專利名稱:長玻璃柱靶腔的靶球精確定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動化控制與設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及慣性約束核聚變試驗(yàn)中的微靶球的精確定位，具體涉及一種針對長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置及基于該裝置的靶球精確定位的方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求越來越多。在形式眾多的新能源中，核聚變能由于其釋放的能量密度高、燃料豐富、成本低廉、與環(huán)境的兼容性強(qiáng)、污染性低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)而備受世人關(guān)注。半個多世紀(jì)以來，人們傾注了大量的精力對核聚變進(jìn)行研究探索并取得了很大的進(jìn)展。人們提出的實(shí)現(xiàn)可控核聚變的方法有很多，其中慣性約束核聚變是實(shí)現(xiàn)人工可控核聚變的主要方法之一，是將包含核聚變反應(yīng)燃料的微靶球在高溫高壓下壓縮以產(chǎn)生巨大能量的方法。首先由激光束快速加熱黑體輻射空腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面；黑體輻射空腔中的X射線在空腔表面產(chǎn)生類似火箭的噴氣物，對空腔的內(nèi)部燃料產(chǎn)生壓力，從而間接驅(qū)動照明；燃料腔壓縮，在內(nèi)爆的最后階段，燃料核的密度達(dá)到鉛的20倍并在100000000攝氏度下點(diǎn)火；熱核燃燒快速通過整個壓縮燃料，產(chǎn)生的能量是輸入能量的很多倍；核聚變?nèi)紵?。微靶球是激光核聚變技術(shù)中的一個關(guān)鍵元件。為了使多路激光束同時精確瞄準(zhǔn)微靶球而得到較高的激勵能量和轉(zhuǎn)換效率，必須精確地將它裝配在一個固定的位置。這就迫切要求開展微靶標(biāo)精確定位和裝配的研究，以保證其靶球的實(shí)驗(yàn)效果。
空心微靶球是目前慣性約束核聚變打靶實(shí)驗(yàn)中常用的熱核燃料容器，而靶球的表面精度(如表面粗糙度、球形度)是影響打靶實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素，靶球尺寸小(外徑D=5(Tl000ym)、質(zhì)量輕(m〈l(T2mg)、材料脆(空心球殼，壁厚t=0.5 20 μ m)，為保證激光慣性約束核聚變實(shí)驗(yàn)的成功，需要安全地操縱靶球。
針對長玻璃柱靶腔的靶球裝配，目前主要由手工完成，而靶球裝配作業(yè)精細(xì)，對操作者人員技能要求非常高，不但操作過程復(fù)雜、效率低，而且難以達(dá)到靶球和靶腔要求的性能，一旦裝配偏差較大，需要通過整個核聚變實(shí)驗(yàn)的結(jié)果才能檢測到，會耗費(fèi)大量的人力和財力，因此非常有必要采用自動化高效組裝設(shè)備代替手工操作，同時可有效解決手工裝配中不可避免地引入的裝配誤差的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效自動化的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，包括點(diǎn)膠系統(tǒng)、玻璃管定位系統(tǒng)、祀球操作系統(tǒng)、Y向顯微系統(tǒng)、X向顯微系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。
所述的點(diǎn)膠系統(tǒng)包括點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)和點(diǎn)膠管，所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)點(diǎn)膠管的XYZ三自由度的空間位置，所述的點(diǎn)膠管與可以實(shí)現(xiàn)自動出膠及膠量控制的點(diǎn)膠器連接。
優(yōu)選的，所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)桿和固定軸，所述的調(diào)節(jié)桿一端安裝點(diǎn)膠管，另一端可沿固定軸XY面上轉(zhuǎn)動及Z向升降。
所述的玻璃管定位系統(tǒng)包括XYZ三自由度自動定位平臺和夾具，所述的夾具設(shè)于自動定位平臺的端側(cè)。
優(yōu)選的，所述的夾具包括固定夾具和彈性夾具，兩者配合夾持玻璃管。
優(yōu)選的，所述的夾具上表面上設(shè)有多個放置靶球的球面凹槽。
所述的靶球操作系統(tǒng)包括靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶球吸頭，所述的靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)靶球吸頭的XYZ三自由度的空間位置。
