CN113571210B - 一种齿轮同步的定位装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮同步的定位装置及其使用方法，所述齿轮同步的定位装置包括：支撑座，燃料棒可转动地安装在所述支撑上；直线机构，包括安装在所述安装基础上的驱动件以及连接在所述驱动件上的活动件，所述驱动件用于驱动所述活动件沿所述燃料棒的长度方向直线移动；压紧块，所述压紧块固定在所述活动件上，所述压紧块被配置为通过随所述活动件的直线移动将绕丝缠绕并压紧在所述燃料棒上；驱动机构，安装在支撑座上，所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒转动。所述齿轮同步的定位装置能够将绕丝高精度和高效率地缠绕、同步固定在燃料棒的外表面上，并能实时检测绕丝的螺距，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的带绕丝燃料棒能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动特性等。

Description

一种齿轮同步的定位装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种齿轮同步的定位装置及其使用方法。

背景技术

液态金属冷却反应堆常使用螺旋绕丝作为燃料组件的定位部件。定位部件能够使冷却剂从燃料棒包壳管间绕丝形成的螺旋形空腔中流过，形成冷却液循环回路带走反应堆释放的热量。绕丝具有以下3个作用：(1)确定相邻燃料棒间距；(2)减小燃料棒震动和弯曲；(3)增强棒束流道对流换热。绕丝的加工精度和机械强度会影响燃料棒束通道内流动工质的流动特性。一般选择有机玻璃作为可视化实验段观测区域的加工材料。有机玻璃的透光性可达92％，密度1.175g/cm³，在25℃时的折射率为1.491，是一种高透光、易于加工、机械强度和价格适中的塑料。

目前，现有技术中常采用手工缠绕、3D打印技术以及机械绕丝装置。在缺少定位装置的情况下手工缠绕绕丝，螺距难以得到保证；3D打印技术加工有机玻璃带绕丝的燃料棒束，表面粗糙度达不到光学实验的要求，容易引起激光的多次漫反射和示踪粒子在缝隙中附着；同时，3D打印很难加工得到较长的实验段。而现有的其他绕丝装置，加工得到的绕丝在中段的精度较低(当燃料棒较长时)，且现有的缠绕过程和注胶固化过程分离，当完成绕丝缠绕后再进行注胶固化，绕丝易产生形变，从而降低加工精度。再或者，部分现有定位装置缠绕速度慢，绕制效率低。而工业机床设备昂贵、占地面积大，且使用工业机床缠绕对有机玻璃材质损伤大。

综上，本申请为克服以上问题，本发明公开了一种齿轮同步的定位装置及其使用方法，用于将有机玻璃绕丝高精度和高效率地缠绕，并牢靠地固定在燃料棒表面上。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种齿轮同步的定位装置及其使用方法，能够将绕丝高精度和高效率地缠绕、同步固定在燃料棒的外表面上，并能实时检测绕丝的螺距。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种齿轮同步的定位装置，包括：

支撑座，燃料棒可转动地安装在所述支撑座上；

驱动机构，安装在支撑座上，所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒转动；

直线机构，包括连接在所述支撑座上的驱动件以及连接在所述驱动件上的活动件，所述驱动件用于驱动所述活动件沿所述燃料棒的长度方向直线移动；

压紧块，所述压紧块固定在所述活动件上，所述压紧块被配置为随所述活动件直线移动进而将绕丝缠绕并压紧在所述燃料棒上。

进一步地，所述支撑座包括相互间隔设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板相对的位置处分别转动安装有第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头分别用于夹持所述燃料棒的两端。

进一步地，所述直线机构包括：

丝杆，所述丝杆的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板转动连接以形成所述驱动件，所述丝杆与所述燃料棒平行安装；

