CN111204610B - 大口径极化线栅缠绕装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大口径极化线栅缠绕装置，包括工作平台、绕线机构、排线机构、放线机构、控制单元；绕线机构能够绕旋转轴线旋转，排线机构的平台移动方向与绕线机构旋转轴线平行；放线机构安装于排线机构的平台上，金属丝线能够从放线机构以恒定张力放出，并在安装了线栅环的绕线机构上绕制；控制单元控制旋转框架转速、排线机构平台移动速度以及放线机构的放线速度。本发明中的放线机构为变线速恒张力主动放线系统，包括线盘、放线机构电机驱动装置、压线棒、双导轮紧丝器、轴角传感器、导向轮、张力控制器、导线棒；通过电动驱动装置、双导轮紧丝器、轴角传感器的联合作用，可以实现放线速度的闭环控制，可防止出现断线或丝线松弛。

Description

大口径极化线栅缠绕装置

技术领域

本发明涉及一种大口径极化线栅缠绕装置。

背景技术

极化线栅作为一种低损耗的极化分离器，是一种用来对电磁波进行极化分离的准光学设备，其作为一种低损耗的极化器，在微波、毫米波、亚毫米波及远红外波段应用广泛。我国“高分一号”卫星、风云三号“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”等方面都有重要应用。

极化线栅主体由一系列等间距、垂直或水平排列的金属丝构成。在理想情况下，当入射电磁波垂直极化方向与极化线栅平行时，则垂直极化电磁波被反射，水平极化电磁波完全透过；反之，当入射电磁波水平极化方向与极化线栅平行时，则水平极化电磁波被反射，垂直极化电磁波完全透过。

在制作极化线栅时，极化线栅的缠绕工艺是影响极化线栅工作性能的关键。吉林大学硕士学位论文《极化线栅缠绕装置及其伺服系统的设计研究》描述的一种线栅缠绕装置及其制作方法，绕线机构本身非圆柱状，而是扁平状，旋转过程中必然导致放线速度变化，为此专门使用了AE电子张力控制器实现恒张力放线，同时可用于储存、拉紧丝线。

但该文献中的极化线栅口径仅为Φ500mm，而新的设计要求将极化线栅口径扩大到Φ1500mm，导致丝线张力幅度变化更大，绕线速度要求更高(否则绕线时间太长)，断线机率更高，张力控制精度要求更高，极化线栅刚性要求更高，所以研制难度更大。

上述文献中的装置不能满足口径Φ1500mm线栅的绕制，根本原因主要是：

原技术方案放线装置中线盘为无驱动装置的被动放线，仅仅采用电子张力控制器保证丝线张力恒定并储存丝线，但对于Φ1500mm线栅，由于旋转框架尺寸随之扩大(旋转框架用于安装固定线栅环，随线栅环一起旋转，其尺寸必须大于线栅环外形尺寸)，若以同样速度旋转，其速度变化幅度将会增加3倍，仅靠张力控制器已经不能满足要求，因为速度变化幅度过大，超出了张力控制器控制能力范围(响应速度无法跟上，线盘惯量太大)，将会出现断线或丝线松弛问题。

此外，具体工艺上，原技术方案也存在以下细节问题：

1.旋转框架刚度、硬度需要提高。旋转框架尺寸较原技术方案扩大了3倍，作用在旋转框架圆管上的丝线圈数也增加了3倍，故作用力也增加了3倍，圆管受力会向内发生弯曲变形，使得丝线松弛，故为了降低圆管弯曲变形，必须提高旋转框架的刚性，保证线栅丝线的张力。此外，原技术方案圆管采用尼龙材料，该材料硬度低，多次使用后材料表面出现印痕，不能满足多次绕线的要求，必须更改。

2.原技术方案旋转机构裸露在外，对于小型线栅缠绕装置还能接受，对于大型线栅缠绕装置，裸露的旋转机构在工作过程中显然是不安全的，容易造成人身和设备安全事故。因此必须将设备封闭隔离。