優(yōu)選的，所述的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置外設(shè)有輸入裝置和顯示系統(tǒng)。
本實(shí)用新型還提供了一種基于上述裝置實(shí)現(xiàn)長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的方法，具體包括以下步驟:
首先將玻璃管放置在指定位置，夾具夾緊；通過點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別調(diào)整點(diǎn)膠管和靶球吸頭并固定；x向顯微系統(tǒng)和Y向顯微系統(tǒng)識別到靶球吸頭末端，程序執(zhí)行；自動定位平臺將靶球自動定位到靶球吸頭末端，靶球吸頭吸取靶球，自動定位平臺驅(qū)動玻璃管從下往上將靶球吸頭套進(jìn)玻璃管的空腔內(nèi)，X向顯微系統(tǒng)和Y向顯微系統(tǒng)分別識別和檢測兩個方向上玻璃管的邊緣及靶球的圖像，識別計算出靶球和玻璃管的位置關(guān)系，并通過自動定位平臺將靶球精確調(diào)整到位；由點(diǎn)膠管開始注入膠，注膠量精確控制為玻璃管內(nèi)徑容積的一半，膠與靶球接觸，固化一定時間后，靶球吸頭與靶球脫離，繼續(xù)由點(diǎn)膠管注膠，直至注滿玻璃管。
從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型采用長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置代替手工操作，整個自動化組裝過程簡單，系統(tǒng)精度高，大大提高了組裝效率和精度，同時可有效解決手工裝配中不可避免地引入的裝配誤差的問題。


為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本實(shí)用新型的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位裝置的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位裝置的工作區(qū)域局部放大圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型公開了一種長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，包括點(diǎn)膠系統(tǒng)、玻璃管定位系統(tǒng)、祀球操作系統(tǒng)、Y向顯微系統(tǒng)、X向顯微系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；
所述的點(diǎn)膠系統(tǒng)包括點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)和點(diǎn)膠管，所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)點(diǎn)膠管的XYZ三自由度的空間位置，所述的點(diǎn)膠管與可以實(shí)現(xiàn)自動出膠及膠量控制的點(diǎn)膠器連接；
所述的玻璃管定位系統(tǒng)包括XYZ三自由度自動定位平臺和夾具，所述的夾具設(shè)于自動定位平臺的端側(cè)；
所述的靶球操作系統(tǒng)包括靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶球吸頭，所述的靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)靶球吸頭的XYZ三自由度的空間位置。
優(yōu)選的，所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)桿和固定軸，所述的調(diào)節(jié)桿一端安裝點(diǎn)膠管，另一端可沿固定軸XY面上轉(zhuǎn)動及Z向升降。
優(yōu)選的，所述的夾具包括固定夾具和彈性夾具，兩者配合夾持玻璃管。
優(yōu)選的，所述的夾具上表面上設(shè)有多個放置靶球的球面凹槽。
優(yōu)選的，所述的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置外設(shè)有輸入裝置和顯示系統(tǒng)。
本實(shí)用新型還公開了一種基于上述裝置實(shí)現(xiàn)長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的方法，具體包括以下步驟:
首先將玻璃管放置在指定位置，夾具夾緊；通過點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別調(diào)整點(diǎn)膠管和靶球吸頭并固定；x向顯微系統(tǒng)和Y向顯微系統(tǒng)識別到靶球吸頭末端，程序執(zhí)行；自動定位平臺將靶球自動定位到靶球吸頭末端，靶球吸頭吸取靶球，自動定位平臺驅(qū)動玻璃管從下往上將靶球吸頭套進(jìn)玻璃管的空腔內(nèi)，X向顯微系統(tǒng)和Y向顯微系統(tǒng)分別識別和檢測兩個方向上玻璃管的邊緣及靶球的圖像，識別計算出靶球和玻璃管的位置關(guān)系，并通過自動定位平臺將靶球精確調(diào)整到位；由點(diǎn)膠管開始注入膠，注膠量精確控制為玻璃管內(nèi)徑容積的一半，膠與靶球接觸，固化一定時間后，靶球吸頭與靶球脫離，繼續(xù)由點(diǎn)膠管注膠，直至注滿玻璃管。
