CN117990077A - 浸入式光纤环绕制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种浸入式光纤环绕制方法，设置上端开口的胶水池，胶水池内设置紫外胶，将光纤骨架环下端部分浸入胶水液面以下；光纤经过光纤引导轮后由光纤骨架环下方入纤；聚焦式紫外装置由下方间断性照射光纤与光纤骨架环轮面接触点使胶水迅速凝固；光纤骨架环轮面绕制一层光纤后，光纤引导轮反向移动绕制下一层；光纤卷绕完毕后，光纤骨架环转移到洁净室内，光纤骨架环自转甩掉多余的胶水以及内部夹杂的气泡；光纤骨架环自转过程中，通过紫外灯照射光纤环，使残留在光纤之间缝隙中的胶水凝固，解决了中大型光纤环绕制时光纤张力大、表面易划伤的问题。

Description

浸入式光纤环绕制方法

技术领域

本发明涉及光纤环绕制领域，尤其是涉及一种浸入式光纤环绕制方法。

背景技术

光纤陀螺是用于测量姿态方位的高精度惯性传感系统，光纤环是光纤陀螺的光学核心组成部分。光纤环是将一段光纤通过四极对称、八极对称、十六极对称等特殊绕法绕制而成的一种光纤敏感元件，不同规格的光纤环所需的光纤从几百米至数公里不等。

对于传统光纤环绕制设备，主要有几种涂胶方式，对于直径较小的光纤环，由于卷绕时间短，先进行排纤卷绕，整体卷绕完毕后，将光纤环投入胶水中，然后整体固化；对于中大型直径的光纤环，主要是在骨架环转动过程中在入纤位置采用压杆对光纤施加引导压力，迫使光纤贴紧骨架环轮面，并采用涂胶机构对入纤位置涂胶，等光纤绕制完毕后再进行整体照射使紫外胶水凝固。但是由于压杆拨动时挤压光纤，容易造成光纤外壁划伤；另外，光纤环绕制时要求光纤张力尽量小，但是这种先涂胶后整体照射的方式导致整个绕制过程中，光纤需要保持一定张力，才能使光纤紧密的排布在骨架环上不至于松散，因此张力总是趋于偏大的，影响光纤环性能。

发明内容

本发明提供了一种浸入式光纤环绕制方法，解决了中大型光纤环绕制时光纤张力大、表面易划伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种浸入式光纤环绕制方法，

S1、设置上端开口的胶水池，胶水池内设置紫外胶，将光纤骨架环下端部分浸入胶水液面以下；

S2、光纤经过光纤引导轮后由光纤骨架环下方入纤；

S3、光纤骨架环转动的同时光纤引导轮沿光纤骨架环的转动轴方向移动以引导光纤呈螺旋缠绕在光纤骨架环轮面上；

S4、聚焦式紫外装置由下方间断性照射光纤与光纤骨架环轮面接触点使胶水迅速凝固；

S5、光纤骨架环轮面绕制一层光纤后，光纤引导轮反向移动绕制下一层；

S6、光纤卷绕完毕后，光纤骨架环转移到洁净室内，光纤骨架环自转甩掉多余的胶水以及内部夹杂的气泡；

S7、光纤骨架环自转过程中，通过紫外灯照射光纤环，使残留在光纤之间缝隙中的胶水凝固。

优选的方案中，多轴机器人上聚焦式紫外装置一旁设置第一相机，监测聚焦式紫外装置的聚焦点位置，引导紫外装置移动机构移动以使聚焦点对准光纤与光纤骨架环轮面的接触点。

优选的方案中，聚焦式紫外装置包括激光器、反射镜和凸透镜，多个平行布置的激光器发射紫外激光仅由反射镜反射后再通过凸透镜汇聚至焦点。

优选的方案中，光纤骨架环相对于胶水池的高度可调整。

优选的方案中，胶水池下端设有底板，底板上设有多个竖向的导杆，底板上方设有活动板，活动板与各导杆滑动连接，活动板下侧面设有第一连接架，第一连接架设有丝母座，底板上侧面设有第二连接架，还设有丝杠，丝杠有丝母座套接，丝杠两端分别与第二连接架和底板转动连接；