3.原技术方案中，旋转机构与排线机构在同一水平面上布局，重心较高，工作过程中的振动会通过工作平台放大，将会使排线精度恶化，因此应优化布局方案，抑制振动的对线栅间距的影响。

4.原技术方案中，线栅本身结构方案为丝线位于线栅环一侧，而丝线具有一定张力，会使线栅环变形、丝线松弛，线栅口面平面度变差，对于大口径线栅，由于丝线数量更多，所受的丝线张力更大，变形更大，问题更为突出，其结果将会使口面平面度超差。因此，必须改变线栅结构，降低口面平面度误差。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种大口径极化线栅缠绕装置，能够满足Φ1500mm大口径的极化线栅自动化缠绕制作。

本发明的技术方案为：

所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：包括工作平台、绕线机构、排线机构、放线机构、控制单元；工作平台提供了绕线机构、排线机构、控制单元的安装接口；绕线机构位于工作平台上部中央位置，通过左右两个安装座安装在工作平台上，使得绕线机构的旋转轴线水平，绕线机构能够绕旋转轴线旋转；排线机构通过安装板安装于工作平台下部偏心位置，排线机构中的平台移动方向与绕线机构旋转轴线平行；放线机构安装于排线机构的平台上，且随平台一起移动；金属丝线能够从放线机构以恒定张力放出，并在安装了线栅环的绕线机构上绕制；控制单元控制旋转框架转速、排线机构平台移动速度以及放线机构的放线速度；

所述放线机构为变线速恒张力主动放线系统，包括线盘、放线机构电机驱动装置、压线棒、双导轮紧丝器、轴角传感器、导向轮、张力控制器、导线棒；

所述放线机构电机驱动装置安装在排线机构平台上，能够带动线盘转动；所述线盘上有绕制好的金属丝线；所述压线棒轴线平行于线盘轴线，从线盘引出的丝线经过压线棒形成包角，丝线在压线棒上可以自由滑动；

从压线棒引出的丝线进入双导轮紧丝器，并从双导轮紧丝器引出后经过导向轮后进入张力控制器，通过张力控制器后的丝线通过导线棒以恒定张力放出；

所述双导轮紧丝器包括摇杆、摇杆导轮、弹性驱动部件和两个固定轮；所述摇杆中心位置固定有摇杆转轴，摇杆转轴上安装有弹性驱动部件，能够驱动摇杆绕摇杆转轴转动，且能够在摇杆两个方向的转动过程中释放和存储驱动能量；所述摇杆两端安装有摇杆导轮；两个固定轮布置在摇杆转轴两侧，且处于摇杆导轮回转圆周的内侧；第一固定轮靠近压线棒，第二固定轮靠近导向轮；丝线与两个固定轮的接触位置处于相反侧，丝线与压线棒以及第一固定轮的接触位置处于同一侧，丝线与导向轮以及第二固定轮的接触位置处于同一侧；摇杆导轮的回转圆周处于压线棒与第一固定轮之间，也处于导向轮与第二固定轮之间；

当压线棒与第一固定轮之间的丝线为直线以及导向轮与第二固定轮之间的丝线为直线时，此时两个摇杆导轮处于丝线的两侧，双导轮紧丝器中的丝线存储量为零，弹性驱动部件处于驱动能量最大状态；

弹性驱动部件能够释放驱动能量来驱动摇杆绕摇杆转轴转动，使摇杆导轮将压线棒与第一固定轮之间的丝线以及导向轮与第二固定轮之间的丝线存储，直至设定位置，此时双导轮紧丝器中的丝线存储量最大，弹性驱动部件处于驱动能量最小状态；

所述轴角传感器安装在摇杆转轴上，能够测量摇杆的转角，并将转角数据发送给控制单元；控制单元将输入的转角与设定角度比较，根据比较结果给放线机构电机驱动装置发送指令，控制线盘调整放线速度，使得双导轮紧丝储线长度始终趋向于理想长度。

