CN113024094A - 石英棒材延伸校直装置及其延伸校直方法 - Google Patents

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赵海伦
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Abstract

本申请提供一种石英棒材延伸校直装置，包括卡盘组件和校直组件。所述卡盘组件用于夹装和延伸石英棒材。所述校直组件包括校直件、张力传感器和驱动件。所述校直件用于对石英棒材上弓曲度异常的部位进行校直。所述张力传感器设置于所述校直件上并用于采集石英棒材在校直过程中的张力值。所述驱动件与所述校直件相连，所述驱动件用于在延伸过程中驱动所述校直件朝向石英棒材上弓曲度异常的部位移动，直至所述张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定。本申请还提供应用上述延伸校直装置的延伸校直方法。本申请的延伸校直装置及方法为全自动控制作业，提高了加工效率。

Description

石英棒材延伸校直装置及其延伸校直方法
技术领域
本申请涉及石英棒材制造技术领域，特别涉及一种石英棒材延伸校直装置及其延伸校直方法。
背景技术
在石英棒材的制造中，对棒材进行延伸和校直是必不可少的步骤。现有对石英棒材进行校直的一种常用方法是在延伸前和延伸后对几何形状偏差超标的点进行人工手动校直，然而采用该种方法进行校直的效率较低，合格率受人为因素影响较大，且不能保证全长得到校直。专利CN200410036679.6公开了利用离心力甩动空心的石英基管，并采用等离子喷灯进行侵蚀来实现校直，然而该方法具有较大的随机性，参数难以控制。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的石英棒材延伸校直装置及其延伸校直方法。
本申请提供一种石英棒材延伸校直装置，包括卡盘组件和校直组件。所述卡盘组件用于夹装和延伸石英棒材。所述校直组件包括校直件、张力传感器和驱动件。所述校直件用于对石英棒材上弓曲度异常的部位进行校直。所述张力传感器设置于所述校直件上并用于采集石英棒材在校直过程中的校直张力值。所述驱动件与所述校直件相连，所述驱动件用于在延伸过程中驱动所述校直件朝向石英棒材上弓曲度异常的部位移动，直至所述张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定。
本申请还提供应用上述石英棒材延伸校直装置的延伸校直方法，其包括以下步骤：
将石英棒材安装在卡盘组件上；
控制测径仪测量石英棒材各部位的直径和弓曲度，并根据测量的直径和弓曲度计算出延伸参数以及待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
控制喷灯对石英棒材进行灼烧，根据延伸参数控制第二卡盘进行延伸动作；
根据待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置计算出延伸后的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
延伸过程中，控制校直件移动至延伸后的石英棒材上弓曲度异常的部位，并控制所述校直件朝向石英棒材移动直至张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定，以完成校直。
本申请提供的石英棒材延伸校直装置及其延伸校直方法为全自动控制作业，提高了加工效率；且利用驱动件驱动校直件向石英棒材提供矫正力，解决了利用离心力进行自动校直时随机性大的问题。另外，根据张力传感器采集的张力控制驱动件驱动校直件的升降进行校直，实现了较高的控制精度。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的石英棒材延伸校直装置的示意图。
主要元件符号说明
石英棒材延伸校直装置 100
石英棒材 200
底座 10
卡盘组件 30
测径组件 40
热源组件 60
校直组件 70
第一卡盘 31
第二卡盘 33
测径仪 41
喷灯 61
校直件 72
张力传感器 74
驱动件 76
丝杆 78
