CN108838026A - 一种环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤环固化封装的环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法，灌胶热固化装置主要包括灌胶模块和固化模块两部分，灌胶模块实现将光纤环圈内的空气挤出，通过浸入胶液进行封装，使环圈层与层直接粘接牢固，无间隙和气泡，主要工艺方法包括真空浸胶胶工艺和压力灌胶工艺两个过程；固化模块是通过紫外照射使环圈内部的胶液固化，并通过振动的方法去除环圈内部应力，使环圈工作稳定，减少内、外部环境对环圈封装质量的影响。本装置具有开放式参数设置和控制功能，能够对不同型号环圈的固化封装过程设置不同的工艺流程和需求参数。

Description

一种环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺导航仪器设备技术领域，尤其涉及一种光纤环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法。

背景技术

用光纤缠绕的环圈是光纤陀螺进行导航定位的核心部件，高精度陀螺的光纤直径达到微米级，长度达到15千米以上，光纤需要通过高精度缠绕设备缠绕成环圈状，为了保证环圈间相对位置关系精确牢固稳定，需要用环氧树脂胶将环圈进行固化封装，致密性和精确度要求极为严格。目前的固化工艺方法有两种，一种是绕制过程中固化法，指光纤在缠绕环圈时同步涂胶同时用紫外灯照射进行固化，因为绕制时涂胶会对绕制精度产生一定的负面影响，因此此法适合中低精度光纤陀螺；另外一种是绕制完成后固化法，是在光纤缠绕成环圈后再进行浸胶和灌胶，然后再进行紫外照射固化，适合高精度光纤陀螺，但目前该工艺方法没有统一的工艺标准，在内、外部环境影响下经常发生浸胶和灌胶过程中出现微小气泡或光纤层间微小间歇导致胶体固化致密性不均匀等负面因素，造成光纤环成品的生产质量稳定性较差。基于以上原因通过大量实验总结了一种光纤环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法，通过容器内真空浸胶和压力灌胶，固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，大幅降低内、外部环境对光纤环圈封装质量的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种光纤环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明光纤环圈灌胶热固化装置主要包括灌胶模块和固化模块两部分，所述灌胶模块包括：灌胶区箱体1、真空罐2、加热板3、加热层4、加热丝5、真空罐温度传感器6、容器7、光纤环圈8、支撑架9、真空罐密封垫圈10、真空罐紧固装置11、真空罐盖12、微波发生器13、观察盖14、防爆玻璃15、真空传感器16、箱盖17、控制器18、输胶管19、输胶阀门20、胶罐支撑架21、胶罐22、胶罐泄压阀23、显示屏24、压力罐紧固装置25、压力罐密封垫圈26、压力传感器27、压力罐盖28、安全阀29、灌胶区散热风扇30、压力罐31、加热片32、压力罐温度传感器33、压力泵34、压力管35、压力保压阀36、压力泄压阀37、气泵38、加压管39、过滤器40、真空保压阀41、真空泄压阀42、真空管43、隔层44、真空泵45；其中支撑架9包括支撑杆9-1、螺栓9-2。

其特征在于：所述灌胶区箱体1的箱盖17开设在上端，箱体1内部通过隔层44分为上下两层，上层箱体左右壁上分别安装一个灌胶区散热风扇30；所述真空罐2为空心圆柱形，固定在隔层44上；真空罐2内部设置加热装置，包括在真空罐2内底部设置加热板3，真空罐2内壁下侧设置加热层4，加热层4为环形结构，高度不超过真空罐2高度的1/2，加热层4外壁和真空罐2内壁紧密接触，加热层4环形结构的纵向截面中，外壁高度大于其内壁高度，因此其外、内壁纵向截面为斜面，加热层4内部设置加热丝5，加热板3上方放置容器7；容器7结构为圆柱空心杯装，高度低于加热层4的内壁高度，上端开口，内部底面中心位置设置一个圆柱凸台，凸台的圆柱外壁上设置外螺纹；真空罐温度传感器6设置于加热层4和容器7之间，设置高度低于容器7的高度且距离真空罐2底部不低于2厘米，距离加热层4的距离不低于1厘米；光纤环圈8为光纤缠绕的中空环圈，中空环圈套入支撑架9的支撑杆9-1上，通过螺栓9-2固定，支撑杆9-1的下端固定在容器7的圆柱凹台上；真空罐盖12通过真空罐紧固装置11和真空罐2紧固连接，并通过真空罐密封垫圈10实现密封；真空罐盖12内侧面上设置微波发生器13，真空罐盖12中心设置圆孔，防爆玻璃15设置在圆孔外侧，防爆玻璃15被观察盖14和螺栓结构固定在真空罐盖12上，观察盖14中心设置圆孔；真空罐盖12上设置真空传感器16。

