CN110002738B - 一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，包括以下设备：熔缩车床，高温熔缩炉，外径测量仪，往返移动电机，编码器；所述改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法如下：第一步：准备过程，高温熔缩炉升温，将沉积好的空心光纤预制棒夹持在熔缩车床上；第二步：熔缩过程，在高温的作用下将不断旋转的空心预制棒加热至2000～2300℃，使预制棒在高温下软化。该改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法通过在高温熔缩炉配置外径测量仪，并和高温熔缩炉固定在一起，跟随高温熔缩炉同步移动，利用外径测量仪对熔缩过程中光纤预制棒的直径进行实时测量，同时利用高温熔缩炉和往返移动电机上的编码器，对高温熔缩炉移动过程中的位置信息进行准确定位。
Description
技术领域
本发明涉及光纤预制棒制造技术领域，具体为一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法。
背景技术
目前主要使用的光纤预制棒芯棒制造工艺共有两类，分别为外部气相沉积法和管内气相沉积法，管内法工艺是将源料通入衬底管内，在衬底管内壁进行气相沉积的一种工艺方法，沉积完成后的预制棒为空心管状，还需要经过高温熔缩，将空心棒塌缩成实心后，整个预制棒芯棒工艺才算完成。
在光纤预制棒熔缩工艺中，一般需要经过多次往返，在保证预制棒圆度的情况下逐步缩小预制棒中心的孔径，直至满足烧实的要求，同时在光纤预制棒熔缩过程中，高温会造成掺杂剂的分解、升华，这将使芯层中心部分的材料成份发生变化，导致光纤预制棒中心的折射率下降，为消除这种现象，一般通过向管内送入含氟气体的方法来解决，但是单位面积的玻璃层通过的含氟气体量和进入空心预制棒的孔径大小有直接的关系，含氟气体不足，则会欠腐蚀，过多，则会过腐蚀，另外在熔缩工艺中，为了控制预制棒拉制成光纤的几何参数，需在熔缩过程中保持空心预制棒内有一个微正压，但在受压力的波动等因素的影响，容易造成预制棒内孔在缩棒过程中的不均匀，这种不均匀经多次塌缩后，会造成内孔直径不均匀的进一步放大，直接影响到腐蚀工艺的均匀性，造成腐蚀量的轴向不均匀，最终影响到光纤中心折射率剖面的均匀性，对光纤带宽特性的一致性造成比较大的影响，对光纤的合格率造成不利的影响，因此，在管内气相沉积工艺制造光纤预制棒芯棒过程中，如何控制熔缩工艺进程，保证腐蚀工艺刻蚀量的稳定性，使得制作的预制棒芯棒中心折射率分布具有良好的轴向均匀性是十分关键的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，解决了因气流波动，熔缩炉温度、速度的波动，以及返程点由于移动速度的变化导致的熔缩炉温度波动等所造成预制棒内孔在缩棒过程中的不均匀的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，包括以下设备：熔缩车床，高温熔缩炉，外径测量仪，往返移动电机，编码器；
所述改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法如下：
第一步：准备过程
高温熔缩炉升温，将沉积好的空心光纤预制棒夹持在熔缩车床上；
第二步：熔缩过程
在高温的作用下将不断旋转的空心预制棒加热至2000～2300℃，使预制棒在高温下软化；
第三步：调整过程
在熔缩时，外径测量仪测量熔缩过程中光纤预制棒的实时直径，同时编码器定位高温熔缩炉移动过程中的位置信息，并通过PLC进行偏差计算和调整；
第四步：腐蚀工艺
将空心预制棒的内孔逐步熔缩缩小至1.5～3mm后，在对预制棒烧实前通入含氟气体，对预制棒中心SiO2玻璃进行刻蚀；
所述第三步包括以下步骤：
T1：在预热行程中，自预制棒行程起端位置开始，每隔一个固定间隔l生成一个高温熔缩炉的位置信息，并记录预热行程中移动至该位置时外径测量仪测得的光纤预制棒的直径数值aj，直至L-l-m-n位置；
T2：取aj中的最大值，记为MaxD，计算各个aj值和MaxD的相对偏差绝对值，记为δj，
T3：在工艺行程中，根据预设的速度V进行速度偏差调整；
所述T3包含以下规则：
R1：在终端至L-l-m-n位置之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R2：在位置至起端之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R3：在L-l-m-n位置至位置之间的各个位置记录点Vj＝V×(1+δj)×α×β；
R4：位置记录点之间的速度Vx采用前后记录点的速度Vj及Vj-1进行插值运算。
优选的，所述第二步包括以下步骤：
S1：预热行程：高温熔缩炉以较快速度(100～5000mm/min)移动；
S2：工艺行程：从预热行程结束开始，高温熔缩炉以较慢速度(1～60mm/min)移动，使预制棒在高温作用下发生熔融收缩。
优选的，所述外径测量仪和高温熔缩炉固定在一起，并跟随高温熔缩炉同步移动，同时在熔缩炉高温区内选取直径测量参考点。
