CN113248135A - 光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，包括机架，机架前侧设有第一带轮机构和第二带轮机构，第一带轮机构和第二带轮机构之间设有拉丝通道，第一带轮机构和第二带轮机构转动以驱动拉丝通道中的光纤移动，还设有间隙调整装置，间隙调整装置用于调整拉丝通道的宽度，拉丝通道上方设有限位组件，限位组件用于使光纤竖直进入拉丝通道，利用限位组件限制光纤在进入拉丝通道前处于竖直状态，防止偏斜，通过增大中间体或大直径光纤与传动带的接触面积，进一步防止偏斜和扭丝，保证了中间体或光纤拉伸时的纵向均匀性及稳定性，同时由于接触面积增大，拉制过程不易产生打滑现象，提高了牵引力。

Description

光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置

技术领域

本发明涉及光纤制造领域，尤其是涉及一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置。

背景技术

空芯光子晶体光纤属于微结构光纤，其可以将位于光子带隙中的光有效地束缚在低折射率的空芯中传输，从而打破了材料对光纤特性的限制，不但有望获得超低的传输损耗，而且摆脱了材料光损伤阈值对传输功率的限制，大大提高了功率传输水平。空芯光子晶体光纤具有良好的弯曲不敏感性，且抗辐照性能优异，作为谐振式光纤陀螺系统的核心部件，一直被国外限制进口，严重制约我国高精度光纤陀螺的发展。此外，低非线性特性、高效耦合特性、传输窗口可控以及色散可调等优良特性，使得HC-PBGF在高功率激光传输、高速率大容量通信、光纤传感、非线性光学等领域均具有广阔的应用前景。

空芯光子晶体光纤制备的主要步骤包括中间体的制作和预制棒拉丝过程的精确控制，其中中间体的制作是光纤结构和性能得以保障的关键过程，在此过程中，要将厘米量级的微结构预制棒拉制成毫米量级的中间体，同时保持中间体结构的横向稳定分布和纵向尺度均匀是制作工艺上的主要难点。在高温状态下，微结构预制棒的粘度降低，毛细管组合体的状态极易发生变化，导致中间体结构产生不稳定形变而难以保持原有设计结构。因此，发展空芯光子晶体光纤，对推进光纤陀螺等产业的发展具有重要的推动作用。

辅助牵引装置是微结构光纤或传统光纤拉丝过程中的重要设备，传统的装置通过滚轮牵引光纤或中间体，如CN 206127128 U一种光纤拉丝牵引装置中的记载，由于滚轮与光纤或中间体的接触面积小，拉制时容易发生扭丝现象，由于空芯光子晶体光纤纤芯周围气孔的存在使得光纤较为脆弱，一旦发生偏斜或扭丝，很容易损坏光纤内部结构及外部形状，难以保证中间体或光纤拉伸时的纵向均匀性及稳定性。

发明内容

本发明提供了一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，解决了传统装置难以保证了中间体或光纤拉伸时的纵向均匀性及稳定性的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，包括机架，机架前侧设有第一带轮机构和第二带轮机构，第一带轮机构和第二带轮机构之间设有拉丝通道，第一带轮机构和第二带轮机构转动以驱动拉丝通道中的光纤移动，还设有间隙调整装置，间隙调整装置用于调整拉丝通道的宽度，拉丝通道上方设有限位组件，限位组件用于使光纤竖直进入拉丝通道。

优选的方案中，第一带轮机构与第二带轮机构结构相同，第一带轮机构包括主动轮、从动轮和第一传动带，主动轮通过第一传动带驱动从动轮转动。

优选的方案中，间隙调整装置包括间隙调整装置、保压装置和对中气缸，对中气缸设在机架背侧，对中气缸驱动第一带轮机构和第二带轮机构对中夹紧光纤，保压装置包括第一压块和第二压块，第一压块与第二带轮机构连接，第二压块与第一带轮机构连接，第一压块侧面抵靠第二带轮机构的第一传动带，第二压块侧面抵靠第一带轮机构的第一传动带，第一压块上设有第一连接座，第二压块上设有第二连接座，间隙调整装置一端穿过第二连接座抵靠在第一连接座侧面。

