CN105271826A - 一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，包括拉丝炉和主驱动轮；以及位置测量仪，靠近拉丝炉下口设置，用于测量裸光纤位置偏差；自动调整装置，其上安装涂覆模具；PLC机，与自动调整装置连接,用于计算涂覆模具需要位置偏移和角度偏转的方向及数值，并控制自动调整装置驱动所述涂覆模具水平移动和角度偏移；拉丝炉中心、位置测量仪中心以及涂覆模具中心处在同一竖直线上，且三者中心所在的直线与主驱动轮相切。本发明能在线对涂覆模具的位置或角度进行调整，使裸光纤在任何情况下均从涂覆模具孔的中心通过，以减小裸光纤被上模具口碰擦的概率，从而优化光纤的筛选强度报废，同时也提高了光纤的涂覆同心度。

Description

一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置及方法

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，尤其是涉及一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置及方法。

背景技术

对于光纤拉丝工艺，光纤的筛选强度报废一直是体现工艺控制水平最重要的一项指标，也是比例最大的一类报废。特别是随着拉丝速度的不断提高，光纤筛选强度的报废对工艺条件的控制越来越敏感。影响光纤强度的因素和环节非常多，如预制棒清洗、拉丝通道洁净度的控制/拉丝炉的设计和维护等。另外，涂覆模具对拉丝强度的影响也非常大：由于现在预制棒尺寸越来越大，拉丝过程中预制棒在线调整水平方向位置越来越困难，所以拉丝过程中光纤的位置肯定会发生一定的偏移，这样裸光纤擦碰到涂覆模具入模口的几率就会大大增加，从而引起光纤筛选强度报废。

光纤筛选强度是指光纤承受一定荷载时其性能保持不变的能力。光纤需要过2％的筛选应变(相当于17N抗拉强度)。按照石英玻璃原子间的结合力推算，光纤的理论断裂强度高达20～26GN/m2,但是，裸光纤的断裂强度仅为0.1～0.2GN/m2(相当于1.25～2.5N抗拉强度)，这主要是由于表面裂纹、内部缺陷、杂质、气泡所致。为保护光纤原始强度，防止光纤表面受损产生微裂纹，对刚拉出的裸光纤进行涂覆，可有效地保护光纤的原始强度。然而，光纤制造过程中经制棒、拉丝、涂覆等几道工序，故产品不可避免的存在一些缺陷，如微裂纹、杂质、气泡等，这就为以后裂纹生长和断裂提供了契机。造成光纤强度下降的因素很多，裸光纤擦碰到模具口就是造成筛选强度报废最重要的原因之一。

涂层的作用是使拉制好的光纤表面不受机械损伤，防止裸光纤断裂。在光纤拉丝塔上对裸光纤立即进行涂覆，将它未受侵蚀的、洁净的表面保护好，防止光纤擦伤和受环境污染，保持光纤连续拉制过程中形成的玻璃原有状态。涂覆同心度偏离，涂层不完整、不连续都严重危及光纤强度，所以在连续拉丝过程中，控制涂覆同心度十分重要。

涂覆同心度在拉丝过程中容易受到外界的影响而发生变化。为了使涂覆同心度不偏离，要尽可能的使裸光纤保持在中心位置，稍有偏差应及时调整，以免由于涂覆同心度的偏离而形成强度的薄弱点。

光纤涂层的涂覆方式一般分为单涂覆(湿对湿)与双涂覆(湿对干)，但他们本质上没有区别。单涂覆可以节约较大的空间，使拉丝塔总体高度下降，同时，如果模具调节的好的话，生产出来的光纤同心度会很好，但是模具使用前的调节非常重要，需要比较高的技能和技巧。双涂覆则不需要对模具进行精确调节，使用前的准备工作相对简单，但是因为是分开进行涂覆，这种情况下占用了较多的拉丝塔空间，拉丝塔相对要高一些。