进一步的优选方案，所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：所述绕线机构包括绕线驱动装置、绕线轴角编码装置和旋转框架；所述旋转框架包括两块侧板、两根圆管和矩形管；两根圆管分别垂直连接在两块侧板边缘，两块侧板中心分别连接绕线驱动装置和绕线轴角编码装置，圆管轴线平行于绕线机构的旋转轴线；矩形管连接在侧板与圆管包围范围内，形成支撑框架，用于安装线栅环；绕线驱动装置受控制单元控制，驱动旋转框架转动，绕线轴角编码装置测量旋转框架转动速度，并传递给控制单元。

进一步的优选方案，所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：侧板由轻质金属材料加工成形，圆管由碳纤维蒙皮和铝蜂窝夹层制成，矩形管采用碳纤维材料制成，各自加工成形后，采用胶铆结合的方式成为一个整体。

进一步的优选方案，所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：矩形管中设置有若干贯通的定位埋件，用于在绕线机构正反面均通过定位埋件安装线栅环。

进一步的优选方案，所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：工作平台采用型材拼接成形，上部具有吊环，底部有可以调平和移动的万向轮，左右两侧有对开式门，门上安装透明有机玻璃，前后两侧安装有围板。

进一步的优选方案，所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：还包括安全控保设施，包括绕线机构安全销及感应开关、工作平台两侧门感应开关、排线机构行程开关；安全销用于绕线机构锁定，；只有当绕线机构安全销拔出、工作平台两侧门关闭、排线机构处于工作行程内时，控制单元才能起动工作。

有益效果

本发明具有以下优点：

1、本发明的放线机构采用变线速恒张力主动放线系统，通过电动驱动装置、双导轮紧丝器、轴角传感器的联合作用，可以实现放线速度的闭环控制。相对于将线盘固定在无驱动装置的被动放线系统，本发明可实现主动放线，即根据轴角传感器检测的角度值，由控制系统控制驱动装置主动调整放线速度，可防止出现断线或丝线松弛。

双导轮紧丝器用于储存丝线，储存丝线的长度更大，且将轴角传感器同轴安装于双导轮紧丝器中心转轴上，通过检测双导轮紧丝器摇杆的角度，可以准确得知双导轮紧丝器所存储的丝线的长度，原因在于本发明提出的双导轮紧丝器中，摇杆角度与丝线长度的关系是单调的，相对于以丝线张力作为变量的控制策略，其函数关系简单明确，有效降低了控制难度，提高了控制精度和速度。

2、采用半封闭式工作平台，以及各项安全控保措施，提高了设备的可靠性和安全性。

3、优化了绕线机构和排线机构的布局，使振动引起的丝线间距误差减小。

4、绕线机构的旋转框架采用了轻量化设计方法，大大降低了转动惯量，提高了绕线速度控制精度。旋转框架圆管采用碳纤维蒙皮铝蜂窝夹层结构，刚性和硬度显著提高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：装置轴侧图(隐藏前后围板)；

其中：1.工作平台；2.绕线机构；3.排线机构；4.放线机构；5.控制单元；6.线栅环；

图2：装置主视图；

图3：装置俯视图；

图4：装置左视图；

图5：装置右视图；

图6：工作平台示意图；

图7：绕线机构示意图；

其中：201、绕线驱动装置；202、绕线轴角编码装置；203、旋转框架；

图8：旋转框架示意图；

其中：2031、圆管；2032、矩形管；2033、埋件；2034、侧板；

图9：排线机构示意图；

其中：301、滑动模组；302、排线机构电动驱动装置；303、安装板；3011、排线机构平台；

图10：线栅环在旋转框架上的固定示意图；

图11：线栅结构示意图；

其中：601、线栅环；602、线栅盖板；603、金属丝线阵列；

图12：放线机构示意图；

其中：4-1.平台；4-2.电机；4-3.减速器；4-4.减速器支架；4-5.线盘；4-6.压线棒；4-7.压线棒支架；4-8.双导轮紧丝器；4-9.轴角传感器；4-10.导向轮；4-11.张力控制器；4-12.导线棒支架；4-13.导线棒；4-14.导线棒调整杆；

