CN109049445B - 一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光纤陀螺仪零部件生产设备和处理工艺，尤其涉及一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺。光纤环圈浸胶后必须进行固化封装，固化设备的精度、环境和工艺决定着光纤环圈固化后的性能。本发明的固化封装设备包括了紫外固化装置和去应力装置，并且构建了封闭式温度控制环境，能够在设定的恒温下进行紫外固化，能够模拟光纤环圈未来的应用环境进行变温去应力；本发明开发的处理工艺通过对温度、转速、频率等的控制使光纤环圈固化封装效果好，去应力彻底，工作精度高。

Description

一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺
技术领域
本发明涉及一种光纤陀螺仪零部件生产设备和处理工艺，尤其涉及一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺。
背景技术
光纤陀螺是目前惯性导航系统最常用的仪表，光纤环圈是其核心元件，光纤环圈的稳定性和抗干扰能力直接影响着导航精度，因此光纤缠绕成环圈后必须进行固化封装，使粘接光纤的树脂胶通过紫外光照射，从液态胶变为固态以固定光纤线圈的相互位置关系。固化设备的精度、环境和工艺决定着光纤环圈固化后的性能，从而直接影响着光纤陀螺的精度，因此光纤环圈的固化封装技术是高精度光纤陀螺制造的重要基础。基于以上原因，通过大量实验总结了一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺，通过对传统设备的创新和工艺的改造，使本发明紫外固化设备装置和处理工艺在进行固化封装时大幅降低外部环境的影响，提高固化质量；独创的模拟应用环境下的温度控制去应力装置和处理工艺，能够大幅提高了光纤环圈的工作可靠性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是提出一种高精度光纤环圈固化封装设备和处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明一种光纤环圈固化封装设备主要包括：箱体1、显示屏2、控制器3、照射区温度传感器4、紫外灯5、上保温层6、上导热层7、石英玻璃板8、第一风扇组9、支撑台10、固定装置11、夹持旋转装置12、加热灯组13、上制冷管14、第二风扇组15、旋转电机16、固化区温度传感器17、隔层18、下保温层19、下导热层20、第三风扇组21、灯组22、下制冷管23、振动台24、弹簧组25、支撑平台26、振动电机27、隔振台28、制冷机29。
特征在于：所述箱体1分为三层结构，上层为控制区，安装显示屏2和控制器3；中层固化区和下层去应力区由隔层18隔开，隔层18上为旋转机构，特征在于：安装一对支撑台10，夹持旋转装置12的左端通过轴承安装在左侧支撑台10上，右端通过轴承安装在右侧支撑台10上并穿过支撑台10联接旋转电机16，固定装置11被夹持旋转装置12夹紧在中间位置；上导热层7为半封闭罩状，倒扣将旋转机构封闭在内，上导热层7内部设置上制冷管14，石英玻璃板8将上导热层7内部隔离成上、下两个独立空间，其中下侧独立空间为旋转机构空间，上导热层7的内侧壁上设置加热灯组13和第二风扇组15，隔层18上设置固化区温度传感器17，上侧独立空间为紫外光照射空间，上导热层7的内上壁上设置照射区温度传感器4和紫外灯5，左右侧壁上设置第一风扇组9；上导热层7的外部包裹上保温层6；箱体1下层去应力区安装振动去应力机构，特征在于：隔振台28固定在箱体1的底部，上面安装振动电机27，振动电机27上安装振动台24，振动台24为平板状，中间开设一个螺纹孔，固定装置11的固定杆11-1能够拧入螺纹孔固定，支撑平台26为空心台状，下端面固定在箱体1的底部，上端面设置弹簧组25，弹簧组25和振动台24的下表面连接；下导热层20为半封闭罩状，倒扣将振动去应力机构封闭在内，下导热层20内部设置下制冷管23，下导热层20内壁上设置灯组22和第三风扇组21，下导热层20外侧包裹下保温层19；制冷机29和上制冷管14、下制冷管23连接。