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
如圖1所示，本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，主要由點(diǎn)膠系統(tǒng)1、玻璃管定位系統(tǒng)2、祀球操作系統(tǒng)3、Y向顯微系統(tǒng)4、X向顯微系統(tǒng)5和電控系統(tǒng)6這六大部分組成，可將上述幾大部分設(shè)置在一個罩殼內(nèi)。為更加方便操作，外設(shè)有輸入裝置和顯示系統(tǒng)，如常規(guī)的鍵盤鼠標(biāo)作為輸入裝置，顯示器作為顯示系統(tǒng)。
結(jié)合圖2所示，點(diǎn)膠系統(tǒng)I包括點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)11和點(diǎn)膠管12，點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)11包括調(diào)節(jié)桿和固定軸，調(diào)節(jié)桿一端安裝著點(diǎn)膠管12，另一端與固定軸活動連接，調(diào)節(jié)桿可沿固定軸XY面上轉(zhuǎn)動及Z向升降，這樣點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)11可以調(diào)節(jié)點(diǎn)膠管12的XYZ三自由度的空間位置，點(diǎn)膠管12與點(diǎn)膠器連接，點(diǎn)膠器為自動點(diǎn)膠器，通過與電控系統(tǒng)6的信號數(shù)據(jù)的交換，可以實(shí)現(xiàn)自動出膠及膠量控制；玻璃管定位系統(tǒng)2包括XYZ三自由度自動定位平臺21和夾具，夾具設(shè)于自動定位平臺21的端側(cè)，如圖3所示，夾具包括固定夾具22和彈性夾具23，兩者配合著夾持玻璃管7，固定夾具22不可調(diào)，彈性夾具23可以軸向轉(zhuǎn)動，方便調(diào)整夾持玻璃管7的松緊度，夾具上表面上設(shè)有4個放置靶球的球面凹槽8，可以放置4個靶球在夾具上的4個凹槽8內(nèi)，方便操作，此處僅以4個凹槽為例，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇設(shè)置不同數(shù)量的球面凹槽；靶球操作系統(tǒng)3包括靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)31和靶球吸頭32，靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)31可以調(diào)節(jié)靶球吸頭32的XYZ三自由度的空間位置。
本實(shí)用新型的長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，具體工作過程如下:
系統(tǒng)工作時，首先將靶球放置在夾具上表面上的球面凹槽8內(nèi)，位置固定。將玻璃管7放置在指定位置，通過固定夾具22和彈性夾具23兩者配合著夾緊玻璃管7。通過點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)11和靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)31分別將點(diǎn)膠管12和靶球吸頭32調(diào)整好以后固定不動，Y向顯微系統(tǒng)4和X向顯微系統(tǒng)5均可以識別到靶球吸頭32的末端。程序執(zhí)行，XYZ三自由度自動定位平臺21將夾具上的靶球自動定位到靶球吸頭32的末端，靶球吸頭32吸取靶球，XYZ三自由度自動定位平臺21驅(qū)動玻璃管7從下往上將靶球吸頭32套進(jìn)玻璃管7的空腔內(nèi)，工藝要求靶球要放置在玻璃管7的正中間，誤差小于10微米，過程中Y向顯微系統(tǒng)4和X向顯微系統(tǒng)5分別識別和檢測兩個方向上玻璃管7的邊緣及靶球的圖像，通過圖像識別計算出靶球和玻璃管7的位置關(guān)系，并通過XYZ三自由度自動定位平臺21將靶球精確調(diào)整到位。然后由點(diǎn)膠管12開始注入膠，注膠量精確控制為玻璃管7內(nèi)徑容積的一半，此時膠與靶球接觸，固化一定時間后，靶球吸頭32與靶球脫離，繼續(xù)由點(diǎn)膠管12注膠，直至注滿玻璃管7。
本實(shí)用新型對Y向顯微系統(tǒng)4、X向顯微系統(tǒng)5和電控系統(tǒng)6不加以限制，滿足靶球放置在玻璃管7的正中間，顯微系統(tǒng)的精度足以分辨出誤差小于10微米即可，電控系統(tǒng)6控制著整個裝置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理和命令的執(zhí)行。
