CN112624601A - 一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置，涉及光学器件制造技术领域，该方法包括将玻璃原料输送至拉丝炉内；在拉丝炉内熔化玻璃原料得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料。向拉丝炉内输送玻璃原料的过程中，先进入拉丝炉内的玻璃原料先熔化，熔融态原料在拉丝炉内拉丝成型，随着玻璃原料全部输送进拉丝炉，后进入拉丝炉的玻璃原料再依次熔化、拉丝成型。在拉丝炉内一次完成玻璃原料的熔化和拉丝成型，制备效率高，全部的玻璃原料熔化后拉丝成型，最大限度地提升了材料的利用率，有效降低单件成本。本制备方法简单、高效，安全可靠，操作性强，制备条件易于实现，更适合批量制作，使得批量制作成本得以控制。

Description

一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置

技术领域

本申请涉及光学器件制造技术领域，具体涉及一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置。

背景技术

C-lens材料的丝径加工工艺目前基本采用以下两种方式：一是采用传统的切削和滚圆的冷加工方式，先借助外圆切割机将玻璃毛坯进行固定尺寸的分切，再借助内圆切割机将分切的玻璃毛坯切割成小块料，然后在无心磨床上对小块料进行滚圆，从而实现相应的直径精度及光洁度要求。这种方式单件加工，批量生产时需频繁地切割、滚圆，材料磨削量较大，造成材料的大量损耗，同时，加工效率低下，从而导致C-lens材料的利用率低、制成的柱状透镜产品单件成本高。二是采用模具浇注成型的热加工方式，其主要通过玻璃毛坯分切、分切后熔铸、精密退火及化学微蚀，最终达到需要的直径及光学等级要求。但通过模具浇铸成型的制备流程较长、过程复杂，工艺控制精度要求高，产品质量不稳定，量产速度受限。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置，能够提高制备丝径的质量稳定性和加工效率，降低加工成本。

本申请实施例的一方面，提供了一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法，包括将玻璃原料输送至拉丝炉内；在拉丝炉内熔化玻璃原料得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料。

可选地，将玻璃原料输送至拉丝炉内包括：通过进给装置悬挂玻璃原料，并将玻璃原料以预设进给速度送入拉丝炉内；其中，预设进给速度为2mm/s～4mm/s。

可选地，在拉丝炉内熔化玻璃原料得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料包括：拉丝炉加热至650℃～750℃，熔化的熔融态原料在重力作用下，在拉丝炉的通道内竖直下流；熔融态原料在拉丝炉的通道内自然冷却固化；经通道的开口流向拉丝炉外；在拉丝炉外自然冷却，得到丝状料。

可选地，在拉丝炉外自然冷却，得到丝状料之后，方法还包括：将丝状料的一端穿过拉丝轮，拉丝轮以预设拉丝速度牵引丝状料；其中，预设拉丝速度为4mm/s～6mm/s。

可选地，在将丝状料的一端穿过拉丝轮，拉丝轮以预设拉丝速度牵引丝状料之前，方法还包括：获取丝径仪检测的丝状料的直径；根据直径，分别对应控制预设进给速度、拉丝炉的加热温度和预设拉丝速度。

可选地，在将丝状料的一端穿过拉丝轮，拉丝轮以预设拉丝速度牵引丝状料之后，方法还包括：将丝状料按预设长度切断。

可选地，将丝状料按预设长度切断之后，方法还包括：对切断的丝状料退火处理。

可选地，对丝状料退火处理包括：将丝状料在退火炉内以8h～12h的时间从室温加热至580℃～630℃；保温10h～15h；在160h～180h内对退火炉降温至508℃～512℃；关闭退火炉电源，降温至室温。

可选地，对丝状料退火处理之后，方法还包括：对丝状料进行化学腐蚀处理，得到成品丝料。

可选地，对丝状料进行化学腐蚀处理，得到成品丝料包括：将丝状料浸入腐蚀液中0.5h～1h，腐蚀液包括硫酸体系和水，硫酸体系和水的配比为1:4。

本申请实施例的另一方面，提供了一种光通讯柱状透镜丝径的制备装置，包括依次设置的进给装置和拉丝炉，进给装置用于悬挂玻璃原料，并将悬挂的玻璃原料输送至拉丝炉内，拉丝炉用于熔化玻璃原料并对玻璃原料拉丝成型。

