CN114507006A - 一种ovd沉积工艺的生产系统及ovd沉积工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种OVD沉积工艺的生产系统及OVD沉积工艺，光棒夹持装置组设于反应腔室内，并用于对芯棒进行夹持、旋转以及驱使芯棒在水平方向上做往复直线运动；多喷灯沉积设备组设于反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒；喷灯补料设备可移动地组设于反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒；测径装置可移动地组设于反应腔室内，并用于检测芯棒的外径；控制装置与光棒夹持装置、多喷灯沉积设备、喷灯补料设备和测径装置相连接，并用于控制光棒夹持装置、多喷灯沉积设备工作，以及根据测量的外径与设定外径分布标准曲线，控制喷灯补料设备工作。本申请可以解决相关技术中多喷灯的OVD工艺存在的光棒均匀性差问题。
Description
技术领域
本申请涉及光纤预制棒制造技术领域，特别涉及一种OVD沉积工艺的生产系统及OVD沉积工艺。
背景技术
近年来，随着光纤预制棒行业的高速发展，光纤预制棒领域的竞争愈发激烈；光棒行业的竞争在成本控制上体现的尤为明显，为了光棒制造降低成本，国内光棒公司普遍采用了VAD/PCVD制备芯棒、外部气相沉积法(OVD)制备包层的两步法工艺，但是使用该工艺存在着三个难题：
第一、使用两步法工艺意味着芯棒会不可避免的暴露在环境中，环境中的粉尘和污染在表面张力与静电作用下会附着在芯棒表面，在进行OVD工艺制作包层时，芯棒表面的粉尘成为芯棒与外包层界面的杂质，由于界面效应，界面杂质极易引起石英析晶，在光棒的界面处形成气泡缺陷；针对光棒界面的气泡缺陷问题，目前行业通常使用的解决思路，是在芯棒生产后减少存放的时间，或者制造高洁净度，去静电的容器存放芯棒，减少芯棒暴污染的风险，但是上述两种思路都无法彻底解决芯棒在沉积前运输、上料过程中被再次污染的问题。
第二、OVD工艺被广泛用于包层的制造主要源于其生产效率高，成本低，因此OVD设备已经从最初的单喷灯设备发展到现在的多喷灯沉积设备，但多喷灯OVD设备也带来外径均匀性难控制的问题，每个喷灯的任一种气体的流量或者设备状态上细微的差异会导致光棒密度、粉体收集率的变化，从而造成均匀性差的问题；针对多喷灯的OVD工艺存在的光棒均匀性差问题，行业目前除了不断提高设备精度外，目前无有效的解决方案，而设备控制精度的提高也意味着成本的大幅增加。
第三、多喷灯的OVD沉积设备工作时，由多个喷灯向芯棒喷出高温火焰和原料反应，容易出现温度过高导致芯棒软化弯曲，芯棒沉积时出现晃动，从而导致最终芯棒与包层不同心的问题，由于沉积过程在密闭的腔体中进行，目前行业内对沉积过程的芯棒甩动缺乏有效的检测手段与方法。
发明内容
本申请实施例提供一种OVD沉积工艺的生产系统及OVD沉积工艺，以解决相关技术中多喷灯的OVD工艺存在的光棒均匀性差问题。
第一方面，提供了一种OVD沉积工艺的生产系统，其包括反应腔室，其还包括：
光棒夹持装置，其组设于所述反应腔室内，并用于对芯棒进行夹持、旋转以及驱使芯棒在水平方向上做往复直线运动；
多喷灯沉积设备，其组设于所述反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒；
喷灯补料设备，其可移动地组设于所述反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒；
测径装置，其可移动地组设于所述反应腔室内，并用于检测芯棒的外径；