图13：双导轮紧丝器的原理示意图；

图14：双导轮紧丝器丝线存储量为零时原理示意图；

图15：双导轮紧丝器丝线最大存储量时原理示意图；

其中：8-1.支座；8-2.摇杆转轴；8-3.摇杆；8-4.第一摇杆导轮及其转轴；8-5.第二摇杆导轮及其转轴；8-6.第一固定轮支座；8-7.第一固定轮及其转轴；8-8.第二固定轮支座；8-9.第二固定轮及其转轴；8-10.第三固定轮支座；8-11.第三固定轮及其转轴；8-12.第四固定轮支座；8-13.第四固定轮及其转轴；8-14.进线端丝线；8-15.出线端丝线；8-16丝线；

图16：放线机构电气接线图；

图17：放线机构双导轮紧丝器的工作示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中的极化线栅缠绕装置结构示意图如图1所示。主要包括工作平台、绕线机构、排线机构、放线机构、控制单元等，其工作原理为绕线机构的匀速旋转运动和排线机构的直线运动合成金属丝线的等距螺旋运动，从而形成等距直线阵列。

工作平台提供了绕线机构、排线机构、控制箱的安装接口。

绕线机构位于工作平台上部中央位置，通过左右两个安装座安装在工作平台上，使得绕线机构的旋转轴线水平，绕线机构能够绕旋转轴线旋转。

排线机构通过安装板安装于工作平台下部，使得设备重心低，振动幅度减小，有利于提高设备稳定性和绕线精度，排线机构偏置安装，离中央位置有一定距离，使得设备高度尺寸降低；排线机构中的平台移动方向与绕线机构旋转轴线严格平行。

放线机构安装于排线机构的平台上，且随平台一起移动；金属丝线能够从放线机构以恒定张力放出，且放线速度能够与旋转机构旋转速度相适应(即放线速度是周期性大幅变化的，本实施例中高低速度之比达到13.2)，丝线紧贴放线机构导线棒放出，形成包角，保证出线角度与绕线机构轴线垂直，之后丝线在安装了线栅环的绕线机构上绕制。

控制单元控制旋转框架转速、排线机构平台移动速度以及放线机构的放线速度。

工作平台由铝型材拼接成形，较焊接法便于装拆，成形速度快，价格便宜，重量轻。上有吊环，下有可以调平和移动的福马轮，左右两侧有对开式门，前后两侧安装有围板。设备运转时两侧对开门保持关闭状态，门上安装透明有机玻璃，可以观察设备运行状况，保护设备和人员安全。工作平台周围形成一个半封闭空间，有效保证了设备和人身安全。

绕线机构由电动驱动装置驱动旋转，主要由绕线驱动装置201、绕线轴角编码装置202、旋转框架203等组成，如图7所示。其中旋转框架主要由圆管2031(2件)、矩形管2032(5件)、埋件2033(若干)、侧板2034(2件)等组成，其中侧板由轻质金属材料如铝合金加工成形，圆管由碳纤维蒙皮和铝蜂窝夹层制成，刚性大，外层碳纤维蒙皮采用凹模成形，表面光滑且平整、且硬度高。矩形管采用碳纤维材料制成。侧板、圆管、矩形管各自加工成形后，采用胶铆结合的方式成为一个整体。埋件由金属材料制成，与矩形管胶接固定，埋件在矩形方管上下贯穿，其安装孔用于固定线栅环，为了保证孔位精度和平面度，埋件的表面和安装孔在旋转框架成形之后通过大型精密机床加工而成。

绕线驱动装置主要由伺服电机和减速器组成，为了增加速比、减小设备包络尺寸，可选用直角形减速器。绕线轴角编码装置内含轴承，用于支撑旋转框架，同时在转轴上同轴安装了一个光电编码器，可以实时检测旋转框架转角并反馈给控制单元。旋转框架用于安装固定线栅环，两侧分别安装一个，安装接口为旋转框架上的埋件，各埋件表面平齐，平面度由机床加工保证。一次绕线可完成两个线栅的制作，如图10所示。