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文种在本申请的说明书种所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在限制本申请。本申请中，“弓曲度”指的是石英棒材在长度方向的平直程度，“弓曲度异常的部位”指的是石英棒材上弓曲度未在预设范围内的部位。
图1为本申请一实施方式提供的石英棒材延伸校直装置100的示意图。所述石英棒材延伸校直装置100用于加工石英棒材200(例如光纤预制棒、石英棒或石英管等)，将大尺寸的石英母棒加工为具有目标棒径且具有较小弓曲度的石英子棒。加工形成的石英子棒的弓曲度控制在预设范围内。所述石英棒材延伸校直装置100包括底座10、卡盘组件30、测径组件40、热源组件60、校直组件70以及控制器(图未示)，所述卡盘组件30、所述测径组件40、所述热源组件60、所述校直组件70以及所述控制器均设置在所述底座10上。
所述底座10用于支承所述卡盘组件30、所述测径组件40、所述热源组件60以及所述校直组件70，所述卡盘组件30、所述测径组件40、所述热源组件60以及所述校直组件70位于所述底座10的同一侧。所述底座10上设置有多个导轨(图未示)。所述测径组件40、所述热源组件60以及所述校直组件70滑动设置于多个导轨上。
所述卡盘组件30包括第一卡盘31、第二卡盘33、第一电机(图未示)、第二电机(图未示)和延伸电机(图未示)。所述第一卡盘31和所述第二卡盘33相对地且可转动地设置在所述底座10的两端，并用于装夹所述石英棒材200，且所述第二卡盘33还用于延伸所述石英棒材200。所述第一电机与所述第一卡盘31相连，用于驱动所述第一卡盘31转动；所述第二电机与所述第二卡盘33相连，用于驱动所述第二卡盘33转动。所述延伸电机与所述第二卡盘33相连并用于驱动所述第二卡盘延伸石英棒材。在延伸时，所述第二电机驱动所述第二卡盘33转动，从而带动装夹的石英棒材200进行旋转延伸。本实施方式中，所述第一卡盘31和所述第二卡盘33的中点连线和所述石英棒材200的延伸方向相重合。
每个导轨沿自所述第一卡盘31向所述第二卡盘33延伸的方向延伸。多个导轨平行设置。本实施方式中，每个导轨沿所述石英棒材200的延伸方向延伸。
所述测径组件40位于所述第一卡盘31和所述第二卡盘33之间。所述测径组件40包括测径仪41以及第三电机(图未示)。所述测径仪41滑动设置于相应的导轨上，用于测量位于石英棒材200各个部位的直径以及弓曲度。所述测径仪41包括环状的测量窗口，所述石英棒材200穿过所述测量窗口安装于所述第一卡盘31和所述第二卡盘33上。所述第三电机与所述测径仪41相连，用于驱动所述测径仪41沿所述石英棒材200的延伸方向往返运动，从而可对所述石英棒材200上任意部位的直径进行测量。本实施方式中，所述测径仪41为非接触式CCD扫描激光测径仪。在一种实施方式中，所述测径仪41安装于一移动机构(图未示)，并通过丝杆导轨驱动。
所述热源组件60位于所述第一卡盘31和所述第二卡盘33之间。所述热源组件60包括喷灯61、气体供应系统(图未示)及第三电机(图未示)。所述喷灯61滑动设置于相应的导轨上。所述气体供应系统与所述喷灯61相连，用于向所述喷灯61供应可燃气体。所述第三电机与所述喷灯61相连，用于驱动所述喷灯61沿所述石英棒材200的延伸方向往返运动。
所述校直组件70位于所述第一卡盘31和所述第二卡盘33之间。所述校直组件70包括校直件72、张力传感器74、第四电机以及驱动件76。所述驱动件76滑动设置于相应导轨上。所述校直件72通过丝杆78与所述驱动件76相连，所述驱动件76用于驱动所述校直件72朝向或远离所述石英棒材200运动。所述校直件72的位置与所述石英棒材200的位置相对应，用于对石英棒材200上弓曲度异常的部分进行校直。本实施方式中，所述校直件72的材料石墨，其具有耐高温性能，且其与石英棒材200表面接触比较光滑。所述张力传感器74设置于所述校直件72上，用于采集所述石墨棒材200在校直过程中的张力值。在所述校直件72向所述石英棒材200施加一向上的矫正力进行校直的过程中，所述石英棒材200受到自所述校直件72朝向所述石英棒材200延伸的方向(图示中为上下方向)上的张力，所述张力传感器74采集该上下方向上的张力值。
