CN116520483B - 一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤设备领域，具体涉及一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备。一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，按光纤路径依次包括放线单元、刻栅单元、涂覆固化收线单元。放线单元包括放线机架、放排装置、放线对中检测、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮和放线微张力调节装置。刻栅单元包括第一定位轮、导轮安装架、第二定位轮、光学气浮平台、激光器、光路元件、掩模板、上下微调模组、过渡连接架、前后调节模组和固定支架。涂覆固化收线单元包括收线机架、入纤轮、涂覆装置、显示器、人机交互操作组件、工控机、收线微张力调节装置、牵引转向轮、微张力收线舞蹈器、收线排线轮、收排装置、牵引轮、固化转向轮和固化炉。
Description
技术领域
本发明涉及光纤设备领域，具体涉及一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备。提供了一种全新的光纤光栅生产方式，尤其解决光纤刻栅后涂层修复和增强、以及生产连续性和效率问题。
背景技术
目前，传统光纤刻栅主要有两种方式，第一种是在光纤拉丝塔上进行刻栅，第二种是线下分段剥离涂层后刻栅。
第一种所涉及的刻栅和涂覆固化工艺均需要在竖直塔架上完成。由于光纤是由高温拉丝炉加热光纤预制棒熔融后拉制形成的，导致此时光纤刻栅的时候温度比较高，需要进行冷却或者降低生产速度。而且此时的光纤没有经过光学物理性能的测试，容易导致拉丝塔上刻完的光纤光栅不合格，造成浪费。
第二种线下刻栅，这种方式需要分段剥离涂层后再刻以保证刻栅效果，该方式生产的光纤光栅长度十分有限，且由于剥离涂层的时候容易划伤光纤包层以及刻栅本身造成的结构缺陷，导致强度急剧下降。同时，这种光纤不能直接工程应用，还需要进行二次包覆，生产效率极为低下。简而言之，光纤难以获得及时有效的保护、修复增强，是制约光纤光栅线下连续生产的核心问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，是一种全新的线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，能够解决线下裸纤或具有较薄高紫外透过率涂层的光纤刻栅，实现线下连续稳定的光纤光栅的生产。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：
一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，按光纤路径依次包括放线单元、刻栅单元和涂覆固化收线单元。刻栅单元位于放线单元、涂覆固化收线单元之间。
放线单元包括放线机架、放排装置、放线对中检测器、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮和放线微张力调节装置。
刻栅单元包括第一定位轮、导轮安装架、第二定位轮、光学气浮平台、激光器、光路元件、掩模板、上下微调模组、过渡连接架、前后调节模组和固定支架。
涂覆固化收线单元包括收线机架、入纤轮、涂覆装置、显示器、人机交互操作组件、工控机、收线微张力调节装置、牵引转向轮、微张力收线舞蹈器、收线排线轮、收排装置、牵引轮、固化转向轮和固化炉。
放线单元、涂覆固化收线单元所用的光纤盘具直径≥310mm；放线单元、刻栅单元、涂覆固化收线单元所有导轮的直径≥160mm，质量≤200g，动平衡等级优于G2.5@30000RPM，光纤路径上接触零件的表面光洁度≤Ra0.8。
按照上述技术方案，所述线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，按光纤路径依次包括放线单元、刻栅单元、涂覆固化收线单元，刻栅单元位于放线单元、涂覆固化收线单元中间。
