CN109562976B - 在炉中定位光学预制件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在炉中定位光学预制件的系统，其包括上套筒和向下进料柄状物组件(12)，所述向下进料柄状物组件(12)具有限定了第一端(18A)和第二端(18B)的管(18)，所述第二端(18B)延伸到上套筒中。管(18)中设置有柄状物(14)。柄状物(14B)的第二端延伸到上套筒中，并且围绕管(18)和柄状物(14)定位有密封组件(22)。柄状物(14A)的第一端延伸通过密封组件(22)，并且驱动组件(74)与向下进料柄状物连接。

Description

在炉中定位光学预制件的系统和方法

本申请依据35 U.S.C.§119要求于2016年7月29日提交的系列号为62/368,581的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

技术领域

本公开一般涉及用于定位光学部件的系统，更具体地，涉及用于在炉中定位光学预制件的系统。

背景技术

用于生产光纤及固结光纤预制件的炉通常要求由各种密封方法提供的隔离环境，并且在生产光纤和固结光纤预制件时利用一种或多种非反应性或惰性气体的受控流动。炉内及炉附近的密封件可能暴露于高的热量下，因此需要使用流体静压密封件或耐高温材料。流体静压密封件的使用可能使非反应性或惰性气体不受控地离开系统，导致成本增加及不可再生资源损失。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，提供了一种在炉中定位光学预制件的系统，其包括上套筒和向下进料柄状物组件，所述向下进料柄状物组件具有限定了第一端和第二端的管，所述第二端延伸到上套筒中。在管中设置有柄状物。柄状物的第二端延伸到上套筒中，并且在管和柄状物周围定位有密封组件。柄状物延伸通过密封组件。驱动组件与柄状物连接。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在炉中定位光学预制件的方法，所述方法包括以下步骤：提供可与驱动组件移动连接的卡盘界面；将卡盘界面定位在密封组件内；将柄状物连接在卡盘界面内，光纤预制件定位在与卡盘界面相对的柄状物的一端上；将柄状物定位在管内；将光纤预制件定位在炉内；以及使柄状物在管内进行横向移动和旋转移动中的至少一种，以使光纤预制件在炉内进行横向移动和旋转移动中的至少一种。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在炉中定位光学预制件的系统，其包括向下进料柄状物，所述向下进料柄状物具有限定了第一端和第二端的管。在管内设置有柄状物并且该柄状物延伸通过该管，密封组件在柄状物和管周围延伸。柄状物延伸通过密封组件。管在密封组件内终止。卡盘界面定位在柄状物周围和密封组件内。驱动组件具有卡盘。卡盘被构造用于接收卡盘界面。驱动组件被构造用于在密封组件内移动卡盘界面以及在管内移动柄状物。

根据下述说明、权利要求和附图，本领域技术人员能够进一步知晓和理解本公开的这些特征、优点和目的以及其他特征、优点和目的。

附图说明

在附图中：

图1根据一个实施方式描绘了包含密封组件的预制件固结系统的截面示意图。

图2根据一个实施方式描绘了图1的密封组件的增强视图；以及

图3根据一个实施方式描绘了在炉中定位光纤预制件的方法。

具体实施方式

在以下的具体实施方式中给出了本发明的其他特征和优点，对本领域的技术人员而言，这些特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施包括以下具体实施方式连同权利要求和附图在内的本文所述的本发明而被认识。

文中所用的术语“和/或”在用于两项或更多项的罗列时，表示所述项中的任何一项可以单独使用，或者可以使用所述项中的两项或更多项的任意组合。例如，如果描述一种组合物含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A和B的组合；含有A和C的组合；含有B和C的组合；或含有A、B和C的组合。