旋转框架和线栅环构成绕线机构负载，其转动惯量越小越好，所以旋转框架由硬质铝合金以及碳纤维复合材料二次胶粘固化成形，具有刚度大、转动惯量小的优点。旋转框架中，圆管2031距离旋转中心最远、对转动惯量贡献最大，同时受丝线张力作用会向内弯曲，所以采用了碳纤维蒙皮-铝蜂窝-碳纤维蒙皮的“三明治”夹层结构高温胶粘固化成形。圆管中间用多根(如2根)矩形方管支撑，矩形方管可用轻质刚性材料如碳纤维材料制成，多根矩形方管作支撑可以有效减小圆管的弯曲变形，同时，也可以提供更多的线栅环安装接口。

排线机构的主体是一维滑动模组，如图9所示，由滑动模组301、电动驱动装置302、安装板303组成，其中平台3011提供了放线机构安装接口。滑动模组采用丝杠螺母副传动机构，将电机的旋转运动转化为平台的移动。排线机构位于工作平台下方，通过安装板安装在平台框架底面上，其长度方向即丝杠轴线方向与旋转框架旋转轴线平行。滑动模组由电动驱动装置驱动，平台作水平移动，移动方向与旋转框架旋转轴线平行。

放线机构固定在滑动模组平台上，采用由电机驱动机构+缓冲装置组成的主动放线系统。这是由于旋转框架呈扁平状而非圆柱状，旋转时丝线放线速度大幅变化，可能会导致丝力张力变化甚至断线。放线机构要在保证丝线张力不变的前提下适时调整放线速度，与绕线速度相匹配。线盘固定在放线机构上，由电机驱动旋转实现放线速度可控，放线机构的缓冲装置可以实现0.5米长的丝线存储，丝线经过陶瓷导线棒的导向精确缠绕到旋转框架上。

这里结合图12～图17重点描述放线机构：

首先结合图13～图15说明双导轮紧丝器的工作原理，为了便于解释，图13～图15中采用四个固定轮，而实际本实施例中，两边外侧的固定轮采用压线棒和导向轮实现。

如图13所示，摇杆长度方向的中心位置固定有摇杆转轴，摇杆转轴安装在支座上，支座上安装有涡簧，能够驱动摇杆绕摇杆转轴转动，且能够在摇杆两个方向的转动过程中释放和存储驱动能量。摇杆两端安装有摇杆导轮。

四个固定轮两两一组，每组固定轮中的两个固定轮中，一个位于摇杆导轮回转圆周的外侧，一个位于摇杆导轮回转圆周的内侧。

如图13所示，丝线由进线端依次经过第三固定轮、第二摇杆导轮、第一固定轮、第二固定轮、第一摇杆导轮、第四固定轮的导向后至出线端。丝线在一组固定轮的上侧与固定轮接触，在另一组固定轮的下侧与固定轮接触，即在同一组固定轮中，丝线与固定轮的接触位置处于同一侧。

当每组固定轮之间的丝线为直线时，此时两个摇杆导轮处于丝线的两侧，双导轮紧丝器中的丝线存储量为零，弹性驱动部件处于驱动能量最大状态；即如在图14所示存储量为零时，第一固定轮和第三固定轮之间、第二固定轮和第四固定轮之间的丝线为直线。

涡簧能够释放驱动能量来驱动摇杆绕摇杆转轴转动，使摇杆导轮将每组固定轮中的丝线存储，直至图15设定位置，此时双导轮紧丝器中的丝线存储量最大，涡簧处于驱动能量最小状态，第一固定轮和第三固定轮之间、第二固定轮和第四固定轮之间均存储了约2倍摇杆长度的丝线，即该装置最大可存储约4倍摇杆长度的丝线。

摇杆在涡簧的驱动下可绕摇杆转轴旋转，在存储量为零和存储量最大时均有机械限位，确保摇杆的摆动范围介于图14和图15之间。摇杆在由图15所示位置转至图14所示位置过程中，转轴附件的涡簧储能，并提供阻碍摇杆由图15向图14所示位置转动的力。因此，当丝线张力大时，在丝线张力的作用下，摇杆在丝线张力的作用下向图14所示位置摆动，将储存的丝线释放出来以降低丝线张力：当丝线张力小时，在涡簧的作用下，摇杆向图15所示位置摆动，将丝线储存起来，同时提高了丝线张力。可根据最大和最小存储量下所需要的丝线张力值对弹性元件的初始弹力和刚度进行设计。

