CN208762412U - 光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，包括包层沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元。所述包层沉积单元用于完成光纤预制棒包层的沉积，包括沉积腔体、平移组件和旋转轴；所述原料供应单元用于向所述包层沉积单元提供包层沉积原料，包括原料气体供应部及沉积喷灯；所述检测单元用于实时检测所述光纤预制棒的包层沉积温度、所述芯棒的直径和预制棒的直径；所述控制单元包括PLC控制器，用于接收所述检测单元反馈的温度及直径值，并适应性调节所述平移组件的平移速度及所述原料气体供应部的H2流量。该自动控制系统，实现了光纤预制棒包层沉积工艺过程的全自动控制，提高了光纤预制棒的产品品质和性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统。
背景技术
众所周知，光纤制造工艺通常分为两步：光纤预制棒制作和光纤拉丝。光纤预制棒的制作质量是光纤拉丝的基础，其制作工艺过程控制是光纤制造中最重要环节之一。目前光纤预制棒制作工艺最为成熟的技术有芯棒沉积和包层沉积。在光纤预制棒生产过程中，整个工艺流程涉及到温度、流量、压力、设备等的协调运转，控制非常繁琐。
现有光纤预制棒生产为机械式的手动操作和控制，人工操作控制设备时，无法确保对各个流程（如流量控制、温度控制控制、压力控制等）控制的及时性及精准度，造成产品良率不高，诸如，当预制棒所处的环境温度波动时，会影响原料颗粒沉积，且影响芯棒或包层沉积生长过程中的稳定性，降低了预制棒的成型效率和效果。
实用新型内容
鉴于以上现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，提高了控制精度，自动化程度高。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，包括包层沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元；其中，
包层沉积单元：包括沉积腔体、平移组件和旋转轴，所述旋转轴的左端连接在所述平移组件上，所述旋转轴可随所述平移组件左右平移，所述旋转轴的右侧置于所述沉积腔体内，在所述旋转轴的右端连接有光纤预制棒芯棒；
原料供应单元：包括原料气体供应部以及通过管道与所述原料气体供应部连接的沉积喷灯，所述原料气体供应部包括SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部，所述沉积喷灯的喷灯口位于所述沉积腔体的内部并朝向所述芯棒设置，用于向所述芯棒喷射包层沉积原料以在所述芯棒上形成外包层进而形成预制棒；
检测单元：包括设于所述沉积腔体内壁上的温度检测器和设于所述沉积腔体上方的芯棒测径器和包棒测径器；所述温度检测器用于实时检测所述包层的沉积温度值，并将所述温度值反馈至所述控制单元，所述芯棒测径器和包棒测径器分别用于实时检测所述芯棒和预制棒的直径值，并将所述直径值反馈至所述控制单元；
控制单元：包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述温度检测器、芯棒测径器和包棒测径器电连接，所述PLC控制器的输出端与所述H2供应部、所述平移组件电连接，所述PLC控制器用于根据所述温度检测器反馈的所述温度值控制所述H2供应部的流量及根据所述芯棒测径器和包棒测径器反馈的所述芯棒和预制棒的直径值控制所述平移组件的平移速度。
作为对上述方案的改进，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的工控机，可通过所述工控机向所述PLC控制器写入程序及输入设定各运行参数的预设值。
作为对上述方案的改进，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的触摸显示屏，可通过所述触摸显示屏显示实时所述包层沉积过程的运行参数及开启、关闭所述包层沉积设备自动控制系统。
作为对上述方案的改进，所述平移组件包括变频电机、水平导轨和滑块，所述变频电机驱动所述滑块沿所述水平导轨左右移动，所述旋转轴的左端通过一连杆连接在所述滑块上，所述变频电机与所述PLC控制器的输出端电连接。
作为对上述方案的改进，所述变频电机通过变频器与所述PLC控制器的输出端电连接。
作为对上述方案的改进，所述H2供应部通过流量调节阀与所述PLC控制器的输出端相连。
作为对上述方案的改进，所述温度检测器为红外温度传感器，所述芯棒测径器、包棒测径器为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
作为对上述方案的改进，所述旋转轴由主轴电机驱动旋转，所述主轴电机通过伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