在本文中，相关的术语例如第一和第二，顶部和底部等仅用于区分一个实体或行为与另一个实体或行为，而非必须要求或暗示这些实体或行为之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包含”、“含有”或其任何其他变化形式旨在覆盖非排他的包含，使得包括一系列要素的过程、方法、制品或设备不仅包括这些要素而且还可包括并未明确列出的或这些过程、方法、制品或设备固有的其他要素。后面跟有“包含一(个/种)”的要素在没有更多的限制情况下，不排除在含该要素的过程、方法、制品或设备中存在其他相同要素。

参考图1，附图标记10总体表示构造用于固结光纤预制件的预制件固结系统。预制件固结系统10包括向下进料柄状物12，其可在预制件固纤系统10中移动。向下进料柄状物12包括设置在管18中的柄状物14。柄状物14可以包括定位在柄状物14的各相对端处的第一端14A和第二端14B。第一端14A是顶端，第二端14B是底端。柄状物14可以由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料组成。在一个具体的实例中，柄状物14可以由石英组成。管18可以限定第一端18A和第二端18B。在具体的实例中，第一端是顶端，第二端18B是底端。另外，管18是中空的，使得在管18中限定有内部体积18C。柄状物14通过管18的内部体积18C。管18的内直径大于柄状物14的外直径，使得柄状物14可以独立于管18而在管18的内部体积18C中水平移动。管18可以由玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料组成。在一个具体的实例中，外管18可以由石英或二氧化硅玻璃组成，但是不限于此。根据各个实例，柄状物14可以从管18的第一端18A和第二端18B延伸出来。

预制件固结系统10还包括密封组件22。密封组件22被构造用于最大程度地减少或防止气体从预制件固结系统10中不受控地离开，以及防止系统10周围环境中的气体进入预制件固结系统10。密封组件22定位在柄状物14和管18周围。柄状物14可以完全延伸通过密封组件22和管18。管18可以终止在密封组件22内(即，管18的第一端18A被密封组件22包围)。如下文将更详细解释的，密封组件22的使用使得柄状物14可在管18内横向、或X-Y、水平方向移动，以及在管18内围绕Z方向旋转，同时最大程度地减少或防止气体从预制件固结系统10的顶部逸出。调整柄状物14的外直径和管18的外直径，以获得所需程度的柄状物14相对于管18的横向运动。柄状物14与管18之间的这种直径差等于预制件50与上套筒42之间的直径差(例如，小于约0.5英寸、小于约0.25英寸或小于约0.125英寸)。

顶帽26围绕管18定位，并且定位在密封组件22下方。在顶帽26与管18之间的界面处定位有密封件30。在一个实例中，密封件30可以为唇形密封件。密封件30被构造用于使管18在垂直方向(或Z方向)上滑入和滑出顶帽26或者滑动穿过顶帽26，同时保持密封件以防止预制件固结系统10中的气体逸出。密封件30可以是由弹性材料组成的径向轴封件。根据一个实例，密封件30可以是弹簧蓄能U形杯塑料密封件。在这样的实施方式中，弹簧可以提供对抗弹性体材料的自恢复方面的恢复力。根据各个实例，密封件30可以展现出低的摩擦系数。柄状物14和密封组件22可以类似地随管18在垂直方向上移动，使得密封组件22可以移向顶帽26或远离顶帽26移动。顶帽26在气体通道34上方延伸并定位在气体通道34的上方。气体通道34可以是单个开口或多个开口，以使气体受控及定向地流动。在顶帽26和气体通道34之间定位有顶帽密封件38。如下文更详细解释的，根据各个实例，顶帽密封件38可以是膨胀式密封件。顶帽密封件38被构造用于防止预制件固结系统10中的气体与环境中的气体互换。顶帽密封件38可以由其中具有内部气隙的弹性材料组成，所述内部气隙可以起到囊的作用。随着内部气隙中的压力增加，顶帽密封件38的弹性材料的尺寸增加，从而使顶帽26密封到气体通道34。顶帽密封件38可以定位在气体通道34上、上套筒42上、或顶帽26的内表面上。根据各个实例，顶帽26、气体通道34和/或顶帽密封件34可以包括通路，该通路被构造用于传递冷却剂(例如水)以使顶帽密封件38不会过热。