所述胶罐22为带有上盖的封闭容器，底部为圆弧形，安装在胶罐支撑架21上，罐底端距离隔层44表面不低于5厘米，胶罐支撑架21固定安装在隔层44上；胶罐22的上盖上安装胶罐泄压阀23，底部最低端安装输胶管19，输胶管19的另一端连通真空罐2，输胶管19上设置输胶阀门20。

所述压力罐31为空心圆柱形，固定在隔层44上，罐底设置加热片32，罐内设置压力罐温度传感器33；压力罐盖28为圆形平板状，通过压力罐紧固装置25、压力罐密封垫圈26和压力罐31紧固密封连接；压力罐盖28上设置压力传感器27和安全阀29。

所述压力泵34、气泵38、真空泵45设置于隔层44下侧，其中压力泵34通过压力管35和压力罐31连通，压力管35上安装压力保压阀36和压力泄压阀37；真空泵45通过真空管43和真空罐2连通，真空管43上安装真空保压阀41和真空泄压阀42，真空泵45和真空管43的连接处安装过滤器40；气泵38伸出多个加压管39接口分别和输胶阀门20、胶罐泄压阀23、压力保压阀36、压力泄压阀37、真空保压阀41、真空泄压阀42连接以提供气动压力。

所述固化模块包括：紫外灯46、固化温度传感器47、夹持旋转装置48、内环温度传感器49、支撑台50、旋转电机51、隔断52、上层散热风扇53、下层散热风扇54、加热灯组55、振动台温度传感器56、振动台57、振动电机58、隔振台59、固化区箱体60。

其特征在于：所述固化区箱体60被隔断52分为上下两层，每层单独设置密封门，密封门上设置透明玻璃观察孔；两个紫外灯46设置在上层箱体内壁和隔层上；隔断52上表面固定安装两个支撑台50，支撑台50上安装夹持旋转装置48实现支撑架9的夹持固定，夹持旋转装置48连接旋转电机51，支撑台50上设置固化温度传感器47，支撑架9内孔内设置内环温度传感器49。

所述固化区箱体60的下层内壁上设置加热灯组55，底面上设置隔振台59，隔振台59上安装振动电机58，振动电机58上安装振动台57，振动台57上设置振动台温度传感器56，并安装支撑架9。

所述上层散热风扇53设置于固化区箱体60的上层箱体壁上，所述下层散热风扇54设置于固化区箱体60的下层箱体壁上。

所述控制器18设置在灌胶区箱体1上，分别和灌胶模块及固化模块的各加热元件、传感器元件、阀门元件、泵类器件、电机等连接并实现时间、压力、压强、温度、阀门通断、电机开关、风扇等控制，显示屏24能够显示各控制数据，能够触摸输入控制数据。

进一步的技术方案在于：所述加热板3和加热丝5为电加热方式。

进一步的技术方案在于：所述支撑架9的结构特征：支撑杆9-1上部为中空细圆柱杆，圆柱杆上设置外螺纹；支撑杆9-1下部有外凸台，下端设置内凹孔，内凹孔内设置内螺纹，内螺纹尺寸与容器7内的圆柱凸台外螺纹相匹配。

进一步的技术方案在于：所述真空罐2的上端口结构的A向视图如图5所示，上端口设置环形外凸台，外凸台外边沿上设置多个内凹槽；真空罐盖12的下端面结构的B向视图如图6所示，为弧形伞状，外边沿上环形设置多个内凹槽，与真空罐2的上端口的结构尺寸一致；真空罐紧固装置11为螺栓螺柱连接，螺柱的下端通过固定销固定在真空罐2的外壁上，螺柱可以固定销为轴上下旋转；紧固连接时，螺柱正处于凹槽内，螺柱上端通过螺母固定，螺母上带有环形把手；真空罐紧固装置11的设置数量不低于12组。

进一步的技术方案在于：所述真空罐2呈空心圆柱形，直径300～500mm，高度350～500mm，紧固密闭时能够内、外承压≥12atm；所述真空罐2内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤6min，温度控制精度0.5℃；真空泵45工作时，真空罐2内的真空度≤0.5Pa，抽速≥6L/S。

进一步的技术方案在于：所述观察盖14中心设置圆孔，通过多组螺柱固定在真空罐盖12上，真空罐盖12上的螺纹孔非通孔，防爆玻璃15被固定在观察盖14的圆孔和真空罐盖12的圆孔之间，通过密封胶密封。

进一步的技术方案在于：所述输胶管19的一端连接胶罐22，另一端通过一对多连接件分出多个输出端口，每个输出端口分别连通真空罐2；输胶管19和真空罐2的连接口高度高于真空罐2高度的1/2，输胶管19优先选用波纹管。

