CN103630216B - 一种用于粉末横向沉积的动态称重系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于粉末横向沉积的动态称重系统，包括关于光纤预制棒的中垂线对称分布的两个分系统，且该分系统包括用于固定玻璃芯棒端部的机头主轴、用于支撑机头主轴的称重器和安装在称重器另一端的配重，其中，该配重包括固定在称重器一端的固定配重和与固定配重相连可沿远离玻璃芯棒的方向移动的移动配重。在对粉末沉积体沉积的过程中，粉末逐渐沉积使得光纤预制棒的重量逐渐增加，为了防止称重器两端的重量不同，在粉末沉积体逐渐增重的过程中，可通过逐渐调节移动配重的位置，以保证称重器两端的平衡，从而防止称重器发生翘曲现象，即有效保证了玻璃芯棒的同心度。

Description

一种用于粉末横向沉积的动态称重系统

技术领域

本发明涉及光纤预制棒技术领域，特别涉及一种用于横向粉末沉积的动态称重系统。

背景技术

光纤制造企业为了降低成本，不断研发出大尺寸光纤预制棒制造技术。目前，常用的大尺寸光纤预制棒制造技术有套管法和外部气相沉积(OVD，Outside Vapour Deposition)法。在OVD制造大尺寸光纤预制棒的发展过程中，为了提高沉积速度和光纤预制棒尺寸，大部分企业都采用多喷灯沉积法，即在旋转玻璃芯棒的表面上沉积火焰水解物颗粒来制备光纤预制棒的方法，该颗粒由喷灯喷射的燃气反应生成。同时，OVD沉积光纤预制棒的方法又分为纵向沉积法和横向沉积法。

在使用横向沉积法时，为了保证光纤预制棒的水平度，在玻璃芯棒的两端分别焊接靶棒，并通过靶棒将两端分别焊接在左机头主轴和右机头主轴上，即将玻璃芯棒架设在机头主轴的夹具上，然后将左机头主轴和左称重器固定相连，将右机头主轴和右称重器固定相连，为了维持称重器两端的平衡，在左称重器另一侧设置有固定配重，以平衡光纤预制棒的重量；相应的在右称重器的另一侧也设置有固定配重，以平衡光纤预制棒的重量。上述装置关于玻璃芯棒的中垂线对称分布。

由于外包层的预制棒松散体占据了光纤预制棒重量的80％以上，即在使用横向沉积法沉积光纤预制棒松散体时，其内部的玻璃芯棒较细，例如沉积直径为120mm光纤预制棒时，玻璃芯棒的直径为20-50mm，但是其跨度较长，导致在位于其左边的左称重器和其右边的右称重器之间的距离为3-5米左右。

在生产过程中，预制棒松散体的重量My不断增加，而配重不变，导致左称重器和右称重器两个支点逐渐外端上翘，内端下凹，从而使得松散体沿玻璃芯棒的圆周方向分布不均匀，导致松散体在玻璃化后整根光纤预制棒的同心度不好，影响光纤预制棒的部分光学性能。在严重的情况下，由于左称重器和右称重器两个支点内部凹曲较大，会导致松散体在沉积过程中开裂或折断。

因此，如何提供一种用于横向松散体沉积的称重系统，以保证光纤预制棒的同心度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于横向松散体沉积的称重系统，以保证光纤预制棒的同心度。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于粉末横向沉积的动态称重系统，包括关于玻璃芯棒的中垂线对称分布的两个分系统，所述分系统包括用于固定玻璃芯棒端部的机头主轴、一端与所述机头主轴相连的称重器和安装在所述称重器另一端的配重，其中，

