CN107900791A - 光纤预制芯棒抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要应用在光纤预制芯棒抛光加工领域，涉及光纤预制芯棒抛光装置。该抛光装置主要由伺服电机、同步带、电磁场、基于集电环原理的回转磁场供电装置、张紧轮及电控装置组成。所述的电磁铁安装在同步带轮上，并由伺服电机所带动的同步带轮提供旋转运动；所述的电磁铁由基于集电环原理的供电装置提供电压保证其正常运行；所述的电控装置主要包含电压传感器及显示灯等用以监测电磁场供电回路是否导通及电磁场强度的稳定；包含伺服电机调速器用以完成旋转磁场的回转速度调控；电压调节器用以调节电磁场强度大小；张紧轮与同步带轮之间通过同步齿形带连接。本发明结构简单，集成度高，操作安装方便。

Description

光纤预制芯棒抛光装置

技术领域

本发明主要涉及光纤预制芯棒内孔及外圆柱面抛光加工领域，尤其是光纤预制芯棒抛光装置。

背景技术

光纤制造的核心是光纤预制芯棒制造技术。目前，常见的光纤加工方法主要有沉积法（化学汽相，管外汽相，等离子体汽相等）和机械法。现阶段的工艺为先制造预制芯棒,然后在芯棒外采用不同技术制造外包层。与沉积法相比，机械法前期投资少，适用于特种光纤的批量加工。机械法的主要实施流程为原始光纤玻璃制备，预制芯棒毛坯加工，预制芯棒内外表面研磨抛光加工及预制芯棒拉丝等过程。

光纤预制芯棒的表面质量与光纤质量密切相关。为了获得镜面级的内外表面，后续的抛光整形加工方法与技术成为必不可少的重要工艺；目前预制芯棒的内孔及外圆的抛光主要由手工操作和机械抛光完成，不仅抛光效率低，劳动强度大，而且难于获得稳定的形面精度及抛光品质。因此，研究针对陶瓷管内孔抛光的高效、高表面质量批量抛光方法及装置，对于提高光纤预制芯棒乃至光纤的制造效率和质量具有重要的意义。

常见的抛光方法主要有化学抛光、磁力抛光、火焰抛光及浮动抛光等。受限于光纤预制芯棒的机械属性（脆性大，表面易划伤等）、形状（内外圆柱面）、尺寸（长度：150mm、直径：20mm、内径为：3-8mm）及设备投入等，使得抛光方法的选择存在较大的局限性。

磁流变抛光技术主要利用磁流变液在磁场中的流变特性进行抛光，即在强磁场下，磁流变液体的磁性成分可以通过流变作用，表现出类似固体的性质而形成具有黏塑性的柔性磨轮特征，当磁场消失时其又恢复其流动特性。该技术的实现需要零件表面与磁流变抛光液之间有相对运动，在添加磁场之后，抛光液与零件表面间会形成剪切力，实现零件表面的高质量抛光。在磁流变抛光过程中，抛光效率主要取决于接触面间的剪切力的大小，具体为磁场强度，相对运动速度等多种因素决定。

实践证明：磁流变技术具有优异的磨削抛光性能。专利ZL96198445.7公开了磁流变流体精密加工零件表面的方法，在磁场中，被磁化后的磁流变液通过柔性抛光轮进入工件和柔性抛光轮的间隙，与工件部分表面接触并抛除与之接触的工件材料。专利ZL03124557.9公开了一种可喷射磁流变液并使其形成射流的外设磁场装置，该装置通过控制喷嘴周围磁场的大小，方向及工件的位置来控制磁流变液的变性，实现工件的抛光。专利ZL200410044076.0公开了一种超声波磁流变复合抛光装置的回转工具头，其内部通入磁流变液，在磁场的作用下，通过精密控制系统控制工具头运动轨迹进而形成高精度的光学表面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供光纤预制芯棒抛光装置，该装置利用集电环式设计将集电环与同步带轮结合，在同步带轮旋转时，利用石墨棒摩擦导电环，与集电环连接的旋转电磁铁形成闭合高速旋转磁场回路，实现磁场稳态供应和高速旋转磁场的产生。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

光纤预制芯棒抛光装置，该装置包括支架1、高速伺服电机11、电机轮10、张紧轮8、同步带7、磁力旋转轮5、电磁铁15、基于集电环原理的回转磁场供电装置及电控装置；

所述的电机轮10 安装在高速伺服电机11上，而高速伺服电机11固定安装在支架1上；

所述的电机轮10通过同步带7、张紧轮8与磁力旋转轮5连接；

电磁铁15通过电磁铁座4安装在磁力旋转轮5上，所述的磁力旋转轮5通过中空主轴13、轴承14及轴承支座12连接在支架1上，所述中空主轴13与磁力旋转轮5固定连接，安装在中空主轴13上的轴承14通过轴承调节螺母紧固；

所述磁力旋转轮5表面上开设有方形圆槽24、25，方形圆槽24、25内分别嵌套与槽型匹配的导电滑环6，导电滑环6与方形圆槽24、25之间隔离胶连接，方形圆槽24、25下方分别设置有直槽并通过该直槽和内孔26引出+/-接线头，该+/-接线头与电磁铁15电连接；