进一步的技术方案在于：所述压力罐紧固装置25对压力罐31和压力罐盖28的紧固连接和密封方案与真空罐2和真空罐盖12的连接方案相同。

进一步的技术方案在于：所述压力罐31密闭后，内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤10min，温度控制精度0.5℃；能够承压≥12 atm，压力泵34工作时，压力范围为0.5atm～12atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm。

进一步的技术方案在于：所述压力管35和压力罐31的罐身上部连通，真空管43和真空罐2的罐身上部连接，压力管35和真空管43优先选用波纹管。

进一步的技术方案在于：所述真空罐2和压力罐31的外部包裹保温材料。

进一步的技术方案在于：所述夹持旋转装置48由两根旋转轴杆组成，左侧轴杆的左端通过轴承固定在左侧支撑台50上，另一端圆柱表面设置外螺纹，与支撑杆9-1内凹孔内的内螺纹相配合；右侧轴杆的右端通过轴承固定在右侧支撑台50上，并和旋转电机51联接，左端设置内凹孔，孔内设置内螺纹，与支撑杆9-1一端的外螺纹相配合。

进一步的技术方案在于：所述加热灯组55由紫外灯和热灯组成。

进一步的技术方案在于：所述振动台57为圆形平面装，下表面与振动电机58的振动端联接固定，上表面中心位置设置圆柱凸台，凸台外表面设置外螺纹，与支撑杆9-1内凹孔内的内螺纹相配合。

进一步的技术方案在于：所述上层散热风扇53由两个组成，一个向箱体内吸风，一个向箱体外吹风，向外吹风的风扇密封连接通风管，通风管延伸到外部安全区域；所述下层散热风扇54设置于固化区箱体60的下层箱体壁上，由两个组成，一个向箱体内吸风，一个向箱体外吹风，向外吹风的风扇密封连接通风管，通风管延伸到外部安全区域；

进一步的技术方案在于：所述控制器18选用PLC控制器，显示屏24选用LED触摸显示屏，能够输入输出数据并传输给控制器18进行通讯。

环圈灌胶工艺方法：

（1）工艺方法原理：将光纤环圈置于真空容器中，环圈缝隙中的空气大量溢出抽走，然后向真空容器注入环氧树脂胶液，注胶过程中在一定温度环境下以及微波作用下，胶液自身含有的微量气泡破裂溢出，纯净胶液浸入环圈缝隙间，将缝隙内的残存的气泡挤出抽走；浸胶完成后将浸在胶液中的环圈和胶液浸泡环境一起放入气体压力环境中，气压作用于胶液上，进而作用在环圈上，使胶液进一步灌入环圈缝隙内，彻底挤出环圈内部气泡，使环圈内胶液充盈均匀；将充满环氧树脂胶液的环圈放置在紫外照射环境下，通过紫外照射，使胶液固化，再进行振动去应力处理，从而使固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，无内部应力，大幅降低内、外部环境对环圈封装质量的不利影响。

（2）工作环境设置：真空罐2环境设置要求，其内部温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤6min，温度控制精度0.5℃；真空泵45工作时，真空罐2内的真空度≤0.5Pa，抽速≥6L/S；设置压力罐31，能够承压≥12 atm，压力泵34工作时，压力范围为0.5atm～12atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm，内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温到180℃加热时间≤10min，温度控制精度0.5℃；

（3）真空浸胶工艺：将光纤环圈8放置在真空罐2内，盖上真空罐盖12并密封紧固，打开真空泵45对真空罐2内抽真空，当真空度≤0.5Pa（工艺设定压力可调）时，控制真空罐2内温度达到180℃（工艺设定温度可调）并真空保压不低于30分钟（工艺设定时间可调），然后向罐内注入环氧树脂胶液，同时开启微波发生器，当胶液的液面高于光纤环圈8的高度后停止向罐内注胶并关闭微波发生器，保持罐内真空度、温度1小时（工艺设定时间可调），然后真空罐2开始泄压并降低温度，在30分钟内（工艺设定时间可调）使罐内压力降低到常压下，胶液温度低于80℃（工艺设定温度可调）；

（4）加压灌胶工艺：将容器7及支撑架9、光纤环圈8从真空罐2移入压力罐31中，盖上压力罐盖28并紧固密封，在20分钟时间内（工艺设定时间可调），控制压力罐31内温度升至180℃（工艺设定温度可调）、压力罐31内压力均匀升高至12atm（工艺设定压力可调）进行保温保压，10—30分钟后（工艺设定时间可调），使压力罐31逐渐降温，1小时内将温度均匀降至70—80℃（工艺设定温度可调），打开压力罐31，将支撑架9及光纤环圈8从容器7中取出；