可选地，还包括依次设置的拉丝轮和退火炉，拉丝轮设在拉丝炉的出口侧，拉丝轮用于牵引由拉丝炉输出的丝状料，退火炉用于对丝状料退火处理。

可选地，还包括丝径仪和控制器，丝径仪设在拉丝炉和拉丝轮之间，用于获取丝状料的直径，控制器分别连接丝径仪、进给装置、拉丝炉和拉丝轮。

本申请实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备方法及其制备装置，将玻璃原料输送至拉丝炉内，在拉丝炉内熔化玻璃原料，得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型，得到丝状料。向拉丝炉内输送玻璃原料的过程中，先进入拉丝炉内的玻璃原料先熔化，熔融态原料在拉丝炉内拉丝成型，随着玻璃原料全部输送进拉丝炉，后进入拉丝炉的玻璃原料再依次熔化、拉丝成型。在拉丝炉内一次完成玻璃原料的熔化和拉丝成型，制备效率高，相比现有技术，本制备方法可使玻璃原料全部熔化后拉丝成型，最大限度地提升了材料的利用率，有效降低单件成本。并且，本制备方法简单、高效，安全可靠，操作性强，制备条件易于实现，无需大量的精密模具及高精度设备支持，更适合批量制作，使得批量制作成本得以控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备方法流程图之一；

图2是本实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备方法流程图之二；

图3是本实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备方法过程控制图；

图4是本实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备装置结构示意图。

图标：10-进给装置；11-挂钩；20-棒料；21-丝状料；30-拉丝炉；40-丝径仪；50-拉丝轮；60-控制器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

本申请实施例一方面提供一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法，可用于制备C-lens材料的丝径加工，将玻璃原料加工成丝状的材料，实现拉丝成型。成型后的成品丝料可用于制作光学透镜，例如可用于制作光通讯柱状透镜。

如图1和图2所示，具体地，该方法包括：

S100：将玻璃原料输送至拉丝炉30内。

采用进给装置10通过挂钩11悬挂玻璃原料，并将玻璃原料以预设进给速度输送至拉丝炉30内。其中，预设进给速度为2mm/s～4mm/s。

S110：在拉丝炉30内熔化玻璃原料得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料21。

玻璃原料逐渐进入拉丝炉30的输送过程中，玻璃原料的一部分先进入拉丝炉30内熔化、拉丝成型，此时玻璃原料的另一部分还处在拉丝炉30外，随后被逐渐输送至拉丝炉30内，再完成熔化和拉丝成型。

玻璃原料的形态可根据需要具体设置，本实施例对此不作具体限定。示例地，如图4所示，玻璃原料以棒料20的形态进入拉丝炉30。

在输送过程中，先进入拉丝炉30内的玻璃原料受拉丝炉30加热，即玻璃原料的下端先进入拉丝炉30，加热后下端的玻璃原料先熔化，成为熔融态原料，熔融态原料在重力作用下，在拉丝炉30的通道内竖直下流并固化直至流出拉丝炉30，拉丝炉30的通道位于拉丝炉30的下部分，通道和拉丝炉30的出口连通，加热在拉丝炉30的上部分完成，拉丝炉30的下部分没有设置电热丝或设置有少量的电热丝，使得通道内的温度低于拉丝炉30上部分，这样一来，在拉丝炉30上部分通过加热得到的熔融态原料在流经通道的过程中，就完成了逐步自然冷却的过程，使熔融态原料冷却后得以固化。

在拉丝炉30内加热时，其加热温度为650℃～750℃，可使玻璃原料熔化。而玻璃原料还逐渐向拉丝炉30内输送，进给装置10一边输送玻璃原料，拉丝炉30内一边熔化玻璃原料，熔融态原料一边在通道内冷却固化并流出拉丝炉30。

需要说明的是，通道的内径要大于在通道内沿重力方向下流的熔融态原料的直径，熔融态原料在通道内以悬空状态下流，熔融态原料和通道内壁不接触，以保证熔融态原料不会粘在通道的内壁上。

熔融态原料在通道内逐渐固化后，经通道从拉丝炉30的出口流出，流出拉丝炉30的过程中，又完成了在空气中自然冷却的过程，最后得到丝状料21，完成拉丝成型。

如图3所示，S120-1：控制器60获取丝径仪40检测的丝状料21的直径。

为了得到质量更好的丝状料21，拉丝成型过程需进行监控，以实时调整拉丝成型的工艺参数，控制拉丝成型的工艺质量。

在得到丝状料21之后，通过丝径仪40检测丝状料21的直径。通过获取的直径，可计算丝状料21的椭圆度。

S120-2：根据直径，分别对应控制预设进给速度、拉丝炉30的加热温度和预设拉丝速度。

丝径仪40检测到产品直径后，反馈给控制器60，控制器60根据直径，分别控制进给装置10的预设进给速度、拉丝炉30内的加热温度以及拉丝轮50的预设拉丝速度，通过控制器60调整预设进给速度、加热温度和预设拉丝速度，对拉丝成型过程进行控制，可得到符合产品参数要求和精度的丝状料21。