按照上述技术方案，放线单元包括放线机架、放排装置、放线对中检测器、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮、放线微张力调节装置。放排装置安装于放线机架下方横梁上；放线对中检测器、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮、放线微张力调节装置安装在同一安装板上，且位于放排装置上方。放线对中检测器具有两个非接触光电测量头，用以反馈光纤放排位置，使光纤保持与放线定轮对中，放线对中检测器安装于放排装置上方、放线定轮下方，且紧邻放线定轮；微张力放线舞蹈器为立式摆杆结构，通过阻尼气缸施加于摆杆的扭矩产生张力；微张力放线舞蹈器安装于放线定轮和微张力放线舞蹈器左侧，通过小幅左右往复摆动以补偿放排装置和牵引的速度差。放线微张力调节装置位于微张力放线舞蹈器和放线转向轮中间居上位置。
所述的放线微张力调节装置集成压力表和精密微压控制器，用以调节微张力放线舞蹈器阻尼气缸的压力。精密微压控制器的压力调节范围为：0-1psig±1%，微张力放线舞蹈器的张力范围为：10-20±2g。
按照上述技术方案，刻栅单元包括第一定位轮、导轮安装架、第二定位轮、光学气浮平台、激光器、光路元件、掩模板、上下微调模组、过渡连接架、前后调节模组、固定支架。第一定位轮和第二定位轮安装导轮安装架上，安装导轮安装架为U形结构。激光器安装于光学平台上，且位于光路元件正后方；激光器发出的激光依次通过光路元件、掩模板打到光纤上实现光刻；上下微调模组安装在导轮安装架和过渡连接架之间，实现第一定位轮和第二定位轮的上、下位置微调；前后调节模组联接过渡连接架和固定支架，实现第一定位轮和第二定位轮的前、后位置微调。以保证光纤在第一定位轮和第二定位轮上的光纤与放线单元、涂覆固化收线单元的严格对正共面，降低光纤附加损伤。
按照上述技术方案，涂覆固化收线单元包括收线机架、入纤轮、涂覆装置、显示器、人机交互操作组件、工控机、收线微张力调节装置、牵引转向轮、微张力收线舞蹈器、收线排线轮、收排装置、牵引轮、固化转向轮、固化炉。入纤轮和固化转向轮分别位于收线机架左上角和左下角，涂覆装置、固化炉自上而下依次安装于入纤轮和固化转向轮之间； 且光纤入纤轮和固化转向轮的竖直切线与涂覆装置、固化炉的中心重合。显示器、人机交互操作组件自上而下依次安装于收线机架中间偏上位置。
所述的显示器用以显示或设定设备的运行速度、张力值、设备功率、刻栅节距、刻栅数量统计、涂料温度、排线节距、计米数值等工艺参数。人机交互操作组件包括键盘和鼠标。
所述的牵引轮安装于固化炉和牵引转向轮之间，牵引轮和人机交互操作组件之间有防护罩隔离，保证操作安全。工控机嵌入于收线机架右上角；收线微张力调节装置位于收线机架中间位置，安装于牵引轮右侧、牵引转向轮上方；牵引转向轮安装于牵引轮和微张力收线舞蹈器之间、收线排线轮安装于牵引转向轮下方，紧邻收排装置；微张力收线舞蹈器通过小幅左右往复摆动以补偿收排装置和牵引轮的速度差。
所述的收线微张力调节装置和放线微张力调节装置所用器件和控制方式相同；精密微压控制器的压力调节范围为：0-1psig±1%，微张力放线舞蹈器的张力范围为：10-20±2g。收排装置311安装于收线机架301右下角。
所述的放排装置和收排装置均为悬轴式收卷、盘走式排线。
按照上述技术方案，放线单元、涂覆固化收线单元所用的光纤盘具直径≥310mm；放线单元、刻栅单元、涂覆固化收线单元所有导轮均采用铝合金材质，直径≥160mm，质量≤200g，动平衡等级优于G2.5@30000RPM，光纤路径上接触零件的表面光洁度≤Ra0.8。
本发明的优点：
本发明提供了一种全新的线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，主要用于对拉丝塔生产出来的经过光学物理特性测试的裸纤或具有较薄高紫外透过率涂层的光纤进行线下连续激光刻栅，再经过涂覆器以及固化炉进行涂覆、固化；即通过光纤的放线、刻栅、涂覆、固化、收线的线下连续工艺过程，使光纤不仅在微张力下完成激光刻栅，并获得有效的保护、修复增强，从而达到光纤光栅线下连续生产目标。获得足够强度后的刻栅光纤可以满足小盘收卷、仓储、运输、封装、工程应用等各环节需求。
本发明提供了一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，该设备提供了一种全新的光纤光栅生产方式，尤其解决了光纤在微张力下进行光纤刻栅、并完成涂层修复和增强的问题，与传统方式相比，极大提高了光纤光栅生产的连续性、质量及效率。同时该设备操作方式简单，有利于促进光纤光栅的低成本、大规模制备。
附图说明
图1为本发明线下连续光纤刻栅涂覆固化设备技术方案主视图；
图2为本发明线下连续光纤刻栅涂覆固化设备技术方案俯视图；
图3为本发明线下连续光纤刻栅涂覆固化设备的刻栅单元的部件局部示意图。
