CN208776584U - 光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，包括芯棒沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元；所述芯棒沉积单元用于完成光纤预制棒芯棒的沉积，包括沉积腔体、升降组件和旋转吊杆；所述原料供应单元用于向所述芯棒沉积单元提供沉积原料，包括SiCl4供应部及沉积喷灯；所述检测单元包括用于实时检测所述沉积腔体内压力值的压力检测器和实时检测芯棒直径的测径装置；所述控制单元包括PLC控制器，用于接收所述压力检测装置、测径装置反馈的压力值及直径，并适应性调节所述进风口、出风口的开度及所述沉积喷灯的喷射流量。该自动控制***，实现了光纤预制棒芯棒沉积工艺过程的全自动控制，提高了光纤预制棒的产品品质和性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***。
背景技术
众所周知，光纤制造工艺通常分为两步：光纤预制棒制作和光纤拉丝。光纤预制棒的制作质量是光纤拉丝的基础，其制作工艺过程控制是光纤制造中最重要环节之一。目前光纤预制棒制作工艺最为成熟的技术有芯棒沉积和包层沉积。在光纤预制棒生产过程中，整个工艺流程涉及到温度、流量、压力、设备等的协调运转，控制非常繁琐。
现有光纤预制棒生产为机械式的手动操作和控制，人工操作控制设备时，无法确保对各个流程（如流量控制、温度控制控制、压力控制等）控制的及时性及精准度，当流量控制精度不够时，容易导致预制棒的形状、大小、密度等一系列质量参数异常，造成产品良率低，且影响沉积过程中芯棒或包层生长的稳定性；当压力控制精度不够时，会引起气流波动，紊乱气流妨碍了反应生成但未参与沉积的颗粒稳定顺利的从排气管道排出，未排出的颗粒若过多的附着在腔体内壁形成镜面，将导致热量反射，致使内部温度逐渐上升，影响沉积，且内壁上的颗粒可能由于紊乱气流剥落而附着在沉积中的预制棒表面，导致产品性能不稳定。
实用新型内容
鉴于以上现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，提高了控制精度，自动化程度高。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，包括芯棒沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元；其中，
芯棒沉积单元：包括沉积腔体、升降组件和旋转吊杆，所述旋转吊杆的上端连接在所述升降组件上，所述旋转吊杆可随所述升降组件竖直上升或下降，所述旋转吊杆的下侧置于所述沉积腔体内，在所述旋转吊杆的下端连接有沉积靶棒，在所述沉积腔体的一侧设有进风口，相对的另一侧设有出风口；
原料供应单元：包括SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部、H2供应部以及通过管道与所述SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部连接的沉积喷灯，所述沉积喷灯的喷灯口位于所述沉积腔体的内部并朝向所述沉积靶棒设置，用于向所述沉积靶棒喷射沉积原料；
检测单元：包括设于所述沉积腔体内壁上的压力检测器和设于所述沉积腔体一侧的测径装置；所述压力检测器用于实时检测所述沉积腔体内的压力值，并将所述压力值反馈至所述控制单元，所述测径装置用于实时检测芯棒的直径，并将所述直径值反馈至所述控制单元；
控制单元：包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述压力检测器、测径装置电连接，所述PLC控制器的输出端与所述进风口、出风口及SiCl4供应部电连接，所述PLC控制器用于根据所述压力检测器反馈的所述压力值控制所述进风口、出风口的开度及根据所述测径装置反馈的所述直径值控制所述沉积喷灯的喷射流量。
作为对上述方案的改进，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的工控机，可通过所述工控机向所述PLC控制器写入程序及输入设定各运行参数的预设值。
作为对上述方案的改进，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的触摸显示屏，可通过所述触摸显示屏显示实时所述芯棒沉积过程的运行参数及开启、关闭所述芯棒沉积设备自动控制***。
作为对上述方案的改进，所述升降组件包括升降电机、竖直导轨和滑块，所述升降电机驱动所述滑块沿所述竖直导轨上升或下降，所述旋转吊杆的上端通过一横杆连接在所述滑块上，所述升降电机通过第一伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
作为对上述方案的改进，所述旋转吊杆由主轴电机驱动旋转，所述主轴电机通过第二伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
作为对上述方案的改进，所述测径装置包括上下间隔设置的第一测径器和第二测径器。
作为对上述方案的改进，所述压力检测器为气体压力传感器，所述第一测径器、第二测径器为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
作为对上述方案的改进，在所述进风口、出风口分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀，所述进风口、出风口通过所述第一电磁阀、第二电磁阀与所述PLC控制器的输出端相连。
