CN111233315B - 预制棒延伸装置及其延伸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供包括机架本体和设置在所述机架本体上的卡盘组件、测径组件、热源组件及控制器，所述卡盘组件同轴设置于所述机架本体的两端以形成装棒区，所述卡盘组件用于夹装和延伸预制棒，所述测径组件设置于所述装棒区的两侧，所述测径组件的检测信号沿所述装棒区的径向发出以检测预制棒的棒径，所述热源组件设置于所述装棒区的任意一侧，所述热源组件用于灼烧预制棒以便于所述卡盘组件对预制棒进行延伸，所述控制器分别与所述卡盘组件、测径组件及热源组件连接以对各组件的移动进行控制。本发明的预制棒延伸装置成本低，等离子热源无OH氛围，不会带来产品水峰影响，等离子热源控制精度高，不受限于设备的摆放位置。

Description

预制棒延伸装置及其延伸方法

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种预制棒延伸装置及其延伸方法。

背景技术

光纤预制棒在加工拉伸过程中，通常通过火焰或者加热炉作为热源以进行预制棒的拉伸工作，目前主要加工工艺依靠氢氧火焰或者加热电炉作为热源。由于氢气热值相对较低，表面结构火焰温度低，传统的氢氧焰在实际加工大尺寸预制棒过程中，一般火焰温度达到1800～2000℃，加热区间的控制范围较小(可达到20～100mm)，但考虑OH的带入影响，水峰容易超标，存在加热效率低、耗时长、燃料使用量大等缺陷；在光纤行业，加热电炉应用广泛，传统的加热电炉温度略高，可达到2200℃的温度，主要包含感应炉和石墨电阻炉两种形式。实际使用过程，感应加热电炉依托高纯石墨材作为感应坩埚，通过热辐射将热量传递给预制棒，存在能耗大、高纯石墨成本高、热区间大及拆炉维护时间长的问题。石墨电阻炉依靠直流通过毫欧级高纯石墨材形成热源，并通过热辐射将热量传递给预制棒。石墨炉成本高昂，同时炉子内部的气体流场紊乱容易加速石墨烧损，造成预制棒棒体发黄、析晶等异常。加热电炉的热区控制较大(一般180mm以上)因此预制棒延伸精度控制难度较大。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种光纤预制棒延伸装置，其延伸精度高易于控制。

本发明提供一种预制棒延伸装置，包括机架本体和设置在所述机架本体上的卡盘组件、测径组件、热源组件及控制器，所述卡盘组件同轴设置于所述机架本体的两端以形成装棒区，所述卡盘组件用于夹装和延伸预制棒，所述测径组件设置于所述装棒区的两侧，所述测径组件的检测信号沿所述装棒区的径向发出以检测预制棒的棒径，所述热源组件设置于所述装棒区的任意一侧，所述热源组件用于灼烧预制棒以便于所述卡盘组件对预制棒进行延伸，所述控制器分别与所述卡盘组件、测径组件及热源组件连接以对各组件的移动进行控制。

进一步的，所述卡盘组件包括第一卡盘组件和第二卡盘组件，所述第一卡盘组件包括第一卡盘和夹持件，所述第二卡盘组件包括第二卡盘和固定件，所述第一卡盘和第二卡盘相对设置于所述机架本体的两端，所述夹持件和固定件分别装设于所述第一卡盘和第二卡盘上，所述夹持件用于夹装待延伸的预制棒的一端，所述固定件用于与待延伸预制棒的另一端连接以对预制棒进行拉伸。

进一步的，所述卡盘组件还包括驱动装置，所述驱动装置包括第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机和第二伺服电机均设置于所述机架本体上，所述第一伺服电机与所述第一卡盘连接，所述第二伺服电机与所述第二卡盘连接，所述第一伺服电机和第二伺服电机均与所述控制器连接以控制所述第一卡盘和第二卡盘同步转动、单个移动或同向移动。

进一步的，所述测径组件包括测径仪与第三伺服电机，所述测径仪与第三伺服电机连接，所述测径仪与第三伺服电机均与所述控制器连接，所述测径仪设置于所述机架本体上且位于所述装棒区的两侧以测量预制棒的外径尺寸，所述第三伺服电机用于驱动所述测径仪在所述机架本体上移动以检测预制棒不同部位的外径尺寸。

