和排线立柱501；所述放线器503、张力传感器502和排线立柱501在安装时，所述排线立柱501的夹缝、张力传感器502的导轮、放线器503的滑轮和沿钼丝走线的方向在同一平面内三者共线；其中，所述张力传感器502对钼丝的张力进行检测，所述放线器503用于调节钼丝张力大小和控制钼丝张力恒定，所述排线立柱501用于防止缠绕过程中钼丝在水平方向的跳动。
上述技术方案中，所述控制单元包括：放线张力控制子单元、驱动单元速度控制子单元和直线运动单元速度控制子单元；其中，
所述放线张力控制子单元采用一PLC实现，其与张力传感器502连接；张力传感器502将检测得到的关于张力大小的信号反馈给放线张力控制子单元后，该子单元将反馈信号与理想张力进行比较，根据比较结果改变放线器503的电磁力矩；所述驱动单元速度控制子单元包括第一光栅编码器与第一电机驱动器，该子单元与所述驱动单元3连接，所述第一光栅编码器监测驱动单元3中的电机的转动速度，监测结果反馈给第一电机驱动器，第一电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证驱动速度的恒定；所述直线运动单元速度控制子单元包括第二光栅编码器与第二电机驱动器，该子单元与所述直线运动单元6中的电机连接，所述第二光栅编码器监测直线运动单元6中的电机转动速度，监测结果反馈给第二电机驱动器，第二电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证直线运动速度的恒定。
上述技术方案中，在所述控制单元的控制下，线栅缠绕单元4的旋转运动与直线运动单元6的直线运动具有恒定的速度比。
上述技术方案中，所述控制单元设定所述旋转运动与所述直线运动的速度比，以实现绕线间距的控制。
上述技术方案中，所述线栅缠绕单元4的正反两面分别固定了一个绕线拍8。
上述技术方案中，所述线栅缠绕单元4的正反面绕线框相对旋转中心倾斜一个螺旋角。
本发明还提供了基于极化线栅自动化缠绕装置所实现的极化线栅自动化缠绕方法，包括：
线栅在缠绕加工之前，将钼丝依次穿过放线器503、张力传感器502、排线立柱501，然后将钼丝的端点固定在线栅缠绕单元4的最左端，线栅缠绕单元4在所述驱动单元3中的电机驱动下做旋转运动，与此同时，直线运动单元6带动放线器503、张力传感器502、排线立柱501做直线运动，所述旋转运动和直线运动两者具有恒定的速度比后实现钼丝的螺旋缠绕。
本发明的优点在于：
1、本发明的极化线栅自动化缠绕装置能够实现极化线栅的自动缠绕，有效节省人力成本的支出。
2、本发明的极化线栅自动化缠绕装置相比于人工缠绕具有较高的缠绕精度。
3、本发明的极化线栅自动化缠绕装置可一次成型两个极化线栅框，具有高效加工能力。
附图说明
图1是极化线栅自动化缠绕装置的整体装配图；
图2是极化线栅自动化缠绕装置的线栅旋转单元三维结构图；
图3是极化线栅自动化缠绕装置的放线及张力控制单元三维结构图；
图4是极化线栅自动化缠绕装置的触控屏人机界面；
图5是极化线栅自动化缠绕装置的控制原理图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
参考图1，本发明的极化线栅自动化缠绕装置包括：基准平台1、左支撑座201、右支撑座202、支撑平台203、驱动单元3、线栅缠绕单元4、放线单元5、直线运动单元6、人机接口7以及控制单元(未在图1中示出)；其中，所述左支撑座201和右支撑座202分别安装在基准平台1上，且这两个支撑座上的支撑孔同轴；所述线栅缠绕单元4的旋转中心轴安装在所述左支撑座201、右支撑座202的支撑孔内，并在所述驱动单元3的带动下旋转；所述直线运动单元6固定于所述基准平台1上，并与所述线栅缠绕单元4的旋转中心轴平行；所述支撑平台203安装在所述直线运动单元6上，所述放线单元5安装在所述支撑平台203上，所述支撑平台203能在所述直线运动单元6上作直线运动，从而带动所述放线单元5作直线运动；所述人机接口7用于向用户提供人机交互的接口。
下面对该装置中的各个部件做进一步的描述。