作为对上述方案的改进，所述SiCl4供应部通过质量流量控制器与所述PLC控制器的输出端相连。
本实用新型所提供的光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，操作方便，实现了光纤预制棒芯棒沉积工艺过程的全自动控制，提高了生产效率，确保了对芯棒沉积工艺中流量参数、压力参数控制的及时性和精准度，且各参数的检测和反馈为连续实时进行，反馈机制迅速、可靠，原料颗粒沉积精度高，稳定性强，提高了光纤预制棒的产品品质和性能，适用于规模化生产。
附图说明
图1是本实用新型实施例中光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***的结构框图；
图2是本实用新型实施例中芯棒沉积单元的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：100-沉积靶棒；101-芯棒；10-芯棒沉积单元；11-沉积腔体；111-进风口；1110-第一电磁阀；112-出风口；1120-第二电磁阀； 121-升降电机；122-竖直导轨；123-滑块；124-横杆；13-旋转吊杆；131-主轴电机；20-原料供应单元；21-SiCl4供应部；210-质量流量控制器；22-沉积喷灯；30-检测单元；31-压力检测器；32-测径装置；321-第一测径器；322-第二测径器；40-控制单元；41-PLC控制器；42-工控机；43-触摸显示屏；51-第一伺服驱动器；52-第二伺服驱动器；A-第一位置；B-第二位置。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实用新型提供了一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，请参阅图1，图1示出了本实施例中所述光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***的结构，所述光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***包括芯棒沉积单元10、原料供应单元20、检测单元30和控制单元40。
请参阅图2，所述芯棒沉积单元10用于完成光纤预制棒芯棒101的沉积成型，图2示出了所述芯棒沉积单元10的结构，所述芯棒沉积单元10包括沉积腔体11、升降组件和旋转吊杆13。所述旋转吊杆13的上端连接在所述升降组件上，所述旋转吊杆13可随所述升降组件竖直上升或下降，所述旋转吊杆13的下侧置于所述沉积腔体11内，在所述旋转吊杆13的下端连接有沉积靶棒100，开启所述芯棒沉积设备自动控制***后，所述旋转吊杆13带动所述沉积靶棒100旋转，同时，芯棒沉积原料沉积在所述沉积靶棒100的表面，所述升降组件带动所述旋转吊杆13及所述沉积靶棒101逐渐上升，所述芯棒101从上至下逐渐沉积生长成型。在初始状态时，所述沉积靶棒100位于第一位置A处，在所述芯棒101成型的过程中，所述沉积靶棒100随所述升降组件逐渐竖直上升，所述芯棒101从上至下逐渐沉积生长，待所述沉积靶棒100上升整个成品芯棒长度的距离后，所述芯棒101成型完成，所述芯棒101位于第二位置B处。
进一步的，所述升降组件包括升降电机121、竖直导轨122和滑块123，所述升降电机121驱动所述滑块123沿所述竖直导轨122上升，从而带动所述旋转吊杆13及所述沉积靶棒100上升，所述旋转吊杆13的上端通过一横杆124连接在所述滑块123上，所述横杆124设于所述沉积腔体11的上方。
在所述沉积腔体11的一侧设有进风口111，相对的另一侧设有出风口112，在一些实施方式中，可在所述进风口111连接进气装置，或在所述出风口112连接抽风装置，使所述沉积腔体11内维持一定的压力，以形成稳定的气流，确保未沉积到所述沉积靶棒100表面的原料颗粒可高效的排出所述腔体11外，使该原料颗粒附着在已成型的芯棒101上的机会大大减少，避免了所述芯棒101的生长速率和密度的波动，同时可降低未沉积颗粒附着在所述腔体11内壁上的机率，可防止所述原料颗粒从腔体内壁剥落而附着在芯棒表面而形成密度不均匀的区域，提高芯棒101的均匀性，且所述沉积喷灯22可稳定的喷射原料颗粒。可以理解的，当所述沉积腔体11内压力过低时，未沉积到所述沉积靶棒100表面的原料颗粒无法高效排出至所述腔体11外，当所述沉积腔体11内压力过高时，所述沉积喷灯22的喷射出的原料颗粒极易沉积不稳，随气流流出至所述腔体11外，降低了所述芯棒101的成型效果。本实施例中，所述进风口111设置在所述沉积腔体的左侧壁上，所述出风口112设置在所述沉积腔体11的右侧壁上，所述沉积腔体11内的最佳压力范围为50～75Pa。
所述原料供应单元20用于向所述芯棒沉积单元10提供沉积原料，本实施例中，所述沉积原料包括SiCl4气体、H2 、O2和N2，其中，所述SiCl4在高温条件（1000℃左右）下火焰水解生成SiO2，即为芯棒101的沉积原料，H2 为燃料，其燃烧以提供所述高温条件，O2为助燃剂，起助燃作用，N2作为载气，用于运载所述SiCl4气体、H2和O2。
相应的，所述原料供应单元20包括SiCl4供应部21、N2供应部、O2供应部、H2供应部以及通过管道与所述SiCl4供应部21、N2供应部、O2供应部、H2供应部连接的沉积喷灯22，所述SiCl4供应部21、N2供应部、O2供应部、H2供应部分别向所述沉积喷灯22供应SiCl4气体、N2、O2和H2，所述SiCl4在高温条件下火焰水解生成SiO2，所述沉积喷灯22的喷灯口位于所述沉积腔体11的内部并朝向所述沉积靶棒100设置，火焰水解生成的SiO2通过所述沉积喷灯22的喷灯口以颗粒的形式喷射沉积至所述沉积靶棒100的外表面上成型出所述芯棒101。当所述沉积靶棒100处于所述第一位置A时，所述沉积喷灯22的喷灯口朝向所述沉积靶棒100的顶部。