（5）将支撑架9及光纤环圈8放入固化模块中进行紫外固化和去应力操作。

附图说明

图1为本发明的灌胶模块结构示意图；

图2为容器7结构示意图；

图3为支撑杆9-1结构示意图；

图4为支撑架9整体结构示意图；

图5为真空罐2上端口的A向视图；

图6为真空罐盖12的B向视图；

图7为输胶管19和真空罐2联接的A向视图；

图8为本发明的固化模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明灌胶热固化装置主要包括灌胶模块和固化模块两部分，所述灌胶模块包括：灌胶区箱体1、真空罐2、加热板3、加热层4、加热丝5、真空罐温度传感器6、容器7、光纤环圈8、支撑架9、真空罐密封垫圈10、真空罐紧固装置11、真空罐盖12、微波发生器13、观察盖14、防爆玻璃15、真空传感器16、箱盖17、控制器18、输胶管19、输胶阀门20、胶罐支撑架21、胶罐22、胶罐泄压阀23、显示屏24、压力罐紧固装置25、压力罐密封垫圈26、压力传感器27、压力罐盖28、安全阀29、灌胶区散热风扇30、压力罐31、加热片32、压力罐温度传感器33、压力泵34、压力管35、压力保压阀36、压力泄压阀37、气泵38、加压管39、过滤器40、真空保压阀41、真空泄压阀42、真空管43、隔层44、真空泵45；其中支撑架9包括支撑杆9-1、螺栓9-2；其特征在于：如图1所示，所述灌胶区箱体1的箱盖17开设在上端，箱体1内部通过隔层44分为上下两层，上层箱体左右壁上分别安装一个灌胶区散热风扇30；所述真空罐2为空心圆柱形，固定在隔层44上；真空罐2内部设置加热装置，包括在真空罐2内底部设置加热板3，真空罐2内壁下侧设置加热层4，加热层4为环形结构，高度不超过真空罐2高度的1/2，加热层4外壁和真空罐2内壁紧密接触，加热层4环形结构的纵向截面中，外壁高度大于其内壁高度，因此其外、内壁纵向截面为斜面，如图1所示；加热层4内部设置加热丝5，电热板3上方放置容器7；容器7结构如图2所示，为圆柱空心杯装，高度低于加热层4的内壁高度，上端开口，内部底面中心位置设置一个圆柱凸台，凸台的圆柱外壁上设置外螺纹；真空罐温度传感器6设置于加热层4和容器7之间且接触容器7，设置高度低于容器7的高度且距离真空罐2底部不低于2厘米，距离加热层4的距离不低于1厘米；光纤环圈8为光纤缠绕的中空环圈，中空环圈套入支撑架9的支撑杆9-1上，通过螺栓9-2固定，支撑杆9-1的下端固定在容器7的圆柱凹台上；真空罐盖12通过真空罐紧固装置11、真空罐密封垫圈10和真空罐2紧固密封连接；真空罐盖12内侧面上设置微波发生器13，真空罐盖12中心设置圆孔，防爆玻璃15设置在圆孔外侧，防爆玻璃15被观察盖14和螺栓结构固定在真空罐盖12上，观察盖14中心设置圆孔；真空罐盖12上设置真空传感器16。

所述胶罐22为带有上盖的封闭容器，底部为圆弧形，安装在胶罐支撑架21上，罐底端距离隔层44表面不低于5厘米，胶罐支撑架21固定安装在隔层44上；胶罐22的上盖上安装胶罐泄压阀23，底部最低端安装输胶管19，输胶管19的另一端连通真空罐2，输胶管19上设置输胶阀门20。

所述压力罐31为空心圆柱形，固定在隔层44上，罐底设置加热片32，罐内设置压力罐温度传感器33；压力罐盖28为圆形平板状，通过压力罐紧固装置25和压力罐31紧固连接，并通过压力罐密封垫圈26实现密封连接；压力罐盖28上设置压力传感器27和安全阀29。

所述压力泵34、气泵38、真空泵45设置于隔层44下侧，其中压力泵34通过压力管35和压力罐31连通，压力管35上安装压力保压阀36和压力泄压阀37；真空泵45通过真空管43和真空罐2连通，真空管43上安装真空保压阀41和真空泄压阀42，真空泵45和真空管43的连接处安装过滤器40；气泵38伸出多个加压管39接口分别和输胶阀门20、压力保压阀36、压力泄压阀37、真空保压阀41、真空泄压阀42连接提供气动压力。

所述固化模块包括：如图8所示，紫外灯46、固化温度传感器47、夹持旋转装置48、内环温度传感器49、支撑台50、旋转电机51、隔断52、上层散热风扇53、下层散热风扇54、加热灯组55、振动台温度传感器56、振动台57、振动电机58、隔振台59、固化区箱体60；

