D型超导线圈的自动包带装置的制作方法

d型超导线圈的自动包带装置
技术领域
1.本实用新型涉及核聚变技术领域，更具体地，涉及一种d型超导线圈的自动包带装置。


背景技术：

2.核聚变堆环向场大型铠装nb3 sn超导线圈外形结构为d形螺旋线圈，在进行匝间绝缘自动包带时，包带头要实时保持正确的包带姿态即（包带中心点在线圈中心线上，且该点切线与包带头平面垂直）。因为超导线圈形状复杂，不能通过我们平常用的人工示教采点方法来获得包带轨迹和姿态。
3.目前国内大型超导d型线圈的自动绝缘包带技术处于研制阶段，针对d型线圈绝缘包带均用人工包扎，或者爬行包绕机包带，人工包带包带效率低，无法保证包带一致性，而爬行包带方法包带，线圈将承受包带机的所有重量，容易损伤线圈。
4.申请号为202111616482.x，专利名称为一种核聚变堆环向场大型铠装nb3sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统的专利，包括单匝导体放送系统、自动包绕机系统、线圈承载平台及模具、自动控制系统4个组成部分。热处理后的铠装nb3 sn超导线圈通过单匝导体放送系统进行分层吊装，并通过分匝机械手将导体按螺旋下落姿态逐匝放出；自动包绕机系统沿线圈轮廓运动，承载单匝螺旋导体的重量，并按照绝缘结构完成匝间绝缘自动包绕。线圈承载平台用于承载绝缘包绕后的线圈重量，通过限位模具控制线圈的外形轮廓；单匝导体放送系统和自动包绕机系统在自动控制系统的作用下同步运动。所述匝间绝缘自动包绕系统，具有承载力大、分匝稳定可靠、适应复杂绝缘结构、包绕叠包率和张力可控、自动化程度高、维修方便、实用性强等优点。
5.该专利正是公开了一种d形线圈的自动包绕系统，利用仿d形导轨，自动包绕机沿d型导轨运动，同时包带头沿线圈中心运动和包带，如果理论上d形线圈和d形导轨形状一致，则可以正确完成自动包带，即包带中心点在线圈中心线上，且该点切线与包带头平面垂直。实际上因为线圈绕制的误差以及d型导轨的加工装配误差，导致自动包绕机沿d型导轨运动时，包带中心与线圈中心不重合，包带平面与包带点切线不垂直，出现包带质量不稳定，叠包率不符合要求等问题。
6.针对大型d型超导复杂线圈，自动包绕过程中，怎么自动获取正确的包带轨迹，消除装配和加工等误差给包带质量带来的影响，是一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是针对大型d型超导复杂线圈，在仿d型导轨上进行自动包绕时，由于线圈绕制误差和d型导轨加工装配误差，难以保证包带头实时保持正确的包带姿态的技术问题，提供一种可在线调整包带姿态的d型超导线圈的自动包带装置，可以实现边调整包带姿态，边包带的功能。
8.本实用新型的上述目的通过以下技术方案予以实现：
9.一种d型超导线圈的自动包带装置，包括安装座和包带头，包带头安装于安装座上，包带头通过联动机构与安装座安装，所述联动机构包括平移结构，平移结构一端与安装座连接，另一端连接有包带头；在安装座上还安装有驱动装置一驱动平移结构沿着安装座径向移动；在包带头的一侧安装有测距传感器，实时检测线圈中心线偏离的距离。
10.在实际包带过程中，因为加工和装配误差的关系，在轨道的某一点处，包带头的包带点会与超导线圈中心线不重合。在包带头的一侧设置测距传感器，控制系统根据该测距传感器测得的数据，控制平移结构沿安装座径向移动的距离。
11.进一步地，所述联动机构还包括连杆，包带头通过连杆与平移结构连接；连杆一端通过一级旋转结构与平移结构活动连接，一级旋转结构能绕连接处旋转；连杆另一端活动连接有二级旋转结构，二级旋转结构能绕连接处旋转，包带头与二级旋转结构固定；一级旋转结构和二级旋转结构的旋转轴与平移结构平移方向垂直；在包带头的两侧分别安装有测距传感器，实时检测线圈中心线偏离的距离。其中，一级旋转结构和二级旋转结构各自具有驱动装置，一级旋转结构的驱动装置可安装于安装座，也可安装于平移结构上。二级旋转结构的驱动装置可安装于平移结构上。