优选的，所述直径测量参考点采用奇偶熔缩行程前后调整0.5倍的固定间隔的方法。
优选的，所述第三步采用在预热行程中外径测量仪测得的直径为计算依据，对后续的工艺行程中熔缩高温炉的移动速度进行调整。
优选的，所述高温熔缩炉和往返移动电机均配置有编码器。
优选的，所述第三步仅对空心预制棒收缩进程进行速度调整，并不影响腐蚀工艺，烧实工艺中高温熔缩炉的移动速度，也不影响工艺行程两端调速点外侧的高温熔缩炉的移动速度。
有益效果如下：
1、该改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法可逐步消除预制棒熔缩过程中的轴向不均匀，进而保证腐蚀工艺中对芯层玻璃腐蚀量的均匀，使得制作的预制棒芯棒中心折射率分布具有良好的轴向均匀性。
2、该改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法通过在高温熔缩炉配置外径测量仪，并和高温熔缩炉固定在一起，跟随高温熔缩炉同步移动，利用外径测量仪对熔缩过程中光纤预制棒的直径进行实时测量，同时利用高温熔缩炉和往返移动电机上的编码器，对高温熔缩炉移动过程中的位置信息进行准确定位。
3、该改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法通过PLC在预热行程每隔一个固定位置对光纤预制棒的直径进行测量，并根据各个位置的直径偏差，以及下一个工艺行程预设的待熔缩光纤预制棒内的管压，计算生成各个位置点的速度偏差调整值，同时根据计算生成的速度偏差调整值进行插值运算，对工艺行程中高温熔缩炉的移动速度进行偏差调整，逐步消除上一个熔缩工艺行程造成的光纤预制棒的直径偏差，进而逐步消除预制棒熔缩过程中的轴向不均匀，对拉制的光纤品质的稳定性有着非常有益的提升。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
下面将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。
请参阅图1，一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，包括以下设备：熔缩车床，高温熔缩炉，外径测量仪，往返移动电机，编码器；高温熔缩炉和往返移动电机均配置有编码器，可根据读取到的编码器信息准确定位高温熔缩炉移动过程中的位置信息，同时为准确定位高温熔缩炉移动过程中的位置信息，以便准确定点调整高温熔缩炉的移动速度，另外本发明除增加光纤预制棒直径测量仪外，编码器是伺服电机的常规配置，并不增加其他硬件成本，软件上仅需对现有PLC自动控制程序进行调整，可实施性高，外径测量仪和高温熔缩炉固定在一起，并跟随高温熔缩炉同步移动，同时在熔缩炉高温区内选取直径测量参考点，优选高温区中心，直径测量参考点采用奇偶熔缩行程前后调整0.5倍的固定间隔的方法，即奇数熔缩往返中的直径测量起点为s+l，偶数熔缩往返中的直径测量起点为s+1.5×l，防止直径测量参考点盲区带来的累计偏差，
改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法如下：
第一步：准备过程
高温熔缩炉升温，将沉积好的空心光纤预制棒夹持在熔缩车床上；
第二步：熔缩过程
在高温的作用下将不断旋转的空心预制棒加热至2000～2300℃，使预制棒在高温下软化；第二步包括以下步骤：
S1：预热行程：高温熔缩炉以较快速度(100～5000mm/min)移动；
S2：工艺行程：从预热行程结束开始，高温熔缩炉以较慢速度(1～60mm/min)移动，使预制棒在高温作用下发生熔融收缩，
第三步：调整过程
在熔缩时，外径测量仪测量熔缩过程中光纤预制棒的实时直径，同时编码器定位高温熔缩炉移动过程中的位置信息，并通过PLC进行偏差计算和调整；第三步包括以下步骤：
T1：在预热行程中，自预制棒行程起端位置开始，每隔一个固定间隔l生成一个高温熔缩炉的位置信息，并记录预热行程中移动至该位置时外径测量仪测得的光纤预制棒的直径数值aj，直至L-l-m-n位置；
T2：取aj中的最大值，记为MaxD，计算各个aj值和MaxD的相对偏差绝对值，记为δj，
T3：在工艺行程中，根据预设的速度V进行速度偏差调整，s为前一个工艺行程起端变速长度，大小可由PLC自动控制程序外部给定，和光纤预制棒起端沉积量及熔缩起端位置有关，本预热行程为首个预热行程的，s取0值；i为当前熔缩工艺往返行程的序号；j为记录光纤预制棒直径数值的位置序号；L为高温熔缩炉行程总长度；m为前一个工艺行程终端变速长度，大小可由PLC自动控制程序外部给定，和光纤预制棒终端沉积量及熔缩终端位置有关，本预热行程为首个预热行程的，m取0值；n为位置调节长度，由PLC自动控制程序根据L，s，l，m的值进行计算，对单数熔缩行程，是的余数，对双数熔缩行程，是/>的余数，0≤n<l，固定间隔l的大小可由PLC自动控制程序外部给定，一般可根据高温炉的热区长度确定，如石墨高温炉热区较长，该固定间隔可为20～50mm，而氢氧火焰炉热区较短，该固定间隔可为5～10mm，T3包含以下规则：