支撑块，所述支撑块套设在所述丝杆上，且与所述丝杆螺旋连接以形成所述活动件；

所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒以及丝杆转动。

进一步地，所述驱动机构包括齿轮传动装置和驱动部件，其中所述齿轮传动装置包括大齿轮和与所述大齿轮啮合的小齿轮，所述大齿轮与小齿轮之间的传动比为1：A，所述大齿轮固定安装在传动轴上，所述传动轴的一端与所述燃料棒的一端连接，所述小齿轮与所述丝杆的一端连接；所述大齿轮与小齿轮均固定安装在所述第一支撑板的外侧。

所述驱动部件用于驱动所述大齿轮转动。

进一步地，所述驱动部件为驱动手柄，所述驱动手柄的一端与所述传动轴连接；

或者，所述驱动部件为电机或者是旋转气缸，所述电机或者旋转气缸的输出轴与所述传动轴连接。

进一步地，还包括滑动导轨，所述滑动导轨的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板固定连接，所述滑动导轨与所述丝杆平行，所述支撑块的底部与所述滑动导轨配合，且沿所述滑动导轨进行滑动。

进一步地，所述压紧块上开设有第一凹槽，所述第一凹槽的顶部的内壁上开设有螺旋槽，所述支撑块的顶部开设有第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于所述燃料棒的直径。

进一步地，所述压紧块上开设有安装槽，所述支撑块的顶部插入至所述安装槽内，且二者之间形成固定连接，所述第一凹槽开设在所述安装槽的侧壁上，所述第一凹槽为倒U型凹槽，所述螺旋槽开设在所述倒U型凹槽的顶部，所述支撑块上开设有U型槽，所述倒U型凹槽的顶部与所述U型槽的底部之间配合形成所述圆形凹槽。

进一步地，所述定位装置还包括电控点胶装置，所述电控点胶装置安装在所述支撑块上，所述点胶装置包括：

点胶头，所述点胶头将胶水均匀地涂抹在燃料棒和绕丝的缝隙内；

点胶头固定装置，所述点胶头固定装置用于调整点胶头的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器，所述点胶控制器可以根据支撑块的行进速度和燃料棒与绕丝的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体可以设置为连续点胶或者间隔点胶。

进一步地，所述定位装置还包括电控烘烤装置，所述烘烤装置安装在所述支撑座的顶部和内侧壁面上，所述烘烤装置包括：

紫外线灯，所述紫外线灯两端固定在所述支撑板上方，且紫外线灯上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外线灯的通断，所述滑动开关关联位移传感器，控制紫外线灯的开启范围；

位移传感器，所述位移传感器安装在所述支撑板上，用于追踪所述支撑块的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器；

烘烤控制器，所述烘烤控制器通过接收所述位移控制器的信号，控制紫外线灯上的滑动开关，逐个开启所述支撑块经过位置的灯管单元烘烤完成点胶的区域。

进一步地，所述定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。

一种所述的齿轮同步的定位装置的使用方法，包括步骤：

1)将所述绕丝的一端弯曲、固定在所述燃料棒的第一定位孔内，另一端为自由端；

2)将步骤1)的燃料棒的两端分别插入所述第一夹头和第二夹头中；

3)调整压紧块与燃料棒的相对位置，使绕丝的初始缠绕起点在压紧块的螺旋槽的最外侧，绕丝的初始缠绕角度与螺旋槽的角度相同；

4)通过所述驱动部件驱动所述大齿轮转动一圈，带动小齿轮转动A圈，其中丝杆的螺距为Bmm，支撑块沿所述导轨水平移动A×Bmm，所述绕丝在螺旋槽内按照A×Bmm的螺距缠绕在所述燃料棒的外表面上，同时使用电控点胶装置和电控烘烤装置进行点胶和烘烤固化的操作；

5)完成最后一个螺距的缠绕后，将绕丝另一端固定在燃料棒的外表面上，松动第一夹头和第二夹头，取下压紧块，然后将带绕丝的燃料棒从齿轮同步的定位装置上取下。

6)按照步骤1)相同的办法将步骤5)中绕丝另一端弯曲、固定在所述燃料棒的第二定位孔内。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明提供的齿轮同步的定位装置使用齿轮传动装置，能够快速带动燃料棒转动，可以实现高效率绕制；同时因为齿轮传动装置和丝杆的稳定性，可以实现高精度绕制。