参考图2，所述驱动单元3包括电机301与减速机302；所述电机301通过减速机302驱动线栅缠绕单元4绕其中心轴旋转。
作为一种优选实现方式，如图1所示，在本实施例中，线栅缠绕单元4的正反两面分别固定了一个绕线拍8，因此线栅缠绕单元4旋转运动时可一次成型两个极化线栅，具有高效加工能力。正反面绕线框相对旋转中心倾斜一个螺旋角，以保证钼丝方向和极化线栅框上下边框垂直。
参考图3，所述放线单元5包括放线器503、张力传感器502和排线立柱501；为了提高钼丝走线时的平稳度，减少钼丝跳动，所述放线器503、张力传感器502和排线立柱501在安装时应保证三者与钼丝的接触部分(即排线立柱501的夹缝、张力传感器502的导轮、放线器503的滑轮)和沿钼丝走线的方向在同一平面内三者共线；其中，张力传感器502对钼丝的张力进行检测，将检测得到的关于张力大小的信号反馈给所述控制单元，由所述控制单元比较钼丝的现实张力与理想张力，进而通过放线器503来调节钼丝张力大小和控制钼丝张力恒定；排线立柱501可以防止缠绕过程中钼丝在水平方向的跳动。
所述直线运动单元6可采用市场上已有的电动滑台产品，该单元包括电机、导轨与丝杠，电机带动丝杠滚动，丝杠带动支撑平台203在导轨上滑动。
所述人机接口7在本实施例中为一触控屏，参考图5，所述触控屏与PLC(控制单元8的一部分，在后文中有详细说明)连接，通过该连接，所述触控屏接收所要显示的数据并发出控制命令。图4为触控屏上所显示内容的示意图，通过这一触控屏，用户可以设定绕线间距、线框口径、钼丝线径等参数，本发明的极化线栅自动化缠绕装置在工作时，钼丝绕线张力、线框旋转速度、排线移动速度等实时数据也可在触控屏上显示，此外，触控屏还可以显示报警信息，并可通过触控屏完成运行、复位、停机等操作。
所述控制单元包括：放线张力控制子单元、驱动单元速度控制子单元和直线运动单元速度控制子单元。如图5所示，放线张力控制子单元采用一PLC实现，其与张力传感器502连接；张力传感器502将检测得到的关于张力大小的信号反馈给放线张力控制子单元后，该子单元将反馈信号与理想张力进行比较，根据比较结果改变放线器503的电磁力矩，从而改变张力大小，使张力大小趋于理想张力。驱动单元速度控制子单元包括一光栅编码器与电机驱动器，该子单元与所述驱动单元3连接，所述光栅编码器监测电机的转动速度，监测结果反馈给电机驱动器，电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证驱动速度的恒定。直线运动单元速度控制子单元包括一光栅编码器与电机驱动器，该子单元与直线运动单元6中的电机连接，所述光栅编码器监测直线运动单元6中的电机转动速度，监测结果反馈给电机驱动器，电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证直线运动速度的恒定。驱动速度和直线运动速度的比值直接决定了线栅缠绕的间距，因此驱动速度和直线运动速度的恒定对于保证线栅间距的精度显得尤为重要。
本发明的极化线栅自动化缠绕装置的工作过程如下：线栅在缠绕加工之前，钼丝有个穿引过程，即将钼丝依次穿过放线器503、张力传感器502、排线立柱501，然后将钼丝的端点固定在线栅缠绕单元4的最左端，线栅缠绕单元4在驱动单元3中的电机驱动下做旋转运动，与此同时，直线运动单元6带动放线器503、张力传感器502、排线立柱501做直线运动，所述旋转运动和直线运动两者具有恒定的速度比时可实现钼丝的螺旋缠绕，从而实现钼丝自动化缠绕。
在本发明的极化线栅自动化缠绕装置中，驱动速度和直线运动速度的比值直接决定了线栅缠绕的间距，因此可通过改变旋转运动与直线运动的速度比来实现绕线间距的控制。
本发明的极化线栅自动化缠绕装置可实现对不同线径钼丝的缠绕。当需要不同线径的钼丝进行极化线栅加工时，需将先前的钼丝换下，重新进行钼丝穿引、固定，然后调节张力与转速，从而实现极化线栅的自动缠绕。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种极化线栅自动化缠绕装置，其特征在于，包括：基准平台(1)、左支撑座(201)、右支撑座(202)、支撑平台(203)、驱动单元(3)、线栅缠绕单元(4)、放线单元(5)、直线运动单元(6)、人机接口(7)以及控制单元；其中，