R1：在终端至L-l-m-n位置之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R2：在位置至起端之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R3：在L-l-m-n位置至位置之间的各个位置记录点Vj＝V×(1+δj)×α×β；
R4：位置记录点之间的速度Vx采用前后记录点的速度Vj及Vj-1进行插值运算，α为组份系数，和光纤预制棒掺杂组份有关，掺杂组份导致玻璃粘度发生变化，粘度越低，α越大，对于固定组份的光纤预制棒，α为固定值，0<α<10；其中β为管压系数，和光纤预制棒工艺行程中的管压有关，管压越低，β越大，该值为经验系数，根据确定组份的光纤预制棒熔缩收缩率与管压的关系确定，0<β<10，第三步采用在预热行程中外径测量仪测得的直径为计算依据，对后续的工艺行程中熔缩高温炉的移动速度进行调整，为避免光纤预制棒直径在预制棒收缩过程中测量的不准确性，第三步仅对空心预制棒收缩进程进行速度调整，并不影响腐蚀工艺，烧实工艺中高温熔缩炉的移动速度，也不影响工艺行程两端调速点外侧的高温熔缩炉的移动速度；
第四步：腐蚀工艺
将空心预制棒的内孔逐步熔缩缩小至1.5～3mm后，在对预制棒烧实前通入含氟气体，对预制棒中心SiO2玻璃进行刻蚀。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，其特征在于：包括以下设备：熔缩车床，高温熔缩炉，外径测量仪，往返移动电机，编码器；
所述改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法如下：
第一步：准备过程
高温熔缩炉升温，将沉积好的空心光纤预制棒夹持在熔缩车床上；
第二步：熔缩过程
在高温的作用下将不断旋转的空心预制棒加热至2000～2300℃，使预制棒在高温下软化；
第三步：调整过程
在熔缩时，外径测量仪测量熔缩过程中光纤预制棒的实时直径，同时编码器定位高温熔缩炉移动过程中的位置信息，并通过PLC进行偏差计算和调整；
第四步：腐蚀工艺
将空心预制棒的内孔逐步熔缩缩小至1.5～3mm后，在对预制棒烧实前通入含氟气体，对预制棒中心SiO2玻璃进行刻蚀；
所述第三步包括以下步骤：
T1：在预热行程中，自预制棒行程起端位置开始，每隔一个固定间隔l生成一个高温熔缩炉的位置信息，并记录预热行程中移动至该位置时外径测量仪测得的光纤预制棒的直径数值aj，直至L-l-m-n位置；
T2：取aj中的最大值，记为MaxD，计算各个aj值和MaxD的相对偏差绝对值，记为δj，
T3：在工艺行程中，根据预设的速度V进行速度偏差调整，s为前一个工艺行程起端变速长度，大小由PLC自动控制程序外部给定，和光纤预制棒起端沉积量及熔缩起端位置有关，本预热行程为首个预热行程的，s取0值；i为当前熔缩工艺往返行程的序号；j为记录光纤预制棒直径数值的位置序号；L为高温熔缩炉行程总长度；m为前一个工艺行程终端变速长度，大小由PLC自动控制程序外部给定，和光纤预制棒终端沉积量及熔缩终端位置有关，本预热行程为首个预热行程的，m取0值；n为位置调节长度，由PLC自动控制程序根据L，s，l，m的值进行计算，对单数熔缩行程，是的余数，对双数熔缩行程，是/>的余数，0≤n<l，固定间隔l的大小由PLC自动控制程序外部给定，一般根据高温炉的热区长度确定，石墨高温炉固定间隔为20～50mm，氢氧火焰炉固定间隔为5～10mm；
所述T3包含以下规则：
R1：在终端至L-l-m-n位置之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R2：在位置至起端之间，高温熔缩炉移动速度Vx＝V；
R3：在L-l-m-n位置至位置之间的各个位置记录点Vj＝V×(1+δj)×α×β；
R4：位置记录点之间的速度Vx采用前后记录点的速度Vj及Vj-1进行插值运算，α为组份系数，和光纤预制棒掺杂组份有关，α为固定值，0<α<10；β为管压系数，和光纤预制棒工艺行程中的管压有关，0<β<10。
2.根据权利要求1所述的一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，其特征在于：所述第二步包括以下步骤：
S1：预热行程：高温熔缩炉以100～5000mm/min移动；
S2：工艺行程：从预热行程结束开始，高温熔缩炉以1～60mm/min移动，使预制棒在高温作用下发生熔融收缩。
3.根据权利要求1所述的一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，其特征在于：所述外径测量仪和高温熔缩炉固定在一起，并跟随高温熔缩炉同步移动，同时在熔缩炉高温区内选取直径测量参考点。
4.根据权利要求1所述的一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，其特征在于：所述高温熔缩炉和往返移动电机均配置有编码器。
5.根据权利要求1所述的一种改善预制棒芯棒均匀性的熔缩方法，其特征在于：所述第三步仅对空心预制棒收缩进程进行速度调整，并不影响腐蚀工艺，烧实工艺中高温熔缩炉的移动速度，也不影响工艺行程两端调速点外侧的高温熔缩炉的移动速度。
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