12.在实际包扎过程中，因为加工和装配误差的关系，在轨道的某一点处，包带头的包带点会与超导线圈中心线不重合，或者包带头的平面与该点的切线矢量不垂直，那么就需要针对这点来调整包带点的位置和包带头的姿态。本实用新型进一步地可在包带头的两侧分别设置测距传感器，单个测距传感器测得线圈中心线上的一个点偏离包带头旋转平面的距离；两个测距传感器分别测得线圈中心线上两个点的偏离距离，从而获得线圈中心线偏离包带头旋转平面的角度。那么，通过调整线圈中心线与包带头旋转平面的距离、调整线圈中心线与包带头旋转平面的角度，就能使包带头回位至正确的包带姿态。具体是两组数据实时传送到控制中心进行分析，实时计算出平移结构的平移量、一级旋转结构的旋转角度、二级旋转结构的旋转角度，直至包带头中心和包带姿态调整到正确位置上。
13.平移结构使包带头径向移动，一级旋转结构旋转使包带头的包带点与线圈中心线重合，二级旋转结构带动包带头旋转使包带头的旋转平面与线圈中心线垂直。平移结构、一级旋转结构、二级旋转结构的调整量由控制系统根据两个测距传感器测得的数据进行分析来确定。
14.在实际应用时，控制系统根据两个测距传感器的数据，只需要平移时，启动平移机构即可；需要调整包带头旋转平面与线圈中心线垂直时，需启动平移结构、一级旋转结构、二级旋转结构，三轴联动将包带头调整至正确的包带姿态。
15.两个测距传感器优选激光测距传感器。
16.进一步地，在包带头的一侧安装有滚轮，滚轮通过联轴器与编码器连接，滚轮与线圈贴合，编码器记录滚轮沿线圈行走的圈数。
17.通过滚轮行走的圈数可获得线圈的切向速度v，根据包带头旋转速度公式v=v/（ηw），可获得包带头旋转速度，其中叠包率η、线宽w为已知数。控制系统通过切向速度，实时调整包带头的转速，保证正确的叠包率η。
18.进一步地，滚轮的长度大于线圈的线宽。
19.进一步地，还包括有压力装置，使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈的上表面。
20.更进一步地，压力装置包括连接座和弹簧，滚轮、联轴器、编码器整体安装于连接
座上，弹簧与线圈上表面所在平面垂直，弹簧的一端与包带头固定，另一端固定有所述连接座，滚轮贴合在线圈的上表面，弹簧使滚轮能在垂直方向上进行调节，并提供压力使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈的上表面。
21.更进一步地，在包带头上固定有支座，弹簧的一端通过支座与包带头固定；支座上安装有与弹簧伸缩方向平行的导轨，连接座上安装有与导轨相适配的导向槽。
22.滚轮通过弹簧与导轨压在线圈上表面，其中弹簧通过压缩移动量给滚轮一个持续的压紧力，使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈的上表面，同时滚轮又可以沿导轨上下自由运动，防止包带头调节过程中损坏滚轮。
23.本实用新型具有以下有益效果：
24.本实用新型所述的d型超导线圈的自动包带装置，应用于包绕机沿d型导轨运动的d形线圈的自动包绕系统，可以实现边调整包带姿态，边包带的功能。具体是设置有联动机构，联动机构包括平移结构、一级旋转结构和二级旋转结构，平移结构使包带头径向移动，一级旋转结构旋转使包带头的包带点与线圈中心线重合，二级旋转结构带动包带头旋转是包带头的旋转平面与线圈中心线垂直。在包带头的两侧分别设置测距传感器，平移结构、一级旋转结构、二级旋转结构的调整量由控制系统根据两个测距传感器测得的数据进行分析来确定。同时包带头的移动，为了保证自动包带的叠包率，还设置有滚轮及控制滚轮升降的压力装置，滚轮的旋转圈数可推算出线圈的切向速度，控制系统根据切向速度、线宽及设定的叠包率，实时调整包带头的转速。
附图说明
25.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
26.图1是现有技术d型线圈、d型轨道、包绕机结构示意图。
27.图2是包带姿态调整示意图。
28.图3是包带头、线圈、测距传感器结构图。
29.图4是包带头、线圈、滚轮、压力装置结构图。
30.图5是包带头、压力装置结构图。
31.仿d形导轨1，d型线圈2，包绕机3，平移结构4，连杆5，包带头6，实际运动轨迹中的包带头61，正确包带姿态的包带头62，左侧测距传感器7，右侧测距传感器8，导轨10，弹簧11，联轴器12，滚轮13，连接座14，支座15，导向槽16。
具体实施方式
32.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