顶部气体通道34可以是圆柱形双壁机械装置，并且在两端具有用于安装的凸缘，其可用于将例如惰性气体供应到预制件固结系统10的炉部分。上套筒42与气体通道34流体连接。上套筒42限定了纤维预制件50可以通过的内部通路46。纤维预制件50由柄状物14的第二端14B支承。具体地，熔合的二氧化硅玻璃球基(boule)52与柄状物14的第二端14B连接，并且被构造用于保持纤维预制件50的端部。在球基52与柄状物14之间定位有挡板54。挡板54可以通过玻璃连接密封件连接到球基52。调整挡板54的尺寸并将其定位在柄状物14的第二端14B上，以抵抗内部通路46与内部体积18C之间的气体互换(例如最大程度地减少流体连通)。挡板54可以具有比管18更宽的直径。挡板54可以由石英组成。在第二端18B处，管18的外表面上定位有凸缘56。调整凸缘56的尺寸并将其构造成与靠近密封件30的顶帽26接触。在挡板54的顶表面与凸缘56的底部之间保留间隙以确保柄状物14可相对于管18移动。该间隙可以小于约0.125英寸、小于约0.09375英寸或小于约0.0625英寸。当拉动下进料柄状物12离开预制件固结系统10时(例如，当将新的纤维预制件50装入预制件固结系统10中时)，凸缘56可有利地用于保持顶帽26。当纤维预制件50下降到上套筒42中时，凸缘56将保持顶帽26，并且顶帽26将下降到气体通道34上，此时下进料柄状物12将使纤维预制件50继续下降到预制件固结系统10中。

在上套筒42下方定位有炉58。炉58被构造用于向纤维预制件50施加热，从而可以固结纤维预制件50(例如，使密度增加)。可以将炉58加热到约1500℃的温度。

现在参考图2，如上文所解释的，柄状物14延伸通过密封组件22。在密封组件22上方定位有驱动组件74。驱动组件74包括卡盘78，其通过卡盘界面82与柄状物14连接。驱动组件74可以包括两个线性平台，它们垂直堆叠并且间隔90°附接。驱动组件74被构造用于向柄状物14提供在管18内的X方向和Y方向上的移动(例如，横向移动)(即，因此使光纤预制件50在炉58内在X方向和Y方向上移动)。另外，卡盘78可以通过连接到所述两个线性平台的旋转驱动器来旋转，从而使柄状物14和光纤预制件50独立于管18、密封组件22和炉58旋转。在旋转的实施方式中，管18和/或密封组件22可以旋转地锁定。根据各个实例，卡盘78可以包括多个爪86，其被构造用于夹紧卡盘界面82。在所示的实例中，卡盘78包括三个爪86(即，在所示的截面图中仅可见到一个)，它们被构造用于围绕卡盘界面82夹紧，但是也可以具有少于或多于三个爪86。应理解的是，卡盘78可以不包括爪86，而是可以包含其他夹紧结构(例如夹具、固定件等)，这不脱离本文提供的教导。

卡盘界面82被构造用于使驱动组件74和爪86与柄状物14的第一端14A(图1)连接。卡盘界面82限定了界面主体90和界面凸缘94。界面主体90被构造成被爪86夹紧。卡盘界面82限定了孔98，并且柄状物14的第一端14A被定位在该孔98中。孔98延伸通过界面凸缘94和界面主体90。内部柄状物密封件102定位在界面主体90与柄状物14之间的孔98中。界面凸缘94从界面主体90径向向外延伸。界面凸缘94可以围绕界面主体90同样地(例如，为圆形)延伸，或者也可以设想以其他形状和构造延伸。界面凸缘94限定了凸缘面106，该凸缘面106被构造成与密封组件22连接，这在下文有更详细的解释。在卡盘界面82的顶部上定位有柄状物锁108。柄状物锁108限定了柄状物凸缘110，所述柄状物凸缘110被构造成接合由柄状物14限定的柄状物凹槽112。柄状物凸缘110与柄状物凹槽112的接合为柄状物14提供了支承，使得柄状物14可以随密封组件22在Z方向上移动。柄状物14的重量通过定位在卡盘界面82顶部上的柄状物锁108而被转移到卡盘界面82。