以上附图中，1、放线单元 ，101、放线机架，102、放排装置，103、放线对中检测器，104、放线定轮，105、微张力放线舞蹈器，106、放线转向轮， 107、放线微张力调节装置，2、刻栅单元，201、第一定位轮，202、导轮安装架，203、第二定位轮，204、光学气浮平台，205、激光器，206、光路元件，207、掩模板，208、上下微调模组，209、过渡连接架，210、前后调节模组，211、固定支架，3、涂覆固化收线单元，301、收线机架，302、入纤轮，303、涂覆装置，304、显示器，305、人机交互操作组件，306、工控机，307、收线微张力调节装置，308、牵引转向轮，309、微张力收线舞蹈器，310、收线排线轮，311、收排装置，312、牵引轮，313、固化转向轮，314、固化炉。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参照图1、图2、图3，一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，按光纤路径依次包括放线单元1、刻栅单元2、涂覆固化收线单元3。刻栅单元2位于放线单元1、涂覆固化收线单元3之间。
放线单元1包括放线机架101、放排装置102、放线对中检测器103、放线定轮104、微张力放线舞蹈器105、放线转向轮106、放线微张力调节装置107。
刻栅单元2包括第一定位轮201、导轮安装架202、第二定位轮203、光学气浮平台204、激光器205、光路元件206、掩模板207、上下微调模组208、过渡连接架209、前后调节模组210、固定支架211。
涂覆固化收线单元3包括收线机架301、入纤轮302、涂覆装置303、显示器304、人机交互操作组件305、工控机306、收线微张力调节装置307、牵引转向轮308、微张力收线舞蹈器309、收线排线轮310、收排装置311、牵引轮312、固化转向轮313、固化炉314。
放线单元1、涂覆固化收线单元3所用的光纤盘具直径≥310mm；放线单元1、刻栅单元2、涂覆固化收线单元所有导轮的直径≥160mm，质量≤200g，动平衡等级优于G2.5@30000RPM，光纤路径上接触零件的表面光洁度≤Ra0.8。
进一步地，所述线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，按光纤路径依次包括放线单元1、刻栅单元2、涂覆固化收线单元3，刻栅单元2位于放线单元1、涂覆固化收线单元3中间。
进一步地，放线单元1包括放线机架101、放排装置102、放线对中检测器103、放线定轮104、微张力放线舞蹈器105、放线转向轮106、放线微张力调节装置107。放排装置102安装于放线机架101下方横梁上；放线对中检测器103、放线定轮104、微张力放线舞蹈器105、放线转向轮106、放线微张力调节装置107安装在同一安装板上，且位于放排装置102上方。放线对中检测器103具有两个非接触光电测量头，用以反馈光纤放排位置，使光纤保持与放线定轮104对中，放线对中检测器103安装于放排装置102上方、放线定轮104下方，且紧邻放线定轮104；微张力放线舞蹈器105为立式摆杆结构，通过阻尼气缸施加于摆杆的扭矩产生张力；微张力放线舞蹈器105安装于放线定轮104和微张力放线舞蹈器105左侧，通过小幅左右往复摆动以补偿放排装置102和牵引轮312的速度差。放线微张力调节装置107位于微张力放线舞蹈器105和放线转向轮106中间居上位置，放线微张力调节装置107集成压力表和精密微压控制器，用以调节微张力放线舞蹈器105阻尼气缸的压力。精密微压控制器的压力调节范围为：0-1psig±1%，微张力放线舞蹈器105的张力范围为：10-20±2g，为实现该控制精度，微张力放线舞蹈器105的竖直摆杆和导轮应做配重平衡，以保证力矩完全由精密微压控制器的压力控制。
放排装置102由伺服电机驱动滚珠丝杆滑台沿着直线导轨前后移动，根据放线对中检测器103反馈的光纤位置，实时调节放线节距，以保证放线对中。
进一步地，刻栅单元2包括第一定位轮201、导轮安装架202、第二定位轮203、光学气浮平台204、激光器205、光路元件206、掩模板207、上下微调模组208、过渡连接架209、前后调节模组210、固定支架211。第一定位轮201和第二定位轮203安装导轮安装架202上，安装导轮安装架202为U形结构。激光器205安装于光学平台上，且位于光路元件206正后方；激光器205发出的激光依次通过光路元件206、掩模板207打到光纤上实现光刻；所述激光器可以是准分子激光器、飞秒激光器。上下微调模组208安装在导轮安装架202和过渡连接架209之间，实现第一定位轮201和第二定位轮203的上、下位置微调；前后调节模组210联接过渡连接架209和固定支架211，实现第一定位轮201和第二定位轮203的前、后位置微调。以保证光纤在第一定位轮201和第二定位轮203上的光纤与放线单元1、涂覆固化收线单元3的严格对正共面，降低光纤附加损伤。