(2)本发明提供的齿轮同步的定位装置包含一个电控点胶装置和电控烘烤装置，能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在燃料棒与绕丝之间的缝隙内，并使用紫外线灯逐个位置、同步烘烤。

(3)本发明提供的齿轮同步的定位装置能够在缠绕的同时实时检查绕丝的螺距，及时纠正或者更换为新的绕丝进行缠绕，提高加工的成品率。

因而，本发明提供的齿轮同步的定位装置能够一边绕制、一边涂胶与烘烤固化，并能实时检测绕丝的螺距，将绕丝均匀、快速地缠绕及固定在燃料棒的外表面上，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的带绕丝燃料棒能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动特性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的齿轮同步的定位装置的一角度方向的结构示意图；

图2为齿轮同步的定位装置的另一角度方向的结构示意图；

图3为图1中的安装在支撑块上的电控点胶装置的局部放大视图；

图4为压紧块的结构示意图；

图5为支撑块的结构示意图；

图6为燃料棒的结构示意图；

附图标记说明

1-支撑座、2-驱动机构、3-直线机构、4-燃料棒、5-绕丝、6-压紧块、7-电控点胶装置、8-电控烘烤装置、9-夹头、10-导轨、11-第一支撑板、12-第二支撑板、13-连杆、21-大齿轮、22-手柄、23-小齿轮、31-丝杆、32-支撑块、321-第二凹槽、41-端部、42-燃料棒主体、421-第一定位孔、422-第二定位孔、61-第一凹槽、62-安装槽、63-螺旋槽、71-电控点胶控制器、72-点胶头固定装置、73-点胶头、74-点胶控制器线缆、81-紫外线灯、82-烘烤控制器、83-位移传感器、84-烘烤控制器线缆、91-第一夹头、92-第二夹头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，为本发明一实施例提供的齿轮同步的定位装置，包括支撑座1、驱动机构2、直线机构3、压紧块6、电控点胶装置7和电控烘烤装置8。燃料棒4可转动地安装在所述支撑座1上。所述直线机构3用于带动所述压紧块6沿所述燃料棒4的长度方向直线移动，同时将绕丝5按照固定的螺距缠绕并压紧在所述燃料棒4上。所述驱动机构2安装在所述支撑座1上，用于驱动所述燃料棒4转动。所述电控点胶装置7用于能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在燃料棒4与绕丝5之间的缝隙内；所述电控烘烤装置8用于对涂抹的胶水进行逐个位置、同步烘烤。

采用本发明所述的齿轮同步的定位装置，能够将绕丝5高精度和高效率地缠绕、同步固定在所述燃料棒4上，并能实时检测绕丝5的螺距，提高了缠绕的精度、效率和成品率，电控点胶装置7和电控烘烤装置8能够在缠绕的同时将胶水均匀地涂抹在燃料棒4与绕丝5之间的缝隙内，并使用紫外线灯逐个位置、同步烘烤。加工的带绕丝5的燃料棒4能够被用于准确地分析螺旋形空腔中流过的冷却剂的流动和传热特性。

所述支撑座1包括两个相互间隔设置的第一支撑板11和第二支撑板12。所述第一支撑板11与第二支撑板12相对的位置处分别转动安装有第一夹头91和第二夹头92，所述第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持燃料棒4的两端。所述第一支撑板11与第二支撑板12之间通过连杆13固定连接成为一体。

具体地，所述第一夹头91与所述第一支撑板11之间通过第一轴承转动连接，所述第二夹头92与所述第二支撑板12之间通过第二轴承转动连接。所述第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持燃料棒4的两端。

或者，第二夹头92也可简化为一个圆槽，让燃料棒4端部在圆槽内自由转动，圆槽直径大于等于燃料棒4的直径。

结合图1和图6所示，所述燃料棒4包括两端部41和一燃料棒主体42，燃料棒主体42的端部侧表面各设有一定位孔，分别为第一定位孔421和第二定位孔422。所述第一夹头91和第二夹头92分别用于夹持所述燃料棒4的两端部。