本实用新型所提供的光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，操作方便，实现了光纤预制棒包层沉积工艺过程的全自动控制，提高了生产效率，确保了对包层沉积工艺中各运行参数控制的及时性和精准度，且各参数的检测和反馈为连续实时进行，反馈机制迅速、可靠，原料颗粒沉积精度高，稳定性强，提高了光纤预制棒的产品品质和性能，适用于规模化生产。
附图说明
图1是本实用新型实施例中光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统的结构框图；
图2是本实用新型实施例中包层沉积单元的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：101-光纤预制棒；100-芯棒；10-包层沉积单元；11-沉积腔体；121-变频电机；122-水平导轨；123-滑块；124-连杆；13-旋转轴；131-主轴电机；20-原料供应单元；21-原料气体供应部；211-H2供应部；22-沉积喷灯；30-检测单元；31-温度检测器；32-芯棒测径器；33-包棒测径器；40-控制单元；41-PLC控制器；42-变频器；43-流量调节阀；44-伺服驱动器；45-工控机；46-触摸显示屏；A-第一位置；B-第二位置。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “左”、“右”、“上”、“下”、 “顶”、“底”、“竖直”、“水平”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实用新型提供了一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，请参阅图1，图1示出了本实施例中所述光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统的结构，所述光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统包括包层沉积单元10、原料供应单元20、检测单元30和控制单元40。
请参阅图2，所述包层沉积单元10用于在光纤预制棒芯棒100上沉积外包层，以完成光纤预制棒101的成型，图2示出了所述包层沉积单元10的结构，所述包层沉积单元10包括沉积腔体11、平移组件和旋转轴13，所述旋转轴13的左端连接在所述平移组件上，所述旋转轴13可随所述平移组件左右平移，所述旋转轴13的右侧置于所述沉积腔体11内，在所述旋转轴13的右端连接有光纤预制棒芯棒100。开启所述包层沉积设备自动控制系统后，所述旋转轴13带动所述芯棒100旋转，同时，所述原料供应单元20提供包层沉积原料在所述芯棒100的表面沉积，形成外包层，所述平移组件带动所述旋转轴13及所述芯棒100逐渐向左平移，所述光纤预制棒101从左至右逐渐沉积生长成型。在初始状态时，所述芯棒100位于第一位置A处，在所述光纤预制棒101成型的过程中，所述芯棒100随所述平移组件逐渐向左平移，所述光纤预制棒101从左至右逐渐沉积生长，待所述芯棒100向左平移整个芯棒长度的距离后，所述光纤预制棒101成型完成，所述光纤预制棒101位于第二位置B处。
进一步的，所述平移组件包括变频电机121、水平导轨122和滑块123，所述旋转轴13的左端通过一连杆124连接在所述滑块123上，所述变频电机121驱动所述滑块123沿所述水平导轨向左平移，从而带动所述旋转轴13及所述芯棒100向左平移。所述水平导轨122设于所述沉积腔体11的下方，所述连杆124设于所述沉积腔体11的左侧。
所述原料供应单元20用于向所述包层沉积单元10提供包层沉积原料，包括原料气体供应部21以及通过管道与所述原料气体供应部21连接的沉积喷灯22，所述原料气体供应部21包括SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部211，所述SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部211分别向所述沉积喷灯22供应SiCl4气体、N2、O2和H2，所述SiCl4在高温条件（1000℃左右）下火焰水解生成SiO2颗粒，即为包层沉积原料，其中，H2 为燃料，其燃烧以提供所述高温条件，O2为助燃剂，起助燃作用，N2作为载气，用于运载所述SiCl4气体、H2和O2。所述沉积喷灯22的喷灯口位于所述沉积腔体11的内部并朝向所述芯棒100设置，用于向所述芯棒100喷射包层沉积原料以在所述芯棒100上形成外包层进而形成光纤预制棒101。火焰水解生成的SiO2通过所述沉积喷灯22的喷灯口以颗粒的形式喷射沉积至所述芯棒100的外表面上成型出所述光纤预制棒101。所述沉积喷灯22的设置位置为：当所述芯棒100处于所述第一位置A时，所述沉积喷灯22的喷灯口朝向所述芯棒100的左端。