所述的基于集电环原理的回转磁场供电装置包括石墨棒导柱3，石墨棒导柱3安装在石墨棒支架2上，石墨棒支架2固定在支座1上；石墨棒16、微型弹簧17以及导杆18均安装在石墨棒导柱3上；

所述的电控装置包括伺服电机调速器20，电压调节器21、电压传感器22；伺服电机调速器20与高速伺服电机11连接；石墨棒16与电压输出端相连接；显示灯串联在+/-接线头与电磁铁15电连接电路中；电压传感器22并联在电磁铁15两端，输出的电压信号反馈至控制器，控制器控制电压调节器22调节电压输入端电压。

进一步，所述基于集电环原理的回转磁场供电装置采用两个石墨棒16，且与导电滑环6相接触的石墨棒16的下表面带有圆形倒角；

进一步，所述石墨棒16的轴向位置上安装有微型弹簧17，石墨棒16在微型弹簧17的弹力作用下与磁力旋转轮5上的导电滑环6充分接触；

进一步，所述中空主轴13的内孔直径大于30mm；

进一步，所用轴承14为加宽系列深沟球轴承。

为保证旋转磁场的正常工作，本发明将集电环与同步带轮相结合，在同步带轮旋转时，利用石墨棒摩擦导电环，这样，连接在石墨棒上的220V电源可以与与集电环相连接的电磁铁形成闭合回路，实现磁场的正常稳定电压供应。

将电磁场装置安装在同步带轮上，并利用伺服电机带动带轮，进而实现高速旋转磁场的产生。

为监测磁场强度，本发明在电磁铁回路中串联了显示灯，形成一种简易的电压显示方式，同时，在电压输入端安装电压传感器，实时监测电路的电压导通情况，这样进一步保证高速磁场的正常运行。

本发明所依据的基本原理是磁流变液通过导管喷射到光纤预制芯棒的内孔或外表面上，所设计的回转式抛光装置将磁流变液形成具有粘塑性的“柔性抛光膜”，同时，该柔性抛光膜与光纤预制芯棒的内孔或者外表面相接触，并依靠与工件接触的区域所产生的剪切力，实现对工件材料的抛除。

在进行光纤预制芯棒内孔面抛光时，导管将磁流变液引入到到光纤预制芯棒内孔通道，此时，回转式磁流变抛光装置高速旋转，对光纤预制芯棒内孔进行抛光。

在进行光纤预制芯棒外圆柱面抛光时，将磁流变液引入石英玻璃导管中；然后，将光纤预制芯棒通过定位装置固定到石英玻璃管内部，在高速回转式磁流变抛光装置的作用下磁流变液转变成柔性抛光膜，并伴随回转式磁流变抛光装置的高速旋转，进而实现对光纤预制芯棒外圆的抛光。

本发明相比现有技术的有益效果：

1、结构简单，集成度高，操作安装方便，构造了一种可独立或配套使用的回转式磁流变抛光装置。

2、磁场强度大小，磁场回转速度分别通过电控装置调节，实现了磁力抛光核心参数的有效动态调节，实现光纤预制芯棒的高效及高质量加工。

3、该装置配备磁场强度监测模块，利用目视观测指示灯亮度变化，初步判断磁场强度大小；利用电压传感器测量并记录电磁铁的输入电压变化，实现磁场强度大小的精确监测。

4、创新性的利用集电环的设计思想，实现了电磁铁安装在回转轮上并可以正常运行的高速回转磁场。

附图说明

图1是光纤预制芯棒结构图。

图2是光纤预制芯棒抛光装置内孔抛光原理图。

图3是光纤预制芯棒抛光装置外圆抛光原理图。

图4是光纤预制芯棒抛光装置的主视图。

图5是光纤预制芯棒抛光装置的左视图。

图6是磁力旋转轮5的主视图。

图7是磁力旋转轮5的右视图。

图8是磁场强度监控原理图。

图中：1-支架；2-石墨棒支架；3-石墨棒导柱；4-电磁铁座；5-磁力旋转轮；6-导电滑环；7-同步带；8-张紧轮；9-张紧轮支座；10-电机轮；11-高速伺服电机；12-轴承支座；13-中空主轴；14-轴承；15-电磁铁；16-石墨棒；17-微型弹簧；18-导杆；19-石墨棒紧固件；20-伺服电机调速装置；21-电压调节器；22-电压传感器；23-显示灯；24、25-方形圆槽；26-内孔。

具体实施方式

如图1-8所示，光纤预制芯棒抛光装置包括支架1、石墨棒支架2、石墨棒导柱3、电磁铁座4、磁力旋转轮5、导电滑环6、同步带7、张紧轮8、张紧轮支座9、电机轮10、高速伺服电机11、轴承支座12、中空主轴13、轴承14、电磁铁15、石墨棒16、微型弹簧17、导杆18、石墨棒紧固件19、伺服电机调速装置20、电压调节器21、电压传感器22、显示灯23、方形圆槽24、25、内孔26。