其特征在于：所述固化区箱体60被隔断52分为上下两层，每层单独设置密封门，密封门上设置透明玻璃观察孔；两个紫外灯46设置在上层箱体内壁和隔断52上；隔断52上表面固定安装两个支撑台50，支撑台50上安装夹持旋转装置48实现支撑架9的夹持固定，夹持旋转装置48连接旋转电机51，支撑台50上设置固化温度传感器47，支撑架9内孔内设置内环温度传感器49。

所述固化区箱体60的下层内壁上设置加热灯组55，底面上设置隔振台59，隔振台59上安装振动电机58，振动电机58上安装振动台57，振动台57上设置振动台温度传感器56，并安装支撑架9；所述上层散热风扇53设置于固化区箱体60的上层箱体壁上，所述下层散热风扇54设置于固化区箱体60的下层箱体壁上。

所述控制器18设置在灌胶区箱体1上，分别和灌胶模块及固化模块的各加热元件、传感器元件、阀门元件、泵类器件、电机等连接并实现时间、压力、压强、温度、阀门通断、电机开关、风扇等控制，显示屏24能够显示各控制数据，能够触摸输入控制数据。

具体实施过程为：

真空浸胶过程：将光纤环圈8安装在支撑架9上，通过螺栓9-2固定，将支撑架9固定在容器7的凸台上，将容器7放置在真空罐2罐底的加热板3上，盖上真空罐盖12并通过真空罐锁固装置11及真空罐密封垫圈10进行密封紧固，真空罐锁紧装置11的结构设计方案有助于手动操作，提高锁闭效率；真空泵45开始工作对真空罐2内抽真空，当真空传感器16显示真空度达到预定值时，气泵38通过加压管39打开真空保压阀41，使罐内保压，同时加热丝5开始工作，使罐内温度达到预定值，进行保温；保温保压到达预定时间后，打开微波发生器13，同时气泵38通过加压管39打开输胶阀门20和胶罐泄压阀23，由于真空罐2和胶罐22之间的压力差，胶罐22中的胶液通过输胶管19流入真空罐2内，在真空罐2上设置多个进胶口和输胶管19连通，其有益效果在于胶液从多个进胶口进入罐内并沿罐内壁向下流动时，流淌表面积远大于单口流入，因此微波发生器13的照射效果好，能够更有效使胶液中的气泡在流动过程中破裂溢出；胶液顺罐壁流下，进而流过加热层4的上斜面，流到罐底，随着胶液流入量增多，容器7内也充满胶液，光纤环圈8处于胶液液面以下，此时关闭输胶阀门20和胶罐泄压阀23停止注胶，关闭真空保压阀41，打开真空泵45继续抽真空，同时打开加热丝5和加热板3，使罐内胶液温度和真空度达到预定值后，再次进行保温保压；真空罐温度传感器6设置在容器7外，并和加热板3和加热层4保持距离，能够准确测量胶液温度；加热板3在胶液注入后才开始工作，是为了避免无胶液条件下开启加热板3，会使容器7及内部光纤环圈8等过热；保温保压到预定时间后，按工艺要求打开真空泄压阀42，关闭加热丝5、加热板3、微波发生器13，真空罐2开始泄压并降低温度到预定值；真空泵45前的真空管43上单独设置过滤器40，是为保证高精度真空泵的工作安全，防止吸入微小气雾或胶雾。

压力灌胶过程：将盛满胶液的容器7及支撑架9、光纤环圈8从真空罐2移入压力罐31中，盖上压力罐盖28并紧固密封，压力泵34通过压力管35为压力罐31加压，加热片32开始工作为容器7加热，压力和温度按工艺要求达到预定值后，压力保压阀36打开进行保压及保温；压力罐温度传感器33设置为悬吊式，可方便准确设置于容器7的胶液内，获得准确温度数据；保温保压到达预定值后，关闭压力保压阀36及加热片32，按工艺要求泄压和降温到预定值，打开压力罐31，将支撑架9及光纤环圈8从容器7中取出。

固化封装过程：支撑架9被支撑台50上的夹持旋转装置48夹紧，旋转电机51带动旋转，上、下设置的紫外灯46工作照射，上层散热风扇53吹风为紫外灯46降温；固化温度传感器47设置于支撑台9上，记录光纤环圈8的表面温度，内环温度传感器49设置于支撑杆9-1内孔内，记录光纤环圈8的内环处温度；紫外照射固化后将支撑架9取下固定在振动台57上，振动电机58带动振动台57振动进而带动支撑架9上的光纤环圈8振动，加热灯组55同时打开，加热灯组55中的热灯为光纤环圈及固化胶层加热，紫外灯能强化固化效果，综合处理去除环圈内部应力；振动台温度传感器56记录光纤环圈8的外表温度，隔振台59将振动电机58的振动与固化区箱体60隔离。