所述配重包括固定在所述称重器另一端的固定配重，和与所述固定配重相连且可沿远离所述玻璃芯棒的方向移动的移动配重，

所述移动配重的移动速度：V＝(ΔMy*c)/2M3，

其中：V表示移动配重的移动速度，

ΔMy表示单位时间内所述粉末沉积体沉积的重量增加值，

c表示半个所述玻璃芯棒的重心到相应的称重器重心的距离，

M3表示所述移动配重的重量。

优选的，上述的动态称重系统中，还包括安装在所述称重器上，用于测量沉积在所述玻璃芯棒上的粉末沉积体的重量并发出信号的称重传感器；

与所述称重传感器通过信号线相连的A/D转换器；

与所述A/D转换器相连的显示仪器。

优选的，上述的动态称重系统中，还包括接收所述显示仪器发出的信号并控制所述移动配重运动的控制器。

优选的，上述的动态称重系统中，所述移动配重通过丝杠与所述固定配重相连。

优选的，上述的动态称重系统中，还包括用于驱动所述移动配重运动的伺服电机。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种用于粉末横向沉积的动态称重系统，包括关于光纤预制棒的中垂线对称分布的两个分系统，且该分系统包括用于固定玻璃芯棒端部的机头主轴、用于支撑机头主轴的称重器和安装在称重器另一端的配重，其中，该配重包括固定在称重器一端的固定配重和与固定配重相连可沿远离玻璃芯棒的方向移动的移动配重。在对粉末沉积体沉积的过程中，粉末逐渐沉积使得光纤预制棒的重量逐渐增加，为了防止称重器两端的重量不同，在粉末沉积体逐渐增重的过程中，可通过逐渐调节移动配重的位置，以保证称重器两端的平衡，从而防止称重器发生翘曲现象，即有效保证了玻璃芯棒的同心度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的粉末横向沉积的动态称重系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的粉末沉积体的重量变化曲线。

具体实施方式

本发明核心是提供用于横向松散体沉积的称重系统，以保证光纤预制棒的同心度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，本发明公开了一种用于粉末横向沉积的动态称重系统，包括关于玻璃芯棒1的中垂线对称分布的两个分系统，且每个分系统均包括用于固定玻璃芯棒1端部的机头主轴3、一端与机头主轴3相连的称重器4和安装在称重器4另一端的配重，其中，该配重包括固定在称重器4一端的固定配重5和与固定配重5相连可沿远离光纤预制棒的方向移动的移动配重7。安装时，首先，将玻璃芯棒的两端分别与两个靶棒固定相连，然后将两个靶棒分别与沉积设备的两个旋转的机头主轴3固定相连，且需要保证玻璃芯棒的同轴度；将两个机头主轴3分别固定在对应的两个称重器4上，安装时保证两个机头主轴3的同轴度；最后，在称重器4远离机头主轴3的一侧安装固定配重5和移动配重7，安装时保证移动配重7与固定配重5的同轴度。

在粉末沉积的过程中，使得粉末沉积体的重量逐渐增加，为了防止称重器4两端的重量不同，在粉末逐渐沉积的过程中，可通过逐渐调节移动配重7的位置，以保证称重器4两端的平衡，从而防止称重器4发生翘曲现象，即有效保证了玻璃芯棒的同心度。

在上述技术方案的基础上，为了使移动配重7的调节实现自动化控制，以进一步保证玻璃芯棒的同心度，本实施例还包括：安装在称重器4上，用于测量光纤预制棒的重量并发出信号的称重传感器；与称重传感器通过信号线相连的A/D转换器8；与A/D转换器8相连的显示仪器9。工作时，称重传感器时刻检测光纤预制棒的重量，并发出模拟信号；经过A/D转换器8将称重传感器发出的模拟信号转变为数字信号；并将A/D转换器8的数字信号显示在显示仪器9上，以便于操作者进行对比、计算等操作。

更进一步的实施例中还包括用于接收显示仪器9发出的信号并控制移动配重7运动的控制器。由于粉末沉积体的重量逐渐增加，显示仪器9根据增加的重量的大小发出具有代表增重值的信号，控制器接收到上述信号后控制移动配重7的运动速度和运动到的位置，以使称重器4两侧的重量相等。

根据大量的实验证明，移动配重7的移动速度应满足：V＝(ΔMy*c)/2M3，其中：V代表移动配重7的移动速度；ΔMy代表单位时间内光纤预制棒的沉积体沉积的重量增加值；c代表半个玻璃芯棒1的重心到相应的称重器重心的距离；M3表示移动配重7的重量。本实施例设定在沉积初始时，称重器4清零，称重器4的支点处翻转力矩为零，即沉积初始时，称重器4两侧的重量相同。

具体的实施例中，移动配重7通过丝杠6与固定配重5相连。在沉积过程中，随着粉末沉积体沉积的重量的增加，逐渐调节移动配重7在丝杠6上的位置，以保证称重器4两侧的平衡。本领域技术人员可以理解的是，还可通过滑槽实现移动配重7的移动，只要能满足移动配重7的滑动均在本实施例保护范围内。