控制装置，其与所述光棒夹持装置、多喷灯沉积设备、喷灯补料设备和测径装置相连接，并用于控制光棒夹持装置、多喷灯沉积设备工作，以及根据测量的外径与设定外径分布标准曲线，控制喷灯补料设备工作。
一些实施例中，所述光棒夹持装置包括第一导轨、两个夹具和第一驱动机构，两个所述夹具间隔地设于所述第一导轨上，所述夹具上设有可旋转的夹爪，所述第一驱动机构与所述夹具相连接，并用于驱动所述夹爪带动芯棒旋转，以及驱动所述夹具在第一导轨上移动。
一些实施例中，所述喷灯补料设备包括第二导轨、喷灯补料机构和第二驱动机构，所述喷灯补料机构设于所述第二导轨上，所述第二驱动机构与所述喷灯补料机构相连，并用于驱动喷灯补料机构在第二导轨上移动。
一些实施例中，所述喷灯补料机构包括基座、补料喷灯、补料罐和第三驱动机构，所述补料喷灯转动连接在所述基座上，并与补料罐连接，所述第三驱动机构与所述补料喷灯连接，并用于驱动所述补料喷灯旋转，以调整所述补料喷灯朝向芯棒的俯仰角度。
一些实施例中，所述喷灯补料机构还包括架体和第四驱动机构，所述架体可移动地组设于所述基座上，所述补料喷灯转动连接在所述架体上，所述第四驱动机构与所述架体连接，并用于驱动所述架体沿垂直于第二导轨长度方向在基座上移动。
第二方面，提供了一种OVD沉积工艺，其包括如下步骤：
驱使芯棒旋转，并驱使芯棒在水平方向上做往复直线运动；
按照设定的流量曲线，控制多喷灯沉积设备，对所述芯棒进行沉积；
自所述芯棒的一端至另一端，检测所述芯棒的外径；
将检测的外径与设定外径分布标准曲线进行比对，获取喷灯补料设备的补偿流量和补偿移动速度；
按照所述补偿移动速度，驱使喷灯补料设备移动，并按照所述补偿流量，控制所述喷灯补料设备，对所述芯棒进行沉积补料。
一些实施例中，所述补偿流量Q采用如下公式计算：
其中，K1和K2为外径补偿系数，D为芯棒上位置为n的点的外径，D为设定外径分布标准曲线上位置为n的点的外径，Q为设定的流量曲线上位置为n的点的即时原料流量；
所述补偿移动速度V＝V+L/T；其中，V为芯棒在水平方向上做往复直线运动时的速度，L为芯棒参与沉积的有效长度，T为芯棒在水平方向上做往复直线运动时的周期。
一些实施例中，所述OVD沉积工艺还包括如下晃动检测步骤：
将测径装置移动至待测区域；
驱使测径装置与光棒夹持装置同步移动，并持续设定时间；
获取所述设定时间内，所测量的芯棒的外径最大值和最小值；
根据所述最大值和最小值，计算得到所述待测区域的沉积晃动程度。
一些实施例中，在驱使芯棒旋转，并驱使芯棒在水平方向上做往复直线运动之前，所述OVD沉积工艺还包括如下抛光步骤：
驱使芯棒旋转，并控制喷灯补料设备，以使其喷出的氢氧焰朝向芯棒；
驱使喷灯补料设备，自所述芯棒的一端移动至另一端，以使其喷出的氢氧焰扫过整个芯棒。
一些实施例中，所述抛光步骤还包括：
在移动所述喷灯补料设备时，控制多喷灯沉积设备喷出第一流量的氢氧焰；
在扫过整个芯棒后，控制多喷灯沉积设备喷出第二流量的氢氧焰，第一流程小于第二流量。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种OVD沉积工艺的生产系统及OVD沉积工艺，在沉积时，利用测径装置测量芯棒的外径，并与设定外径分布标准曲线进行比对，控制喷灯补料设备对需要补偿的位置进行补偿沉积，从而可以显著改善光棒的外径均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
图1为本申请实施例提供的OVD沉积工艺的生产系统侧视图；
图2为本申请实施例提供的OVD沉积工艺的生产系统俯视图。