所述的机械部分零件2-18安装在支架1上。

所述的电机轮10 安装在高速伺服电机11上，而高速伺服电机11通过螺钉安装在支架1上。

所述的电磁铁15通过电磁铁座4安装在磁力旋转轮5上。

所述的磁力旋转轮5通过螺钉与中空主轴13相连接。

所述的中空主轴13、轴承14、轴承支座12组成了回转轴系。

所述的回转轴系通过轴承支架12连接到支架1上。

所述的电机轮10通过皮带15与磁力旋转轮5连接。

由于电磁铁4安装在回转轴系上，为保证其正常的运行，本发明创新性的在磁力旋转轮5引入集电环的设计，实现了回转轴系上电磁铁15的正常供电及电压调节，具体包括：在磁力旋转轮5的表面上以磁力旋转轮5的回转轴线为原点，铣出两个方形圆槽24，25，所述的方形圆槽24、25上通过胶水嵌套导电滑环6，方形圆槽24、25下方分别设置有直槽并通过该直槽和内孔26引出+/-接线头，该接线头与电磁铁15之间通过金属导线进行连接。

石墨棒16固定在石墨棒支架2上；石墨棒支架2通过螺钉与支座1进行连接。

为保证石墨棒16与导电滑环6的充分接触，在石墨棒16的轴向位置上安装有微型弹簧17。

同时，石墨棒16与220V电源相连接，这样实现了电磁铁15的正常电压供应。

为实时监测电磁场强度及磁场转速，保证抛光质量，采用以下方法：利用伺服电机调速装置20调节高速伺服电机11转速，进而实现旋转磁场的转速动态调节；利用显示灯23串联在电磁铁15电路中，当电压稳定工作正常时，显示灯23正常发光工作，当电压不稳定或者断电时，显示灯23亮度变化，操作者可目视观察；同时，为提高监测效果，利用电压传感器22检测回路中的电压信号，通过程序分析，准确判断磁场强度的变化情况；通过电压调节器21调节磁场的强度。

以上为对本发明的实施说明，但所陈述为在光纤预制芯棒加工领域，基于磁流变抛光原理的旋转磁场装置的最佳实施方案，不能限定为本发明的实施范围。凡根据本发明原理及实施案例所做的均等变化或者改进，均属于本发明的涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种光纤预制芯棒抛光装置，其特征在于：该装置包括支架（1）、高速伺服电机（11）、电机轮（10）、张紧轮（8）、同步带（7）、磁力旋转轮（5）、电磁铁（15）、基于集电环原理的回转磁场供电装置及电控装置；

所述的电机轮（10） 安装在高速伺服电机（11）上，而高速伺服电机（11）固定安装在支架（1）上；

所述的电机轮（10）通过同步带（7）、张紧轮（8）与磁力旋转轮（5）连接；

电磁铁（15）通过电磁铁座（4）安装在磁力旋转轮（5）上，所述的磁力旋转轮（5）通过中空主轴（13）、轴承（14）及轴承支座（12）连接在支架（1）上，所述中空主轴（13）与磁力旋转轮（5）固定连接，安装在中空主轴（13）上的轴承（14）通过轴承调节螺母紧固；

所述磁力旋转轮（5）表面上开设有方形圆槽（24、25），方形圆槽（24、25）内分别嵌套与槽型匹配的导电滑环（6），导电滑环（6）与方形圆槽（24、25）之间隔离胶连接，方形圆槽（24、25）下方分别设置有直槽并通过该直槽和内孔（26）引出+/-接线头，该+/-接线头与电磁铁（15）电连接；

所述的基于集电环原理的回转磁场供电装置包括石墨棒导柱（3），石墨棒导柱（3）安装在石墨棒支架（2）上，石墨棒支架（2）固定在支座（1）上；石墨棒（16）、微型弹簧（17）以及导杆（18）均安装在石墨棒导柱（3）上；

所述的电控装置包括伺服电机调速器（20），电压调节器（21）、电压传感器（22）；伺服电机调速器（20）与高速伺服电机（11）连接；石墨棒（16）与电压输出端相连接；显示灯串联在+/-接线头与电磁铁（15）电连接电路中；电压传感器（22）并联在电磁铁（15）两端，输出的电压信号反馈至控制器，控制器控制电压调节器（22）调节电压输入端电压。

2.根据权利要求1所述的光纤预制芯棒抛光装置，其特征在于：所述基于集电环原理的回转磁场供电装置采用两个石墨棒（16），且与导电滑环（6）相接触的石墨棒（16）的下表面带有圆形倒角。

3.根据权利要求1所述的光纤预制芯棒抛光装置，其特征在于：所述石墨棒（16）的轴向位置上安装有微型弹簧（17），石墨棒（16）在微型弹簧（17）的弹力作用下与磁力旋转轮（5）上的导电滑环（6）充分接触。

4.根据权利要求1所述的光纤预制芯棒抛光装置,其特征在于：所述中空主轴（13）的内孔直径大于30mm。

5.根据权利要求1所述的光纤预制芯棒抛光装置，其特征在于：所述轴承（14）为加宽系列深沟球轴承。