控制器18选用PLC控制器，显示屏24选用LED触摸显示屏，能够输入数据参数并传输给控制器18。

优点：工艺方法科学合理，装置结构巧妙，易于实现；光纤环圈固化封装效果好，固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，去除内部应力效果好，大幅降低内、外部环境对光纤环圈封装质量的不利影响。

Claims (7)

1.一种环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法，所述灌胶工艺方法如下：

（1）工艺方法原理：将光纤环圈置于真空容器中，环圈缝隙中的空气大量溢出抽走，然后向真空容器注入环氧树脂胶液，注胶过程中在一定温度环境下以及微波作用下，胶液自身含有的微量气泡破裂溢出，纯净胶液浸入环圈缝隙间，将缝隙内的残存的气泡挤出抽走；浸胶完成后将浸在胶液中的环圈和胶液浸泡环境一起放入气体压力环境中，气压作用于胶液上，进而作用在环圈上，使胶液进一步灌入环圈缝隙内，彻底挤出环圈内部气泡，使环圈内胶液充盈均匀；将充满环氧树脂胶液的环圈放置在紫外照射环境下，通过紫外照射，使胶液固化，再进行振动去应力处理，从而使固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，无内部应力，大幅降低内、外部环境对环圈封装质量的不利影响；

（2）工作环境设置：真空罐（2）环境设置要求，其内部温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤6min，温度控制精度0.5℃；真空泵（45）工作时，真空罐（2）内的真空度≤0.5Pa，抽速≥6L/S；设置压力罐（31），能够承压≥12 atm，压力泵（34）工作时，压力范围为0.5atm～12atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm，内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温到180℃加热时间≤10min，温度控制精度0.5℃；

（3）真空浸胶工艺：将光纤环圈（8）放置在真空罐（2）内，盖上真空罐盖（12）并密封紧固，打开真空泵（45）对真空罐（2）内抽真空，当真空度≤0.5Pa（工艺设定压力可调）时，控制真空罐（2）内温度达到180℃（工艺设定温度可调）并真空保压不低于30分钟（工艺设定时间可调），然后向罐内注入环氧树脂胶液，同时开启微波发生器（13），当胶液的液面高于光纤环圈（8）的高度后停止向罐内注胶并关闭微波发生器，保持罐内真空度、温度1小时（工艺设定时间可调），然后真空罐（2）开始泄压并降低温度，在30分钟内（工艺设定时间可调）使罐内压力降低到常压下，胶液温度低于80℃（工艺设定温度可调）；

（4）加压灌胶工艺：将容器（7）及支撑架（9）、光纤环圈（8）从真空罐（2）移入压力罐（31）中，盖上压力罐盖（28）并紧固密封，在20分钟时间内（工艺设定时间可调），控制压力罐（31）内温度升至180℃（工艺设定温度可调）、压力罐（31）内压力均匀升高至12atm（工艺设定压力可调）进行保温保压，10—30分钟后（工艺设定时间可调），使压力罐（31）逐渐降温，1小时内将温度均匀降至70—80℃（工艺设定温度可调），打开压力罐（31），将支撑架（9）及光纤环圈（8）从容器（7）中取出；

（5）将支撑架（9）及光纤环圈（8）放入固化模块中进行紫外固化和去应力操作。

2.一种环圈灌胶固化装置和灌胶工艺方法，所述环圈灌胶固化装置为实现权利要求1所述灌胶工艺方法，包括灌胶模块和固化模块两部分，所述灌胶模块包括：灌胶区箱体（1）、真空罐（2）、加热板（3）、加热层（4）、加热丝（5）、真空罐温度传感器（6）、容器（7）、光纤环圈（8）、支撑架（9）、真空罐密封垫圈（10）、真空罐紧固装置（11）、真空罐盖（12）、微波发生器（13）、观察盖（14）、防爆玻璃（15）、真空传感器（16）、箱盖（17）、控制器（18）、输胶管（19）、输胶阀门（20）、胶罐支撑架（21）、胶罐（22）、胶罐泄压阀（23）、显示屏（24）、压力罐紧固装置（25）、压力罐密封垫圈（26）、压力传感器（27）、压力罐盖（28）、安全阀（29）、灌胶区散热风扇（30）、压力罐（31）、加热片（32）、压力罐温度传感器（33）、压力泵（34）、压力管（35）、压力保压阀（36）、压力泄压阀（37）、气泵（38）、加压管（39）、过滤器（40）、真空保压阀（41）、真空泄压阀（42）、真空管（43）、隔层（44）、真空泵（45）；所述支撑架（9）包括支撑杆（9-1）、螺栓（9-2）；