所述固定装置11包括：固定杆11-1，螺母组11-2、杆内温度传感器11-3、光纤环圈11-4、杆外温度传感器11-5；所述固定装置11的固定杆11-1为空心杆，外表面设置螺纹，固定杆11-1穿过光纤环圈11-4，被螺母组11-2固定，固定杆11-1内部设置杆内温度传感器11-3，外表面上设置杆外温度传感器11-5。
所述夹持旋转装置12特征在于：左右两端为旋转轴结构，中间两端为夹持结构；
进一步的技术方案在于：所述显示屏2选用LED触摸显示屏，控制器3选用PLC控制器，控制器3上设置三个机械按压式开关按钮，分别是启动按钮、停止按钮和急停按钮。
进一步的技术方案在于：所述隔层18为刚性材料制造。
进一步的技术方案在于：所述上制冷管14在上导热层7的上独立空间的部分和下独立空间的部分由两段支管组成，两段支管并联连接，能够分别控制；上制冷管14和下制冷管23为并联连接，能够分别控制。
进一步的技术方案在于：所述第一风扇组9、第二风扇组15和第三风扇组21为管道式通风结构，风扇置于管道之中；第一风扇组9为成对使用，一个进风，一个出风；第二风扇组15为成对使用，一个进风，一个出风。
高精度光纤环圈固化封装处理工艺：
（1）构建恒温紫外照射固化工艺：使用导热材料构建密闭空间，导热材料外部包裹保温材料，内部设置制冷管；使用透明石英玻璃板将密闭空间分隔成独立密封的上下两层空间，上层为紫外光照射空间，设置紫外灯、独立风扇组、温度传感器，紫外灯是发热部件，温度过高散热不畅时极易损坏，通过导热材料中的制冷管和独立风扇组能够保证紫外灯在安全温度范围内工作；下层为旋转机构空间，设置驱动光纤环圈转动的机构、加热灯、温度传感器、独立风扇组，加热灯能够让下层独立空间温度上升、制冷管能够让下层独立空间温度下降，因此即使外界温度变化，下层空间能够保持恒温，独立风扇组能够让下层空间换气；上、下两层通过石英玻璃分隔，紫外光能够透过石英玻璃，上、下两层独立构建控制温度条件，互扰小；紫外灯光热量度范围1000～10000mJ/cm2，旋转杆转速区间0～100r/min，上层空间温度控制范围0～90℃，温度控制精度1℃，下层空间温度控制范围0～80℃，温度控制精度1℃，风扇组工作抽速≥5L/S；
（2）构建变温去应力环境：使用导热材料构建密闭空间，导热材料外部包裹保温材料，内部设置制冷管；在密闭空间内设置振动机构、紫外灯和加热灯组成的灯组、温度传感器、独立风扇组等，振动机构实现对光纤环圈的振动去应力，制冷管、加热灯实现对空间内部的温度变化控制，根据光纤环圈的规格及去应力要求，在密闭空间内模拟固定温度或变化温度的环境要求以及振动频率、振幅要求，紫外灯实现对固化效果的完善优化，独立风扇组实现内部通风及散热功能；紫外灯光热量度范围1000～10000mJ/cm2，加热灯光热量度范围1000～5000mJ/cm2，温度控制范围-30～80℃，温度控制精度1℃，振动频率10～8000Hz，振幅0.001～0.01cm；风扇组工作抽速≥5L/S；
（3）去应力工艺方法：不同规格和不同使用环境的光纤陀螺对光纤环圈的固化和去应力要求是有差异的，固化环境要求能够从环境温度、紫外灯光亮度、照射时间、光纤环圈旋转速度等方面进行设置，去应力环境能够从环境温度、振动频率及振幅、振动去应力时间等方面按工艺要求进行参数设置。
附图说明
图1为本发明的总体结构图；
图2为固定装置11的结构示意图；
图3为风扇组的结构示意图。