S130：将丝状料21的一端穿过拉丝轮50，拉丝轮50以预设拉丝速度牵引丝状料21；其中，预设拉丝速度为4mm/s～6mm/s。

因为输送、熔化和拉丝成型是同步进行，丝状料21的一端固化后、另一端还以玻璃原料或熔融态原料的形式在拉丝炉30内，这时，为使丝状料21整体的产品参数优异，需在丝状料21已经固化成型的一端进行牵引，配合重力作用，以使丝状料21未成型的一端逐渐完成拉丝成型过程，并被牵引出拉丝炉30。

牵引时采用拉丝轮50，拉丝轮50为一组相对设置的两个滚轮，两个滚轮相向转动，丝状料21从两个滚轮之间的间隙内穿过，完成牵引。

牵引过程中，两个滚轮还会磨合丝状料21的外表面，对丝状料21进行整形、校直，使丝状料21的直径和表面质量得以优化。

控制器60还控制拉丝轮50的动作，包括控制拉丝轮50的转速、预设拉丝速度等，以实时调整，优化产品参数。

S140：将丝状料21按预设长度切断。

经拉丝成型的丝状料21为细长条形，为方便后续退火处理，将丝状料21按预设长度切断。

预设长度为最终需要的成品丝料的长度，可根据实际需求设置。

S150：对切断的丝状料21退火处理。

拉丝成型过程中，会造成材料的组织缺陷和残余应力，为避免材料变形开裂，同时保证产品参数的稳定性，需进行去应力退火。

将切断的丝状料21批量进行去应力退火。在退火炉内，将丝状料21以8h～12h的时间从室温加热至580℃～630℃，然后保温10h～15h，在160h～180h内对退火炉降温至508℃～512℃以进行慢冷，慢冷有助于丝状料21的材料组织的改变，更有效地去除应力，最后关闭退火炉电源，降温至室温以进行快冷。

经去应力退火后的丝状料21，其产品性能好，产品参数稳定。

S160：对丝状料21进行化学腐蚀处理，得到成品丝料。

拉丝过程中丝状料21会有少量的余量，以作为退火处理的丝径变化的空间余量，因此采用化学腐蚀将多余的余量腐蚀处理掉。化学腐蚀的作用是对退火处理后的丝状料21进一步抛光和质量优化，通过化学腐蚀可使丝状料21的直径精度和表面光洁度得到提升。例如，通过化学腐蚀对丝状料21的表面进行处理，可使丝状料21的表面光洁度更好。

化学腐蚀是将丝状料21浸入腐蚀液中浸泡0.5h～1h，以对丝状料21表面进行处理。

其中，腐蚀液包括硫酸体系和水，硫酸体系和水的配比为1:4。

本实施例提供的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，将玻璃原料输送至拉丝炉30内，在拉丝炉30内熔化玻璃原料，得到熔融态原料，并将熔融态原料拉丝成型，得到丝状料21。向拉丝炉30内输送玻璃原料的过程中，先进入拉丝炉30内的玻璃原料先熔化，熔融态原料在拉丝炉30内拉丝成型，随着玻璃原料全部输送进拉丝炉30，后进入拉丝炉30的玻璃原料再依次熔化、拉丝成型。在拉丝炉30内一次完成玻璃原料的熔化和拉丝成型，这种集中式拉丝成型制备效率高，相比现有技术，本制备方法可使全部的玻璃原料熔化拉丝成型，基本不存在材料浪费，最大限度地提升了材料的利用率，有效降低单件成本。并且，本制备方法简单、高效，在拉丝炉30内一次成型，安全可靠，操作性强，制备条件易于实现，进给装置10和拉丝炉30等设备获取方便，无需大量的精密模具及高精度设备支持，更适合批量制作，使得批量制作成本得以控制。

综上，采用上述制备方法依次经输送、熔化、拉丝成型、切断、退火处理和化学腐蚀，熔化和拉丝成型在拉丝炉30内一次完成，制备效率高，通过后续退火处理，防止丝状料形变开裂，稳定了产品质量，化学腐蚀进一步提升了产品的外观，采用该成品丝料制作透镜，符合透镜产品要求。

下述为采用该成品丝料制作的透镜的外观检验表1和特性检测表2：

表1

检验项	长度/mm	外径/mm	曲率半径	斜角(度)	表面质量
						设计值	2.98±0.02	1.8+0.005/－0.01	1.419	8°±0.5	40/20
成品值	2.98±0.02	1.8+0.005/－0.01	1.419	8°±0.5	40/20
						判定	合格	合格	合格	合格	合格

表2

检验项	折射率差	应力双折射	凸透镜表面干涉条纹
				设计值	1.78472	无	均匀
成品值	1.78472	无	均匀
				判定	合格	合格	合格

实施例二

以上所述仅为本申请的如图4所示，本申请实施例的另一方面还提供一种光通讯柱状透镜丝径的制备装置，包括依次设置的进给装置10和拉丝炉30，进给装置10用于悬挂玻璃原料，并将玻璃原料输送至拉丝炉30内，拉丝炉30用于熔化玻璃原料并对玻璃原料拉丝成型。