图中：1、光棒夹持装置；10、夹具；2、多喷灯沉积设备；20、沉积喷灯；3、喷灯补料设备；30、喷灯补料机构；300、基座；301、补料喷灯；302、架体；303、第四驱动机构；31、第二导轨；4、芯棒；5、抽送风装置。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种OVD沉积工艺的生产系统，其包括反应腔室，其还包括光棒夹持装置1、多喷灯沉积设备2、喷灯补料设备3、测径装置、控制装置(附图中未示出)和抽送风装置5。
光棒夹持装置1组设于反应腔室内，并用于对芯棒4进行夹持、旋转以及驱使芯棒4在水平方向上做往复直线运动。
多喷灯沉积设备2组设于反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒4，以实现对芯棒4进行沉积，多喷灯沉积设备2具有多个沉积喷灯20，沉积喷灯20呈一字型分布，并与芯棒4的直线运动方向平行。
喷灯补料设备3可移动地组设于反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒4，以实现对芯棒4进行补料沉积，喷灯补料设备3的移动方向与芯棒4的直线运动方向平行。
测径装置可移动地组设于反应腔室内，并用于检测芯棒4的外径，测径装置可以采用摄像机或激光传感器等设备，测径装置的移动方向与芯棒4的直线运动方向平行；测径装置与喷灯补料设备3可以单独分开地进行移动，也可以集成为整体，作为整体进行移动，为了简化设备，优选采用集成整体形式进行移动。
抽送风装置5组设于反应腔室内，以对反应腔室进行抽风和送风。
控制装置与光棒夹持装置1、多喷灯沉积设备2、喷灯补料设备3和测径装置相连接，并用于控制光棒夹持装置1、多喷灯沉积设备2工作，以及根据测量的外径与设定外径分布标准曲线，控制喷灯补料设备3工作。
利用本申请实施例提供的OVD沉积工艺的生产系统，在沉积时，利用测径装置测量芯棒的外径，并与设定外径分布标准曲线进行比对，获取喷灯补料设备的补偿流量和补偿移动速度，并利用喷灯补料设备对需要补偿的位置进行补偿沉积，可以显著改善光棒的外径均匀性，还能够根据不同产品的要求对光棒设计不同的外径曲线，有效的提高光棒的利用率。
进一步地，参见图2所示，光棒夹持装置1包括第一导轨、两个夹具10和第一驱动机构，两个夹具10间隔地设于第一导轨上，夹具10上设有可旋转的夹爪，第一驱动机构与夹具10相连接，并用于驱动夹爪带动芯棒4旋转，以及驱动夹具10在第一导轨上移动。
进一步地，参见图2所示，喷灯补料设备3包括第二导轨31、喷灯补料机构30和第二驱动机构，喷灯补料机构30设于第二导轨31上，第二驱动机构与喷灯补料机构30相连，并用于驱动喷灯补料机构30在第二导轨31上移动。
进一步地，参见图1和图2所示，喷灯补料机构30包括基座300、补料喷灯301、补料罐和第三驱动机构，补料喷灯301转动连接在基座300上，并与补料罐连接，第三驱动机构与补料喷灯301连接，并用于驱动补料喷灯301旋转，以调整补料喷灯301朝向芯棒4的俯仰角度。
进一步地，参见图1所示，喷灯补料机构30还包括架体302和第四驱动机构303，架体302可移动地组设于基座300上，补料喷灯301转动连接在架体302上，第四驱动机构303与架体302连接，并用于驱动架体302沿垂直于第二导轨31长度方向在基座300上移动。
本申请实施例提供了一种OVD沉积工艺，采用上述实施例提供的OVD沉积工艺的生产系统实施，其包括如下步骤：
101：控制装置开启抽送风装置5，控制光棒夹持装置1工作，以驱使芯棒4旋转，并驱使芯棒4在水平方向上做往复直线运动，往复运动周期为T，速度为V芯。
102：按照设定的流量曲线，控制装置控制多喷灯沉积设备2，对芯棒4进行沉积。
103：控制装置控制测径装置自芯棒4的一端移动至另一端，并检测芯棒4的外径，移动速度为V芯+L芯/T，同时以芯棒4移动半个周期的距离，L芯为芯棒4参与沉积的有效长度。
104：控制装置将检测的外径与设定外径分布标准曲线进行比对，获取喷灯补料设备3的补偿流量和补偿移动速度。