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。
本发明一种光纤环圈固化封装设备主要包括：箱体1、显示屏2、控制器3、照射区温度传感器4、紫外灯5、上保温层6、上导热层7、石英玻璃板8、第一风扇组9、支撑台10、固定装置11、夹持旋转装置12、加热灯组13、上制冷管14、第二风扇组15、旋转电机16、固化区温度传感器17、隔层18、下保温层19、下导热层20、第三风扇组21、灯组22、下制冷管23、振动台24、弹簧组25、支撑平台26、振动电机27、隔振台28、制冷机29；其中固定装置如图2所示，包括：固定杆11-1，螺母组11-2、杆内温度传感器11-3、光纤环圈11-4、杆外温度传感器11-5；总体结构如图1所示，所述箱体1分为三层结构，上层为控制区，安装显示屏2和控制器3；中层固化区和下层去应力区由隔层18隔开，隔层18上为旋转机构，特征在于：安装一对支撑台10，夹持旋转装置12的左端通过轴承安装在左侧支撑台10上，右端通过轴承安装在右侧支撑台10上并穿过支撑台10联接旋转电机16，固定装置11被夹持旋转装置12夹紧在中间位置；上导热层7为半封闭罩状，倒扣将旋转机构封闭在内，上导热层7内部设置上制冷管14，石英玻璃板8将上导热层7内部隔离成上、下两个独立空间，其中下侧独立空间为旋转机构空间，上导热层7的内侧壁上设置加热灯组13和第二风扇组15，隔层18上设置固化区温度传感器17，上侧独立空间为紫外光照射空间，上导热层7的内上壁上设置照射区温度传感器4和紫外灯5，左右内侧壁上设置第一风扇组9；上导热层7的外部包裹上保温层6；箱体1下层去应力区安装振动去应力机构，特征在于：隔振台28固定在箱体1的底部，上面安装振动电机27，振动电机27上安装振动台24，振动台24为平板状，中间开设螺纹孔，固定装置11的固定杆11-1能够拧入螺纹孔固定，支撑平台26为空心台状，下端面固定在箱体1的底部，上端面设置弹簧组25，弹簧组25和振动台24的下表面连接；下导热层20为半封闭罩状，倒扣将振动去应力机构封闭在内，下导热层20内部设置下制冷管23，下导热层20内壁上设置灯组22和第三风扇组21，下导热层20外侧包裹下保温层19，；制冷机29和上制冷管14、下制冷管23连接。
所述第一风扇组9、第二风扇组15和第三风扇组21为管道式通风结构，风扇置于管道之中，如图3所示。
显示屏2选用LED触摸显示屏，控制器3优先选用PLC控制器，能够和显示屏2进行数据交换。控制器3上设置三个机械按压式开关按钮，分别是启动按钮、停止按钮和急停按钮，其中启动按钮实现本设备按预设工艺流程及参数开始工作，停止按钮实现按预设工艺流程停止工作，急停按钮实现紫外照射装置、加热装置、制冷机、各电机立刻关闭、各风扇开始或保持转动， 3-5分钟后总电源断电（时间可设定），从而保证高温设备的使用安全性。
具体实施过程为：
紫外固化过程：将固定装置11安装在夹持旋转装置12上，旋转机构密闭在上导热层7及上保温层6所构建的密闭空间内，根据光纤环圈11-4规格和工艺要求，通过上制冷管14或加热灯组13使石英玻璃板8下面的密闭空间温度升高或降低到规定的温度环境且保持恒定，然后旋转电机16带动夹持旋转装置12及固定装置11上的光纤环圈11-4按设定的工艺要求进行旋转，同时开启紫外灯5对光纤环圈11-4进行照射固化；紫外灯5工作时散发大量热量，照射区温度传感器4进行温度监测，第一风扇组9能够及时为石英玻璃板8上面的空间进行通风散热，上制冷管14进行传导降温，保证紫外灯5处于安全工作温度，同时又没有对石英玻璃板8下的空间的光纤环圈11-4固化温度环境产生影响，减少外界环境对固化过程影响，第二风扇组9在工艺实施中实现通风换气或降温的功能，固化区温度传感器17监测光纤环圈11-4外部的环境温度，杆内温度传感器11-3监测光纤环圈11-4内部温度，防止局部温度过热。以某种型号的光纤环圈固化为例：石英玻璃板8下面密闭区域设定恒定温度为25℃，紫外固化时，初始照射光亮度4000～6000mJ/cm2，旋转杆匀速转动，转速5～10r/min，照射时间20～30分钟；待环氧树脂胶外表面硬化后，照射光亮度提升至7000～10000mJ/cm2，旋转杆转速10～20r/min，照射时间30～50分钟；待环氧树脂胶外、外硬化后，照射光亮度降低至1000～3000mJ/cm2，旋转杆转速20～30r/min，照射时间60～100分钟。