所述的上下微调模组208由伺服电机驱动丝杠滑台实现上下调节。所述的前后调节模组210由伺服电机驱动丝杠滑台实现前、后调节。
进一步地，涂覆固化收线单元3包括收线机架301、入纤轮302、涂覆装置303、显示器304、人机交互操作组件305、工控机306、收线微张力调节装置307、牵引转向轮308、微张力收线舞蹈器309、收线排线轮310、收排装置311、牵引轮312、固化转向轮313、固化炉314。入纤轮302和固化转向轮313分别位于收线机架301左上角和左下角，涂覆装置303、固化炉314自上而下依次安装于入纤轮302和固化转向轮313之间； 且光纤入纤轮302和固化转向轮313的竖直切线与涂覆装置303、固化炉314的中心重合。所述涂覆装置303可以是开式涂覆或压力涂覆，以压力涂覆为佳，所用涂料可以是丙烯酸树脂或聚酰亚胺，以最终用途作适当配置。所述固化炉314可以是LED固化炉、UV固化炉或热固化炉，以涂料类型作适当配置。显示器304、人机交互操作组件305自上而下依次安装于收线机架301中间偏上位置；显示器304用以显示或设定设备的运行速度、张力值、设备功率、刻栅节距、刻栅数量统计、涂料温度、排线节距、计米数值等工艺参数。所述显示器304可以是LED显示器或触摸屏。人机交互操作组件305包括键盘和鼠标。其上方所配置功能按钮，分别为急停、凤鸣器、报警复位、高速/低速、启动、停止。牵引轮312安装于固化炉314和牵引转向轮308之间，牵引轮312和人机交互操作组件305之间有防护罩隔离，保证操作安全。工控机306嵌入于收线机架301右上角；收线微张力调节装置307位于收线机架301中间位置，安装于牵引轮312右侧、牵引转向轮308上方；牵引转向轮308安装于牵引轮312和微张力收线舞蹈器309之间、收线排线轮310安装于牵引转向轮308下方，紧邻收排装置311；微张力收线舞蹈器309通过小幅左右往复摆动以补偿收排装置311和牵引轮312的速度差。收线微张力调节装置307和放线微张力调节装置107所用器件和控制方式相同；精密微压控制器的压力调节范围为：0-1psig±1%，微张力放线舞蹈器的张力范围为：10-20±2g。为实现该控制精度，微张力收线舞蹈器309的竖直摆杆和导轮应做配重平衡，以保证力矩完全由精密微压控制器的压力控制。收排装置311安装于收线机架301右下角。
所述的涂覆装置303采用压力涂覆，主要由导入模、涂料腔体、定径模等组成，光纤自上而下经过导入模后进入加压状态下的涂料腔体，再穿过定径模实现光纤涂覆定径。
所述的固化炉314可以采用UV固化灯或LED固化灯，内部设置椭圆反射罩实现光线聚焦于中心穿过的光纤上，光纤涂覆材料中的光敏成分在紫外光的照射催化作用下发生聚合反应，实现涂层固化。
所述的收排装置311由伺服电机驱动滚珠丝杆滑台沿着直线导轨前后移动，实现涂后光纤在盘具上按设定的节距排线。
进一步地，放线单元1、涂覆固化收线单元3所用的光纤盘具直径≥310mm；放线单元1、刻栅单元2、涂覆固化收线单元所有导轮均采用铝合金材质，直径≥160mm，质量≤200g，动平衡等级优于G2.5@30000RPM，光纤路径上接触零件的表面光洁度≤Ra0.8。
本发明的工作原理：
本发明为一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，光纤路径依次经过放线单元1、刻栅单元2、涂覆固化收线单元3，对拉丝塔生产出来的经过光学物理特性测试的裸纤或具有较薄高紫外透过率涂层的光纤进行线下连续激光刻栅，再经过涂覆器以及固化炉进行涂覆、固化。即通过光纤的放线、刻栅、涂覆、固化、收线的线下连续工艺过程，使光纤不仅在微张力下完成激光刻栅，而且获得有效的保护、修复增强，从而达到光纤光栅线下连续生产目标。
本发明的优点：
本发明提供了一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，该设备提供了一种全新的光纤光栅生产方式，尤其解决了光纤在微张力下进行光纤刻栅、并完成涂层修复和增强的问题，与传统方式相比，极大提高了光纤光栅生产的连续性、质量及效率问题。
