CN101798172A - 光纤母材的延伸装置及其延伸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种光纤母材的延伸装置及其延伸方法，本发明将母材铸块延伸为较小直径的母材棒，降低延伸后的光纤母材棒的弯曲。包括延伸送入机构部分、延伸加热炉、延伸引取机构部分和测量控制部分；延伸送入机构部分安装在延伸加热炉上方，延伸引取机构部分安装在延伸加热炉下方，测量控制部分安装在延伸加热炉下部；其中延伸送入机构部分由伺服电机一、传动丝杆一、丝杆螺母一、X-Y控制单元一及悬挂夹头组成；延伸加热炉采用感应加热或电阻加热方式进行加热；延伸引取机构部分由伺服电机二、传动丝杆二、丝杆螺母二、X-Y控制单元二及拉伸用夹头组成；测量控制部分由外径测量器、位置测量器、弯曲度测量器和可编程控制器PLC组成。

Description

光纤母材的延伸装置及其延伸方法
技术领域
本发明涉及的是一种光纤母材的延伸装置及其延伸方法，本发明将母材铸块延伸为较小直径的母材棒，降低延伸后的光纤母材棒的弯曲。
背景技术
一般而言，为了将母材铸块延伸为较小直径的母材棒，采用了通过一边将设置在贯通纵型的电炉的母材铸块加热软化，一边由电炉的入口以一定的速度送入炉内，同时由电炉的出口夹持母材铸块的前端部，以较送入速度更快的速度引入，而形成较母材铸块更为缩减直径的母材棒的引出方法。用这种方法延伸而成的母材往往因延伸炉内的温度分布不均及母材坯的凝固状态不同而产生弯曲。
作为其对策，一些专利文献(如：日本专利09-030825和09-030827)中公开以下的延伸方法：测量安置在延伸装置上的母材坯的中心轴线与延伸装置轴中心之间的偏移量，并根据偏移量，变更母材坯的夹持角度，或一边靠移动母材坯的位置，修正母材坯的位置、一边延伸，使母材坯的中心轴线与延伸装置的轴中心一致。
这种把母材坯的位置控制在延伸装置的既定位置上的方法，会因为悬挂母材坯的部分及引取延伸后母材棒部分的位置，由于加热器交换等的保养会产生实效变化问题。还有，因加热器及保温材料的周边温度分布不均及炉内产生气流偏差等原因，即使把母材控制在目标位置，仍然有产生偏差的问题。
采用这种因延伸而产生了弯曲的母材棒将不利于拉制光纤制程的操作性以及光纤特性的稳定性，因此，在采用这种产生了弯曲的母材棒拉制光纤前，必须要有预先修正弯曲的制程。但是，这样做会大大降低生产效率，所以需要开发一种不会使母材棒产生弯曲的母材坯延伸方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足之处，提供一种光纤母材的延伸装置及其延伸方法，采用这种装置及方法不需要修正母材弯曲的制程，可直接延伸出母材棒。
光纤母材的延伸装置及其延伸方法是采取以下方案实现的。
光纤母材的延伸装置包括延伸送入机构部分、延伸加热炉、延伸引取机构部分和测量控制部分。延伸送入机构部分安装在延伸加热炉上方，延伸引取机构部分安装在延伸加热炉下方，测量控制部分安装在延伸加热炉下部。其中延伸送入机构部分由伺服电机一、传动丝杆一、丝杆螺母一、X-Y控制单元一及悬挂夹头组成。延伸加热炉可采用感应加热或电阻加热方式进行加热。延伸引取机构部分由伺服电机二、传动丝杆二、丝杆螺母二、X-Y控制单元二及拉伸用夹头组成。测量控制部分由外径测量器、位置测量器、弯曲度测量器和可编程控制器PLC组成。
所述延伸加热炉采用感应加热炉或电阻加热炉。
所述外径测量器采用市售外径测量器仪；所述位置测量器采用市售位置测量仪；所述弯曲度测量器采用市售弯曲度测量仪；都是测量精度相对较高的产品。
所述X-Y控制单元一和X-Y控制单元二采用市售X-Y数控工作台，X-Y数控工作台具有X向拖板、Y向拖板，分别由伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器PLC控制调整光纤母材坯与光纤母材棒X向、Y向位置，确保光纤母材坯与光纤母材棒中心位置一致。
所述可编程控制器PLC采用市售(如：日本三菱公司生产的FXZN系列)可编程控制器等产品。
光纤母材的延伸方法如下：