优选的方案中，间隙调整装置为千分尺或调整螺杆。

优选的方案中，调整螺杆远离第一连接座的一端设有第三电机，还设有用于检测拉丝通道宽度的光栅尺，光栅尺与第三电机电连接，光栅尺上设有可滑动的读数头，光栅尺和第一压块连接，读数头和第二压块连接。

优选的方案中，限位组件包括第一限位架，第一限位架上方设有第二限位架，第一限位架和第二限位架结构相同，第一限位架包括连接架，连接架上光纤通过孔，连接架上还设有可转动的翻转架，翻转架设有至少两个滚轮，两个滚轮之间设有光纤通过间隙，翻转架转动以使光纤通过间隙的水平宽度改变；

第一限位架的滚轮与第二限位架的滚轮轴线垂直布置。

优选的方案中，第一限位架的翻转架轴端设有第一锥齿轮，还设有第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二限位架的翻转架轴端设有连接轴，还设有第二传动带，连接轴与第二锥齿轮通过第二传动带连接，连接轴一端设有第二电机，第二电机驱动第一限位架的翻转架与第二限位架的翻转架同步转动。

优选的方案中，翻转架轴端套有压电传感器，翻转架通过压电传感器与连接架连接，连接架用于检测翻转架受到的水平压力。

优选的方案中，还设有第一滑台和第二滑台，第一滑台与第二滑台的移动方向垂直布置以驱动限位组件在两个正交的水平方向上滑动，第一滑台设有第四电机，第二滑台设有第五电机，第四电机与第一限位架的压电传感器电连接，第五电机与第二限位架的压电传感器电连接。

优选的方案中，还包括第一电机和减速器，第一电机通过减速器驱动主动轮转动；

主动轮还包括可转动的张紧装置，张紧装置远离转动中心的一端设有张紧轮，张紧轮抵靠第一传动带外壁以张紧第一传动带。

本发明的有益效果为：利用限位组件限制光纤在进入拉丝通道前处于竖直状态，防止偏斜，通过增大中间体或大直径光纤与传动带的接触面积，进一步防止偏斜和扭丝，保证了中间体或光纤拉伸时的纵向均匀性及稳定性，同时由于接触面积增大，拉制过程不易产生打滑现象，提高了牵引力；限位组件、间隙调整装置、压电传感器三者方便通过电控联，调整拉丝通道的宽度的同时，限位组件水平位置与限位组件的光纤通过间隙跟随适应，大大降低了操作难度和劳动强度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的轴测图。

图2是本发明的部分结构侧视图。

图3是本发明的部分结构正视图。

图4是本发明的保压装置示意图A。

图5是本发明的保压装置示意图B。

图6是本发明的限位组件示意图。

图7是本发明的限位组件部分结构示意图。

图8是本发明的第一限位架示意图。

图9是本发明的限位组件俯视图。

图10是本发明的限位组件正视图。

图11是本发明的限位组件与十字滑台布置图。

图12是本发明的光纤通过间隙示意图C。

图13是本发明的光纤通过间隙示意图D。

图中：限位组件1；第一限位架101；第二限位架102；翻转架103；滚轮104；连接架105；连接轴106；第二传动带107；第二电机108；第一锥齿轮109；第二锥齿轮110；压电传感器111；光纤通过孔112；光纤通过间隙113；第一电机2；第一带轮机构3；主动轮301；从动轮302；张紧装置4；张紧轮401；间隙调整装置5；调整螺杆501；第三电机502；保压装置6；第一压块601；第二压块602；第一连接座603；第二连接座604；第二带轮机构7；减速器8；第一传动带9；光栅尺10；读数头1001；对中气缸11；机架12；第一滑台13；第四电机1301；第二滑台14；第五电机1401；光纤15。

具体实施方式

实施例1：

如图1-13中，一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，包括机架12，机架12前侧设有第一带轮机构3和第二带轮机构7，第一带轮机构3和第二带轮机构7的传动带夹缝构成拉丝通道，第一带轮机构3和第二带轮机构7反向转动，光纤15（或中间体）紧贴第一带轮机构3和第二带轮机构7的传动带，传动带依靠摩擦力驱动拉丝通道中的光纤15向下竖直移动，还设有间隙调整装置，间隙调整装置用于调整拉丝通道的宽度，以适应不同直径的光纤以及同一光纤拉制过程中直径的改变，拉丝通道上方设有限位组件1，限位组件1水平位置可调整，同时可限制通过的光纤15的水平位置，限位组件1用于使光纤15竖直进入拉丝通道。