去应力过程：将固定装置11安装在振动台24上，振动机构密闭在下导热层20及下保温层19构建的密闭空间内，根据光纤环圈11-4规格和工艺要求，通过下制冷管23或灯组22控制密闭空间内的温度变化；通过振动电机27控制振动频率和振幅；振动平台24通过弹簧组25连接支撑平台26，既保证振动过程的稳定性，同时能够过滤振动过程中偶发的非必要有害脉冲振动频率和振幅。
第一风扇组9、第二风扇组15和第三风扇组21为管道式通风结构，风扇置于管道之中，优势效果在于管道比较容易和导热层、密封层等密封安装。
优点：工艺方法科学合理，装置结构巧妙，生产成本低；模拟外界环境构建恒温紫外照射环境和变温去应力环境，固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，内部应力去除效果好，光纤环圈固化封装效果好。

Claims (7)

1.一种高精度光纤环圈固化处理工艺，其特征在于，
（1）构建恒温紫外照射固化工艺：使用导热材料构建密闭空间，导热材料外部包裹保温材料，内部设置制冷管；使用透明石英玻璃板将密闭空间分隔成独立密封的上下两层空间，上层为紫外光照射空间，设置紫外灯、独立风扇组、温度传感器，紫外灯是发热部件，温度过高散热不畅时极易损坏，通过导热材料中的制冷管和独立风扇组能够保证紫外灯在安全温度范围内工作；下层为旋转机构空间，设置驱动光纤环圈转动的机构、加热灯、温度传感器、独立风扇组，加热灯能够让下层独立空间温度上升、制冷管能够让下层独立空间温度下降，因此即使外界温度变化，下层空间能够保持恒温，独立风扇组能够让下层空间换气；上、下两层通过石英玻璃分隔，紫外光能够透过石英玻璃，上、下两层独立构建控制温度条件，互扰小；紫外灯光热量度范围1000～10000mJ/cm2，旋转杆转速区间0～100r/min，上层空间温度控制范围0～90℃，温度控制精度1℃，下层空间温度控制范围0～80℃，温度控制精度1℃，风扇组工作抽速≥5L/S；
（2）构建变温去应力环境：使用导热材料构建密闭空间，导热材料外部包裹保温材料，内部设置制冷管；在密闭空间内设置振动机构、紫外灯和加热灯组成的灯组、温度传感器、独立风扇组，振动机构实现对光纤环圈的振动去应力，制冷管、加热灯实现对空间内部的温度变化控制，根据光纤环圈的规格及去应力要求，在密闭空间内模拟固定温度或变化温度的环境要求以及振动频率、振幅要求，紫外灯实现对固化效果的完善优化，独立风扇组实现内部通风及散热功能；紫外灯光热量度范围1000～10000mJ/cm2，加热灯光热量度范围1000～5000mJ/cm2，温度控制范围-30～80℃，温度控制精度1℃，振动频率10～8000Hz，振幅0.001～0.01cm；风扇组工作抽速≥5L/S；
（3）去应力工艺方法：不同规格和不同使用环境的光纤陀螺对光纤环圈的固化和去应力要求是有差异的，固化环境要求能够从环境温度、紫外灯光亮度、照射时间、光纤环圈旋转速度方面进行设置，去应力环境能够从环境温度、振动频率及振幅、振动去应力时间方面按工艺要求进行参数设置。