所述直线机构3包括安装在所述支撑座1上的丝杆31以及连接在所述丝杆31上的支撑块32，所述丝杆31用于驱动所述支撑块32沿所述燃料棒4的长度方向直线移动。所述丝杆31的两端分别与所述第一支撑板11和第二支撑板12转动连接，所述丝杆31与所述燃料棒4平行安装。具体地，所述丝杆31的两端分别与所述第一支撑板11和第二支撑板12之间通过轴承转动连接。所述驱动机构2被配置为用于驱动所述燃料棒4以及丝杆31转动。所述支撑块32套设在所述丝杆31上，且与所述丝杆31螺旋连接。

如图6所示，所述压紧块6固定在所述支撑块32的顶部，所述压紧块6上开设有供所述燃料棒4穿过的第一凹槽61，所述第一凹槽61的内壁上开设有螺旋槽63，所述螺旋槽63的螺距与所述绕丝5的螺距相同，所述螺旋槽63的宽度大于等于所述绕丝5的直径。

所述驱动机构2包括齿轮传动装置和驱动部件22。所述齿轮传动装置包括大齿轮21和与所述大齿轮21啮合的小齿轮23，所述大齿轮21与小齿轮23之间的传动比为1:A，所述大齿轮21固定安装在传动轴上，所述传动轴的一端与所述第一夹头91固定连接，所述大齿轮21转动带动所述第一夹头91转动，进而带动所述燃料棒4和第二夹头92转动，所述小齿轮23与所述丝杆31的一端固定连接。为方便安装，所述大齿轮21与小齿轮22均固定安装在所述第一支撑板11的外侧。

所述驱动部件22用于驱动所述大齿轮21转动。进一步地，所述驱动部件22为驱动手柄22，所述驱动手柄22的一端与所述传动轴固定连接。通过转动所述驱动手柄22可以带动所述大齿轮21进行转动。

作为其他的实施方式，所述驱动部件22为电机或者是旋转气缸，所述电机或者旋转气缸的输出轴与所述传动轴固定连接。

结合图1和图3所示，所述电控点胶装置7安装在所述支撑块32上，所述电控点胶装置7包括：

点胶头73，所述点胶头73将胶水均匀地涂抹在燃料棒4和绕丝5的缝隙内；

点胶头固定装置72，所述点胶头固定装置72用于调整点胶头73的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器71，所述点胶控制器71可以根据支撑块32的行进速度(燃料棒的转速)和燃料棒4与绕丝5的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体可以设置为连续点胶或者间隔点胶。

如图2所示，所述支撑座1上还安装有烘烤固化胶水的电控烘烤装置8，所述电控烘烤装置8包括：

紫外线灯81，所述紫外线灯81两端固定在所述第一支撑板11和第二支撑板12上方，且紫外线灯81上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外线灯81的通断，所述滑动开关关联位移传感器83，控制紫外线灯81的开启范围；

位移传感器83，所述位移传感器83安装在所述第一支撑板11上，用于追踪所述支撑块32的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器82；

烘烤控制器82，所述烘烤控制器82通过接收所述位移传感器83的信号，控制紫外线灯81上的滑动开关，逐个开启所述支撑块32经过位置的灯管单元，烘烤完成点胶的区域，不会照射伤害到操作人员。完成所有的缠绕和点胶操作后，提高烘烤功率，完成烘烤和固化。

所述齿轮同步的定位装置的工作原理为：

当所述驱动部件22驱动所述大齿轮21、燃料棒4转动一圈，进而所述燃料棒4带动所述绕丝5转动一圈，所述大齿轮21转动一圈带动小齿轮23转动A圈，其中丝杆31的螺距为Bmm，因此当所述大齿轮21转动一圈，支撑块32沿所述丝杆31水平移动A×Bmm，则所述压紧块6被支撑块32固定和支撑并沿水平方向运输前进了A×Bmm，与所述绕丝5在所述螺纹槽63旋转一圈时，螺纹槽63需要前进的距离同步且相等，因此实现将绕丝5按照A×Bmm的螺距缠绕在所述燃料棒4的外表面上。在所述绕丝5进行缠绕的过程中同时通过所述电控点胶装置7将胶水均匀地涂抹在燃料棒4与绕丝5之间的缝隙内，并使用电控烘烤装置8逐个位置、同步烘烤。