其中，补偿流量Qn采用如下公式计算：
其中，K1和K2为外径补偿系数，可以根据实际生产情况对K1和K2分别进行取值，比如，K1可以在(0，5]之间取值，K2可以在[0，5]之间取值，Dn为芯棒4上位置为n的点的外径，D标为设定外径分布标准曲线上位置为n的点的外径，Qt为设定的流量曲线上位置为n的点的即时原料流量；
补偿移动速度V补＝V芯+L芯/T；其中，V芯为芯棒4在水平方向上做往复直线运动时的速度，L芯为芯棒4参与沉积的有效长度，T为芯棒4在水平方向上做往复直线运动时的周期。
105：按照补偿移动速度，控制装置驱使喷灯补料设备3移动，并按照补偿流量，控制喷灯补料设备3，对芯棒4进行沉积补料。
106：重复上述步骤103～105，至沉积结束。
利用本申请实施例提供的OVD沉积工艺，在沉积时，利用测径装置测量芯棒的外径，并与设定外径分布标准曲线进行比对，获取喷灯补料设备的补偿流量和补偿移动速度，并利用喷灯补料设备对需要补偿的位置进行补偿沉积，可以显著改善光棒的外径均匀性，还能够根据不同产品的要求对光棒设计不同的外径曲线，有效的提高光棒的利用率。
进一步地，在沉积过程中，OVD沉积工艺还包括如下晃动检测步骤：
201：控制装置控制测径装置，以将测径装置移动至待测区域。
202：控制装置驱使测径装置与光棒夹持装置1同步移动，并持续设定时间。
203：控制装置控制测径装置工作，获取设定时间内，所测量的芯棒4的外径最大值Dmax和最小值Dmin。
204：根据最大值Dmax和最小值Dmin，控制装置计算得到待测区域的沉积晃动程度Dmax-Dmin。
本申请在沉积过程中，利用测径装置可以实现光棒外径和沉积晃动在线检测的功能，可以及时监测生产工艺，即使发现异常情况。
进一步地，在驱使芯棒4旋转，并驱使芯棒4在水平方向上做往复直线运动之前，OVD沉积工艺还包括如下抛光步骤：
301：控制装置控制光棒夹持装置1工作，驱使芯棒4旋转，并控制喷灯补料设备3，以使其喷出的氢氧焰朝向芯棒4，同时，控制多喷灯沉积设备2喷出第一流量的氢氧焰。
302：控制装置驱使喷灯补料设备3，自芯棒4的一端移动至另一端，以使其喷出的氢氧焰扫过整个芯棒4，并立即进入沉积阶段，同时继续控制多喷灯沉积设备2，以使其喷出第二流量的氢氧焰，防止芯棒4表面受到污染，第一流程小于第二流量。
本申请将抛光工艺与OVD沉积合并，可以显著减少光棒的气泡缺陷，能够优化产品工艺生产流程，减少企业场地、人力、设备、资金等生产资源的投入，降低企业生产运营成本。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种OVD沉积工艺的生产系统，其包括反应腔室，其特征在于，其还包括：
光棒夹持装置(1)，其组设于所述反应腔室内，并用于对芯棒(4)进行夹持、旋转以及驱使芯棒(4)在水平方向上做往复直线运动；
多喷灯沉积设备(2)，其组设于所述反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒(4)；
喷灯补料设备(3)，其可移动地组设于所述反应腔室内，且其沉积区域至少部分覆盖于芯棒(4)；
测径装置，其可移动地组设于所述反应腔室内，并用于检测芯棒(4)的外径；
控制装置，其与所述光棒夹持装置(1)、多喷灯沉积设备(2)、喷灯补料设备(3)和测径装置相连接，并用于控制光棒夹持装置(1)、多喷灯沉积设备(2)工作，以及根据测量的外径与设定外径分布标准曲线，控制喷灯补料设备(3)工作。
2.如权利要求1所述的OVD沉积工艺的生产系统，其特征在于：所述光棒夹持装置(1)包括第一导轨、两个夹具(10)和第一驱动机构，两个所述夹具(10)间隔地设于所述第一导轨上，所述夹具(10)上设有可旋转的夹爪，所述第一驱动机构与所述夹具(10)相连接，并用于驱动所述夹爪带动芯棒(4)旋转，以及驱动所述夹具(10)在第一导轨上移动。