其特征在于：所述灌胶区箱体（1）的箱盖（17）开设在上端，箱体（1）内部通过隔层（44）分为上下两层，上层箱体左右壁上分别安装一个灌胶区散热风扇（30）；所述真空罐（2）为空心圆柱形，固定在隔层（44上）；真空罐（2）内部设置加热装置，包括在真空罐（2）内底部设置加热板（3），真空罐（2）内壁下侧设置加热层（4），加热层（4）为环形结构，高度不超过真空罐（2）高度的1/2，加热层（4）外壁和真空罐（2）内壁紧密接触，加热层（4）环形结构的纵向截面中，外壁高度大于其内壁高度，因此其外、内壁纵向截面为斜面，加热层（4）内部设置加热丝（5），加热板（3）上方放置容器（7）；容器（7）结构为圆柱空心杯装，高度低于加热层（4的内壁高度，上端开口，内部底面中心位置设置一个圆柱凸台，凸台的圆柱外壁上设置外螺纹；真空罐温度传感器（6）设置于加热层（4）和容器（7）之间，设置高度低于容器（7）的高度且距离真空罐（2）底部不低于2厘米，距离加热层（4）的距离不低于1厘米；光纤环圈（8）为光纤缠绕的中空环圈，中空环圈套入支撑架（9）的支撑杆（9-1）上，通过螺栓（9-2）固定，支撑杆（9-1）的下端固定在容器（7）的圆柱凹台上；真空罐盖（12）通过真空罐紧固装置（11）和真空罐（2）紧固连接，并通过真空罐密封垫圈（10）实现密封；真空罐盖（12）内侧面上设置微波发生器（13），真空罐盖（12）中心设置圆孔，防爆玻璃（15）设置在圆孔外侧，防爆玻璃（15）被观察盖（14）和螺栓结构固定在真空罐盖（12）上，观察盖（14）中心设置圆孔；真空罐盖（12）上设置真空传感器（16）；

所述胶罐（22）为带有上盖的封闭容器，底部为圆弧形，安装在胶罐支撑架（21）上，罐底端距离隔层（44）表面不低于5厘米，胶罐支撑架（21）固定安装在隔层（44）上；胶罐（22）的上盖上安装胶罐泄压阀（23），底部最低端安装输胶管（19），输胶管（19）的另一端连通真空罐（2），输胶管（19）上设置输胶阀门（20）；

所述压力罐（31）为空心圆柱形，固定在隔层（44）上，罐底设置加热片（32），罐内设置压力罐温度传感器（33）；压力罐盖（28）为圆形平板状，通过压力罐紧固装置（25）、压力罐密封垫圈（26）和压力罐（31）紧固密封连接；压力罐盖（28）上设置压力传感器（27）和安全阀（29）；

所述真空罐（2）和压力罐（31）的外部包裹保温材料。

3.根据权利要求2所述的一种环圈灌胶固化装置，所述压力泵（34）、气泵（38）、真空泵（45）设置于隔层（44）下侧，其中压力泵（34）通过压力管（35）和压力罐（31）连通，压力管（35）上安装压力保压阀（36）和压力泄压阀（37）；真空泵（45）通过真空管（43）和真空罐（2）连通，真空管（43）上安装真空保压阀（41）和真空泄压阀（42），真空泵（45）和真空管（43）的连接处安装过滤器（40）；气泵（38）伸出多个加压管（39）接口分别和输胶阀门（20）、胶罐泄压阀（23）、压力保压阀（36）、压力泄压阀（37）、真空保压阀（41）、真空泄压阀（42）连接。

4.根据权利要求2所述的一种环圈灌胶固化装置，固化模块包括：紫外灯（46）、固化温度传感器（47）、夹持旋转装置（48）、内环温度传感器（49）、支撑台（50）、旋转电机（51）、隔断（52、上层散热风扇（53）、下层散热风扇（54）、加热灯组（55）、振动台温度传感器（56）、振动台（57）、振动电机（58）、隔振台（59）、固化区箱体（60）；

其特征在于：所述固化区箱体（60）被隔断（52）分为上下两层，每层单独设置密封门，密封门上设置透明玻璃观察孔；两个紫外灯（46）设置在上层箱体内壁和隔层上；隔断（52）上表面固定安装两个支撑台（50），支撑台（50）上安装夹持旋转装置（48实现支撑架（9）的夹持固定，夹持旋转装置（48）连接旋转电机（51），支撑台（50）上设置固化温度传感器（47），支撑架（9）内孔内设置内环温度传感器（49）；