本发明中在进行缠绕的同时通过所述支撑块32的支撑顶起以及压紧块6的按压作用，能够使所述绕丝5紧贴在所述燃料棒4上，因为较长的燃料棒4不可避免的会存在一定程度的弯曲，特别是正中间部分，通过压紧块6和支撑块32的约束，能够减少所述燃料棒4局部弯曲造成所述绕丝5打滑或者松动，从而提高缠绕精度。

综上，相比与手工转动所述燃料棒4，使用所述齿轮传动装置能够快速带动燃料棒4转动，可以实现高效率绕制和固定；同时因为齿轮传动装置和丝杆31的稳定性，可以实现高精度绕制。本发明提供的齿轮同步的定位装置能够将绕丝5均匀、快速地缠绕并固定在燃料棒4的外表面上，一边绕制、一边涂胶水并烘烤固化，并能实时检测绕丝5的螺距，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的所述带绕丝5的燃料棒4能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动和传热特性等。

如图4和图5所示，所述压紧块6上开设有第一凹槽61，所述第一凹槽61的顶部的内壁上开设有螺旋槽63，所述支撑块32的顶部开设有第二凹槽321，所述第一凹槽61与第二凹槽321配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于所述燃料棒4的直径。

为方便安装，所述压紧块6上开设有安装槽62，所述支撑块32的顶部与所述安装槽62形状配合，所述支撑块32插入至所述安装槽62内，且二者之间形成固定连接，具体可用卡扣或者销钉进行固定。所述第一凹槽61开设在所述安装槽62的侧壁上，所述第一凹槽61为倒U型凹槽，所述螺旋槽63开设在所述倒U型凹槽61的顶部，所述倒U型凹槽61与所述U型槽321的底部之间配合形成所述圆形凹槽，所述圆形凹槽和螺旋槽63用于约束所述燃料棒4和绕丝5。

本发明中还可以通过压紧块6同时实现以下4个功能：(1)通过所述第一凹槽61提供所述燃料棒4的旋转通道；(2)通过所述第一凹槽61向下、向前和向后压紧所述燃料棒4起到约束作用，避免因所述燃料棒4局部弯曲造成所述绕丝5在缠绕过程中打滑或者松动；(3)通过所述螺旋槽63提供所述绕丝5的缠绕通道，确定绕丝的初始缠绕起点和角度；(4)通过所述螺旋槽63向下压紧所述绕丝5，使所述绕丝5紧贴所述燃料棒4，减少所述绕丝5在缠绕过程中打滑或者松动。在使用时，将所述支撑块32以及压紧块6滑动至燃料棒4的一端41，并将绕丝5穿过压紧块6上的螺旋槽63，从而确定绕丝5的初始缠绕起点和角度。绕丝的初始缠绕起点和角度和预紧力对缠绕精度至关重要。

本发明中还可以通过所述支撑块32同时实现以下3个功能：(1)通过所述第二凹槽321提供所述燃料棒4的旋转通道；(2)通过所述第二凹槽321向上拱起、向前和向后压紧所述燃料棒4起到约束作用，避免因所述燃料棒4局部弯曲造成所述绕丝5在缠绕过程中打滑或者松动；(3)通过所述支撑块32固定、支撑和运输所述压紧块6，使所述绕丝5在转动一圈时所述压紧块6沿水平方向前进A×Bmm，与所述螺旋槽63的螺距相等，起到同步作用。