綜上所述，本實(shí)用新型采用長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置代替手工操作，整個自動化組裝過程簡單，系統(tǒng)精度高，大大提高了組裝效率和精度，同時可有效解決手工裝配中不可避免地引入的裝配誤差的問題。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求
而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求
的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求
中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求
。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，其特征在于:包括點(diǎn)膠系統(tǒng)(I)、玻璃管定位系統(tǒng)(2)、革巴球操作系統(tǒng)(3)、Y向顯微系統(tǒng)(4)、X向顯微系統(tǒng)(5)和電控系統(tǒng)(6)； 所述的點(diǎn)膠系統(tǒng)(I)包括點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)(11)和點(diǎn)膠管(12)，所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)(11)可以調(diào)節(jié)點(diǎn)膠管(12)的XYZ三自由度的空間位置，所述的點(diǎn)膠管(12)與可以實(shí)現(xiàn)自動出膠及膠量控制的點(diǎn)膠器連接； 所述的玻璃管定位系統(tǒng)(2)包括XYZ三自由度自動定位平臺(21)和夾具，所述的夾具設(shè)于自動定位平臺(21)的端側(cè)； 所述的靶球操作系統(tǒng)(3)包括靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)(31)和靶球吸頭(32)，所述的靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)(31)可以調(diào)節(jié)靶球吸頭(32)的XYZ三自由度的空間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于:所述的點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)(11)包括調(diào)節(jié)桿和固定軸，所述的調(diào)節(jié)桿一端安裝點(diǎn)膠管(12)，另一端可沿固定軸XY面上轉(zhuǎn)動及Z向升降。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于:所述的夾具包括固定夾具(22)和彈性夾具(23)，兩者配合夾持玻璃管(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置，其特征在于:所述的夾具上表面上設(shè)有多個放置靶球的球面凹槽(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于:所述的裝置外設(shè)有輸入裝置和顯示系統(tǒng)。
專利摘要
一種長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置，包括點(diǎn)膠系統(tǒng)、玻璃管定位系統(tǒng)、靶球操作系統(tǒng)、Y向顯微系統(tǒng)、X向顯微系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，點(diǎn)膠系統(tǒng)包括點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)和點(diǎn)膠管，點(diǎn)膠管調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)點(diǎn)膠管的XYZ三自由度的空間位置，點(diǎn)膠管與點(diǎn)膠器連接，玻璃管定位系統(tǒng)包括XYZ三自由度自動定位平臺和夾具，夾具設(shè)于自動定位平臺的端側(cè)，靶球操作系統(tǒng)包括靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)和靶球吸頭，靶球吸頭調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)靶球吸頭的XYZ三自由度的空間位置。本實(shí)用新型采用長玻璃柱靶腔的靶球精確定位的裝置代替手工操作，整個自動化組裝過程簡單，系統(tǒng)精度高，大大提高了組裝效率和精度，同時可有效解決手工裝配中不可避免地引入的裝配誤差的問題。
文檔編號G21B1/19GKCN203038676SQ201320035848
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月23日
發(fā)明者陳濤, 孫立寧 申請人:蘇州大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan