微型靶关键器件装配系统的研究

摘要

核聚变能具有无放射性污染和储量十分丰富等优点,是人类解决能源危机的重要能源形式,激光惯性约束核聚变是实现可控核聚变的两种主要方式之一。它的工作原理是利用多束高能激光同时照射在含有氚-氘燃料靶球上,产生巨大的惯性力使靶球中的氚-氘达到产生核聚变的条件。由激光惯性约束核聚变的原理可知靶球必需被精确地装配在聚变靶的中心位置,但目前聚变靶的装配由相关技术人员手工完成,装配精度和效率均无法满足聚变实验的要求,因此关于微型靶关键器件装配系统的研究对激光惯性约束核聚变实验具有重要意义。
　　本文针对激光惯性约束核聚变靶装配的需求,在对靶零部件的夹持、显微视觉定位和装配力控制的关键技术研究的基础上,研制了一种具有显微视觉与力觉的激光惯性约束核聚靶装配系统,并开展了相关的实验。
　　首先,根据靶装配的要求和被装配靶器件的特点,对靶装配过程进行分析,并得到靶装配的关键技术;确定靶装配总体策略;根据对靶装配任务和总体策略的分析,靶装配系统采用精密机械-显微视觉-力觉-计算机控制的总体方案。并从靶器件夹持工具系统、运动承载系统和检测监视系统三个子系统分别进行研制。
　　其次,研制了一种具有力反馈的真空吸附式靶器件夹持工具系统,针对各被装配靶部件分别研制了不同的末端夹持器,并在对吸附过程力学分析的基础上确定了真空吸附系统的参数。
　　通过对靶装配控制过程特点的分析,确定了靶装配的控制策略,即大范围的定位采用位置控制;对于精确的局部操作,非接触式采用显微视觉控制,接触式采用力控制。确定显微视觉的识别和定位算法,并根据小孔成像原理建立显微视觉的映射模型,根据对套件插入诊断环装配过程的分析建立起装配力模型,并在该模型的基础上得到装配力控制的方法。
　　最后,通过实验验证显微视觉的识别与定位算法,得到显微视觉控制中的图像雅克比矩阵,在此基础上得出显微视觉定位的精度;通过实验获得真空吸附系统负压控制的静动态性能;通过套件插入诊断环力控制实验的力曲线,获得了装配力的控制效果,进行了靶装配实验检验靶装配系统对靶装配的可行性和有效性。
　　本课题涉及的对聚变靶器件夹持、检测和控制技术的研究对靶装配技术的进一步发展具有借鉴意义与启发。

目录

微型靶关键器件装配系统的研究

RESEAECH ON ASSEMBLY SYSTEM OF KEY COMPONENTS OF MIRCO-FUSION TARGET

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 微装配系统及激光惯性约束聚变靶装配研究现状

1.2.1 微装配系统的分类

1.2.2 微装配系统研究现状

1.2.3 聚变靶装配研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 靶装配系统的建立

2.1 引言

2.2 靶装配任务分析

2.2.1 靶的构成及精度要求

2.2.2 靶装配的过程分析

2.2.3 靶装配的关键技术

2.3 靶装配的总体策略

2.4 靶装配系统的总体设计

2.5 本章小结

第3章 靶器件夹持工具的研制

3.1 引言

3.2 真空吸附系统

3.2.1 真空吸附的工作原理

3.2.2 真空吸附系统的构成

3.3 靶器件夹持器

3.3.1 靶器件夹持器结构设计原则

3.3.2 靶器件夹持器设计

3.4 吸附过程力学分析与参数确定

3.4.1 靶器件吸附力的计算

3.4.2 吸附参数的确定

3.5 本章小结

第4章 靶装配控制方法的研究

4.1 引言

4.2 靶装配的控制策略

4.3 显微视觉控制

4.3.1 被装配件的图像定位算法

4.3.2 显微视觉映射模型的建立

4.4 靶装配过程中的力控制

4.4.1 诊断环与套件装配的力学模型

4.4.2 诊断环与套件装配的力控制方法

4.5 本章小结

第5章 靶装配系统实验分析

5.1 引言

5.2 真空吸附系统吸取实验

5.2.1 真空吸附系统的静态性能

5.2.2 真空吸附系统的动态性能

5.3 显微视觉控制实验

5.3.1 靶球与诊断环识别与定位

5.3.2 图像雅克比矩阵的估测实验

5.3.3 显微视觉定位实验

5.4 套件插入诊断环力控制实验

5.5 聚变靶装配实验

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