湿对湿涂覆工艺由于其具备很大的升速潜能，同时能够提高相关的光纤性能，被很多主流生产厂商使用。但是由于模具设计及拉丝塔分布的不同，其涂覆层同度稳定性相对差一些。如果能在拉丝过程中很好的控制涂覆同心度，光纤的制造成本将大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置及方法，能够在线对涂覆模具的位置或角度进行自动调整，使裸光纤在任何情况下均从涂覆模具孔的中心通过，以减小裸光纤被上模具口碰擦的概率，从而优化光纤的筛选强度报废，同时也提高了光纤的涂覆同心度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，包括与拉丝炉对应且竖直安装的涂覆模具以及用于拉制光纤的主驱动轮；还包括：

位置测量仪，靠近所述拉丝炉下口设置，用于测量裸光纤位置偏差；

自动调整装置，其上安装所述涂覆模具；

PLC机，与所述自动调整装置连接,用于计算所述涂覆模具需要位置偏移和角度偏转的方向及数值，并控制所述自动调整装置驱动所述涂覆模具水平移动和角度偏移；

所述拉丝炉中心、位置测量仪中心以及涂覆模具中心处在同一竖直线上，且三者中心所在的直线与所述主驱动轮相切。

进一步，所述位置测量仪与所述拉丝炉之间设有隔热防护结构和/或降温装置。

进一步，所述位置测量仪测量精度为0.01。

进一步，所述涂覆模具的角度偏差小于0.1°。

进一步，所述自动调整装置包括模座、以及分别带动模座水平移动和角度偏转的驱动机构；所述驱动机构与PLC机连接。

利用上述改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置改善光纤筛选强度和涂覆同心度的方法，包括如下步骤：

①从拉丝炉中心位置悬挂一根铅垂线；

②对主驱动轮、涂覆模具、位置测量仪及拉丝炉进行离线准直；

③PLC机计算涂覆模具水平移动和角度偏移的值，然后，PLC机控制自动调整装置按照所计算的方向偏移和偏转到目标值，之后再开始拉丝。

④拉丝结束后，PLC机控制自动调整装置，使涂覆模具的水平位置和角度自动恢复到离线准直后的状态。

进一步，步骤②中进行离线准直的方法是：依次调整主驱动轮、涂覆模具、位置测量仪的水平位置，使主驱动轮的切线位置与涂覆模具、位置测量仪及拉丝炉的中心位置都处于铅垂线上。

进一步，步骤②中准直偏差控制在0.05mm以内。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1)在拉丝过程中模具的位置和角度可以自动调整，所以对预制棒准直要求相对较低，这样就节约了操作时间，提高了工作效率。同时还避免了裸光纤在模具上口的擦伤，从而大幅降低了拉丝过程中自动断纤的概率。

2)在拉丝过程中本装置可以使光纤始终保持在模具的中心位置，避免裸光纤擦伤及涂覆偏心等工艺问题的发生。所以很大程度的降低了光纤筛选强度及涂覆同心度两项指标的报废，同时也使光纤的抗拉强度，动态疲劳强度及涂覆同心度等光纤性能得到了优化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中各功能设备平台的纵向布置示意图；

图2为本发明中模座角度偏转示意图。

附图标记说明：

1-主驱动轮，2-铅垂线，3-裸光纤，4-涂覆模具，5-位置测量仪，6-拉丝炉，7-模座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，包括与拉丝炉6对应且竖直安装的涂覆模具4以及用于拉制光纤的主驱动轮1；