上述实施例仅为了描述本发明的基本原理、以及主要特征和优点。其目的在于让熟悉此项技术的人员能够理解本发明的内容并据以实施，并不能依次限制本发明的保护范围。在不脱离本发明原理和范围的前提下，本发明的可能实施例还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，按光纤路径依次包括放线单元、刻栅单元和涂覆固化收线单元，刻栅单元位于放线单元、涂覆固化收线单元之间；
所述的放线单元包括放线机架、放排装置、放线对中检测器、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮和放线微张力调节装置；
所述的刻栅单元包括第一定位轮、导轮安装架、第二定位轮、光学气浮平台、激光器、光路元件、掩模板、上下微调模组、过渡连接架、前后调节模组和固定支架；
所述的涂覆固化收线单元包括收线机架、入纤轮、涂覆装置、显示器、人机交互操作组件、工控机、收线微张力调节装置、牵引转向轮、微张力收线舞蹈器、收线排线轮、收排装置、牵引轮、固化转向轮和固化炉；
所述的放线单元中，放排装置安装于放线机架下方横梁上，放线对中检测器、放线定轮、微张力放线舞蹈器、放线转向轮和放线微张力调节装置安装在同一安装板上，且位于放排装置上方；放线对中检测器具有两个非接触光电测量头，用以反馈光纤放排位置，使光纤保持与放线定轮对中，放线对中检测器安装于放排装置上方和放线定轮之间，且紧邻放线定轮；微张力放线舞蹈器为立式摆杆结构，通过阻尼气缸施加于摆杆的扭矩产生张力；微张力放线舞蹈器安装于放线定轮和微张力放线舞蹈器左侧，通过小幅左右往复摆动以补偿放排装置和牵引的速度差；放线微张力调节装置位于微张力放线舞蹈器和放线转向轮中间居上位置；
所述的刻栅单元中，第一定位轮和第二定位轮安装在导轮安装架上，安装导轮安装架为U形结构；激光器安装于光学平台上，且位于光路元件正后方；激光器发出的激光依次通过光路元件、掩模板打到光纤上实现光刻；上下微调模组安装在导轮安装架和过渡连接架之间，实现第一定位轮和第二定位轮的上、下位置微调；前后调节模组联接过渡连接架和固定支架，实现第一定位轮和第二定位轮的前、后位置微调；
所述的涂覆固化收线单元中，入纤轮和固化转向轮分别位于收线机架左上角和左下角，涂覆装置、固化炉自上而下依次安装于入纤轮和固化转向轮之间；且光纤入纤轮和固化转向轮的竖直切线与涂覆装置、固化炉的中心重合；显示器、人机交互操作组件自上而下依次安装于收线机架中间偏上位置；牵引轮安装于固化炉和牵引转向轮之间，牵引轮和人机交互操作组件之间有防护罩隔离，保证操作安全；工控机嵌入于收线机架右上角；收线微张力调节装置位于收线机架中间位置，安装于牵引右侧、牵引转向轮上方；牵引转向轮安装于牵引和微张力收线舞蹈器之间，收线排线轮安装于牵引转向轮下方，紧邻收排装置；微张力收线舞蹈器通过小幅左右往复摆动以补偿收排装置和牵引轮的速度差；收排装置安装于收线机架右下角。
2.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，所述的放线微张力调节装置集成压力表和精密微压控制器，用以调节微张力放线舞蹈器阻尼气缸的压力。
3.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，显示器用以显示设备的运行速度、张力值、设备功率、刻栅节距、刻栅数量统计、计米数值工艺参数；人机交互操作组件包括键盘和鼠标。
4.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，所述的放排装置和收排装置均为悬轴式收卷、盘走式排线。
5.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，所述的上下微调模组由伺服电机驱动丝杠滑台实现上下调节；所述的前后调节模组由伺服电机驱动丝杠滑台实现前、后调节。
6.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，所述的涂覆装置采用压力涂覆，由导入模、涂料腔体、定径模组成，光纤自上而下经过导入模后进入加压状态下的涂料腔体，再穿过定径模实现光纤涂覆定径。
7.根据权利要求1所述的一种线下连续光纤刻栅涂覆固化设备，其特征在于，所述的固化炉采用UV固化灯或LED固化灯，内部设置椭圆反射罩实现光线聚焦于中心穿过的光纤上，光纤涂覆材料中的光敏成分在紫外光的照射催化作用下交联耦合，实现涂层固化。
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