摘 要

脉冲涡流检测由于其可不停机检测、检测精度高、操作简便等诸多优势，逐步被更多人关注。而线圈作为其探头的主要构成部分，其质量要求高、绕制过程繁琐成为脉冲涡流检测仪研制过程中亟需解决的难题之一。本课题提出一种集成的自动脉冲涡流线圈绕制装置，论文在介绍该绕线装置的原理及机构设计的基础之上，对装置整体进行了三维仿真建模，并对其中可能出现的不可靠结构进行了有限元分析。论文的主要内容包括：

1）脉冲涡流绕线装置的研发与工艺设计。在详细的分析了现有的绕线机的基础之上，提出了一种新型的绕线装置，并对其主要工作原理以及各机构的组成进行了分析论述。

2）从激励线圈绕制模块以及接收线圈绕制模块这两大模块的角度，更加详细的论述了其工作流程，并论述了其设计过程，运用Solidworks建模软件完成了整体结构的三维建模仿真。在此基础之上对其部分结构强度进行了分析校核,同时也完成了电机的选型。

3）整机机架部分有限元分析。对整机机架部分两大重要的支撑结构进行了Ansys有限元分析。

本课题提出的新型绕线装置，在现有绕线装置基础上有很大创新，使其功能更加满足脉冲涡流仪器中的线圈绕制需求，为仪器的研发做出了一定辅助性工作。

关键词：绕线装置；脉冲涡流；Solidworks；Ansys

Abstract

Pulse eddy current detection because of its non-stop detection, high precision detection, easy operation and many other advantages, and gradually more attention. The coil as the main part of its probe, its high quality requirements, winding process cumbersome pulse vortex detector development process in one of the difficult problems to be solved. In this paper, an integrated automatic pulsating eddy current winding device is proposed. On the basis of introducing the principle and mechanism design of the winding device, the whole model of the device is simulated and the unreliable The structure was analyzed by finite element method. The main contents of the thesis include:

1) pulse eddy current winding device development and process design. Based on the detailed analysis of the existing winding machine, a new type of winding device is put forward, and its main working principle and the composition of each body are analyzed and discussed.

2) From the angle of the two modules of the excitation coil winding module and the receiving coil winding module, the workflow of the two modules is discussed in detail, and the design process is discussed. Solidworks modeling software is used to complete the three-dimensional modeling of the whole structure simulation. On the basis of its part of the structural strength of the analysis and verification, but also completed the motor selection.

3) Finite element analysis of the whole machine frame. Ansys finite element analysis of the two important support structures for the whole frame is carried out.

The new winding device proposed in this paper has great innovation on the basis of the existing winding device, so that its function can meet the demand of coil winding in pulse eddy current instrument, and it has made some auxiliary work for the research and development of the instrument.

Key words: winding device; pulsed eddy current; Solidworks; Ansys

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 仪器所需绕线装置简介 1

1.3 国内外研究现状 1

1.5 研究目标 3

1.6 设计拟采用的技术方案 3

1.7 论文结构安排 4

第2章 绕线装置总体设计及动画仿真 5

2.1 引言 5

2.2 需求分析与设计目标确定 5

2.2.1 需求分析 5

2.2.2 设计目标 6

2.3 设计技术难点分析 7

2.4 总体结构设计 8

2.5 绕线工作流程设计 9

2.6 绕线工作流程动画仿真 10

2.7 本章小结 11

第3章 绕线装置关键模块设计 12

3.1 引言 12

3.2 激励线圈绕制模块设计 12

3.2.1 机构设计 12

3.2.2 工作原理 16

3.2.3 动力元件选型 17

3.2.4 构件强度分析 21

3.3 接收线圈绕制模块设计 25

3.3.1 机构设计 25

3.3.2 工作原理 26

3.3.3 动力元件选型 27

3.4 整机机架部分设计 27

3.4.1 垂直位移机构支撑门架分析 27

3.4.2 可活动骨架支撑架分析 32

3.4 本章小结 36

第4章 环境影响及经济性分析 37

4.1 环境影响分析 37

4.2 经济性分析 37

第5章 总结与展望 38

5.1 全文总结 38

5.2 工作展望 38

参考文献 39

致 谢 41

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着无损检测技术的发展，对于被检测对象在不停机，不去掉外部保护或保温层等条件下的检测需求越来越高。脉冲涡流由于其检测信号丰富的频率含量，能够一次性获取多层缺陷信息并且具有电磁非接触耦合的巨大优点，因而逐步获得大众的关注^[1]。

1.2 仪器所需绕线装置简介

脉冲涡流检测传感器主要由激励线圈与接收线圈组成^[2-3]。为提高传感器的性能，激励线圈与接收线圈有内径、外径、高度以及匝数^[4-6]的参数要求。并且在实际的仪器制造过程中，为使线圈在工作过程中不被击穿，漆包线绕制过程中不得损伤表皮且需要提供额外的保护措施。为实现信号的一致性以及传感器的可互换性，线圈的绕制得符合相同的绕制规范即绕制方法。在此对脉冲涡流检测仪器所用线圈的绕制装置提出了要求。

在绕线机方面的研究主要集中在机械结构，张力控制和控制系统^[7]三大方面。在各大高校以及企业的研究部门对此也进行了大量的研究，并且设计出来的成果绕制出来的线圈在自动化程度，稳定性等各方面有了逐步的提高。

1.3 国内外研究现状

国外对绕线机方面的研究要早一些，在技术方面也更加先进。2004年，韩国的Sungkmmldm等人^[8]通过对细导线的绕线装配过程的研究，提出了一种相对运动控制方法，该控制方法能保持细导线张力的恒定，避免或者减少了绕线过程中断线情况的发生。2011年，Dodds等人对铜线张力提出了控制的方法，使绕制过程中铜线的张力始终保持在一个稳定的范围内，从而提高了线圈的质量^[9]。 2012年，德国的Leif Svensson，Kenneth等人^[10]对非常规线圈绕组的生产方式，制造工艺和加工构件的特点进行分析和优化，改善了绕线机的成本和性能。