密封组件22被构造用于接收卡盘界面82、柄状物14和管18，同时防止气体从预制件固结系统10中逸出。密封组件22包括顶板114、密封主体118和底板122。顶板114限定了被构造用于接收卡盘界面82的卡盘孔126。卡盘孔126的直径可以大于界面主体90的直径，使得卡盘界面82可以在横向方向(例如X和Y方向)上在密封组件22内并且相对于密封组件22移动。在顶板114和密封主体118之间限定有凸缘开口130。调整凸缘开口130的尺寸以接收界面凸缘94并使界面凸缘94(即，和卡盘界面82)在水平面中相对于密封组件22横向移动。密封主体118限定密封孔134，该密封孔134连接凸缘开口130和管开口138。在密封孔134周围定位有面密封件142。面密封件142被构造成物理接触凸缘面106。面密封件142和凸缘面106被构造成提供密封连接，以防止预制件固结系统10中的气体逸出。面密封件142被构造成接触凸缘面106，使得界面凸缘94可以在密封组件22内移动，同时防止气体从管18中的内部体积18C中逸出(即，因而防止从炉58内逸出(图1))。凸缘面106在面密封件142上移动允许柄状物14在管18内平移地移动。卡盘78的旋转移动允许凸缘面106在面密封件142上旋转移动，并且使柄状物14在管18内伴随着旋转移动。根据各个实例，面密封件142可以由弹性材料组成。在另一个实例中，面密封件142可以由玻璃填充的特氟龙组成。面密封件142可以具有足够低的摩擦力(例如，静摩擦系数在约0.05至约0.2之间)，以当柄状物14受驱动组件74在管18内移动时，最大程度地减少柄状物14中的角偏转。所示的向下进料柄状物12的实例通过将面密封件142定位成紧邻驱动组件74而使水平移动期间施加于柄状物14的力矩载荷最小化。这允许面密封件142位于自由端处(例如向下进料柄状物12的柄状物14的第一端处)。

管18的第一端18A(图1)定位在密封组件22的管开口138内。密封组件22包括管密封件146，该管密封件146被设置在管18与密封主体118之间的管开口138内。管密封件146被构造用于防止管18的内部体积18C与环境之间发生气体交换。管密封件146可以由弹性部件组成。底板122限定了管锁150。管锁150被构造成接合管凹槽154。管锁150与管凹槽154的接合允许密封组件22支承管18，使得管18可随密封组件22在Z方向上移动。

现在参考图1和2，根据在预制件固结系统10内操作向下进料柄状物12的一种示例性方法，向下进料柄状物12和顶帽26以间隔开的构造定位在上套筒42和气体通道34的上方。顶帽26在凸缘56处由管18支承。将纤维预制件50装载到球基52中，然后下降到上套筒42中。随着纤维预制件50下降到上套筒42中并且进入到炉58中，顶帽26落到气体通道34的顶部周围。在炉58下方定位有气体端口36，其被构造成允许气体进入及离开预制件固结系统10。应理解的是，气体通道34可以是上套筒42的部分。一旦顶帽26落到气体通道34的顶部上，则顶帽密封件38膨胀以使顶帽26密封到上套筒42，这通过对顶帽密封件38的内部空隙加压直至其接触顶帽26并使顶帽26密封到气体通道34来进行。然后，纤维预制件50进一步下降到炉58中，同时向下进料柄状物12滑动通过低摩擦密封件30。在各种情况下，光纤预制件50的固结可以得益于使炉58内的纤维预制件50位于中心(例如通过横向或旋转移动)。在这些情况下，通过致动驱动组件74来移动支承预制件50的柄状物14，可以在炉58内横向或水平移动纤维预制件50。在纤维预制件50固结后，可以从上套筒42和炉58中移除向下进料柄状物12和顶帽26，并且可以将新的纤维预制件50附接于球基52，并重新开始该过程。