骨架环驱动机构包括转动座，转动座与活动板连接，转动座一端与光纤骨架环转动连接，转动座另一端设有第二减速电机。

优选的方案中，光纤引导轮一侧还设有第二相机，第二相机观测光线与光纤骨架环轮面的接触位置以监测光纤实时入纤角度。

优选的方案中，光纤骨架环一侧设有横移机构，横移机构包括可以移动的第一滑动台，第一滑动台移动方向与光纤骨架环转动轴方向平行，第一滑动台上设有进给机构，进给机构设有可移动的第二滑动台，第二滑动台移动方向与光纤骨架环转动轴方向垂直，光纤引导轮设在第二滑动台上。

优选的方案中，洁净室内回收的胶水经过过滤器过滤后由液泵泵入胶水池中重复使用。

优选的方案中，每层光纤入纤前利用聚焦式紫外装置照射光纤骨架环的轮面靠近挡边处形成楔型填充结构，光纤入纤后首匝抵靠楔型填充结构，光纤绕制一层结束后利用聚焦式紫外装置照射尾匝与挡边的夹缝处形成楔型填充结构。

优选的方案中，光纤引导轮由于相互交错的第一梯形片和第二梯形片沿周向布置而成。

本发明的有益效果为：取消压杆，以高精度排纤导轮配合人工智能光纤位置识别进行排纤，减少压杆对光纤的影响，避免光纤划伤；在胶水中进行排纤，能够消除静电，避免了光纤由于带同性电荷相互排斥导致绕制松散；光纤入纤时胶水即被固化，绕环过程中，光纤无须始终保持较大张力，光纤环内应力小且均匀，品质高。

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是本发明的示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的光纤环转移示意图。

图4是本发明的自旋排出多余胶水和气泡示意图。

图5是本发明的残余胶水照射凝固示意图。

图6是本发明的胶水过滤循环示意图。

图7是本发明的聚焦式紫外装置优化方案示意图。

图8是本发明的楔型填充结构示意图。

图9是本发明的组合式光纤引导轮示意图。

图10是本发明的浸入深度调整结构示意图。

图11是本发明的更换光纤骨架环后高度调整示意图。

图中：光纤骨架环1；楔型填充结构101；挡边102；胶水池2；底板201；导杆202；活动板203；第一连接架204；第二连接架205；丝杠206；第一减速电机207；丝母座208；聚焦式紫外装置3；激光器301；反射镜302；凸透镜303；光纤引导轮4；第一梯形片401；第二梯形片402；多轴机器人5；第一相机6；第二相机7；骨架环驱动机构8；转动座801；第二减速电机802；横移机构9；进给机构10；洁净室11；紫外灯12；液泵13；过滤器14。

具体实施方式

如图1-11中，一种浸入式光纤环绕制方法，

S1、设置上端开口的胶水池2，胶水池2内设置紫外胶，将光纤骨架环1下端部分浸入胶水液面以下；

S2、光纤经过光纤引导轮4后由光纤骨架环1下方入纤；

S3、光纤骨架环1转动的同时光纤引导轮4沿光纤骨架环1的转动轴方向移动以引导光纤呈螺旋缠绕在光纤骨架环1轮面上；

S4、紫外装置移动机构承托聚焦式紫外装置3由下方间断性照射光纤与光纤骨架环1轮面接触点使胶水迅速凝固；

S5、光纤骨架环1轮面绕制一层光纤后，光纤引导轮4反向移动绕制下一层；

S6、光纤卷绕完毕后，光纤骨架环1转移到洁净室11内，光纤骨架环1自转甩掉多余的胶水以及内部夹杂的气泡；

S7、光纤骨架环1自转过程中，通过紫外灯12照射光纤环，使残留在光纤之间缝隙中的胶水凝固。

优选的方案中，紫外装置移动机构为多轴机器人5，多轴机器人5上聚焦式紫外装置3一旁设置第一相机6，监测聚焦式紫外装置3的聚焦点位置，引导多轴机器人5移动以使聚焦点对准光纤与光纤骨架环1轮面的接触点。