可以看出，双导轮紧丝器的作用是张紧和储存丝线，在放线端和收线端之间形成“缓冲池”，以匹配丝线速度变化。当收线端线速较快时，双导轮紧丝器能够将暂存丝线快速放出，不致拉断，反之，当收线端线速较慢时，双导轮紧丝器将丝线存储起来，确保丝线仍有一定的张力，不致松弛。由于张力控制器的存在，所以张力控制器出线张力恒定，但大口径线栅绕制时绕线速度快，且变化幅度大，张力控制器出线张力恒定必然导致丝线速度变化很大，此时如果还采用无驱动装置的被动放线系统，非常容易导致张力控制器前端出现断线或丝线松弛，所以双导轮紧丝器的出现，并配合电动驱动装置以及轴角传感器，实现放线速度的闭环控制，主动调整放线速度，可防止张力控制器前端出现断线或丝线松弛。

下面结合附图再详细描述变线速恒张力主动放线系统：

变线速恒张力主动放线系统结构示意图如图12所示，单根丝线从线盘放出，经压线棒4-6、双导轮紧丝器4-8、导向轮4-10、张力控制器4-11后，最后紧贴导线棒4-13放出，完成放线功能。

减速器4-3、压线棒4-6、双导轮紧丝器4-8、导向轮4-10、张力控制器4-11、导线棒4-13均通过支架用螺钉固定在平台4-1上。

电机与减速器组成电动驱动装置，带动线盘旋转，其转速可随放线速度进行自适应调整。减速器可选用行星减速器，其输入轴与电机输出轴同轴连接，输出轴端部有安装螺纹孔，用于线盘的固定，减速器壳体与减速器支架连接固定。减速器支架固定在平台上。

线盘上有绕制好的金属丝线，线盘中心孔用于线盘的安装固定，用螺钉压紧安装在减速器输出轴上，使得线盘中心孔与减速器输出轴同轴。

压线棒轴线平行于线盘轴线。丝线经过压线棒形成包角，起导向作用，丝线在压线棒上可以自由滑动，可以适应丝线在线盘宽度方向不同位置放出的情况。

双导轮紧丝器的作用是张紧和储存丝线，在放线端和收线端之间形成“缓冲池”，以匹配丝线速度变化。当收线端线速较快时，双导轮紧丝器能够将暂存丝线快速放出，不致拉断，反之，当收线端线速较慢时，双导轮紧丝器将丝线存储起来，确保丝线仍有一定的张力，不致松弛。

轴角传感器同轴安装在双导轮紧丝器中心转轴上，如图17所示，通过实时检测双导轮紧丝器摇杆角度(图中A为角度范围，B角度为摇杆处于中间位置)，反馈给控制系统，控制电机转速，调整线盘转速进而调整放线速度，使得储线长度在设定范围内，实现放线速度的闭环控制。

导向轮通过支架固定在平台上，将丝线从双导轮紧丝器导向至张力控制器上，导向轮的合理布置可有效节省平台空间。

张力控制器是一种电子元器件，通过励磁电流进行张力控制，自动控制精度可达2％，张力稳定，可适应高速绕线，并带张力闭环控制功能，并且具有远程数据采集、控制功能，可通过RS485通讯方式，实现张力曲线与数据的实时监控。张力控制器的进线端张力小于张力设定值，即可保证出线张力恒定，不随丝线速度变化而变化。

导线棒两端分别通过导线棒调整杆固定在导线棒支架上，导线棒采用陶瓷材料制成，表面光滑耐磨，导线棒支架固定在平台上。导线棒轴线方向与张力控制器的张力杆摆动平面平行，且二者只能平行，不能重合，保证出线时丝线在导线棒形成一定包角，丝线紧贴着导线棒放出，这样丝线出线方向始终能够由导线棒轴线方向决定。