现在参考图3，该图示出了一种将光纤预制件50定位在炉58中的方法160。方法160包括步骤164、168、172、176、180和184。首先，进行步骤164：提供可与驱动组件74移动连接的卡盘界面82。如上文所解释的，卡盘界面82可以通过爪86与驱动组件74可移动地连接。接着，进行步骤168：将卡盘界面82定位在密封组件22中。然后，进行步骤172：将柄状物14连接在卡盘界面82内。如上文所解释的，光纤预制件50可以定位在与卡盘界面82相对的柄状物14的一端上。随后，进行步骤176：将柄状物14定位在管18内。接着，进行步骤180：将光纤预制件50定位在炉58中。最后，进行步骤184：将柄状物14在管18中以横向移动和旋转移动中的至少一种进行移动，以使光纤预制件50在炉58中以横向移动和旋转移动中的至少一种进行移动。应理解，虽然方法160以特定的顺序描绘和描述，但是步骤164、168、172、176、180和184可以以任何顺序以及具有中间步骤来进行。

使用本公开的预制件固结系统10可以提供多个优点。首先，使用柄状物14、密封组件22和管18允许纤维预制件50在炉58中进行X、Y和Z方向的定位和旋转，以优化预制件50的加热。如上文所解释的，驱动组件74可以向卡盘界面82提供横向运动(例如在X方向和Y方向上)，使得柄状物14可以在管18内移动以及使光纤预制件50在炉58内移动。由此，可以独立于预制件50的垂直位置而将纤维预制件50保持在炉58中的中心。另外，如上文所解释的，驱动组件74与柄状物14、密封组件22和管18的使用允许柄状物14和光纤预制件50独立于管18和炉58旋转。在炉58内旋转光纤预制件50可以有利于均匀地加热和固结光纤预制件50。第二，使用卡盘界面82、驱动组件74和密封组件22允许将低的力矩载荷施加于柄状物14。由于柄状物14可以由抗高温但抗弯曲性低的材料组成，降低柄状物14上的力矩载荷降低了柄状物14断裂和失效的风险。第三，通过利用上文提供的公开内容，密封组件22(包括面密封件142、柄状物密封件102和管密封件146)可以远离炉58的热量来定位。由于面密封件142、柄状物密封件102和管密封件146远离炉58的热和高温定位，因此密封件142、102、146可以使用低温/低成本弹性体密封件。因此，使用由低成本材料组成的标准/简单密封件，并且其可以无需频繁地更换，可以保持炉的隔离(例如气体隔离)。另外，可以消除对流体静压面密封件的需要(例如由流动空气抬起的浮动板)，这可以有助于将工艺气体保持在预制件固结系统10内。第四，密封组件22的使用允许相对于管18移动柄状物14，同时最大程度地减少工艺气体损失到环境中。

应理解，虽然本公开结合预制件固结系统10来描述，但是根据另外的实施方式，密封组件22、向下进料柄状物12、柄状物14、管18以及构造相似的零件可以以基本相同的方式用于纤维拉制炉中。与预制件固结系统10类似，纤维拉制炉可以垂直取向。密封组件22、向下进料柄状物12、柄状物14、管18以及构造相似的零件可以与结合预制件固结系统10描述的方式基本相似的方式用于防止纤维拉制炉中的工艺气体逸出。