所述检测单元30包括设于所述沉积腔体11内壁上的压力检测装置31和设于所述沉积腔体11一侧的测径装置32，所述压力检测装置31用于实时检测所述沉积腔体11内的压力值，并将所述压力值反馈至所述控制单元40，所述测径装置32用于实时检测所述芯棒101的成型直径，并将所述直径值反馈至所述控制单元40。
所述控制单元40包括PLC控制器41，所述PLC控制器41的输入端与所述压力检测装置31、测径装置32电连接，所述PLC控制器41的输出端与所述进风口111、出风口112及SiCl4供应部21电连接，所述PLC控制器41用于接收所述压力检测装置31反馈的所述压力值及所述测径装置32反馈的所述芯棒101的成型直径，并根据所述压力值控制所述进风口111、出风口112的开度及根据所述直径值控制所述沉积喷灯22的喷射流量。
具体的，所述PLC控制器41上预存有所述沉积腔体11内的压力预设阈值，其将所接收到的实时反馈压力值与所述压力预设阈值进行对比，当所述反馈压力值低于所述压力预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述进风口111或/和所述出风口112的开度降低，当所述反馈压力值高于所述压力预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述进风口111或/和所述出风口112的开度增大，以使所述沉积腔体11内的气压保持在最佳范围内，在所述沉积腔体11内形成稳定的气流，确保未沉积到所述沉积靶棒100表面的原料颗粒可高效的排出所述腔体11外，且不影响所述沉积喷灯22的原料喷射作业，提高了原料颗粒沉积的精度和稳定性。所述压力预设阈值可设置为所述沉积腔体11内的最佳压力范围。优选的，所述压力检测装置31为气体压力传感器。
进一步的，在所述进风口111、出风口112分别设置有第一电磁阀1110、第二电磁阀1120，所述进风口111、出风口112分别通过所述第一电磁阀1110、第二电磁阀1120与所述PLC控制器41的输出端相连，所述PLC控制器41通过控制所述第一电磁阀1110、第二电磁阀1120的开度达到控制所述进风口111、出风口112开度的目的。
所述PLC控制器41上预存有所述芯棒101的直径预设阈值，所述直径预设阈值可设置为成品芯棒的最佳直径范围，所述PLC控制器41将所接收到的所述测径装置32实时反馈的芯棒成型直径与所述直径预设阈值进行对比，当所述反馈直径值大于所述直径预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述沉积喷灯22的喷射流量降低，当反馈的芯棒成型直径值小于所述直径预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述沉积喷灯22的喷射流量增加，以使所述沉积成型出的芯棒101保持在最佳直径范围内，提高所述芯棒101的产品品质和性能。本实施例中，所述芯棒101的最佳直径范围为58 .2mm～58 .8mm。
进一步的，所述SiCl4供应部21通过质量流量控制器210与所述PLC控制器的输出端相连。所述PLC控制器41的输出端连接所述质量流量控制器210，所述PLC控制器41通过控制所述质量流量控制器210阀门的开度来增加或降低所述SiCl4供应部21供给所述沉积喷灯22的原料流量，从而控制所述沉积喷灯22的喷射流量。
本实施例中，所述测径装置32包括上下间隔设置的第一测径器321和第二测径器322，所述第一测径器321、第二测径器322设于所述沉积腔体外部，分别设于位于所述第二位置B（所述芯棒101完成成型所在的位置）时所述芯棒101的底端和1/2长度处，在所述芯棒101从上至下沉积生长的过程中，所述第一测径器321、第二测径器322可按照一定的时间间隔分别采集所述芯棒101的第一成型直径值、第二成型直径值，并将所采集的所述第一成型直径值、第二成型直径值反馈至所述PLC控制器41，所述PLC控制器41计算得出所述第一成型直径值、第二成型直径值的平均直径值，并将所述平均直径值与其上的直径预设阈值进行对比，当所述平均直径值大于所述直径预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述质量流量控制器210阀门的开度减小，从而降低所述SiCl4供应部21供给所述沉积喷灯22的原料流量，当所述平均直径值小于所述直径预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述质量流量控制器210阀门的开度增大，从而增加所述SiCl4供应部21供给所述沉积喷灯22的原料流量。
本实施例中，所述SiCl4供应部21供给所述沉积喷灯22的原料流量设置为5g/min～20g/min，进一步的，所述第一测径器321、第二测径器322为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
本实施例中，所述升降电机121通过第一伺服驱动器51与所述PLC控制器41的输出端电连接，所述PLC控制器41通过所述第一伺服驱动器51控制所述升降电机121按照设定速度上升。所述旋转吊杆13由主轴电机131驱动旋转，所述主轴电机131通过第二伺服驱动器52与所述PLC控制器41的输出端电连接，所述PLC控制器41通过所述第二伺服驱动器52控制所述主轴电机131按照设定转速旋转。