进一步的，所述热源组件包括等离子燃烧器与第四伺服电机，所述等离子燃烧器设置于所述装棒区的一侧，所述等离子燃烧器与第四伺服电机连接，所述第四伺服电机与所述控制器连接，所述第四伺服电机用于驱动所述等离子燃烧器在所述机架本体上移动。

进一步的，所述等离子燃烧器在所述机架本体上的移动速度为5mm/min～1000mm/min。

进一步的，所述等离子燃烧器包括石英管与紫铜线圈，所述紫铜线圈盘绕在所述石英管的外侧，所述紫铜线圈为中空结构。

进一步的，所述等离子燃烧器还包括冷却装置，所述冷却装置与紫铜线圈连接，所述冷却装置用于在所述紫铜线圈内通入冷却介质以对所述等离子燃烧器进行冷却。

进一步的，所述热源组件还包括气体供应系统与电源供给系统，所述气体供应系统与电源供给系统均与所述等离子燃烧器连接，所述气体供应系统用于为所述等离子燃烧器提供气体，所述电源供给系统用于给所述等离子燃烧器提供高频电流。

进一步的，所述气体供应系统提供的气体包括Ar、N₂、O₂、He及CDA其中的一种或者多种气体的混合。

进一步的，所述电源供给系统的工作频率范围1MHZ～30MHZ，功率范围30KW～500KW。

一种所述的预制棒延伸装置的应用方法，具体包括以下步骤：

步骤1，开启冷却装置并对等离子燃烧器进行预热；

步骤2，在夹持件上装夹预制棒，控制第一卡盘和第二卡盘开始同步转动；

步骤3，将固定件与预制棒的一端熔接在一起，控制第一卡盘和第二卡盘停止旋转；

步骤4，控制测径仪测量预制棒的棒径；

步骤5，根据测径仪测量的参数，切换到与之对应的工艺条件，控制等离子燃烧器移动到预制棒待延伸位置；

步骤6，控制等离子燃烧器对预制棒进行灼烧，控制第二卡盘进行延伸动作，同时测径仪与等离子燃烧器之间维持一定距离并跟随等离子燃烧器运动；

步骤7，根据步骤S36测径仪测量的参数与第一次测量的参数进行对比，调整等离子燃烧器与第二卡盘的移动速度；

步骤8，循环步骤S36和步骤S37直至达到需要的目标棒径；

步骤9，达到目标棒径后，维持第一卡盘和第二卡盘旋转状态并在预制棒冷却后关闭。

本发明提供的预制棒延伸装置以等离子体作为能源，其运行成本低于电炉加热或者氢气天然气喷灯加热系统，等离子热源无OH氛围，用于预制棒延伸不会带来产品水峰影响，等离子热源控制精度高，其火焰温度高于电炉温度和一般氢气、天然气喷灯加热系统，本装置不受限于设备水平或者垂直方式，均可以实施。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的预制棒延伸装置的结构示意图。

图2为本发明一实施方式中的预制棒延伸装置的工艺流程图。

图3为本发明一实施方式中的预制棒延伸装置的延伸方法的流程图。

主要元件符号说明

预制棒延伸装置	100
		卡盘组件	10
第一卡盘组件	11
		第一卡盘	111
夹持件	112
		第二卡盘组件	12
第二卡盘	121
		固定件	122
测径组件	20
		测径仪	21
热源组件	30
		等离子燃烧器	31

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

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。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1为本发明一实施方式中的预制棒延伸装置100的结构示意图，所述预制棒延伸装置100用于加工预制棒，将大尺寸预制棒拉伸为需要的目标尺寸。所述预制棒延伸装置100包括机架本体(图未示)、卡盘组件10、测径组件20、热源组件30及控制器，所述卡盘组件10、测径组件20、热源30及控制器均设置在所述机架本体上。