在进行缠绕时，绕丝5的一端可以固定于燃料棒4的第一定位孔421，另一端在缠绕的过程中自由，在完成缠绕后可以将绕丝5固定于燃料棒4的第二定位孔422。具体可以将绕丝5插入第一定位孔421内，使用打火机等加热设备软化绕丝5，将绕丝5的一端弯曲成90°倾角，使绕丝5紧贴燃料棒4的外表面上；同时，使用剪刀剪断绕丝5伸出第一定位孔多余的部分，使绕丝5的切面刚好与第一定位孔出口平齐，便于后期燃料组件的高精度装配。为了更好的固定，可以在第一定位孔内点涂UV胶水，并使用紫外线灯8进行烘烤固化，完成定位绕丝5一端固定。绕丝5另一端在第二定位孔422的处理方式，与此相同。

为了提高缠绕精度，使支撑块32以及压紧块6始终沿着水平方向进行移动，还包括导轨10，所述导轨10的两端分别与所述第一支撑板11和第二支撑板12固定连接，所述导轨10与所述丝杆31平行，所述支撑块32在所述丝杆31上水平往前移动。所述支撑块32的底部与所述导轨10和滑块配合，使支撑块32只能沿所述导轨10进行水平滑动，不能随丝杆31进行旋转运动。

在某些可能的实施例中，齿轮同步的定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒4上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝5缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝5缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。

具体的，通过喷枪在有机玻璃燃料棒4上预先喷涂螺旋图案；然后通过摄像机拍摄绕丝5缠绕轨迹的实时图像；所述螺旋图案用于指示后续绕丝5应该被缠绕的位置；所述螺旋图案的粗细根据绕丝的粗细确定；所述螺旋图案通过水溶性颜料喷涂而成。

具体的，涂螺旋图案的颜色根据绕丝5的颜色确定，选择与绕丝5相同或相似的颜色，螺旋图案根据预设的绕丝5螺距确定，预先在有机玻璃燃料棒4上喷涂上绕丝5的形状。

具体的，螺旋图案的粗细为(x)＝a×绕丝的直径(d)，其中1＜a＜2。

具体的，还可以将缠绕后的有机玻璃燃料棒4放置在水中，从而去除有机玻璃燃料棒4上的水溶性染料。

具体的，应当按照预先喷涂的螺旋图案进行绕丝，当绕丝5的实际缠绕出现异常时，采集到的绕丝5缠绕轨迹的实时图像与预先拍摄的螺旋图像会有较大差距，此时提示异常，可以在绕丝5的螺距出现异常时实时提醒，从而减少异常率，并且工作人员还可以在绕丝5完成后，对比绕丝5缠绕轨迹与预先绘制的螺旋图案，直观的判断绕丝5是否符合要求。

具体的，也可以使用肉眼直接比对绕丝缠绕轨迹与螺旋图案的重合程度，当偏差较大时，停止缠绕，更换为新的绕丝5。

具体的，也可以将螺旋图案简化为等螺距的竖直刻度，观察绕丝缠绕到不同刻度时的螺旋角度。

作为本发明中的另一个实施例，还提供了一种上述用于燃料棒4的定位装置的使用方法，包括步骤：

1)将所述绕丝5的一端弯曲、固定在所述燃料棒4的第一定位孔421内，另一端为自由端；

2)将步骤1)的燃料棒4的两端分别插入所述第一夹头91和第二夹头92中；

3)调整压紧块6与燃料棒4的相对位置，使绕丝5的初始缠绕起点在压紧块6的螺纹槽63的起始位置(最外侧)，将压紧块6与支撑块32固定连接，然后使用钻夹头钥匙锁紧第一夹头91和第二夹头92，夹持固定燃料棒4的两端；

4)通过所述驱动部件22驱动所述大齿轮21转动一圈，带动小齿轮23转动A圈，其中丝杆31的螺距为Bmm，支撑块32沿所述导轨10水平移动A×Bmm，则所述压紧块6被支撑块32固定、支撑并沿水平方向运输前进了A×Bmm，与所述绕丝5在所述螺旋槽63旋转一圈时螺旋槽63需要同步前进的距离相等，因此实现所述绕丝5按照A×Bmm的螺距缠绕在所述燃料棒4的外表面上；缠绕过程中，需要一边按压压紧块6，通过所述倒U型凹槽61和螺旋槽63分别按压燃料棒4和绕丝5；一边给绕丝5自由端以5～10N的牵引力，防止绕丝5打滑或者松动，同时使用电控点胶装置和电控烘烤装置进行同步点胶和烘烤固化的操作；