图16为控制原理图，控制系统通过ARM主控板实现，主控板上集成了RS232通信接口、RS485接口、CAN总线、AD采样接口、大量的串口、DC-DC降压模块等。控制原理如下：轴角传感器(本发明采用了光电编码器)同轴安装在双导轮紧丝器转轴上，实时检测紧丝器摇杆转角，摇杆转角与储线长度的关系是明确的单调函数，即每个转角对应唯一的储线长度。通过检测光电编码器转角就能够间接得知储线长度，光电编码器将检测到的转角反馈给主控板，控制程序将其与理想角度B进行比较，理想角度根据双导轮紧丝器转角设定，且在双导轮紧丝器转角范围A内选取，一般建议取中间值(这样双导轮紧丝器将储存一定长度的丝线，当放线速度变化时，既能够继续储存丝线，也能放出丝线)。根据比较结果给电机驱动器发送指令，控制放线电机调整放线速度，使得双导轮紧丝储线长度始终趋向于理想长度。

本发明的线栅缠绕装置还设置了多项安全控保措施，如绕线机构安全销及感应开关，机架两侧门感应开关，一维模组的两组行程开关、报警灯、急停按钮等。安全销用于绕线机构锁定，当操作人员进入工作平台进行操作时，可将安全销插入，可以防止绕线机构意个旋转造成安全事故。安全销感应开关用于检测安全销是否插入。报警灯可在绕线过程出现断线时闪烁和鸣响，便于故障及时发现。启动绕线的必要条件中设置有安全销拨下、两侧门关闭、排线机构在工作行程内等，分别通过安全销感应开关、门感应开关、一维模组行程开关进行检测和反馈给控制系统。

线栅的结构主要由线栅环601、线栅盖板602、金属丝线阵列603构成，如图11所示。线栅环、线栅盖板由金属板整体加工成形，这样容易保证上下表面平面度。线栅环上表面接触丝线，其表面光洁度有较高要求。线栅环固定在旋转框架上完成绕线，丝线与线栅环表面通过胶粘剂粘接，对胶粘剂主要有粘接强度、粘度、固化温度、固化时间等要求。线栅环与线栅盖板通过周围螺钉连接。

线栅环与线栅盖板材料、机加工艺、结构外形尺寸基本一致，从而将丝线夹在二者形成的“中性面”之中，理论上消除了线栅的弯曲变形，提高了线栅的口面平面度。

线栅的制作过程主要有：线栅环2个分别安装固定在旋转框架上，设置绕线参数，如旋转框架转速、丝线张力、滑台移动速度、丝线间距、排线机构起始和终了位置等，启动绕线，丝线胶粘固化，剪去多余丝线，固定线栅盖板，拆下线栅。

旋转框架转速和滑台移动速度均为匀速，二者的关系决定了丝线间距，所以三个参数只需输入其中两个、另一个可根据程序计算得出。

绕线过程起动和停止过程中，绕线机构转速是变化的，可以根据绕线机构编码器反馈的角度在程序中计算中绕线机构转速，结合丝线间距值，实时给出排线机构移动速度，主控程序将速度指发送给电机驱动器，控制排线机构转速，从而可以实现绕线全过程的丝线间距。通过改变旋转机构转速和排线机构移动速度可以实现不同丝线间距线栅的制作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：包括工作平台、绕线机构、排线机构、放线机构、控制单元；工作平台提供了绕线机构、排线机构、控制单元的安装接口；绕线机构位于工作平台上部中央位置，通过左右两个安装座安装在工作平台上，使得绕线机构的旋转轴线水平，绕线机构能够绕旋转轴线旋转；排线机构通过安装板安装于工作平台下部偏心位置，排线机构中的平台移动方向与绕线机构旋转轴线平行；放线机构安装于排线机构的平台上，且随平台一起移动；金属丝线能够从放线机构以恒定张力放出，并在安装了线栅环的绕线机构上绕制；