所述检测单元30包括设于所述沉积腔体11内壁上的温度检测器31和设于所述沉积腔体11上方的芯棒测径器32和包棒测径器33，所述温度检测器31用于实时检测所述光纤预制棒101的包层沉积温度值，并将所述温度值反馈至所述控制单元40，所述芯棒测径器32和包棒测径器33分别用于实时检测所述芯棒100和预制棒101的直径值，并将所述直径值反馈至所述控制单元40。
其中，所述温度检测器31设置于所述沉积腔体的顶壁上，对应设置在位于所述第二位置B时的所述光纤预制棒101右端的正上方，优选所述温度检测器31为红外温度传感器，在所述光纤预制棒101的成型过程中，实时检测所述光纤预制棒101的包层沉积温度值，即所述光纤预制棒101完成沉积部分的表层温度，并将所述温度值反馈至所述控制单元40。所述温度检测器31可每隔预设时间将检测到的温度值反馈至所述控制单元40。
所述芯棒测径器32和包棒测径器33设于所述沉积腔体11外部，其中，所述芯棒测径器32设于所述第一位置A的上方，包棒测径器33设于所述第二位置B的上方，进一步的，所述芯棒测径器32对应设置在距离所述第一位置A左端部三分之一所述芯棒100长度处的正上方，所述包棒测径器33对应设置在距离所述第二位置B右端部三分之一所述预制棒101长度处的正上方，所述芯棒测径器32、包棒测径器33为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
所述控制单元40包括PLC控制器41，所述PLC控制器41的输入端与所述温度检测器31、芯棒测径器32和包棒测径器33电连接，所述PLC控制器41的输出端与所述H2供应部211、所述平移组件电连接，所述PLC控制器41用于根据所述温度检测器31反馈的所述温度值控制所述H2供应部211的流量及根据所述芯棒测径器32和包棒测径器33反馈的所述芯棒和预制棒的直径值控制所述平移组件的平移速度。
具体的，所述PLC控制器41上预存有所述光纤预制棒101的包层沉积温度预设阈值，其将接收到所述温度检测器31的实时反馈温度值与所述温度预设阈值进行对比，当所述反馈温度值高于所述温度预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述H2供应部211供应所述沉积喷灯22的流量降低，当所述反馈温度值低于所述温度预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述H2供应部211供应所述沉积喷灯22的流量增大，以使所述光纤预制棒101的包层沉积温度保持在最佳范围内，保证所述光纤预制棒101的沉积温度的稳定性，进而提高了所述光纤预制棒101折射率的稳定性。本实用新型基于温度采集技术，实时调整燃料气体流量、精确控制预制棒101包层的沉积，能够有效防止密度梯度大而导致的预制棒开裂，从而提高产品质量及良率。所述温度预设阈值可设置为所述光纤预制棒101沉积的最佳温度范围。本实施例中，预制棒101包层的最高沉积温度与最低沉积温度之间保持在10℃以内。所述H2供应部211供应所述沉积喷灯22的流量可在0 .5L/min～20L/min之间进行调节。
进一步的，所述H2供应部211通过流量调节阀42与所述PLC控制器41的输出端相连，所述PLC控制器41通过控制所述流量调节阀42的开度达到控制调节所述H2供应部211供应所述沉积喷灯22流量的目的。优选所述流量调节阀42为电磁阀。
在所述PLC控制器41上预存有所述预制棒101的芯包比预设阈值，所述芯包比指所述芯棒100直径与所述预制棒101直径的比值，所述PLC控制器41将所接收到的所述芯棒测径器32和包棒测径器33反馈的所述芯棒100和预制棒101的直径值进行计算处理，得出所述预制棒101的检测芯包比值，并将所述检测芯包比值与所述芯包比预设阈值进行对比，当所述检测芯包比值大于所述芯包比预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述滑块123沿所述水平导轨122向左平移的速度增大，当所述检测芯包比值小于所述芯包比预设阈值时，所述PLC控制器41发送控制指令使所述滑块123沿所述水平导轨122向左平移的速度减小，以使所述沉积成型出的预制棒101的芯包比保持在最佳范围内，提高所述预制棒101的产品品质和性能。本实施例中，所述预制棒101的芯包比最佳范围设置为0.35～0.86。
进一步的，所述变频电机121通过变频器43与所述PLC控制器41的输出端电连接，所述PLC控制器41的输出端连接所述变频器43的输入端，所述变频器43的输出端连接所述变频电机121，所述PLC控制器41通过控制所述变频器43的频率来调节所述变频电机121的转速，从而控制所述滑块123沿所述水平导轨122向左平移的速度。可以理解的，所述变频电机121可通过水平设置的滚珠丝杠结构驱动所述滑块123平移。
本实施例中，所述旋转轴13由主轴电机131驱动旋转，所述主轴电机131通过伺服驱动器44与所述PLC控制器41的输出端电连接。所述PLC控制器41通过所述伺服驱动器44控制所述主轴电机131按照设定转速旋转。