3.如权利要求1所述的OVD沉积工艺的生产系统，其特征在于：所述喷灯补料设备(3)包括第二导轨(31)、喷灯补料机构(30)和第二驱动机构，所述喷灯补料机构(30)设于所述第二导轨(31)上，所述第二驱动机构与所述喷灯补料机构(30)相连，并用于驱动喷灯补料机构(30)在第二导轨(31)上移动。
4.如权利要求3所述的OVD沉积工艺的生产系统，其特征在于：所述喷灯补料机构(30)包括基座(300)、补料喷灯(301)、补料罐和第三驱动机构，所述补料喷灯(301)转动连接在所述基座(300)上，并与补料罐连接，所述第三驱动机构与所述补料喷灯(301)连接，并用于驱动所述补料喷灯(301)旋转，以调整所述补料喷灯(301)朝向芯棒(4)的俯仰角度。
5.如权利要求4所述的OVD沉积工艺的生产系统，其特征在于：所述喷灯补料机构(30)还包括架体(302)和第四驱动机构(303)，所述架体(302)可移动地组设于所述基座(300)上，所述补料喷灯(301)转动连接在所述架体(302)上，所述第四驱动机构(303)与所述架体(302)连接，并用于驱动所述架体(302)沿垂直于第二导轨(31)长度方向在基座(300)上移动。
6.一种OVD沉积工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
驱使芯棒(4)旋转，并驱使芯棒(4)在水平方向上做往复直线运动；
按照设定的流量曲线，控制多喷灯沉积设备(2)，对所述芯棒(4)进行沉积；
自所述芯棒(4)的一端至另一端，检测所述芯棒(4)的外径；
将检测的外径与设定外径分布标准曲线进行比对，获取喷灯补料设备(3)的补偿流量和补偿移动速度；
按照所述补偿移动速度，驱使喷灯补料设备(3)移动，并按照所述补偿流量，控制所述喷灯补料设备(3)，对所述芯棒(4)进行沉积补料。
7.如权利要求6所述的OVD沉积工艺，其特征在于：
所述补偿流量Q(n)采用如下公式计算：
其中，K1和K2为外径补偿系数，D(n)为芯棒(4)上位置为n的点的外径，D(标)为设定外径分布标准曲线上位置为n的点的外径，Q(t)为设定的流量曲线上位置为n的点的即时原料流量；
所述补偿移动速度V(补)＝V(芯)+L(芯)/T；其中，V(芯)为芯棒(4)在水平方向上做往复直线运动时的速度，L(芯)为芯棒(4)参与沉积的有效长度，T为芯棒(4)在水平方向上做往复直线运动时的周期。
8.如权利要求6所述的OVD沉积工艺，其特征在于，所述OVD沉积工艺还包括如下晃动检测步骤：
将测径装置移动至待测区域；
驱使测径装置与光棒夹持装置(1)同步移动，并持续设定时间；
获取所述设定时间内，所测量的芯棒(4)的外径最大值和最小值；
根据所述最大值和最小值，计算得到所述待测区域的沉积晃动程度。
9.如权利要求6所述的OVD沉积工艺，其特征在于，在驱使芯棒(4)旋转，并驱使芯棒(4)在水平方向上做往复直线运动之前，所述OVD沉积工艺还包括如下抛光步骤：
驱使芯棒(4)旋转，并控制喷灯补料设备(3)，以使其喷出的氢氧焰朝向芯棒(4)；
驱使喷灯补料设备(3)，自所述芯棒(4)的一端移动至另一端，以使其喷出的氢氧焰扫过整个芯棒(4)。
10.如权利要求9所述的OVD沉积工艺，其特征在于，所述抛光步骤还包括：
在移动所述喷灯补料设备(3)时，控制多喷灯沉积设备(2)喷出第一流量的氢氧焰；
在扫过整个芯棒(4)后，控制多喷灯沉积设备(2)喷出第二流量的氢氧焰，第一流程小于第二流量。
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