控制单元控制旋转框架转速、排线机构平台移动速度以及放线机构的放线速度；

所述放线机构为变线速恒张力主动放线系统，包括线盘、放线机构电机驱动装置、压线棒、双导轮紧丝器、轴角传感器、导向轮、张力控制器、导线棒；

所述放线机构电机驱动装置安装在排线机构平台上，能够带动线盘转动；所述线盘上有绕制好的金属丝线；所述压线棒轴线平行于线盘轴线，从线盘引出的丝线经过压线棒形成包角，丝线在压线棒上可以自由滑动；

从压线棒引出的丝线进入双导轮紧丝器，并从双导轮紧丝器引出后经过导向轮后进入张力控制器，通过张力控制器后的丝线通过导线棒以恒定张力放出；

所述双导轮紧丝器包括摇杆、摇杆导轮、弹性驱动部件和两个固定轮；所述摇杆中心位置固定有摇杆转轴，摇杆转轴上安装有弹性驱动部件，能够驱动摇杆绕摇杆转轴转动，且能够在摇杆两个方向的转动过程中释放和存储驱动能量；所述摇杆两端安装有摇杆导轮；两个固定轮布置在摇杆转轴两侧，且处于摇杆导轮回转圆周的内侧；第一固定轮靠近压线棒，第二固定轮靠近导向轮；丝线与两个固定轮的接触位置处于相反侧，丝线与压线棒以及第一固定轮的接触位置处于同一侧，丝线与导向轮以及第二固定轮的接触位置处于同一侧；摇杆导轮的回转圆周处于压线棒与第一固定轮之间，也处于导向轮与第二固定轮之间；

当压线棒与第一固定轮之间的丝线为直线以及导向轮与第二固定轮之间的丝线为直线时，此时两个摇杆导轮处于丝线的两侧，双导轮紧丝器中的丝线存储量为零，弹性驱动部件处于驱动能量最大状态；

弹性驱动部件能够释放驱动能量来驱动摇杆绕摇杆转轴转动，使摇杆导轮将压线棒与第一固定轮之间的丝线以及导向轮与第二固定轮之间的丝线存储，直至设定位置，此时双导轮紧丝器中的丝线存储量最大，弹性驱动部件处于驱动能量最小状态；

所述轴角传感器安装在摇杆转轴上，能够测量摇杆的转角，并将转角数据发送给控制单元；控制单元将输入的转角与设定角度比较，根据比较结果给放线机构电机驱动装置发送指令，控制线盘调整放线速度，使得双导轮紧丝储线长度始终趋向于理想长度。

2.根据权利要求1所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：所述绕线机构包括绕线驱动装置、绕线轴角编码装置和旋转框架；所述旋转框架包括两块侧板、两根圆管和矩形管；两根圆管分别垂直连接在两块侧板边缘，两块侧板中心分别连接绕线驱动装置和绕线轴角编码装置，圆管轴线平行于绕线机构的旋转轴线；矩形管连接在侧板与圆管包围范围内，形成支撑框架，用于安装线栅环；绕线驱动装置受控制单元控制，驱动旋转框架转动，绕线轴角编码装置测量旋转框架转动速度，并传递给控制单元。

3.根据权利要求2所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：侧板由轻质金属材料加工成形，圆管由碳纤维蒙皮和铝蜂窝夹层制成，矩形管采用碳纤维材料制成，各自加工成形后，采用胶铆结合的方式成为一个整体。

4.根据权利要求2所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：矩形管中设置有若干贯通的定位埋件，用于在绕线机构正反面均通过定位埋件安装线栅环。

5.根据权利要求1所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：工作平台采用型材拼接成形，上部具有吊环，底部有可以调平和移动的万向轮，左右两侧有对开式门，门上安装透明有机玻璃，前后两侧安装有围板。

6.根据权利要求5所述一种大口径极化线栅缠绕装置，其特征在于：还包括安全控保设施，包括绕线机构安全销及感应开关、工作平台两侧门感应开关、排线机构行程开关；安全销用于绕线机构锁定，只有当绕线机构安全销拔出、工作平台两侧门关闭、排线机构处于工作行程内时，控制单元才能起动工作。

Images