本领域技术人员和作出或使用本公开的技术人员能够对本公开进行修改。因此，应理解，附图所示和上文所述的实施方式仅用于例示的目的，并且不旨在限制本公开的范围，根据专利法的原则(包括等同原则)所解释的，本公开的范围由所附权利要求限定。

本领域技术人员应理解，所述公开和其他部件的构造不限于任何特定材料。除非本文有另外说明，否则本文所公开的本公开的其他示例性实施方式可以由各种材料形成。

出于本公开的目的，术语“连接”(以其所有形式：连接、连接着的、相连接的等)一般意味着两个部件彼此(电气或机械地)直接或间接地连接。这种连接本质上可以是静止的或者本质上是可移动的。这种连接可以由两个部件(电气的或机械的)实现，其中任何另外的中间元件可以彼此一体地形成为单个整体，或者与两个部件一体地形成。除非另有说明，否则这种连接本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。

同样重要的是应注意，如示例性实施方式中所示，本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的一些实施方式，但是阅读本公开的本领域技术人员易于理解，可以进行许多修改(例如，对各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数的值；安装布置；材料的使用；颜色；取向等进行改变)而不实质上背离本文所述主题的新颖性教导和优点。例如，以整体形成示出的元件可以由多个零件构成，或者以多个零件示出的元件可以整体地形成，可以颠倒或以其他方式改变界面的操作，可以改变系统的结构、和/或元件、或连接件、或其他元件的长度或宽度，并且可以改变各元件之间的调节位置的性质或数目。应注意，系统的元件和/或组件可以由多种材料中的任何一种构成，这些材料在各种颜色、纹理和组合中的任何一种上提供足够的强度或耐久性。因此，所有这些修改均旨在包括在本发明的范围之内。可以对所需的示例性实施方式及其他示例性实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替代、修改、改变和省略，而不背离本发明的精神。

应理解，所述方法中的任何描述的过程或步骤可以与所公开的其他过程或步骤组合以得到本公开范围内的结构。本文公开的示例性结构和方法用于例示的目的，而不应解释为限制。

还应理解的是，可以对上述结构和方法进行各种变化和改变而不脱离本公开的概念，并且还应进一步理解的是，这种概念旨在由以下权利要求涵盖，除非这些权利要求通过其语言描述另有说明。另外，所附的权利要求被纳入本公开的具体实施方式中并且成为其组成部分。

Claims (6)

1.一种用于在炉中定位光学预制件的方法，所述方法包括：

提供能够与驱动组件移动连接的卡盘界面；

将卡盘界面定位在密封组件内；

将柄状物连接在卡盘界面内，光纤预制件定位在与卡盘界面相对的柄状物的一端上；

将柄状物定位在管中；

将光纤预制件定位在炉中；以及

将柄状物在管中以横向移动和旋转移动中的至少一种进行移动，以使光纤预制件在炉中以横向移动和旋转移动中的至少一种进行移动。

2.如权利要求1所述的方法，其中，柄状物在管中横向移动，并且柄状物的横向移动独立于所述管。

3.如权利要求2所述的方法，其中，柄状物在管中旋转移动，并且柄状物的旋转移动独立于所述管。

4.一种用于在炉中定位光学预制件的系统，包括：

向下进料柄状物，其包含：

限定了第一端和第二端的管；

柄状物，其设置在所述管中并且延伸通过所述管；和

围绕柄状物和管延伸的密封组件，所述柄状物延伸通过所述密封组件，其中所述管在密封组件内终止；

卡盘界面，其围绕柄状物定位并且定位在密封组件内；和

具有卡盘的驱动组件，所述卡盘被构造用于接收卡盘界面，其中所述驱动组件被构造成使卡盘界面在密封组件内移动并使柄状物在管内移动。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述柄状物完全延伸通过密封组件和管。

6.如权利要求4所述的系统，还包含：

管密封件，其围绕管定位并且定位在密封组件内，其中，驱动组件被构造成使柄状物在管中以横向移动和旋转移动中的至少一种进行移动。