为了提高固定效果，光纤的固化点位置至可增加第二个区域，也就是光纤本匝与上一匝的接触区域，也就是说光纤截面下端和侧端各有一个固化区域，从侧面看去，由于这两个区域在高度和横向位置均不同，因此紫外装置移动机构至少需要两个垂直方向的直线移动机构，在此基础上由于不同的光纤环直径不相同，因此整个固化时的工件坐标系需要整体改变与校正，综上考虑，采用多轴机器人比迪卡尔式的三轴正交移动机构更加灵活方便。

优选的方案中，聚焦式紫外装置3包括激光器301、反射镜302和凸透镜303，多个平行布置的激光器301发射紫外激光仅由反射镜302反射后再通过凸透镜303汇聚至焦点。

激光器301可平行设置，降低安装调试难度，通过反射镜302将不同激光器301发射的紫外激光转变成相同偏振态的激光，利用叠加提高固化效果，最后经过凸透镜303汇聚至焦点，照射光纤与骨架轮面或上一侧光纤的贴合位置，实现边卷绕边固化。

优选的方案中，光纤骨架环1相对于胶水池2的高度可调整。

优选的方案中，胶水池2下端设有底板201，底板201上设有多个竖向的导杆202，底板201上方设有活动板203，活动板203与各导杆202滑动连接，活动板203下侧面设有第一连接架204，第一连接架204设有丝母座208，底板201上侧面设有第二连接架205，还设有丝杠206，丝杠206与丝母座208螺纹连接，丝杠206两端分别与第二连接架205和底板201转动连接；

骨架环驱动机构8包括转动座801，转动座801与活动板203连接，转动座801一端与光纤骨架环1转动连接，转动座801另一端设有第二减速电机802。

丝杠206一端设有第一减速电机207，光纤骨架环1的直径发生较大变化时，第一减速电机207驱动活动板203上下移动以调整光纤骨架环1下端在胶水池2中浸入深度，使其始终接近胶水池2底部，甚至使得浸入深度保持相同。

这样做有多方面的好处，第一，由于光纤骨架环1的种类较多，直径差异较大，如果为了满足所有型号，胶水池2的体积需要较大较深，胶水池2内需要填充过多的胶水，胶水成本较高，虽然能够多次重复使用，但一旦达到次数上限，或者意外污染胶水，更换时会造成大量的胶水浪费；

第二，由于光纤骨架环1的种类较多，直径差异较大，若紫外装置移动机构为笛卡尔式的三轴移动机构，安装时三轴的垂直度并不是绝对垂直，位置差异过大，会导致路径起点移位，即使采用较为灵活的多轴机器人5，由于存在多轴耦合误差，在不同的工作区域精度一致性也存在差异，由于光纤直径较为微小，为了改善精度，应尽量压缩移动机构的位移范围；

第三，由于采用多束激光聚焦的形式，当激光由空气斜向进入胶水时会发生折射，初次调试好焦点后，应尽量避免移动幅度过大导致安装误差被放大，激光入射角度改变，导致失焦。

优选的方案中，光纤引导轮4一侧还设有第二相机7，第二相机7观测光线与光纤骨架环1轮面的接触位置以监测光纤实时入纤角度。

优选的方案中，光纤骨架环1一侧设有横移机构9，横移机构9包括可以移动的第一滑动台，第一滑动台移动方向与光纤骨架环1转动轴方向平行，第一滑动台上设有进给机构10，进给机构10设有可移动的第二滑动台，第二滑动台移动方向与光纤骨架环1转动轴方向垂直，光纤引导轮4设在第二滑动台上。

优选的方案中，洁净室11内回收的胶水经过过滤器14过滤后由液泵13泵入胶水池2中重复使用。

由于光纤环绕制时为螺旋状，每层两端与挡边102处存在楔形夹角，话句话说光纤在此处与挡边102接触为点接触不是线面接触，因此受力并不太稳定，光纤匝容易横向滑移导致开裂现象，传统的排纤方式难以解决此问题。

因此，优选的方案中，每层光纤入纤前利用聚焦式紫外装置3照射光纤骨架环1的轮面靠近挡边102处形成楔型填充结构101，光纤入纤后首匝抵靠楔型填充结构101，光纤绕制一层结束后利用聚焦式紫外装置3照射尾匝与挡边102的夹缝处形成楔型填充结构101。