还包括：

位置测量仪5，靠近所述拉丝炉6下口设置，用于测量裸光纤3位置偏差；

自动调整装置，其上安装所述涂覆模具4；

PLC机，与所述自动调整装置连接,用于计算所述涂覆模具4需要位置偏移和角度偏转的方向及数值，并控制所述自动调整装置驱动所述涂覆模具4水平移动和角度偏移；

所述拉丝炉6中心、位置测量仪5中心以及涂覆模具4中心处在同一竖直线上，且三者中心所在的直线与所述主驱动轮1相切。

本装置是在涂覆模具平台和拉丝炉之间安装一个能够精确测量裸光纤位置的位置测量仪，然后通过离线准直的方式使拉丝炉中心、位置测量仪中心、涂覆模具中心及主驱动轮切线位置保持在同一竖直线上。对涂覆模具的模座加装可对其位置和角度进行自动调节的自动调整装置，利用预制棒下端到模具入口之间位置测量仪提供的测量数据，调节模具模座的位置和角度使模具入口水平面始终与裸光纤所在直线垂直，并使裸光纤从模具的正中心穿过，从而减少裸光纤擦到模具边缘的几率并提高涂覆同心度，实现模座随裸光纤位置的变化而变化的功能。

为了防止拉丝炉辐射的热量对位置测量仪测量精度的影响，所述位置测量仪5与所述拉丝炉6之间设有隔热防护结构和/或降温装置。这样，可以对位置测量仪5隔热和/或进行散热，保证其测量的精确度。需要说明的是，位置测量仪安装在尽量靠近拉丝炉下口的位置。

为保证更好的光纤筛选强度和涂覆同心度，位置测量仪5的测量精度最好为0.01，涂覆模具4的角度偏差应小于0.1°。

所述自动调整装置包括模座7、以及分别带动模座7水平移动和角度偏转的驱动机构；所述驱动机构与PLC机连接。具体的，驱动机构可以包括驱动模座7翻转的电机以及推动模座7水平移动的电动推杆，实现驱动模座7水平移动和角度偏转即可，由于为现有技术，不再赘述。

利用上述改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置改善光纤筛选强度和涂覆同心度的方法，包括如下步骤：

①从拉丝炉6中心位置悬挂一根铅垂线2；

②对主驱动轮1、涂覆模具4、位置测量仪5及拉丝炉6进行离线准直；

③PLC机计算涂覆模具4水平移动和角度偏移的值，然后，PLC机控制自动调整装置按照所计算的方向偏移和偏转到目标值，之后再开始拉丝。

④拉丝结束后，PLC机控制自动调整装置，使涂覆模具4的水平位置和角度自动恢复到离线准直后的状态。

在正式拉丝生产之前，需要对主驱动轮1、涂覆模具4、位置测量仪5及拉丝炉6进行离线准直。

进行离线准直的方法是：依次调整主驱动轮1、涂覆模具4、位置测量仪5的水平位置，使主驱动轮1的切线位置与涂覆模具4、位置测量仪5及拉丝炉6的中心位置处于都处于铅垂线上(或铅垂线长度不足时，处于铅垂线所在的直线上)。准直偏差控制在0.05mm以内。离线准直完成后准确测量主驱动轮1和涂覆模具平面4及位置测量仪平面5之间在竖直方向的距离，并分别定义h1和h2。

将模座7的移动和偏转与位置测量仪5通过PLC建立关联，在拉丝过程中当裸光纤位置发生偏移时，模座7位置和角度完全进行自动调节，使得裸光纤3正好通过模具上下口的中心，避免了裸光纤在模具上口的擦伤，从而大幅降低了拉丝过程中自动断纤的概率。

以下具体举例说明PLC关于角度偏转及位置偏移的计算方法。

首先，以铅垂线2与主驱动轮1的切线为原点建立空间坐标系：左右方向定义为X轴，前后方面定义为Y轴，竖直方向定义为Z轴。这样铅垂线2与主驱动轮1的切线位置应定义为(0,0,0)。在拉丝过程中，假设由于预制棒的偏移引起的光纤在位置测量仪中的偏移量定义为(h2,a,b)，同时定义涂覆模具需要偏移的水平位置定义为(h1,x,y)，定义模具需要偏转的角度值为θ。

在以上定义和假设中，h1,h2在任何情况都是定值，分别为主驱动轮1到涂覆模具4平面及位置测量仪5平面的距离；a和b是位置测量仪测量出的裸光纤3在X方向和Y方向的水平位置偏移量。