把夹持棒分别接在母材坯1的上下两端部，用悬挂用夹头4夹固溶接于母材坯1上侧的夹持棒，并把它悬挂在延伸炉内，通过可编程控制器PLC控制X-Y控制单元一进行水平方向的位置调整，采用加热器7加热母材坯，加热温度控制在2000～2200℃，用延伸引取机机构部分进行引取，制作成既定直径的母材棒；
延伸中的母材坯外径，被加热、熔融，用外径测量器测量直径被缩小的颈下部的外径，把测量到的该值作为一定值，并且把母材棒2的最终外径作为目标控制值，通过可编程控制器PLC来控制引取速度，引取速度控制在20～100mm/min，此时，用直角交叉的2个方向的外径测量器每隔2秒钟测量母材坯颈下位置的外径，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元二的位置，使颈下部的中心位置与外径测量器的中心位置一致。与此同时，用位置测量器每隔1秒钟测量母材坯的位置，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元一的位置，使母材坯1的中心位置与位置测量器的中心位置一致。
延伸完毕后使用弯曲度测量器测量延伸后的母材棒的弯曲量，根据测量出的弯曲量和方向经过计算后，通过可编程控制器PLC来控制调整外径测量器和位置测量器的位置，做好下次延伸准备。
本发明提出一种光纤母材延伸方法，包括在把母材坯延伸成较其直径小的母材棒的光纤母材制造方法中，控制被加热段处于垂直方向并进行延伸，其中母材坯的X-Y位置基于位置测量器的测量偏差值进行调整，延伸送入机构部分和延伸引取机构部分(牵引机构部分)的X-Y位置基于外径测量器(直角交叉方向)的测量偏差值调整。将延伸后的母材棒在线进行弯曲测量，根据弯曲量及弯曲方向自动控制调整两位置测量器和外径测量器的中心位置。
光纤母材的延伸装置设计合理，结构紧凑，采用本发明这种光纤母材延伸制造方法，就能减少母材坯延伸后母材棒的弯曲，因此不必经过修正弯曲的制程就能制成用于拉制光纤的用作光纤母材的母材棒，可降低光纤的制造成本。
为让本发明的上述和其他目的，特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明光纤母材的延伸装置的示意图。
图2是按传统方法延伸后母材棒的弯曲分布情况图。
图3是用本发明的延伸方法延伸后母材棒弯曲分布情况图。
图中标记：1、母材坯，2、母材棒，3、夹持棒，4、悬挂用夹头，5、延伸加热炉，6a、X-Y控制单元一，6b、X-Y控制单元二，7、加热器，8、延伸引取机构部分，9、颈下部，10、外径测量器、11、位置测量器、12、弯曲度测量器，13、延伸送入机构部分，14、拉伸用夹头，15、可编程控制器PLC。
具体实施方式
参照附图1～3，光纤母材的延伸装置包括延伸送入机构部分13、延伸加热炉5、延伸引取机构部分8和测量控制部分。延伸送入机构部分13安装在延伸加热炉5上方，延伸引取机构部分8安装在延伸加热炉5下方，测量控制部分安装在延伸加热炉5下部。其中延伸送入机构部分13由伺服电机一、传动丝杆一、丝杆螺母一、X-Y控制单元一6a及悬挂夹头4组成。延伸加热炉5可采用感应加热或电阻加热方式进行加热。延伸引取机构部分8由伺服电机二、传动丝杆二、丝杆螺母二、X-Y控制单元二6b及拉伸用夹头14组成。测量控制部分由外径测量器10、位置测量器11、弯曲度测量器12和可编程控制器PLC组成15。
所述延伸加热炉5采用感应加热炉或电阻加热炉。
所述外径测量器10采用市售外径测量器仪；所述位置测量器11采用市售位置测量仪；所述弯曲度测量器12采用市售弯曲度测量仪；都是测量精度相对较高的产品。
所述X-Y控制单元一6a和X-Y控制单元二6b采用市售X-Y数控工作台，X-Y数控工作台具有X向拖板、Y向拖板，分别由伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器PLC控制调整光纤母材坯与光纤母材棒X向、Y向位置，确保光纤母材坯1与光纤母材棒2中心位置一致。
所述可编程控制器PLC采用市售(如：日本三菱公司生产的FXZN系列)可编程控制器等产品。
采用附图1所示的延伸装置，延伸圆形母材坯1，把它制作成直径更小的母材棒2。
光纤母材的延伸方法如下：