33.如图1所示，为核聚变堆环向场大型铠装nb3sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统（简称包绕系统），用于d型超导线圈的绝缘包带，设置有仿d形导轨，包绕机构沿着d型导轨
移动对d型超导线圈包带，d型线圈位于仿d形导轨的一侧，包绕机构的包带头向线圈方向伸出对线圈进行包带。在理想状态下，这种方式是可行的，但仿d形导轨很大，仿d形导轨也是根据d型超导线圈的形状设置，由多节拼接而成，在制造过程中难免出现加工装配误差，导致自动包绕机构沿d型导轨运动时，包带中心与线圈中心不重合，包带平面与包带点切线不垂直，出现包带质量不稳定，叠包率不符合要求等问题。
34.在实际包扎过程中，因为加工和装配误差的关系，在轨道的某一点处，包带头的包带点会与超导线圈中心线不重合，或者包带头的平面与包带点的切线矢量不垂直，那么就需要针对这点来调整包带点的位置和包带头的姿态。如图2所示，为包带姿态调整示意图，包带头的运行轨迹l1与线圈中心线l2有偏差，需要将现有包带头位置和姿态调整到正确的位置和姿态。包带头的实际运行轨迹为l1，实际包带点为o，线圈中心线为l2；现在需要将包带点o移动至线圈中心线上的点o1（如图2中的箭头方向），并调整包带头旋转平面与o1的切线方向垂直。调整策略如下：1、首先将包带点o沿径向移到实际线圈中心o1；2、在o1点，以o1为中心旋转包带头，将包带头姿态调整到与线圈垂直。
35.为实现以上的调整，本技术设计了一种d型超导线圈的自动包带装置。下面再结合附图，具体分析如下：
36.一种d型超导线圈的自动包带装置，包括安装座和包带头，包带头安装于安装座上，包带头6通过联动机构与安装座安装；所述联动机构包括平移结构4和连杆5，平移结构4与安装座连接，在安装座上还安装有驱动装置一驱动平移结构4沿着安装座径向移动（如图2中的平移方向s）；连杆5一端通过一级旋转结构与平移结构活动连接，一级旋转结构能绕连接处旋转（如图2中的旋转方向rb）；连杆另一端活动连接有二级旋转结构，二级旋转结构能绕连接处旋转（如图2中的旋转方向rc），包带头6与二级旋转结构固定；一级旋转结构和二级旋转结构的旋转轴与平移结构平移方向垂直；一级旋转结构和二级旋转结构的旋转中心之间的距离为h；在包带头6的两侧分别安装有测距传感器（分别为左侧测距传感器7和右侧测距传感器8），实时检测线圈中心线偏离的距离。
37.两个测距传感器为激光测距传感器。
38.平移结构4、一级旋转结构和二级旋转结构各自具有驱动装置驱动。
39.如图4所示，在包带头6的一侧安装有滚轮13，滚轮13通过联轴器12与编码器连接，滚轮13与线圈2贴合，编码器记录滚轮13沿线圈2行走的圈数。滚轮13的长度大于线圈2的线宽。
40.还包括有压力装置，压力装置包括连接座14和弹簧11，滚轮13、联轴器12、编码器整体安装于连接座14上，弹簧11与线圈2上表面所在平面垂直，弹簧11的一端与包带头6固定，另一端固定有所述连接座14，滚轮13贴合在线圈2的上表面，弹簧11使滚轮13能在垂直方向上进行调节，并提供压力使滚轮13在包带过程中一直贴合在线圈2的上表面。
41.如图5所示，在包带头6上固定有支座15，弹簧11的一端通过支座15与包带头6固定；支座15上安装有与弹簧11伸缩方向平行的导轨10，连接座14上安装有与导轨10相适配的导向槽16。
42.本实施例所述的d型超导线圈的自动包带装置在调整时，以d型线圈为基准，实时测量包带头中心与线圈中心的位置。在包带头中心两侧安装有激光测距传感器，实时检测包带头中心与线圈中心的位置关系。如图3所示，7为左侧激光测距传感器，8为右侧激光测
距传感器，9为d形线圈。通过左侧激光测距传感器7测量的数据可以知道包带头中心与线圈中心的偏差，左侧激光测距传感器7和右侧激光测距传感器8测量的数据可以知道角度偏差。把两组数据实时传送到控制中心进行分析，实时计算出联动机构各个部分的调整量，按照给定调整值进行实时调整，直到包带头中心和包带姿态调整到正确位置上。