所述第四电机与所述驱动件76或与所述校直件72相连接，用于驱动所述校直件72沿所述石英棒材200的延伸方向往返运动。本实施方式中，所述驱动件76为电机。
所述校直件72的初始位置为与所述石英棒材200相对，且不与所述石英棒材200相接触。在拉伸过程中，对于石英棒材200上弓曲度异常的部位，所述驱动件76驱动所述校直件72离开初始位置并朝向所述石英棒材200移动直至所述校直件72与所述石英棒材200相接触，然后所述驱动件76继续驱动所述校直件72向上移动以向相接触的弓曲度异常的部位施加一个矫正力直至所述张力传感器74采集的张力值落入预设张力值得范围内且维持稳定，从而完成对该弓曲度异常部位的校直，使得该部位的弓曲度控制在预设范围内。
所述测径仪41、各个电机、喷灯61、气体供应系统、电源供应系统、驱动件76及张力传感器74均与所述控制器连接。所述控制器用于控制各元件的运行。所述控制器还用于监测所述张力传感器74采集的张力值是否落入预设张力值的范围内且是否维持稳定，若是，则控制所述驱动件76驱动所述校直件72沿远离所述石英棒材200的方向移动以恢复至初始位置。
本申请还提供一种应用上述石英棒材延伸校直装置的石英棒材延伸校直方法，包括以下步骤：
S21，将石英棒材安装在卡盘组件上；
S22，控制测径仪测量石英棒材各部位的直径和弓曲度，并根据测量的直径和弓曲度计算出延伸参数以及待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
S23，控制喷灯对石英棒材进行灼烧，根据延伸参数控制第二卡盘进行延伸动作；
S24，根据待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置计算出延伸后的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
S25，延伸过程中，控制校直件移动至延伸后的石英棒材上弓曲度异常的部位，并控制所述校直件朝向石英棒材移动直至张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定，以完成校直；
S26，重复S25直至延伸后的石英棒材上弓曲度异常的各个部位均完成校直；
S27，达到目标棒径后停止延伸。
步骤S23中，控制测径仪测量石英棒材各部位的弓曲度包括：控制测径仪沿石英棒材的延伸方向正向运动并扫描达到整根石英棒材的直径，控制第一卡盘和第二卡盘同步旋转90°，控制测径仪沿石英棒材的延伸方向反向运动并扫描得到旋转后的整根石英棒材的直径，根据旋转前后石英棒材的直径计算出石英棒材上每隔1mm距离对应部位的弓曲度。
步骤S23中，第二卡盘进行延伸动作时，第二电机的扭矩控制在5％以下。若第二电机的扭矩大于5％，则表明灼烧后的石英棒材的软化程度不够，不能进行延伸。喷灯对石英棒材进行灼烧以进行软化，灼烧时间和温度可依据实际需要进行设置。在一些实施方式中，灼烧至石英棒材表明温度达到1800～200℃时进行延伸。
步骤S24中，根据公式πR2*L＝πr2l计算延伸后的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置。其中R为延伸前的石英棒材的直径，r为延伸后的石英棒材的直径，L为延伸前的石英棒材的长度，l为延伸后的石英棒材的目标长度。
步骤S25具体包括：控制校直件移动至与延伸后的石英棒材上弓曲度异常部位相对应的位置处，然后控制所述校直件朝向石英棒材移动直至与弓曲度异常部位相接触，然后控制所述校直件继续朝向石英棒材移动以向弓曲度异常部位施加矫正力以矫正该部位的弓曲度。
其中，当所述校直件与弓曲度异常部位相接触时，校直件继续朝向石英棒材移动的距离依据张力传感器采集的张力波动差值进行设置，以防止所述校直件向石英棒材施加的矫正力过大而造成矫正不当。本实施方式中，校直件继续移动的距离为2～5mm/N，例如，当张力传感器测量的张力波动差值为1N时，校直件继续移动的距离为2～5mm；当张力传感器测量的张力波动差值为2N时，校直件继续移动的距离为4～10mm；当张力传感器测量的张力波动差值为2.5N时，校直件继续移动的距离为5～12.5mm；当张力传感器测量的张力波动差值为3N时，校直件继续移动的距离为6～15mm。