当以上假设条件建立完成后，涂覆模具在拉丝过程中需要偏移和偏转的值可以有公式1、2、3计算得出。

$x=\frac{h1}{h2}*a$ 公式1

$y=\frac{h1}{h2}*b$ 公式2

θ＝arctan[(a²+b²+h₂ ²)^1/2/h₂]公式3

在实际拉丝过程中，在PLC机中进行设定，当裸光纤3在位置测量装置中的偏移量比较小时(如小于0.1mm)，涂覆模具7可以静止不动，一旦位置偏移量大于0.1mm时，涂覆模具7的位置根据公式1、2、3的计算值进行偏移和偏转。理论上最好首先进行角度偏转，然后再进行位置偏移，通过在驱动机构上安装时间继电器，使得控制角度翻转的电机先于控制位置偏移的电动推杆动作即可，也可以直接在PLC设定控制相应驱动机构的动作的顺序。

当拉丝结束后，涂覆模具7的水平位置和角度自动恢复到离线准直完成时的状态，可以由PLC控制自动调整装置驱动涂覆模具4恢复到水平移动和角度偏移前的位置。

利用本改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，在拉丝过程中模具的位置和角度可以自动调整，所以对预制棒准直要求相对较低，这样就节约了操作时间，提高了工作效率。同时还避免了裸光纤在模具上口的擦伤，从而大幅降低了拉丝过程中自动断纤的概率。

同时，在拉丝过程中可以使光纤始终保持在模具的中心位置，避免掉了裸光纤擦伤及涂覆偏心等工艺问题的发生。所以很大程度的降低了光纤筛选强度及涂覆同心度两项指标的报废，同时也使光纤的抗拉强度，动态疲劳强度及涂覆同心度等光纤性能得到了优化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，包括与拉丝炉对应且竖直安装的涂覆模具以及用于拉制光纤的主驱动轮；其特征在于，还包括：

位置测量仪，靠近所述拉丝炉下口设置，用于测量裸光纤位置偏差；

自动调整装置，其上安装所述涂覆模具；

PLC机，与所述自动调整装置连接,用于计算所述涂覆模具需要位置偏移和角度偏转的方向及数值，并控制所述自动调整装置驱动所述涂覆模具水平移动和角度偏移；

所述拉丝炉中心、位置测量仪中心以及涂覆模具中心处在同一竖直线上，且三者中心所在的直线与所述主驱动轮相切。

2.根据权利要求1所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，其特征在于：所述位置测量仪与所述拉丝炉之间设有隔热防护结构和/或降温装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，其特征在于：所述位置测量仪测量精度为0.01。

4.根据权利要求1所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，其特征在于：所述涂覆模具的角度偏差小于0.1°。

5.根据权利要求1所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置，其特征在于：所述自动调整装置包括模座、以及分别带动模座水平移动和角度偏转的驱动机构；所述驱动机构与PLC机连接。

6.一种应用权利要求1所述改善光纤筛选强度和涂覆同心度的装置改善光纤筛选强度和涂覆同心度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

①从拉丝炉中心位置悬挂一根铅垂线；

②对主驱动轮、涂覆模具、位置测量仪及拉丝炉进行离线准直；

③PLC机计算涂覆模具水平移动和角度偏移的值，然后，PLC机控制自动调整装置按照所计算的方向偏移和偏转到目标值，之后再开始拉丝。

④拉丝结束后，PLC机控制自动调整装置，使涂覆模具的水平位置和角度自动恢复到离线准直后的状态。

7.根据权利要求5所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的方法，其特征在于，步骤②中进行离线准直的方法是：依次调整主驱动轮、涂覆模具、位置测量仪的水平位置，使主驱动轮的切点位置与涂覆模具、位置测量仪及拉丝炉的中心位置都处于铅垂线上。

8.根据权利要求5所述的一种改善光纤筛选强度和涂覆同心度的方法，其特征在于：步骤②中准直偏差控制在0.05mm以内。