优选的方案中，第一带轮机构3与第二带轮机构7结构相同，第一带轮机构3包括主动轮301、从动轮302和第一传动带9，主动轮301通过第一传动带9驱动从动轮302转动。

第一传动带9可选择多层片基复合结构的同步带，与光纤15接触一侧较软，防止损坏光纤15表面，与主动轮301、从动轮302接触侧较硬，保证传动时的强度。

优选的方案中，间隙调整装置包括间隙调整装置5、保压装置6和对中气缸11，对中气缸11设在机架12背侧，运动速度通过节流阀调节、压力通过减压阀调节，对中气缸11缸体端和活塞杆端分别连接第一带轮机构3和第二带轮机构7，驱动第一带轮机构3和第二带轮机构7对中夹紧光纤15，保压装置6包括第一压块601和第二压块602，第一压块601和第二压块602材质可选用铁氟龙，摩擦系数小且耐磨，第一压块601与第二带轮机构7的固定底板连接，第二压块602与第一带轮机构3的固定底板连接，第一压块601侧面抵靠第二带轮机构7的第一传动带9的内侧面，第二压块602侧面抵靠第一带轮机构3的第一传动带9的内侧面，使两个第一传动带9对光纤15保持一定的牵引压力，第一压块601上设有第一连接座603，第二压块602上设有第二连接座604，间隙调整装置5一端穿过第二连接座604抵靠在第一连接座603侧面，对中气缸11持续施加对中夹紧力，间隙调整装置5主要起限位止挡的作用，使第一压块601与第二压块602之间的间隙值保持一定，防止夹坏光纤15。

优选的方案中，间隙调整装置5为千分尺或调整螺杆501。

千分尺可选择电子式千分尺，方便直观观察读数同时通过电信号将拉丝通道的宽度值反馈到外部控制器，千分尺一端与第二连接座604连接固定，另一端抵住第一连接座603，旋转千分尺调整器，使千分尺外伸端伸长或缩小，调整螺杆501与第二连接座604螺纹连接，端部抵靠第一连接座603。

优选的方案中，调整螺杆501远离第一连接座603的一端设有第三电机502，还设有用于检测拉丝通道宽度的光栅尺10，光栅尺10与第三电机502电连接，光栅尺10上设有可滑动的读数头1001，光栅尺10和第一压块601连接，读数头1001和第二压块602连接，第三电机502选用伺服电机，含有编码器，转动时发射脉冲数已知，为半闭环控制，光栅尺10可读取第一压块601与第二压块602之间的真实间隙，将值反馈给第三电机502，形成全闭环控制，指导第三电机502通过增减脉冲进行位置补偿，提高位置精度。

优选的方案中，限位组件1包括第一限位架101，第一限位架101上方设有第二限位架102，第一限位架101和第二限位架102结构相同，第一限位架101包括连接架105，连接架105上光纤通过孔112，连接架105上还设有可转动的翻转架103，翻转架103设有至少两个滚轮104，两个滚轮104之间设有光纤通过间隙113，翻转架103转动以使光纤通过间隙113的水平宽度改变，可限制该方向光纤15的位置；

第一限位架101的滚轮104与第二限位架102的滚轮104轴线垂直布置，可限制两个正交的水平方向上光纤15的位置，以光纤15的通过方向看去，两个正交的光纤通过间隙113组成方形孔，安装调试时调整限位组件1的水平位置，使该方形孔位置位于拉丝通道的正上方，可防止光纤15偏斜的加载到拉丝通道中。

优选的方案中，第一限位架101的翻转架103轴端设有第一锥齿轮109，还设有第二锥齿轮110，第一锥齿轮109与第二锥齿轮110啮合，第二限位架102的翻转架103轴端设有连接轴106，还设有第二传动带107，连接轴106与第二锥齿轮110通过第二传动带107连接，连接轴106一端设有第二电机108，第二电机108驱动第一限位架101的翻转架103与第二限位架102的翻转架103同步转动，使正交的光纤通过间隙113组成方形孔为正方形孔，光纤15在两个水平方向上同时等量的限位。