5)完成最后一个螺距的缠绕后，将绕丝5另一端固定在燃料棒4的外表面上，松动第一夹头91和第二夹头92，取下压紧块6，然后将带绕丝5的燃料棒4从定位装置上取下；

6)按照步骤1)相同的办法将步骤5)中绕丝5另一端弯曲、固定在所述燃料棒4的第二定位孔422内。

步骤4)中，如果是采用有机玻璃为燃料棒4和绕丝5的材料，建议在恒温环境下缠绕加工，减少温度变化引起的热应力对绕丝5使用寿命的的影响，并且在完成所有缠绕工序后，将绕丝5固定在燃料棒4的外表面上，然后进行热应力消除。

步骤5)中，具体可用胶带和轧带进行固定绕丝5另一端。

需要说明的是，本发明中的所述齿轮传动装置，还可以替换为本领域的链条传动装置或者同步带轮传动装置，只要能够满足本发明中的传动比即可。

需要说明的是，可以通过更改丝杆31的螺纹方向或者齿轮传动装置中齿轮的数目来改变所述支撑块32的水平前进方向。

需要说明的是，如果所述燃料棒4和绕丝5的材质为金属，可以将电控点胶装置改为焊接装置，胶水改为焊丝。

本发明提供的用于燃料棒4的齿轮同步的定位装置及其使用方法相比现有技术而言，能够将绕丝高精度和高效率地缠绕、同步固定在燃料棒4的外表面上，并能实时检测绕丝5的螺距，提高了缠绕精度、效率和成品率，加工的所述带绕丝5的燃料棒4能够被用于准确分析燃料组件内部冷却剂的流动和传热特性等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种齿轮同步的定位装置，其特征在于，包括：

支撑座，燃料棒可转动地安装在所述支撑座上；

驱动机构，安装在支撑座上，所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒转动；

直线机构，包括连接在所述支撑座上的驱动件以及连接在所述驱动件上的活动件，所述驱动件用于驱动所述活动件沿所述燃料棒的长度方向直线移动；

压紧块，所述压紧块固定在所述活动件上，所述压紧块被配置为随所述活动件直线移动进而将绕丝缠绕并压紧在所述燃料棒上；

所述支撑座包括相互间隔设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板相对的位置处分别转动安装有第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和第二夹头分别用于夹持所述燃料棒的两端；

所述直线机构包括：

丝杆，所述丝杆的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板转动连接以形成所述驱动件，所述丝杆与所述燃料棒平行安装；

支撑块，所述支撑块套设在所述丝杆上，且与所述丝杆螺旋连接以形成所述活动件；

所述驱动机构被配置为用于驱动所述燃料棒以及丝杆转动；

所述定位装置还包括电控点胶装置，所述电控点胶装置安装在所述支撑块上，所述电控点胶装置包括：

点胶头，所述点胶头将胶水均匀地涂抹在燃料棒和绕丝的缝隙内；

点胶头固定装置，所述点胶头固定装置用于调整点胶头的角度并进行固定，点胶时竖直固定，其余时间水平固定；

点胶控制器，所述点胶控制器根据支撑块的行进速度和燃料棒与绕丝的缝隙大小，调整胶水挤出的粗细、速率以及位置，具体设置为连续点胶或者间隔点胶。

2.根据权利要求1所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，

所述驱动机构包括齿轮传动装置和驱动部件，其中所述齿轮传动装置包括大齿轮和与所述大齿轮啮合的小齿轮，所述大齿轮与小齿轮之间的传动比为1:A，所述大齿轮固定安装在传动轴上，所述传动轴的一端与所述燃料棒的一端连接，所述小齿轮与所述丝杆的一端连接；所述大齿轮与小齿轮均固定安装在所述第一支撑板的外侧；