由于光纤环浸入胶水中，利用聚焦式紫外装置3照射楔形夹角处可以将原本的夹缝填充为实体，在光纤背侧形成抵靠，有效避免了开裂现象。

优选的方案中，光纤引导轮4由于相互交错的第一梯形片401和第二梯形片402沿周向布置而成。

由于光纤较细，光纤引导轮一般采用V型轮结构，V型角实际上存在一定的圆角，若车刀尖磨损，导致圆角过大，光纤在V槽中实际上存在侧向晃动，失去牵引定位作用。

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)

1.一种浸入式光纤环绕制方法，其特征是：

S1、设置上端开口的胶水池（2），胶水池（2）内设置紫外胶，将光纤骨架环（1）下端部分浸入胶水液面以下；

S2、光纤经过光纤引导轮（4）后由光纤骨架环（1）下方入纤；

S3、光纤骨架环（1）转动的同时光纤引导轮（4）沿光纤骨架环（1）的转动轴方向移动以引导光纤呈螺旋缠绕在光纤骨架环（1）轮面上；

S4、聚焦式紫外装置（3）由下方间断性照射光纤与光纤骨架环（1）轮面接触点使胶水迅速凝固；

S5、光纤骨架环（1）轮面绕制一层光纤后，光纤引导轮（4）反向移动绕制下一层；

S6、光纤卷绕完毕后，光纤骨架环（1）转移到洁净室（11）内，光纤骨架环（1）自转甩掉多余的胶水以及内部夹杂的气泡；

S7、光纤骨架环（1）自转过程中，通过紫外灯（12）照射光纤环，使残留在光纤之间缝隙中的胶水凝固。

2.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：还包括紫外装置移动机构，聚焦式紫外装置（3）一旁设置第一相机（6），监测聚焦式紫外装置（3）的聚焦点位置，引导紫外装置移动机构移动以使聚焦点对准光纤与光纤骨架环（1）轮面的接触点。

3.根据权利要求2所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：聚焦式紫外装置（3）包括激光器（301）、反射镜（302）和凸透镜（303），多个平行布置的激光器（301）发射紫外激光仅由反射镜（302）反射后再通过凸透镜（303）汇聚至焦点。

4.根据权利要求3所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：光纤骨架环（1）相对于胶水池（2）的高度可调整。

5.根据权利要求4所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：胶水池（2）下端设有底板（201），底板（201）上设有多个竖向的导杆（202），底板（201）上方设有活动板（203），活动板（203）与各导杆（202）滑动连接，活动板（203）下侧面设有第一连接架（204），第一连接架（204）设有丝母座（208），底板（201）上侧面设有第二连接架（205），还设有丝杠（206），丝杠（206）与丝母座（208）套接，丝杠（206）两端分别与第二连接架（205）和底板（201）转动连接；

骨架环驱动机构（8）包括转动座（801），转动座（801）与活动板（203）连接，转动座（801）一端与光纤骨架环（1）转动连接。

6.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：光纤引导轮（4）一侧还设有第二相机（7），第二相机（7）观测光线与光纤骨架环（1）轮面的接触位置以监测光纤实时入纤角度。

7.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：光纤骨架环（1）一侧设有横移机构（9），横移机构（9）包括可以移动的第一滑动台，第一滑动台移动方向与光纤骨架环（1）转动轴方向平行，第一滑动台上设有进给机构（10），进给机构（10）设有可移动的第二滑动台，第二滑动台移动方向与光纤骨架环（1）转动轴方向垂直，光纤引导轮（4）设在第二滑动台上。

8.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：洁净室（11）内回收的胶水经过过滤器（14）过滤后由液泵（13）泵入胶水池（2）中重复使用。

9.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：每层光纤入纤前利用聚焦式紫外装置（3）照射光纤骨架环（1）的轮面靠近挡边（102）处形成楔型填充结构（101），光纤入纤后首匝抵靠楔型填充结构（101），光纤绕制一层结束后利用聚焦式紫外装置（3）照射尾匝与挡边（102）的夹缝处形成楔型填充结构（101）。

10.根据权利要求1所述浸入式光纤环绕制方法，其特征是：光纤引导轮（4）由于相互交错的第一梯形片（401）和第二梯形片（402）沿周向布置而成。