优选的方案中，翻转架103轴端套有压电传感器111，翻转架103通过压电传感器111与连接架105连接，连接架105用于检测翻转架103受到的水平压力。

优选的方案中，还设有第一滑台13和第二滑台14，第一滑台13与第二滑台14的移动方向垂直布置以驱动限位组件1在两个正交的水平方向上滑动，第一滑台13设有第四电机1301，第二滑台14设有第五电机1401，第四电机1301与第一限位架101的压电传感器111电连接，第五电机1401与第二限位架102的压电传感器111电连接。

光纤15在拉制过程中，随着第一带轮机构3和第二带轮机构7的转速加快，纤径变细，此时需要调整第一带轮机构3和第二带轮机构7的间隙以及第一压块601和第二压块602的间隙，同时限位组件1也要对应的改变光纤通过间隙113，控制第三电机502旋转，光栅尺10检测位移量并及时调整，将调整后的第一压块601与第二压块602的间隙值反馈给外部控制器，外部控制器控制第二电机108转动，两个翻转架103同时转动，两个方向的光纤通过间隙113同时改变，压电传感器111监测两个翻转架103水平压力，并判断哪一个滚轮104受到挤压，外部控制器驱动1301或1401向该滚轮104的方向移动，使光纤15保持在正交的光纤通过间隙113组成的正方形孔的中心。

优选的方案中，还包括第一电机2和减速器8，第一电机2通过减速器8驱动主动轮301转动，第一电机2选用伺服电机，两个伺服电机分别驱动第一带轮机构3第二带轮机构7中的主动轮301同步且反向转动，确保两侧同步带无相对滑动；

主动轮301还包括可转动的张紧装置4，张紧装置4远离转动中心的一端设有张紧轮401，张紧轮401抵靠第一传动带9外壁以张紧第一传动带9。

实施例2：

将微结构预制棒在拉丝塔上完成装夹，将拉丝炉升温至2200℃左右，微结构预制棒的下端在拉丝炉中软化后，并在重力的作用下下降，掉锥后出现中间体，开启抽真空，将压力设置为-20mbar，迅速降低拉丝炉温度至2000℃，准备就绪后将中间体人工牵引至第一带轮机构3与第二带轮机构7之间并保持稳定，开启对中气缸11，将中间体竖直夹紧，然后调整上部限位组件1，将中间体约束至牵引装置中轴线范围内，防止前后抖动。

夹紧、定位工作完成后，开启第一电机2，设定牵引初始线速度为3m/min,第一带轮机构3和第二带轮机构7同步同转速旋转，进一步降低拉丝炉温度至1970℃，继续提高线速度至8m/min,随着牵引线速度的逐渐提高、炉温的逐渐降低，中间体直径逐渐减小，由初始的8mm逐渐下降至3.5mm，达到目标直径，保持该牵引速度和炉温，通过观察控制面板的直径实时测量值，及时调整拉丝炉温度和同步带线速度，最终拉制出外径波动小于0.03mm的预设长度的中间体，将其切断后收集，用于下一工序。

同理按照上述方法完成大直径光纤的牵引操作后，设定牵引初始线速度为5m/min，降低拉丝炉温度至1980℃，提高线速度至10m/min,随着牵引线速度的提高、炉温的降低，光纤直径逐渐减小至1mm以内，带轮两端间距缩小，调节千分尺，控制带轮两端的间距，使其既不产生过大夹紧力的也能提高同步带和光纤的贴合程度，以保证光纤外径的稳定，达到目标直径后，保持该牵引速度和炉温，通过观察控制面板的直径实时测量值，及时调整拉丝炉温度和同步带线速度，最终拉制出外径波动小于0.02mm的大直径光纤，将其牵引至收纤盘上，用于后续工序。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：包括机架（12），机架（12）前侧设有第一带轮机构（3）和第二带轮机构（7），第一带轮机构（3）和第二带轮机构（7）之间设有拉丝通道，第一带轮机构（3）和第二带轮机构（7）转动以驱动拉丝通道中的光纤（15）移动，还设有间隙调整装置，间隙调整装置用于调整拉丝通道的宽度，拉丝通道上方设有限位组件（1），限位组件（1）用于使光纤（15）竖直进入拉丝通道。