当张力传感器采集的张力值大于预设张力峰值时，控制器控制驱动件驱动校直件沿远离石英棒材的方向移动，以避免石英棒材被顶断。本实施方式中，预设张力峰值的范围为2～5N。
本申请提供的石英棒材延伸校直装置100及其延伸校直方法为全自动控制作业，提高了加工效率；且利用驱动件76驱动校直件72向石英棒材200提供矫正力，解决了利用离心力进行自动校直时随机性大的问题。另外，根据张力传感器74采集的张力波动差值控制校直件72进行校直时移动的距离，从而控制校直件72向石英棒材提供矫正力的大小，实现了较高的控制精度。采用本申请的方法制得的石英棒材的跳动为±0.05mm，弓曲度小于0.1％。另外，根据预设张力峰值控制驱动件76驱动校直件72的升降，实现了张力闭环控制。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本申请，因此依本申请所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种石英棒材延伸校直装置，其特征在于，包括：
卡盘组件，其用于夹装和延伸石英棒材；
校直组件，其包括校直件、张力传感器和驱动件，所述校直件用于对石英棒材上弓曲度异常的部位进行校直，所述张力传感器设置于所述校直件上并用于采集石英棒材在校直过程中的张力值，所述驱动件与所述校直件相连，所述驱动件用于在延伸过程中驱动所述校直件朝向石英棒材上弓曲度异常的部位移动，直至所述张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定。
2.如权利要求1所述的石英棒材延伸校直装置，其特征在于，所述石英棒材延伸校直装置还包括控制器，其分别与所述驱动件和所述张力传感器相连，所述控制器用于监测所述张力值是否落入预设张力值的范围内且是否维持稳定，若是，则控制所述驱动件驱动所述校直件沿远离所述石英棒材的方向移动以恢复至初始位置。
3.如权利要求1所述的石英棒材延伸校直装置，其特征在于，所述卡盘组件包括第一卡盘、第二卡盘、第一电机、第二电机和延伸电机，所述第一电机和所述第二电机分别与所述第一卡盘和所述第二卡盘相连并用于驱动所述第一卡盘和所述第二卡盘转动，所述延伸电机与所述第二卡盘相连并用于驱动所述第二卡盘延伸石英棒材。
4.如权利要求1所述的石英棒材延伸校直装置，其特征在于，所述石英棒材延伸校直装置还包括测径组件，其用于测量石英棒材的直径和弓曲度。
5.如权利要求4所述的石英棒材延伸校直装置，其特征在于，所述测径组件包括测径仪以及第三电机，所述测径仪与所述第三电机相连，所述第三电机用于驱动所述测径仪沿石英棒材的延伸方向运动以测量石英棒材各个部位的直径和弓曲度。
6.如权利要求1所述的石英棒材延伸校直装置，其特征在于，所述石英棒材延伸校直装置还包括热源组件，其用于灼烧石英棒材使其软化以便于所述卡盘组件对石英棒材进行延伸。
7.一种应用权利要求1-6任意一项所述的石英棒材延伸校直装置的延伸校直方法，其包括以下步骤：
将石英棒材安装在卡盘组件上；
控制测径仪测量石英棒材各部位的直径和弓曲度，并根据测量的直径和弓曲度计算出延伸参数以及待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
控制喷灯对石英棒材进行灼烧，根据延伸参数控制第二卡盘进行延伸动作；
根据待延伸的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置计算出延伸后的石英棒材上弓曲度异常的各个部位的位置；
延伸过程中，控制校直件移动至延伸后的石英棒材上弓曲度异常的部位，并控制所述校直件朝向石英棒材移动直至张力传感器采集的张力值落入预设张力值的范围内且维持稳定，以完成校直。
8.如权利要求7所述的延伸校直方法，其特征在于，当所述校直件移动至与弓曲度异常部位相接触时，所述校直件朝向石英棒材继续移动的距离依据所述张力传感器采集的张力波动差值进行设置。
9.如权利要求7所述的延伸校直方法，其特征在于，当所述张力传感器采集的张力值大于预设张力峰值时，控制器控制驱动件驱动校直件沿远离石英棒材的方向移动。
10.如权利要求7所述的延伸校直方法，其特征在于，在延伸电机驱动第二卡盘进行延伸动作时，所述延伸电机的扭矩控制在5％以下。
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