所述驱动部件用于驱动所述大齿轮转动。

3.根据权利要求2所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，所述驱动部件为驱动手柄，所述驱动手柄的一端与所述传动轴连接；

或者，所述驱动部件为电机或者是旋转气缸，所述电机或者旋转气缸的输出轴与所述传动轴连接。

4.根据权利要求3所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，还包括滑动导轨，所述滑动导轨的两端分别与所述第一支撑板和第二支撑板固定连接，所述滑动导轨与所述丝杆平行，所述支撑块的底部与所述滑动导轨配合，且沿所述滑动导轨进行滑动。

5.根据权利要求4所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，所述压紧块上开设有第一凹槽，所述第一凹槽的顶部的内壁上开设有螺旋槽，所述支撑块的顶部开设有第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽配合形成为供燃料棒穿过、转动的圆形凹槽，所述圆形凹槽的直径大于等于所述燃料棒的直径。

6.根据权利要求5所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，所述压紧块上开设有安装槽，所述支撑块的顶部插入至所述安装槽内，且二者之间形成固定连接，所述第一凹槽开设在所述安装槽的侧壁上，所述第一凹槽为倒U型凹槽，所述螺旋槽开设在所述倒U型凹槽的顶部，所述支撑块上开设有U型槽，所述倒U型凹槽的顶部与所述U型槽的底部之间配合形成所述圆形凹槽。

7.根据权利要求6所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括电控烘烤装置，所述烘烤装置安装在所述支撑座的顶部和内侧壁面上，所述烘烤装置包括：

紫外线灯，所述紫外线灯两端固定在所述支撑板上方，且紫外线灯上设置有控制开关和滑动开关，所述控制开关控制紫外线灯的通断，所述滑动开关关联位移传感器，控制紫外线灯的开启范围；

位移传感器，所述位移传感器安装在所述支撑板上，用于追踪所述支撑块的移动位置，并将信号传导给烘烤控制器；

烘烤控制器，所述烘烤控制器通过接收所述位移传感器的信号，控制紫外线灯上的滑动开关，逐个开启所述支撑块经过位置的灯管单元烘烤完成点胶的区域。

8.根据权利要求7所述的齿轮同步的定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括：

喷枪，用于在有机玻璃燃料棒上预先喷涂螺旋图案；

摄像机，通过摄像机拍摄喷涂螺旋图案和绕丝缠绕轨迹的实时图像；

比对模块，用于将绕丝缠绕轨迹的实时图像与喷涂螺旋图案进行比对；

提示模块，用于当比对结果超出阈值时，提示绕丝异常。

9.一种如权利要求8所述的齿轮同步的定位装置的使用方法，其特征在于，包括步骤：

1)将所述绕丝的一端弯曲、固定在所述燃料棒的第一定位孔内，另一端为自由端；

2)将步骤1)的燃料棒的两端分别插入所述第一夹头和第二夹头中；

3)调整压紧块与燃料棒的相对位置，使绕丝的初始缠绕起点在压紧块的螺旋槽的最外侧，绕丝的初始缠绕角度与螺旋槽的角度相同；

4)通过所述驱动部件驱动所述大齿轮转动一圈，带动小齿轮转动A圈，其中丝杆的螺距为Bmm，支撑块沿所述滑动导轨水平移动A×Bmm，所述绕丝在螺旋槽内按照A×Bmm的螺距缠绕在所述燃料棒的外表面上，同时使用电控点胶装置和电控烘烤装置进行点胶和烘烤固化的操作；

5)完成最后一个螺距的缠绕后，将绕丝另一端固定在燃料棒的外表面上，松动第一夹头和第二夹头，取下压紧块，然后将带绕丝的燃料棒从齿轮同步的定位装置上取下；

6)按照步骤1)相同的办法将步骤5)中绕丝另一端弯曲、固定在所述燃料棒的第二定位孔内。