[发明专利]大口径极化线栅缠绕装置

说明书

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。

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