所述固化区箱体（60）的下层内壁上设置加热灯组（55），底面上设置隔振台（59），隔振台（59）上安装振动电机（58），振动电机（58）上安装振动台（57），振动台（57）上设置振动台温度传感器（56），并安装支撑架（9）；

所述上层散热风扇（53）设置于固化区箱体（60）的上层箱体壁上，所述下层散热风扇（54）设置于固化区箱体（60）的下层箱体壁上。

5.根据权利要求2和3所述的一种环圈灌胶固化装置，所述控制器（18）设置在灌胶区箱体（1）上，分别和灌胶模块及固化模块的各加热元件、传感器元件、阀门元件、泵类器件、电机等连接并实现时间、压力、压强、温度、阀门通断、电机开关、风扇等控制。

6.根据权利要求2和3所述的一种环圈灌胶固化装置，所述加热板（3）和加热丝（5）为电加热方式；

所述支撑架（9）的特征：支撑杆（9-1）上部为中空细圆柱杆，圆柱杆上设置外螺纹；支撑杆（9-1）下部有外凸台，下端设置内凹孔，内凹孔内设置内螺纹，内螺纹尺寸与容器（7）内的圆柱凸台外螺纹相匹配；

所述真空罐（2）的上端口设置环形外凸台，外凸台外边沿上设置多个内凹槽；真空罐盖（12）的下端面结构为弧形伞状，外边沿上环形设置多个内凹槽，与真空罐（2）的上端口的结构尺寸一致；真空罐紧固装置（11）为螺栓螺柱连接，螺柱的下端通过固定销固定在真空罐（2）的外壁上，螺柱可以固定销为轴上下旋转；紧固连接时，螺柱正处于凹槽内，螺柱上端通过螺母固定，螺母上带有环形把手；真空罐紧固装置（11）的设置数量不低于12组；

所述真空罐（2）呈空心圆柱形，直径300～500mm，高度350～500mm，紧固密闭时能够内、外承压≥12atm；所述真空罐（2）内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤6min，温度控制精度0.5℃；真空泵（45）工作时，真空罐（2）内的真空度≤0.5Pa，抽速≥6L/S；

所述观察盖（14）中心设置圆孔，通过多组螺柱固定在真空罐盖（12）上，真空罐盖（12）上的螺纹孔非通孔，防爆玻璃（15）被固定在观察盖（14）的圆孔和真空罐盖（12）的圆孔之间，通过密封胶密封；

所述输胶管（19）的一端连接胶罐（22），另一端通过一对多连接件分出多个输出端口，每个输出端口分别连通真空罐（2）；输胶管（19）和真空罐（2）的连接口高度高于真空罐（2）高度的1/2，输胶管（19）选用波纹管；

所述压力罐紧固装置（25）对压力罐（31）和压力罐盖（28）的紧固连接和密封方案与真空罐（2）和真空罐盖（12）的连接方案相同；

所述压力罐（31）密闭后，内部的温度控制范围：常温～180℃，温度从常温加热到180℃时间≤10min，温度控制精度0.5℃；能够承压≥12 atm，压力泵（34）工作时，压力范围为0.5atm～12atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm；

所述压力管（35）和压力罐（31）的罐身上部连通，真空管（43）和真空罐（2）的罐身上部连接，压力管（35）和真空管（43）选用波纹管；

所述控制器（18）选用PLC控制器，显示屏（24）选用LED触摸显示屏，能够输入输出数据并传输给控制器（18）进行通讯。

7.根据权利要求4所述的一种环圈灌胶固化装置，所述夹持旋转装置（48）由两根旋转轴杆组成，左侧轴杆的左端通过轴承固定在左侧支撑台（50）上，另一端圆柱表面设置外螺纹，与支撑杆（9-1）内凹孔内的内螺纹相配合；右侧轴杆的右端通过轴承固定在右侧支撑台（50）上，并和旋转电机（51）联接，左端设置内凹孔，孔内设置内螺纹，与支撑杆（9-1）一端的外螺纹相配合；

所述加热灯组（55）由紫外灯和热灯组成；

所述振动台（57）为圆形平面装，下表面与振动电机（58）的振动端联接固定，上表面中心位置设置圆柱凸台，凸台外表面设置外螺纹，与支撑杆（9-1）内凹孔内的内螺纹相配合；

所述上层散热风扇（53）由两个组成，一个向箱体内吸风，一个向箱体外吹风，向外吹风的风扇密封连接通风管，通风管延伸到外部安全区域；所述下层散热风扇（54）设置于固化区箱体（60）的下层箱体壁上，由两个组成，一个向箱体内吸风，一个向箱体外吹风，向外吹风的风扇密封连接通风管，通风管延伸到外部安全区域。