本实施例中，所述控制单元40还包括与所述PLC控制器41双向通信连接的工控机45，所述PLC控制器41与所述工控机45之间可以进行数据交换，具体的，可通过所述工控机45向所述PLC控制器41写入程序及输入设定所述光纤预制棒101的沉积温度预设阈值、所述预制棒101的芯包比预设阈值以及所述主轴电机131的旋转转速等运行参数，所述PLC控制器41接收到的所述温度检测器31实时反馈温度值、所述芯棒测径器32、包棒测径器33反馈的所述芯棒100、预制棒101的直径值及所述预制棒101的检测芯包比值可存储在所述工控机上，且可在所述工控机界面进行直观显示。
在一个实施方式中，所述控制单元40还包括与所述PLC控制器41双向通信连接的触摸显示屏46，可通过所述触摸显示屏46显示实时所述芯棒101沉积过程的运行参数及开启、关闭所述包层沉积设备自动控制系统，操作简便。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种光纤预制棒包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，包括包层沉积单元、原料供应单元、检测单元和控制单元；其中，
包层沉积单元：包括沉积腔体、平移组件和旋转轴，所述旋转轴的左端连接在所述平移组件上，所述旋转轴可随所述平移组件左右平移，所述旋转轴的右侧置于所述沉积腔体内，在所述旋转轴的右端连接有光纤预制棒芯棒；
原料供应单元：包括原料气体供应部以及通过管道与所述原料气体供应部连接的沉积喷灯，所述原料气体供应部包括SiCl4供应部、N2供应部、O2供应部和H2供应部，所述沉积喷灯的喷灯口位于所述沉积腔体的内部并朝向所述芯棒设置，用于向所述芯棒喷射包层沉积原料以在所述芯棒上形成外包层进而形成预制棒；
检测单元：包括设于所述沉积腔体内壁上的温度检测器和设于所述沉积腔体上方的芯棒测径器和包棒测径器；所述温度检测器用于实时检测所述包层的沉积温度值，并将所述温度值反馈至所述控制单元，所述芯棒测径器和包棒测径器分别用于实时检测所述芯棒和预制棒的直径值，并将所述直径值反馈至所述控制单元；
控制单元：包括PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与所述温度检测器、芯棒测径器和包棒测径器电连接，所述PLC控制器的输出端与所述H2供应部、所述平移组件电连接，所述PLC控制器用于根据所述温度检测器反馈的所述温度值控制所述H2供应部的流量及根据所述芯棒测径器和包棒测径器反馈的所述芯棒和预制棒的直径值控制所述平移组件的平移速度。
2.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的工控机，可通过所述工控机向所述PLC控制器写入程序及输入设定各运行参数的预设值。
3.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括与所述PLC控制器双向通信连接的触摸显示屏，可通过所述触摸显示屏显示实时所述包层沉积过程的运行参数及开启、关闭所述包层沉积设备自动控制系统。
4.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述平移组件包括变频电机、水平导轨和滑块，所述变频电机驱动所述滑块沿所述水平导轨左右移动，所述旋转轴的左端通过一连杆连接在所述滑块上，所述变频电机与所述PLC控制器的输出端电连接。
5.根据权利要求4所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述变频电机通过变频器与所述PLC控制器的输出端电连接。
6.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述H2供应部通过流量调节阀与所述PLC控制器的输出端相连。
7.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述温度检测器为红外温度传感器，所述芯棒测径器、包棒测径器为CCD相机或超声波测距传感器中的一种。
8.根据权利要求1所述的包层沉积设备自动控制系统，其特征在于，所述旋转轴由主轴电机驱动旋转，所述主轴电机通过伺服驱动器与所述PLC控制器的输出端电连接。
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| CN113480162A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-10-08 | 富通集团有限公司 | 一种预制棒的加工设备 |
| CN113880405A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-04 | 彩虹（合肥）液晶玻璃有限公司 | 一种液晶基板玻璃成型用自校正牵引辊轮结构 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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