还包括依次设置的拉丝轮50、退火炉，拉丝轮50设在拉丝炉30的出口侧，拉丝轮50用于牵引由拉丝炉30输出的丝状料21，退火炉用于对切断的丝状料21退火处理。

同时，为监控拉丝成型过程和实时调整工艺参数，在拉丝炉30和拉丝轮50之间还设有丝径仪40，丝径仪40用于获取丝状料21的直径。

控制器60分别连接丝径仪40、进给装置10、拉丝炉30、拉丝轮50，丝径仪40将获取的丝状料21的直径反馈给控制器60，控制器60通过分别控制进给装置10的预设进给速度、拉丝炉30内的加热温度以及拉丝轮50的预设拉丝速度，对拉丝成型过程进行控制和调整，以得到符合产品参数要求和精度的丝状料21。

实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，包括：

将玻璃原料输送至拉丝炉内；

在所述拉丝炉内熔化所述玻璃原料得到熔融态原料，并将所述熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料。

2.根据权利要求1所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述将玻璃原料输送至拉丝炉内包括：

通过进给装置悬挂所述玻璃原料，并将所述玻璃原料以预设进给速度送入所述拉丝炉内；其中，所述预设进给速度为2mm/s～4mm/s。

3.根据权利要求2所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述在所述拉丝炉内熔化所述玻璃原料得到熔融态原料，并将所述熔融态原料拉丝成型输出，得到丝状料包括：

所述拉丝炉加热至650℃～750℃，熔化的所述熔融态原料在重力作用下，在所述拉丝炉的通道内竖直下流；

所述熔融态原料在所述拉丝炉的通道内自然冷却固化；

经所述通道的开口流向所述拉丝炉外；

在所述拉丝炉外自然冷却，得到所述丝状料。

4.根据权利要求3所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，在所述拉丝炉外自然冷却，得到所述丝状料之后，所述方法还包括：

将所述丝状料的一端穿过拉丝轮，所述拉丝轮以预设拉丝速度牵引所述丝状料；其中，所述预设拉丝速度为4mm/s～6mm/s。

5.根据权利要求4所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，在所述将所述丝状料的一端穿过拉丝轮，所述拉丝轮以预设拉丝速度牵引所述丝状料之前，所述方法还包括：

获取丝径仪检测的所述丝状料的直径；

根据所述直径，分别对应控制所述预设进给速度、所述拉丝炉的加热温度和所述预设拉丝速度。

6.根据权利要求4所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，在所述将所述丝状料的一端穿过拉丝轮，所述拉丝轮以预设拉丝速度牵引所述丝状料之后，所述方法还包括：

将所述丝状料按预设长度切断。

7.根据权利要求6所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述将所述丝状料按预设长度切断之后，所述方法还包括：

对切断的所述丝状料退火处理。

8.根据权利要求7所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述对所述丝状料退火处理包括：

将所述丝状料在退火炉内以8h～12h的时间从室温加热至580℃～630℃；

保温10h～15h；

在160h～180h内对所述退火炉降温至508℃～512℃；

关闭所述退火炉电源，降温至室温。

9.根据权利要求8所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述对所述丝状料退火处理之后，所述方法还包括：

对所述丝状料进行化学腐蚀处理，得到成品丝料。

10.根据权利要求9所述的光通讯柱状透镜丝径的制备方法，其特征在于，所述对所述丝状料进行化学腐蚀处理，得到成品丝料包括：

将所述丝状料浸入腐蚀液中0.5h～1h，所述腐蚀液包括硫酸体系和水，所述硫酸体系和所述水的配比为1:4。

11.一种光通讯柱状透镜丝径的制备装置，其特征在于，包括依次设置的进给装置和拉丝炉，所述进给装置用于悬挂玻璃原料，并将悬挂的所述玻璃原料输送至所述拉丝炉内，所述拉丝炉用于熔化所述玻璃原料并对所述玻璃原料拉丝成型。

12.根据权利要求11所述的光通讯柱状透镜丝径的制备装置，其特征在于，还包括依次设置的拉丝轮和退火炉，所述拉丝轮设在所述拉丝炉的出口侧，所述拉丝轮用于牵引由所述拉丝炉输出的丝状料，所述退火炉用于对所述丝状料退火处理。

13.根据权利要求12所述的光通讯柱状透镜丝径的制备装置，其特征在于，还包括丝径仪和控制器，所述丝径仪设在所述拉丝炉和所述拉丝轮之间，用于获取所述丝状料的直径，所述控制器分别连接所述丝径仪、所述进给装置、所述拉丝炉和所述拉丝轮。

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