43.通过上述方法可以快速调整包带头姿态到正确位置，最终还需要按照正确的叠包率进行包带：即包绕机行走过程中需要将包带头沿线圈行走的包带速度与包带头旋转速度根据叠包率进行匹配。如图4所示，在包带头一侧安装有滚轮13，通过连轴器12与编码器相连，该滚轮13通过弹簧11与导轨10压在线圈2上表面，其中弹簧11通过压缩移动量给滚轮13一个持续的压紧力，使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈2的上表面，同时滚轮13又可以沿导轨10上下自由运动，防止包带头6调节过程中损坏滚轮13。当包带头6沿线圈2中心行走包带时，滚轮13始终压紧线圈2表面跟随滚动，通过与滚轮13相连的编码器可获取滚轮13沿线圈2行走的圈数，通过滚轮13半径可以得到行走的距离，用距离与单位时间可以换算出包带头沿线圈行走的切向速度v。包带头旋转速度通过伺服电机控制，设定一定的叠包率，根据反馈的切向速度v，调节伺服电机的速度，形成正确的包带。
44.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的包含范围之内。

技术特征：
1.一种d型超导线圈的自动包带装置，包括安装座和包带头，包带头安装于安装座上，其特征在于，包带头通过联动机构与安装座安装，所述联动机构包括平移结构，平移结构一端与安装座连接，另一端连接有包带头；在安装座上还安装有驱动装置一驱动平移结构沿着安装座径向移动；在包带头的一侧安装有测距传感器，实时检测线圈中心线偏离的距离。2.根据权利要求1所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，所述联动机构还包括连杆，包带头通过连杆与平移结构连接；连杆一端通过一级旋转结构与平移结构活动连接，一级旋转结构能绕连接处旋转；连杆另一端活动连接有二级旋转结构，二级旋转结构能绕连接处旋转，包带头与二级旋转结构固定；一级旋转结构和二级旋转结构的旋转轴与平移结构平移方向垂直；在包带头的两侧分别安装有测距传感器，实时检测线圈中心线偏离的距离。3.根据权利要求1所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，在包带头的一侧安装有滚轮，滚轮通过联轴器与编码器连接，滚轮与线圈贴合，编码器记录滚轮沿线圈行走的圈数。4.根据权利要求3所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，滚轮的长度大于线圈的线宽。5.根据权利要求3所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，还包括有压力装置，使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈的上表面。6.根据权利要求5所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，压力装置包括连接座和弹簧，滚轮、联轴器、编码器整体安装于连接座上，弹簧与线圈上表面所在平面垂直，弹簧的一端与包带头固定，另一端固定有所述连接座，滚轮贴合在线圈的上表面，弹簧使滚轮能在垂直方向上进行调节，并提供压力使滚轮在包带过程中一直贴合在线圈的上表面。7.根据权利要求6所述的d型超导线圈的自动包带装置，其特征在于，在包带头上固定有支座，弹簧的一端通过支座与包带头固定；支座上安装有与弹簧伸缩方向平行的导轨，连接座上安装有与导轨相适配的导向槽。

技术总结
本实用新型提供了一种D型超导线圈的自动包带装置，包括安装座和包带头，包带头通过联动机构与安装座安装；所述联动机构包括平移结构和连杆，平移结构与安装座活动连接，平移结构能沿着安装座径向移动；连杆一端通过一级旋转结构与平移结构活动连接，一级旋转结构能绕连接处旋转；连杆另一端活动连接有二级旋转结构，二级旋转结构能绕连接处旋转，包带头与二级旋转结构固定；一级旋转结构和二级旋转结构的旋转轴与平移结构平移方向垂直；在包带头的两侧分别安装有测距传感器，实时检测线圈中心线偏离的距离。本实用新型所述的装置，应用于包绕机沿D型导轨运动的D形线圈的自动包绕系统，可以实现边调整包带姿态，边包带的功能。边包带的功能。边包带的功能。


技术研发人员：邓泉 吴军 刘国赞 戴林强 刘树文 赖伏亮 汤尧清 何健
受保护的技术使用者：株洲南方机电制造有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/8/17