2.根据权利要求1所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：第一带轮机构（3）与第二带轮机构（7）结构相同，第一带轮机构（3）包括主动轮（301）、从动轮（302）和第一传动带（9），主动轮（301）通过第一传动带（9）驱动从动轮（302）转动。

3.根据权利要求2所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：间隙调整装置包括间隙调整装置（5）、保压装置（6）和对中气缸（11），对中气缸（11）设在机架（12）背侧，对中气缸（11）驱动第一带轮机构（3）和第二带轮机构（7）对中夹紧光纤（15），保压装置（6）包括第一压块（601）和第二压块（602），第一压块（601）与第二带轮机构（7）连接，第二压块（602）与第一带轮机构（3）连接，第一压块（601）侧面抵靠第二带轮机构（7）的第一传动带（9），第二压块（602）侧面抵靠第一带轮机构（3）的第一传动带（9），第一压块（601）上设有第一连接座（603），第二压块（602）上设有第二连接座（604），间隙调整装置（5）一端穿过第二连接座（604）抵靠在第一连接座（603）侧面。

4.根据权利要求3所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：间隙调整装置（5）为千分尺或调整螺杆（501）。

5.根据权利要求4所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：调整螺杆（501）远离第一连接座（603）的一端设有第三电机（502），还设有用于检测拉丝通道宽度的光栅尺（10），光栅尺（10）与第三电机（502）电连接，光栅尺（10）上设有可滑动的读数头（1001），光栅尺（10）和第一压块（601）连接，读数头（1001）和第二压块（602）连接。

6.根据权利要求1所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：限位组件（1）包括第一限位架（101），第一限位架（101）上方设有第二限位架（102），第一限位架（101）和第二限位架（102）结构相同，第一限位架（101）包括连接架（105），连接架（105）上光纤通过孔（112），连接架（105）上还设有可转动的翻转架（103），翻转架（103）设有至少两个滚轮（104），两个滚轮（104）之间设有光纤通过间隙（113），翻转架（103）转动以使光纤通过间隙（113）的水平宽度改变；

第一限位架（101）的滚轮（104）与第二限位架（102）的滚轮（104）轴线垂直布置。

7.根据权利要求6所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：第一限位架（101）的翻转架（103）轴端设有第一锥齿轮（109），还设有第二锥齿轮（110），第一锥齿轮（109）与第二锥齿轮（110）啮合，第二限位架（102）的翻转架（103）轴端设有连接轴（106），还设有第二传动带（107），连接轴（106）与第二锥齿轮（110）通过第二传动带（107）连接，连接轴（106）一端设有第二电机（108），第二电机（108）驱动第一限位架（101）的翻转架（103）与第二限位架（102）的翻转架（103）同步转动。

8.根据权利要求7所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：翻转架（103）轴端套有压电传感器（111），翻转架（103）通过压电传感器（111）与连接架（105）连接，连接架（105）用于检测翻转架（103）受到的水平压力。

9.根据权利要求8所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：还设有第一滑台（13）和第二滑台（14），第一滑台（13）与第二滑台（14）的移动方向垂直布置以驱动限位组件（1）在两个正交的水平方向上滑动，第一滑台（13）设有第四电机（1301），第二滑台（14）设有第五电机（1401），第四电机（1301）与第一限位架（101）的压电传感器（111）电连接，第五电机（1401）与第二限位架（102）的压电传感器（111）电连接。

10.根据权利要求2所述光纤拉丝塔用中间体辅助牵引装置，其特征是：还包括第一电机（2）和减速器（8），第一电机（2）通过减速器（8）驱动主动轮（301）转动；

主动轮（301）还包括可转动的张紧装置（4），张紧装置（4）远离转动中心的一端设有张紧轮（401），张紧轮（401）抵靠第一传动带（9）外壁以张紧第一传动带（9）。

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