2.一种高精度光纤环圈固化封装设备，所述光纤环圈固化封装设备主要包括：箱体（1）、显示屏（2）、控制器（3）、照射区温度传感器（4）、紫外灯（5）、上保温层（6）、上导热层（7）、石英玻璃板（8）、第一风扇组（9）、支撑台（10）、固定装置（11）、夹持旋转装置（12）、加热灯组（13）、上制冷管（14）、第二风扇组（15）、旋转电机（16）、固化区温度传感器（17）、隔层（18）、下保温层（19）、下导热层（20）、第三风扇组（21）、灯组（22）、下制冷管（23）、振动台（24）、弹簧组（25）、支撑平台（26）、振动电机（27）、隔振台（28）、制冷机（29）；
其特征在于，所述箱体（1）分为三层结构，上层为控制区，安装显示屏（2）和控制器（3）；中层固化区和下层去应力区由隔层（18）隔开，隔层（18）为刚性材料制造，隔层（18）上为旋转机构，安装一对支撑台（10），夹持旋转装置（12）的左端通过轴承安装在左侧支撑台（10）上，右端通过轴承安装在右侧支撑台（10）上并穿过支撑台（10）联接旋转电机（16），固定装置（11）被夹持旋转装置（12）夹紧在中间位置；上导热层（7）为半封闭罩状，倒扣将旋转机构封闭在内，上导热层（7）内部设置上制冷管（14），石英玻璃板（8）将上导热层（7）内部隔离成上、下两个独立空间，其中下侧独立空间为旋转机构空间，上导热层（7）的内侧壁上设置加热灯组（13）和第二风扇组（15），隔层（18）上设置固化区温度传感器（17），上侧独立空间为紫外光照射空间，上导热层（7）的内上壁上设置照射区温度传感器（4）和紫外灯（5），左右侧壁上设置第一风扇组（9）；上导热层（7）的外部包裹上保温层（6）；箱体（1）下层去应力区安装振动去应力机构，隔振台（28）固定在箱体（1）的底部，上面安装振动电机（27），振动电机（27）上安装振动台（24），振动台（24）为平板状，中间开设一个螺纹孔，固定装置（11）的固定杆（11-1）能够拧入螺纹孔固定，支撑平台（26）为空心台状，下端面固定在箱体（1）的底部，上端面设置弹簧组（25），弹簧组（25）和振动台（24）的下表面连接；下导热层（20）为半封闭罩状，倒扣将振动去应力机构封闭在内，下导热层（20）内部设置下制冷管（23），下导热层（20）内壁上设置灯组（22）和第三风扇组（21），下导热层（20）外侧包裹下保温层（19）；制冷机（29）和上制冷管（14）、下制冷管（23）连接。
3.根据权利要求2所述的一种高精度光纤环圈固化封装设备，其特征在于，所述固定装置（11）包括：固定杆（11-1），螺母组（11-2）、杆内温度传感器（11-3）、光纤环圈（11-4）、杆外温度传感器（11-5）；所述固定装置（11）的固定杆（11-1）为空心杆，外表面设置螺纹，固定杆（11-1）穿过光纤环圈（11-4），被螺母组（11-2）固定，固定杆（11-1）内部设置杆内温度传感器（11-3），外表面上设置杆外温度传感器（11-5）。
4.根据权利要求2所述的一种高精度光纤环圈固化封装设备，所述夹持旋转装置（12）特征在于：左右两端为旋转轴结构，中间两端为夹持结构。
5.根据权利要求2所述的一种高精度光纤环圈固化封装设备，其特征在于，所述显示屏（2）选用LED触摸显示屏，控制器（3）选用PLC控制器，控制器（3）上设置三个机械按压式开关按钮，分别是启动按钮、停止按钮和急停按钮。
6.根据权利要求2所述的一种高精度光纤环圈固化封装设备，其特征在于，所述上制冷管（14）在上导热层的上独立空间的部分和下独立空间的部分由两段支管组成，两段支管并联连接，能够分别控制；上制冷管（14）和下制冷管（23）为并联连接，能够分别控制。
7.根据权利要求2所述的一种高精度光纤环圈固化封装设备，其特征在于，所述第一风扇组（9）、第二风扇组（15）和第三风扇组（21）为管道式通风结构，风扇置于管道之中；第一风扇组（9）为成对使用，一个进风，一个出风；第二风扇组（15）为成对使用，一个进风，一个出风。
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