所述机架本体主要用于安装所述预制棒延伸装置100的各个部件，预制棒延伸装置100可以为水平方向、垂直方向或者其他方向放置。

所述卡盘组件10包括第一卡盘组件11、第二卡盘组件12及驱动装置(图未示)，所述第一卡盘组件11与第二卡盘组件12同轴设置于所述机架本体的两端以形成装棒区，所述装棒区为所述第一卡盘组件11和第二卡盘组件12之间的区域。以预制棒的延伸方向限定所述卡盘组件和装棒区的主轴，所述装棒区的主轴位置与所述卡盘组件的主轴位置相同。所述第一卡盘组件11包括第一卡盘111及夹持件112，所述第一卡盘111设置于所述机架本体的一端，所述夹持件112的一端与所述第一卡盘111固定，另一端用于装夹待延伸的预制棒。所述第二卡盘组件12包括第二卡盘121及固定件122，所述第二卡盘121设置于所述机架本体的另一端且与所述第一卡盘111相对设置，所述固定件122的一端与所述第二卡盘121固定，另一端用于与待延伸预制棒的一端连接以对预制棒进行拉伸。所述驱动装置包括第一伺服电机及第二伺服电机，所述第一伺服电机和第二伺服电机均设置于所述机架本体上，所述第一卡盘111与所述第一伺服电机的连接，所述第二卡盘121与所述第二伺服电机连接。由所述第一伺服电机和第二伺服电机驱动所述第一卡盘111和第二卡盘121同步转动，所述第一伺服电机和第二伺服电机分别经联轴器与对应的丝杆连接，通过相对应的丝杆滑块驱动所述第一卡盘111与第二卡盘121单个移动或同向移动。所述测径组件20与热源30均采用上述伺服电机与丝杆配合的方式在所述机架本体上移动，以下不再赘述。

所述测径组件20包括测径仪21及第三伺服电机(图未示)，所述测径仪21与第三伺服电机均安装于所述机架本体上，所述第三伺服电机与所述测径仪21连接。所述测径仪21包括两个测径组件211，所述测径组件211相对设置在所述装棒区的两侧，所述测径仪21用于测量预制棒的棒径。所述第三伺服电机用于驱动所述测径仪21在待延伸预制棒的两侧沿所述装棒区的主轴方向做往返运动。在本实施方式中，所述测径仪21为非接触式CCD扫描激光测径仪。

所述热源30包括等离子燃烧器31、气体供应系统(图未示)、电源供给系统(图未示)及第四伺服电机(图未示)。所述等离子燃烧器设置于所述装棒区的一侧，所述等离子燃烧器31与所述第四伺服电机装设于所述机架本体上，所述等离子燃烧器31与所述第四伺服电机连接，所述第四伺服电机用于驱动所述等离子燃烧器31在所述装棒区的一侧移动，移动速度为5mm/min～1000mm/min，所述气体供应系统与电源供给系统均与所述等离子燃烧器31连接。所述等离子燃烧器31包括石英管、紫铜线圈、电源激发装置、点火装置、高频装置及冷却装置(均图未示)。所述石英管的外侧设置有一匝或多匝所述紫铜线圈，所述紫铜线圈为中空结构，所述电源供给系统提供的电源输入所述电源激发装置后变为高压电源，高压电源输入所述高频装置形成高频电源，在所述紫铜线圈上耦合形成高频感应磁场，进而激发气体形成等离子体。所述点火装置用于释放电弧以激发等离子体进而形成热量高度集中的等离子体火焰；所述高频装置还可用于对高频磁场进行调节以控制火焰形状和功率。所述冷却装置通过软水管与所述紫铜线圈连接，所述冷却装置用于在所述紫铜线圈内通入冷却介质以对所述等离子燃烧器进行冷却，在本实施方式中，所述冷却装置为冷水机，所述石英管可替换为陶瓷管。

所述气体供应系统包括依次连接的气体供应装置、质量流量计及气体管路，所述气体供应装置通过所述气体管路与所述等离子燃烧器31连接，所述质量流量计用于精准控制气体的流量，其控制精度为0.25％FS，所述气体供应装置内的气体包括Ar、N₂、O₂、He及CDA其中的一种或者多种气体的混合。

所述电源供给系统用于给所述石英管提供高频电流，所述电源供给系统通过柔性电缆输出，经过运动拖链连接到所述紫铜线圈，保证电力输送。所述电源供给系统的工作频率为1MHZ～30MHZ，功率为30KW～500KW。

所述测径仪21、各个伺服电机、等离子燃烧器31、气体供应系统及电源供应系统均与所述控制器连接。所述控制器用于控制各部分的运行。所述控制器中存储有各尺寸预制棒延伸时所需的所述等离子燃烧器31的功率以及移动速度，通过所述测径仪21测量的参数以对所述等离子燃烧器31的功率和移动速度进行相应的调整。