所述左支撑座(201)和右支撑座(202)分别安装在基准平台(1)上，且这两个支撑座上的支撑孔同轴；所述线栅缠绕单元(4)的旋转中心轴安装在所述左支撑座(201)、右支撑座(202)的支撑孔内，并在所述驱动单元(3)的带动下旋转；所述直线运动单元(6)固定于所述基准平台(1)上，并与所述线栅缠绕单元(4)的旋转中心轴平行；所述支撑平台(203)安装在所述直线运动单元(6)上，所述放线单元(5)安装在所述支撑平台(203)上，所述支撑平台(203)能在所述直线运动单元(6)上作直线运动，从而带动所述放线单元(5)作直线运动；所述人机接口(7)用于向用户提供人机交互的接口；所述控制单元用于对所述直线运动单元(6)、所述驱动单元(3)以及放线单元(5)的控制；其中，
所述放线单元(5)包括放线器(503)、张力传感器(502)和排线立柱(501)；所述放线器(503)、张力传感器(502)和排线立柱(501)在安装时，所述排线立柱(501)的夹缝、张力传感器(502)的导轮、放线器(503)的滑轮和沿钼丝走线的方向在同一平面内三者共线；其中，所述张力传感器(502)对钼丝的张力进行检测，所述放线器(503)用于调节钼丝张力大小和控制钼丝张力恒定，所述排线立柱(501)用于防止缠绕过程中钼丝在水平方向的跳动；
所述控制单元包括：放线张力控制子单元、驱动单元速度控制子单元和直线运动单元速度控制子单元；其中，
所述放线张力控制子单元采用一PLC实现，其与张力传感器(502)连接；张力传感器(502)将检测得到的关于张力大小的信号反馈给放线张力控制子单元后，该子单元将反馈信号与理想张力进行比较，根据比较结果改变放线器(503)的电磁力矩；所述驱动单元速度控制子单元包括第一光栅编码器与第一电机驱动器，该子单元与所述驱动单元(3)连接，所述第一光栅编码器监测驱动单元(3)中的电机的转动速度，监测结果反馈给第一电机驱动器，第一电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证驱动速度的恒定；所述直线运动单元速度控制子单元包括第二光栅编码器与第二电机驱动器，该子单元与所述直线运动单元(6)中的电机连接，所述第二光栅编码器监测直线运动单元(6)中的电机转动速度，监测结果反馈给第二电机驱动器，第二电机驱动器根据反馈结果调节电机的转动速度，从而保证直线运动速度的恒定；
在所述控制单元的控制下，线栅缠绕单元(4)的旋转运动与直线运动单元(6)的直线运动具有恒定的速度比。
2.根据权利要求1所述的极化线栅自动化缠绕装置，其特征在于，所述驱动单元(3)包括电机(301)与减速机(302)；所述电机(301)通过所述减速机(302)驱动所述线栅缠绕单元(4)绕其中心轴旋转。
3.根据权利要求1所述的极化线栅自动化缠绕装置，其特征在于，所述控制单元设定所述旋转运动与所述直线运动的速度比，以实现绕线间距的控制。
4.根据权利要求1所述的极化线栅自动化缠绕装置，其特征在于，所述线栅缠绕单元(4)的正反两面分别固定了一个绕线拍(8)。
5.根据权利要求1所述的极化线栅自动化缠绕装置，其特征在于，所述线栅缠绕单元(4)的正反面绕线框相对旋转中心倾斜一个螺旋角。
6.基于权利要求1-5之一的极化线栅自动化缠绕装置所实现的极化线栅自动化缠绕方法，包括：
线栅在缠绕加工之前，将钼丝依次穿过放线器(503)、张力传感器(502)、排线立柱(501)，然后将钼丝的端点固定在线栅缠绕单元(4)的最左端，线栅缠绕单元(4)在所述驱动单元(3)中的电机驱动下做旋转运动，与此同时，直线运动单元(6)带动放线器(503)、张力传感器(502)、排线立柱(501)做直线运动，所述旋转运动和直线运动两者具有恒定的速度比后实现钼丝的螺旋缠绕。
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