把夹持棒3分别接在外径100mm、有效长度1000mm的母材坯1的上下两端部，用悬挂用夹头4夹固溶接于母材坯1上侧的夹持棒3，并把它悬挂在延伸炉5内，通过可编程控制器PLC控制X-Y控制单元6a进行水平方向的位置调整。用加热器7加热母材坯1，加热温度控制在2000～2200℃，用延伸引取机机构部分8进行引取，制作成既定直径的母材棒2；
延伸中的母材坯1外径，被加热、熔融，用外径测量器10测量直径被缩小的颈下部9的外径，把测量到的该值作为一定值，并且把母材棒2的最终外径作为40mm(目标控制值)通过可编程控制器PLC来控制引取速度，引取速度控制在20～100mm/min。此时，用直角交叉的2个方向的外径测量器10每隔2秒钟测量母材坯颈下位置的外径，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元二6b的位置。使颈下部9的中心位置与外径测量器10的中心位置一致。与此同时，用位置测量器11每隔1秒钟测量母材坯的位置，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元一6a的位置，使母材坯的中心位置与位置测量器11的中心位置一致。
延伸完毕后使用弯曲度测量器12测量延伸后的母材棒2的弯曲量，根据测量出的弯曲量和方向经过计算后，通过可编程控制器PLC来控制调整外径测量器10和位置测量器11的位置，做好下次延伸准备。
为了更好的理解，举例如下：如附图2中可看到：首次延伸母材棒的弯曲量朝右侧0.4mm附近以及后侧0.4mm附近很多。根据程式计算并控制外径测量器10和位置测量器11的中心位置向右调整1.5mm，向后侧调整1.5mm。并用前述方法再次延伸后进行延伸后母材棒的弯曲量的测量，如附图3所示，有90％以上朝向X方向及Y方向的偏心在±0.2mm以下。

Claims (4)

1.光纤母材的延伸装置，其特征在于包括延伸送入机构部分、延伸加热炉、延伸引取机构部分和测量控制部分；延伸送入机构部分安装在延伸加热炉上方，延伸引取机构部分安装在延伸加热炉下方，测量控制部分安装在延伸加热炉下部；其中延伸送入机构部分由伺服电机一、传动丝杆一、丝杆螺母一、X-Y控制单元一及悬挂夹头组成；延伸加热炉采用感应加热或电阻加热方式进行加热；延伸引取机构部分由伺服电机二、传动丝杆二、丝杆螺母二、X-Y控制单元二及拉伸用夹头组成；测量控制部分由外径测量器、位置测量器、弯曲度测量器和可编程控制器PLC组成。
2.根据权利要求1所述的光纤母材的延伸装置，其特征在于所述X-Y控制单元一和X-Y控制单元二采用X-Y数控工作台，X-Y数控工作台具有X向拖板、Y向拖板，分别由伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器PLC控制调整光纤母材坯与光纤母材棒X向、Y向位置，确保光纤母材坯与光纤母材棒中心位置一致。
3.根据权利要求1所述的光纤母材的延伸装置，其特征在于所述延伸加热炉采用感应加热炉或电阻加热炉。
4.权利要求1所述的光纤母材的延伸方法，其特征在于：
把夹持棒分别接在母材坯1的上下两端部，用悬挂用夹头夹固溶接于母材坯上侧的夹持棒，并把它悬挂在延伸炉内，通过可编程控制器PLC控制X-Y控制单元一进行水平方向的位置调整，采用加热器7加热母材坯，加热温度控制在2000～2200℃，用延伸引取机机构部分进行引取，制作成既定直径的母材棒；
延伸中的母材坯外径，被加热、熔融，用外径测量器测量直径被缩小的颈下部的外径，把测量到的该值作为一定值，并且把母材棒2的最终外径作为目标控制值，通过可编程控制器PLC来控制引取速度，引取速度控制在20～100mm/min，此时，用直角交叉的2个方向的外径测量器每隔2秒钟测量母材坯颈下位置的外径，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元二的位置，使颈下部的中心位置与外径测量器的中心位置一致，与此同时，用位置测量器每隔1秒钟测量母材坯的位置，并以此为基准，通过可编程控制器PLC来控制X-Y控制单元一的位置，使母材坯1的中心位置与位置测量器的中心位置一致；
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