请一并参阅图2和图3，本发明还提供一种上述预制棒延伸装置的预制棒延伸方法，具体包括以下步骤：

S31，开启冷却装置并对等离子燃烧器进行预热；

S32，在第一卡盘中通过夹持件装夹待延伸预制棒，在第二卡盘中安装固定件，移动第一卡盘和第二卡盘，控制待延伸预制棒与固定件之间的间距，控制第一卡盘和第二卡盘开始同步转动；

S33，控制等离子燃烧器的位置使其对准并灼烧待延伸预制棒靠近固定件的一端，控制第二卡盘向第一卡盘位置移动，使固定件与待延伸预制棒的一端熔接在一起，控制第一卡盘和第二卡盘停止旋转，关闭等离子燃烧器；

S34，控制测径仪从待机位置移动到带延伸预制棒靠近夹持件的一端，根据待延伸预制棒的长度设定移动距离，测径仪移动到延伸预制棒的另一端并完成整个过程的参数计算，而后测径仪自动返回待机位置；

S35，根据测径仪测量的待延伸预制棒的外径尺寸，按程序设定切换到相对应的等离子燃烧器功率及等离子燃烧器移动速度，控制等离子燃烧器移动到预制棒待延伸位置；

S36，开启等离子燃烧器，预热后开始灼烧，根据测径仪测量的参数，控制第二卡盘进行拉伸动作，同时测径仪与等离子燃烧器之间维持一定距离并跟随等离子燃烧器运动；

S37，根据步骤S36测径仪测量的参数与第一次测量的参数进行对比，调整等离子燃烧器与第二卡盘的移动速度；

S38，循环步骤S36和步骤S37直至达到需要的目标棒径；

S39，达到目标棒径后，维持等离子燃烧器保持在低流量和低功率的状态并退火，维持第一卡盘和第二卡盘旋转状态并在冷却后关闭。

所述步骤S32中第一卡盘和第二卡盘在夹装预制棒前会使用标准棒以及千分表进行卡盘精度调节，使第一卡盘和第二卡盘的跳动范围小于1mm。

所述步骤S34中的参数计算为根据预制棒的外径尺寸及长度计算预制棒的体积，根据拉伸前后等体积的原理由此确定第二卡盘的移动速速。

所述步骤S36中测径仪与等离子燃烧器的跟随距离设定在10-20mm。

表1为预制棒尺寸与等离子燃烧器功率以及融化时长的参数。

表2为所述预制棒延伸装置100进行个尺寸预制棒延伸的实测数据，从表2可知，所述预制棒延伸装置100进行预制棒延伸的控制精度高。

序号	预制棒尺寸	目标棒径	棒径偏差
				1	Φ80mm	Φ50mm	±0.15
2	Φ120mm	Φ50mm	±0.2
				3	Φ150mm	Φ50mm	±0.25
4	Φ180mm	Φ150mm	±0.3
				5	Φ200mm	Φ150mm	±0.5

本发明提供的预制棒延伸装置以等离子体作为能源，其运行成本低于电炉加热或者氢气天然气喷灯加热系统，等离子热源无OH氛围，用于预制棒延伸不会带来产品水峰影响，等离子热源控制精度高，其火焰温度高于电炉温度和一般氢气、天然气喷灯加热系统，本装置不受限于设备水平或者垂直方式，均可以实施。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种预制棒延伸装置，其特征在于：包括机架本体和设置在所述机架本体上的卡盘组件、测径组件、热源组件及控制器，所述卡盘组件同轴设置于所述机架本体的两端以形成装棒区，所述卡盘组件用于夹装和延伸预制棒，所述测径组件设置于所述装棒区的两侧，所述测径组件的检测信号沿所述装棒区的径向发出以检测预制棒的棒径，所述热源组件设置于所述装棒区的任意一侧，所述热源组件用于灼烧预制棒以便于所述卡盘组件对预制棒进行延伸，所述控制器分别与所述卡盘组件、测径组件及热源组件连接以对各组件的移动进行控制；