为了实现该系统的自动化，本实施例中还包括用于驱动移动配重7运动的伺服电机。

具体的安装方式(以左侧安装为例)，是将4个量程为100kg的称重传感器分2排同方向固定在设备的左端机头上，且在称重器上面安装一块盖板构成多喷灯OVD设备的左边称重器；将重量为M1的左端机头主轴安装在左端称重器上，且左端机头主轴的重心到左端称重器支点的距离为a；在左端称重器另一端安装重量为M2的左固定配重，且左固定配重的重心位置到左端称重器的支点的距离为b；在左固定配重另一端安装左移动配重，且该左移动配重可以在左丝杠上左右移动。右边的部件安装与左边一致，在此不再赘述。将8根称重传感器的模拟信号统一转化为数字信号，将对应的重量值显示在显示仪器9上。

图2是一次多喷灯OVD设备在外包层SiO2粉末沉积体沉积过程中，整个粉末沉积体的重量变化曲线，图中方点为某一时刻显示仪器9显示的重量值，曲线1是方点的1次拟合曲线，其重量y(单位：g)与时间x(单位：min)符合：

y＝120.27x-473.31。

曲线2是方点的2次拟合曲线，重量y(单位：g)与时间x(单位：min)符合：

Y＝0.2083x2+34.88x+5219.3。

下面以具体的数值进行说明：

该动态称重系统中对应的装置中：M1＝42Kg，a＝728mm，M2＝67.7Kg，b＝250mm，c＝1778mm，M3＝61.2Kg。

准备一根纯石英玻璃靶棒，长度约400mm，直径为φ32mm，和一根纯石英玻璃靶棒，长度约560mm，直径为φ32mm，尾部有两个小球，球径为50mm；再取一根直径为φ42.6mm，长度为1900mm左右的玻璃芯棒11，并将三根玻璃棒在火焰车床上焊接在一起，抛光后安装到两个机头主轴的夹具上，动态称重系统的显示仪表9上显示重量为My0＝8268g。计算得到两个移动配重7的原始位置：

dx0＝342mm，目标沉积重量为My＝53768g。

曲线1可以粗略得到沉积时间X＝443min，同时可以计算得到两个移动配重7到对应的称重器的支撑点的最后的停留位置为dx1＝1004mm，计算得到：

V＝(dx1-dx0)/X＝1.5mm/min

丝杠6的导程为5min，对应的减速机减少比为200，计算得到对应的伺服电机转速为60r/min。

在该粉末沉积的动态称重系统实施过程中，沉积结束后，重量显示仪器9显示的重量为53920g，取下称重得到光纤预制棒1的实际重量值为53832g，误差为0.16％，远低于不使用动态称重系统得到的制品精度。

在多喷灯OVD设备开始作业时，将动态称重系统的显示仪器9清零，将靶棒和玻璃芯棒的焊接体安装到机头主轴3的夹具上，在沉积体沉积的过程中，两侧的移动配重7按指定速度分别向远离光纤预制棒1的方向移动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于粉末横向沉积的动态称重系统，包括关于玻璃芯棒的中垂线对称分布的两个分系统，所述分系统包括用于固定玻璃芯棒端部的机头主轴、一端与所述机头主轴相连的称重器和安装在所述称重器另一端的配重，其特征在于，

所述配重包括固定在所述称重器另一端的固定配重，和与所述固定配重相连且可沿远离所述玻璃芯棒的方向移动的移动配重，

所述移动配重的移动速度：V＝(ΔMy*c)/2M3，

其中：V表示移动配重的移动速度，

ΔMy表示单位时间内所述粉末沉积体沉积的重量增加值，

c表示半个所述玻璃芯棒的重心到相应的称重器重心的距离，

M3表示所述移动配重的重量。

2.根据权利要求1所述的动态称重系统，其特征在于，还包括安装在所述称重器上，用于测量沉积在所述玻璃芯棒上的粉末沉积体的重量并发出信号的称重传感器；

与所述称重传感器通过信号线相连的A/D转换器；

与所述A/D转换器相连的显示仪器。

3.根据权利要求2所述的动态称重系统，其特征在于，还包括接收所述显示仪器发出的信号并控制所述移动配重运动的控制器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的动态称重系统，其特征在于，所述移动配重通过丝杠与所述固定配重相连。

5.根据权利要求4所述的动态称重系统，其特征在于，还包括用于驱动所述移动配重运动的伺服电机。