本实施例中，所述控制单元40还包括与所述PLC控制器41双向通信连接的工控机42，所述PLC控制器41与所述工控机42之间可以进行数据交换，具体的，可通过所述工控机42向所述PLC控制器41写入程序及输入设定所述沉积腔体11内的压力预设阈值、所述芯棒101的直径预设阈值、所述升降电机121的上升速度以及所述主轴电机131的旋转转速等运行参数，所述PLC控制器41接收到的所述压力检测装置31反馈的实时压力值及所述测径装置32反馈的所述芯棒101的实时成型直径值可存储在所述工控机上，且可在所述工控机界面进行直观显示。
在一个实施方式中，所述控制单元40还包括与所述PLC控制器41双向通信连接的触摸显示屏43，可通过所述触摸显示屏43显示实时所述芯棒101沉积过程的运行参数及开启、关闭所述芯棒沉积设备自动控制***。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种光纤预制棒芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，包括芯棒沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元；其中，
芯棒沉积单元：包括沉积腔体、升降组件和旋转吊杆，所述旋转吊杆的上端连接在所述升降组件上，所述旋转吊杆可随所述升降组件竖直上升或下降，所述旋转吊杆的下侧置于所述沉积腔体内，在所述旋转吊杆的下端连接有沉积靶棒，在所述沉积腔体的一侧设有进风口，相对的另一侧设有出风口；
原料供应单元：包括SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部、H2供应部以及通过管道与所述SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部连接的沉积喷灯，所述沉积喷灯的喷灯口位于所述沉积腔体的内部并朝向所述沉积靶棒设置，用于向所述沉积靶棒喷射沉积原料；
检测单元：包括设于所述沉积腔体内壁上的压力检测器和设于所述沉积腔体一侧的测径装置；所述压力检测器用于实时检测所述沉积腔体内的压力值，并将所述压力值反馈至所述控制单元，所述测径装置用于实时检测芯棒的直径，并将所述直径值反馈至所述控制单元；
控制单元：包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述压力检测器、测径装置电连接，所述PLC控制器的输出端与所述进风口、出风口及SiCl4供应部电连接，所述PLC控制器用于根据所述压力检测器反馈的所述压力值控制所述进风口、出风口的开度及根据所述测径装置反馈的所述直径值控制所述沉积喷灯的喷射流量。
2.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的工控机，可通过所述工控机向所述PLC控制器写入程序及输入设定各运行参数的预设值。
3.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的触摸显示屏，可通过所述触摸显示屏显示实时所述芯棒沉积过程的运行参数及开启、关闭所述芯棒沉积设备自动控制***。
4.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述升降组件包括升降电机、竖直导轨和滑块，所述升降电机驱动所述滑块沿所述竖直导轨上升或下降，所述旋转吊杆的上端通过一横杆连接在所述滑块上，所述升降电机通过第一伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
5.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述旋转吊杆由主轴电机驱动旋转，所述主轴电机通过第二伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
6.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述测径装置包括上下间隔设置的第一测径器和第二测径器。
7.根据权利要求6所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述压力检测器为气体压力传感器，所述第一测径器、第二测径器为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
8.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，在所述进风口、出风口分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀，所述进风口、出风口通过所述第一电磁阀、第二电磁阀与所述PLC控制器的输出端相连。
9.根据权利要求1所述的芯棒沉积设备自动控制***，其特征在于，所述SiCl4供应部通过质量流量控制器与所述PLC控制器的输出端相连。
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|---|---|---|---|---|
| CN115010352A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-06 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种高均匀性石英棒材的沉积装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |