CN114636380A - 一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法,当一个测径仪测量正多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量正多边形光纤横截面的周点最小距离,再将两个测径仪获得的测量结果做算术平均处理并将处理结果作为拉丝塔的反馈控制系统的输入。本发明通过引入两个测径仪来同时测径,两个测径仪能够分别同时测量正多边形光纤玻璃部分横截面的周点最大距离和周点最小距离,再将两个丝径测量值的平均值作为拉丝塔的反馈控制系统的输入,从而尽可能地减小了正多边形光纤拉丝时丝径测量值的波动,降低了拉丝时光纤的报废率。
Description
技术领域
本发明涉及特种光纤拉丝技术领域,尤其涉及一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法及系统。
背景技术
如图1所示,丝径测量仪有2个发射器和2个接收器,每个发射器发出一个激光束,穿过发射器的透镜和扫描窗口,经过待测物,继续穿过接收器的扫描窗口和透镜,被收集并聚焦到光电管,电子电路将接收到的光转换成电信号,利用光的衍射原理来确定物体的尺寸。当一个物体放置在测量区域时,每个激光扫描束产生三个部分:两个亮纹部分(Segment#1和3)和一个暗纹部分(Segment#2),丝径测量仪的控制器通过信号对应的暗纹部分计算出被测物体的尺寸。
在实际生产应用中,拉丝时圆形光纤穿过丝径测量仪,丝径测量仪将光纤的丝径信号反馈给拉丝塔控制系统,系统自动调整拉丝速度和进料速度来控制光纤的丝径。但是对于正多边形光纤,用此测量方法拉丝时,光纤的包层直径会波动较大,如截面为正八边形的光纤,由于拉丝塔有一定的高度,正八边形预制棒在拉丝过程中光纤会有旋转,丝径测量仪的光纤直径范围在边边距和角角距之间波动,若八边形光纤目标边边距为a,则理论光纤包层直径波动范围是0.926a到a,最大波动值为0.074a,随着a值增大波动值也会随之增大。这对于以边边距为控制目标的光纤丝径波动较大,严重影响光纤的实际应用。
发明内容
针对背景技术中提到的现有技术的至少一个缺陷或改进需求,本发明提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法,用以减小正多边形光纤拉丝时丝径测量值的波动。
为达到上述目的,第一方面,本发明提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法,当一个测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,再将两个测径仪获得的测量结果做算术平均处理并将处理结果作为拉丝塔的反馈控制系统的输入;
所述周点最大距离为夹持所述正多边形的两条平行线间的最大距离,所述周点最小距离为夹持所述正多边形的两条平行线间的最小距离。
根据本发明提供的丝径测控方法,当所述正多边形为正偶数多边形时,所述周点最大距离为角角距,所述角角距即为相对最远的两个角点间的距离;所述周点最小距离为边边距,所述边边距即为相对的两个平行边之间的距离。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述当一个测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,具体包括如下步骤:
S11.将两个测径仪分别紧邻置于所述拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处;
S12.基于两个所述测径仪的测径方位,调节两个所述测径仪在水平面上的第一相对角度,使所述第一相对角度为mπ/n;将调整好后的两个所述测径仪的位置固定;其中,n为所述正偶数多边形的边数,m取正奇数。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述当一个测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,具体包括如下步骤:
S21.将两个测径仪分别置于所述拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处;
S22.基于两个所述测径仪的测径方位,调节两个所述测径仪在水平面上的第二相对角度,使所述第二相对角度为0;基于两个所述测径仪的测径面距,进一步调节两个所述测径仪在竖直方向上的相对距离,使所述相对距离等于在所述正偶数多边形光纤旋转角度为pπ/n时对应的光纤旋转长度;将调整好后的两个所述测径仪的位置固定;其中,n为所述正偶数多边形的边数,p取正奇数。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述m取1。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述p取1。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述测径方位为所述测径仪的实际测径方向线,所述相对角度即为所述两个测径仪各自的实际测径方向线间的夹角。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述测径面距为所述实际测径方向线所属的水平面间的面距离,所述相对距离即为所述面距离。
根据本发明提供的丝径测控方法,所述边边距为100-800μm。
本发明还提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控系统,该系统能够实现上述任一项所述的丝径测控方法的步骤。
本发明通过引入两个测径仪来同时测径,两个测径仪能够分别同时测量正多边形光纤玻璃部分横截面的周点最大距离和周点最小距离,再将两个丝径测量值的平均值作为拉丝塔的反馈控制系统的输入,从而尽可能地减小了正多边形光纤拉丝时丝径测量值的波动,降低了拉丝时光纤的报废率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见的,下面的附图是本发明的一些较佳实施例的附图,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是现有技术中的双轴测径仪的工作状态示意图;
图2是本发明实施例提供的一种适配正偶数多边形光纤拉丝的丝径测控方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合一些附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的一个实施例提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法,当一个测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,然后,需要对拉丝塔的反馈控制系统的输入信号进行编辑,即将两个测径仪检测到的丝径数值取算术平均数作为输入信号,同时选择输出信号项目显示在屏幕上。
周点最大距离为夹持正多边形的两条平行线间的最大距离,周点最小距离为夹持正多边形的两条平行线间的最小距离。可以设想,在一个平面内,有两条平行的直线将一个正多边形紧密地包夹于其间,随着正多边形的转动,两条平行的直线间的距离会随之变化,此两条平行的直线间的距离的最大值即为所谓的周点最大距离,此两条平行的直线间的距离的最小值即为所谓的周点最小距离。传统的采用单个测径仪在拉丝测径时,测径数值就在周点最大距离和周点最小距离之间来回波动,测径数值的波动幅度较大。本发明通过引入两个测径仪来同时测径,两个测径仪能够分别同时测量正多边形光纤玻璃部分横截面的周点最大距离和周点最小距离,再将两个丝径测量值的平均值作为拉丝塔的反馈控制系统的输入,从而尽可能地减小了正多边形光纤拉丝时丝径测量值的波动,降低了拉丝时光纤的报废率。
当正多边形为正偶数多边形时,周点最大距离为角角距,所述角角距即为相对最远的两个角点间的距离;所述周点最小距离为边边距,所述边边距即为相对的两个平行边之间的距离。
同理,根据几何关系可知,当正多边形为正奇数多边形时,周点最小距离为某角点到正对边的垂直距离,所述正对边为各边中点里距该角点最远的那条边,周点最大距离即为该角点与正对边上的一端的角点间的距离。
正奇数多边形与正偶数多边形的操作方法类似,此处以正偶数多边形为例,此时,当一个测径仪测量正偶数多边形光纤玻璃部分横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量所述正偶数多边形光纤玻璃部分横截面的周点最小距离,具体包括如下S11-S12的步骤,如图2所示。此实施例中,取BetaLaserMike accuscan双轴测径仪2个。
S11.将两个双轴测径仪分别紧邻置于拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处。以测正四、六、八边形光纤为例,两个双轴测径仪在竖直方向的距离优选为0-12cm(由大量数据统计得出的参考值,与拉丝塔本身相关),可以紧邻,也可以有一定距离,但最多不超过12cm,即可保证测量效果。
S12.基于两个双轴测径仪的测径方位,调节两个双轴测径仪在水平面上的第一相对角度,使第一相对角度为mπ/n;将调整好后的两个双轴测径仪的位置固定;其中,n为正偶数多边形的边数,m取正奇数。
测径方位为测径仪的实际测径方向线,相对角度即为两个测径仪各自的实际测径方向线间的夹角。如图1所示,双轴测径仪有两束发射光,成一定的角度,该两束光的角平分线即可认为是实际测径方向线,即实际测的是待测物在该实际测径方向线方向的投影的宽度尺寸。此时,确保第一相对角度为mπ/n,其中,n为正偶数多边形的边数(例如4、6、8、10、12等),m取正奇数(1、3、5、7、9等),即确保两个测径仪的相对角度为奇数倍的π/n时,当一个测径仪测量正偶数多边形光纤横截面的周点最大距离时(实际测径方向线正对上某角),另一个测径仪能够同时测量正偶数多边形光纤横截面的周点最小距离(实际测径方向线正对上某边)。调整好方位后,再固定两个测径仪的位置。此时,两个双轴测径仪在竖直方向的距离优选为0-12cm是因为扭转是一个缓慢渐变的过程,当两个测径仪离得很近的话(在该距离范围内),可认为光纤是没有扭转的,此时将两个测径仪相对旋转奇数倍的π/n时,可确保当一个测径仪测量正偶数多边形光纤横截面的周点最大距离时(实际测径方向线正对上某角),另一个测径仪能够同时测量正偶数多边形光纤横截面的周点最小距离(实际测径方向线正对上某边)。
以上为光纤不扭转(或者相当于不扭转),调整测径仪的相对角度的方案。同理,也可以保证测径仪的相对角度不变,或者两测径仪的相对角度就为零,而去扭转光纤。在此种方案中,当一个测径仪测量正偶数多边形光纤横截面的周点最大距离时,另一个测径仪能够同时测量正偶数多边形光纤横截面的周点最小距离,具体包括如下S21-S22的步骤:
S21.将两个测径仪分别置于所述拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处。
S22.基于两个测径仪的测径方位,调节两个测径仪在水平面上的第二相对角度,使第二相对角度为0;基于两个测径仪的测径面距,进一步调节两个所述测径仪在竖直方向上的相对距离,使相对距离等于在正偶数多边形光纤旋转角度为pπ/n时对应的光纤旋转长度;将调整好后的两个测径仪的位置固定;其中,n为正偶数多边形的边数,p取正奇数。
测径面距为实际测径方向线所属的水平面间的面距离,相对距离即为面距离。实际测径方向线所属的水平面即为某个双轴测径仪的两束发射光所处的平面,测径面距即为两个测径仪的水平面间的面距离。此实施例中,保证测径仪的实际测径方向线一致,因光纤在拉丝时会旋转,因此,可调整两测径仪在竖直方向上的间距,使该间距等于在正偶数多边形光纤旋转角度为pπ/n时对应的光纤旋转段线长度,这样就可以保证当一个测径仪测量正偶数多边形光纤横截面的周点最大距离时(实际测径方向线正对上某角),另一个测径仪能够同时测量正偶数多边形光纤横截面的周点最小距离(实际测径方向线正对上某边)。
优选的,m取1,此时可使测径仪的相对旋转角度最小,便于操作。
优选的,p取1,此时可使测径仪的相对距离最小,因为拉丝塔的尺寸也是有限的,不可能无限调整增大测径仪的相对距离,且最小的调距也便于操作。
优选的,边边距为100-800μm,正多边形芯棒需要拉成边边距为100-800μm的光纤。此范围内可适配正多边形光纤拉丝从而达到较好的丝径波动控制效果。
下面进行测试验证:
选取3根正多边形预制棒:正方形、正六边形、正八边形;圆形芯棒需要经过特殊处理成正多边形芯棒。
将预制棒拉制成纤,使得光纤玻璃部分边边距分别为125μm和400μm;优选的,正多边形芯棒需要拉成边边距尺寸为100-800μm的光纤。
光纤拉丝过程中包层直径变化趋势观察分析。光纤尺寸的变化趋势为拉丝反馈系统记录光纤包层直径测量值的动态图。
光纤包层直径测试验证。光纤尺寸的测试设备为指定厂家的特殊指定型号,本实施例中采用Arden来测量正多边形光纤的几何尺寸。
实施例试验验证数据结果如下表1所示。
表1单双测径仪测径结果对比表
可以看出,采用本发明的方法,减小了丝径测量值的波动。背景技术中提到的正八边形光纤的测径中,将测径仪沿竖直方向固定于拉丝塔的丝径检测处,上下两个测径仪相距约10cm(由大量数据统计得出的参考值,与拉丝塔本身相关),测径仪之间的相对角度为π/8,使得光纤可从测径区域的中心穿过;若八边形光纤目标边边距为a,则在理论上,光纤包层直径测量值的波动范围是0.963a到a,最大波动值为0.037a,而0.037a是采用单个丝径测量仪进行丝径测量时的最大波动值0.074a的一半。因此,试验结果和理论计算是相吻合的。
以上两个有关正偶数多边形光纤拉丝的实施例中,一个是光纤不扭,测径仪调相对角;一个是测径仪不调相对角(相对角为零),光纤扭转(通过调整测径仪的相对距离来实现测量扭动后的那一部分光纤)。实际上,还可以既使测径仪调相对角,同时根据该相对角来对应调整测径仪的相对距离,从而使得光纤“扭转”起来,最终也达到当一个测径仪测量正偶数多边形光纤横截面的周点最大距离时(实际测径方向线正对上某角),另一个测径仪能够同时测量正偶数多边形光纤横截面的周点最小距离(实际测径方向线正对上某边),原理类似,此处就不再赘述。有关正奇数多边形光纤拉丝的方案也与此类似,均是采用这种“削峰填谷”的平衡方式来减小丝径测量值的波动,此处也不再赘述。
在一个实施例中,本发明还提供一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控系统,该系统能够实现上述任一项所述的丝径测控方法的步骤。
本领域技术人员可以理解,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合,即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地,在不脱离本公开精神和教导的情况下,本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合,所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开,但是本领域技术人员应该理解,在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下,可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此,本公开的范围不应该限于上述实施例,而是应该不仅由所附权利要求来进行确定,还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (10)
1.一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控方法,其特征在于,通过一测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离,同时利用另一测径仪同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,再将两个测径仪获得的测量结果做算术平均处理并将处理结果作为拉丝塔的反馈控制系统的输入;
所述周点最大距离为夹持所述正多边形的两条平行线间的最大距离,所述周点最小距离为夹持所述正多边形的两条平行线间的最小距离。
2.根据权利要求1所述的丝径测控方法,其特征在于,所述正多边形为正偶数多边形时,所述周点最大距离为角角距,所述角角距即为相对最远的两个角点间的距离;所述周点最小距离为边边距,所述边边距即为相对的两个平行边之间的距离。
3.根据权利要求2所述的丝径测控方法,其特征在于,所述通过一测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离,同时利用另一测径仪同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,具体包括如下步骤:
S11.将两个测径仪分别紧邻置于所述拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处;
S12.基于两个所述测径仪的测径方位,调节两个所述测径仪在水平面上的第一相对角度,使所述第一相对角度为mπ/n;将调整好后的两个所述测径仪的位置固定;其中,n为所述正偶数多边形的边数,m取正奇数。
4.根据权利要求2所述的丝径测控方法,其特征在于,所述通过一测径仪测量所述正多边形光纤横截面的周点最大距离,同时利用另一测径仪同时测量所述正多边形光纤横截面的周点最小距离,具体包括如下步骤:
S21.将两个测径仪分别置于所述拉丝塔沿竖直方向上的两个丝径测量处;
S22.基于两个所述测径仪的测径方位,调节两个所述测径仪在水平面上的第二相对角度,使所述第二相对角度为0;基于两个所述测径仪的测径面距,进一步调节两个所述测径仪在竖直方向上的相对距离,使所述相对距离等于在所述正偶数多边形光纤旋转角度为pπ/n时对应的光纤旋转长度;将调整好后的两个所述测径仪的位置固定;其中,n为所述正偶数多边形的边数,p取正奇数。
5.根据权利要求3所述的丝径测控方法,其特征在于,所述m取1。
6.根据权利要求4所述的丝径测控方法,其特征在于,所述p取1。
7.根据权利要求4所述的丝径测控方法,其特征在于,所述测径方位为所述测径仪的实际测径方向线,所述相对角度即为所述两个测径仪各自的实际测径方向线间的夹角。
8.根据权利要求7所述的丝径测控方法,其特征在于,所述测径面距为所述实际测径方向线所属的水平面间的面距离,所述相对距离即为所述面距离。
9.根据权利要求2所述的丝径测控方法,其特征在于,所述边边距为100-800μm。
10.一种适配正多边形光纤拉丝的丝径测控系统,其特征在于,该系统能够实现权利要求1-9任一项所述的丝径测控方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220617 |
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