所述热源组件包括等离子燃烧器，所述等离子燃烧器设置于所述装棒区的一侧；

所述测径组件包括测径仪，所述测径仪与所述等离子燃烧器之间维持一定距离并跟随所述等离子燃烧器运动；

所述控制器中存储有各尺寸预制棒延伸时所需的所述等离子燃烧器的功率以及移动速度，通过所述测径仪每次测量的参数，所述控制器对所述等离子燃烧器的功率和移动速度进行调整，直至达到需要的目标棒径。

2.如权利要求1所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述卡盘组件包括第一卡盘组件和第二卡盘组件，所述第一卡盘组件包括第一卡盘和夹持件，所述第二卡盘组件包括第二卡盘和固定件，所述第一卡盘和第二卡盘相对设置于所述机架本体上，所述夹持件和固定件分别装设于所述第一卡盘和第二卡盘上，所述夹持件用于夹装待延伸的预制棒的一端，所述固定件用于与待延伸预制棒的另一端连接以对预制棒进行拉伸。

3.如权利要求2所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述卡盘组件还包括驱动装置，所述驱动装置包括第一伺服电机和第二伺服电机，所述第一伺服电机和第二伺服电机均设置于所述机架本体上，所述第一伺服电机与所述第一卡盘连接，所述第二伺服电机与所述第二卡盘连接，所述第一伺服电机和第二伺服电机均与所述控制器连接以控制所述第一卡盘和第二卡盘同步转动、单个移动或同向移动。

4.如权利要求1所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述测径组件包括第三伺服电机，所述测径仪与第三伺服电机连接，所述测径仪与第三伺服电机均与所述控制器连接，所述测径仪设置于所述机架本体上且位于所述装棒区的两侧以测量预制棒的外径尺寸，所述第三伺服电机用于驱动所述测径仪在所述机架本体上移动以检测预制棒不同部位的外径尺寸。

5.如权利要求1所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述热源组件包括第四伺服电机，所述等离子燃烧器与第四伺服电机连接，所述第四伺服电机与所述控制器连接，所述第四伺服电机用于驱动所述等离子燃烧器在所述机架本体上移动。

6.如权利要求5所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述等离子燃烧器在所述机架本体上的移动速度为5mm/min~1000mm/min。

7.如权利要求5所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述等离子燃烧器包括石英管与紫铜线圈，所述紫铜线圈盘绕在所述石英管的外侧，所述紫铜线圈为中空结构。

8.如权利要求7所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述等离子燃烧器还包括冷却装置，所述冷却装置与紫铜线圈连接，所述冷却装置用于在所述紫铜线圈内通入冷却介质以对所述等离子燃烧器进行冷却。

9.如权利要求5所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述热源组件还包括气体供应系统与电源供给系统，所述气体供应系统与电源供给系统均与所述等离子燃烧器连接，所述气体供应系统用于为所述等离子燃烧器提供气体，所述电源供给系统用于给所述等离子燃烧器提供高频电流。

10.如权利要求9所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述气体供应系统提供的气体包括Ar、N₂、O₂、He及CDA其中的一种或者多种气体的混合。

11.如权利要求9所述的预制棒延伸装置，其特征在于：所述电源供给系统的工作频率范围1MHZ~30MHZ，功率范围 30KW~500KW。

12.一种如权利要求1-11任意一项所述的预制棒延伸装置的应用方法，具体包括以下步骤：

步骤1，开启冷却装置并对等离子燃烧器进行预热；

步骤2，在夹持件上装夹预制棒，控制第一卡盘和第二卡盘开始同步转动；

步骤3，将固定件与预制棒的一端熔接在一起，控制第一卡盘和第二卡盘停止旋转；

步骤4，控制测径仪测量预制棒的棒径；

步骤5，根据测径仪测量的参数，切换到与之对应的工艺条件，控制等离子燃烧器移动到预制棒待延伸位置；

步骤6，控制等离子燃烧器对预制棒进行灼烧，控制第二卡盘进行延伸动作，同时测径仪与等离子燃烧器之间维持一定距离并跟随等离子燃烧器运动；

步骤7，根据步骤6测径仪测量的参数与第一次测量的参数进行对比，调整等离子燃烧器与第二卡盘的移动速度；

步骤8，循环步骤6和步骤7直至达到需要的目标棒径；

步骤9，达到目标棒径后，维持第一卡盘和第二卡盘旋转状态并在预制棒冷却后关闭。