CN104556670A

CN104556670A - 一种光纤预制棒与尾柄对接的方法及其装置

Info

Publication number: CN104556670A
Application number: CN201410823920.3A
Authority: CN
Inventors: 闫瑞刚; 沈一春; 缪丙华
Original assignee: Zhongtian Technology Precision Material Co Ltd
Current assignee: Zhongtian Technology Precision Material Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明涉及的是一种光纤预制棒与尾柄的对接制造方法及其装置，使用该方法及其装置进行光纤预制棒和尾柄的对接。包括工作台、喷灯、喷灯支架、伺服电机一、卡盘一，伺服电机二、卡盘二，石墨辊、石墨辊支架、压缩气缸、滑动板一，伺服电机三、滑动板二、伺服电机四、滑动导轨和控制面板；在工作台的上部安装有滑动导轨，伺服电机一的输出轴上装有卡盘一，卡盘一用于装卡预制棒；伺服电机三安装在滑动板一的后侧；伺服电机二的输出轴上装有卡盘二，卡盘二用于装卡尾柄；伺服电机四安装在滑动板二的后侧；喷灯支架上装有喷灯；在工作台后侧中部安装有石墨辊支架，石墨辊支架前侧安装有石墨辊，工作台一侧装有控制面板。

Description

一种光纤预制棒与尾柄对接的方法及其装置

技术领域

本发明专利涉及的是一种光纤预制棒与尾柄的对接制造方法及其装置，使用该方法及其装置进行光纤预制棒和尾柄的对接。

背景技术

光纤制造以及光纤预制棒的制造基本按照以下过程进行：采用轴向气相沉积法（VAD）沉积粉末态芯棒，经过脱羟玻璃化生成玻璃态芯棒；然后延伸为合适长度的较细的芯棒，在每根芯棒外围进一步外包沉积粉末态棒，再次脱羟玻璃化生成大尺寸预制棒。

在光纤预制棒的制造过程中，光纤预制棒母材需要尾柄用以支撑，故光纤预制棒母材和尾柄的对接是很有必要的。例如，上述的外包沉积粉末态棒的过程，光纤预制棒母材的两端必须接两根尾柄，用以卡盘卡爪夹持；而在玻璃态芯棒延伸过程中，为了使芯棒两端延伸尽量充分，两端也必须接尾柄，用以卡爪夹持并施力延伸。

近年来，为了满足光纤预制棒制造效率提升的要求，预制棒母材直径越来越大，所以预制棒的对接直径也越来越大。对接部位直径变大，热传达就变得不均匀，对接部位端面的中心位置和周边部位的加热程度就会不同。

相对来说，周边部位软化更早，表面张力更大。因此，周边部位比中心部位要高约1mm，中心凹陷，在对接过程中，中心部位的空气密封在对接位置内部，如果挤压力稍大，密封气体被挤出，在挤出位置会形成较大的空洞。空气留在对接位置和被挤出都会对对接部位的应力等产生极大影响。

在JP2005-145796专利中，通过控制对接面一端的切割角度θ（θ满足0.017≤tanθ≤0.176）来保证对接过程中气泡全部被挤出，没有残留；对接两端的棒径要求为35mm~55mm。但实际应用中在没有切割时确定圆柱体切割角度时很困难的；另一方面，该专利对接部位棒径范围仅为35mm~55mm，在预制棒棒径日益变大的趋势下变得不适用；再者，经过实践，对接一端有切割角度时，在对接过程中虽然没有气泡残留，但存在挤压的凸起和凹陷，影响对接部位的应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤预制棒与尾柄的对接方法及其装置。一种光纤预制棒和尾柄的对接方法，其预制棒端面切割为与轴心近似垂直方向，而对接的另一端尾柄的切割端面则与轴心呈θ角，用喷灯对对接两端进行灼烧熔融，在对接挤压一定距离后用石墨辊再将凹凸部位抹平。

一种光纤预制棒和尾柄的对接方法及其装置通过以下技术实现：

一种光纤预制棒和尾柄的对接装置包括工作台、喷灯、喷灯支架、伺服电机一、卡盘一，伺服电机二、卡盘二，石墨辊、石墨辊支架、压缩气缸、滑动板一，伺服电机三、滑动板二、伺服电机四、滑动导轨和控制面板。

在工作台的上部安装有滑动导轨，滑动板一安装在工作台左端的滑动导轨上，滑动板一上安装有伺服电机一，伺服电机一的输出轴上装有卡盘一，卡盘一用于装卡预制棒；伺服电机三安装在滑动板一的后侧，通过齿轮传动滑动板一在滑动导轨上横向移动；在工作台的右端安装有伺服电机二，伺服电机二的输出轴上装有卡盘二，卡盘二用于装卡尾柄；伺服电机四安装在滑动板二的后侧，通过齿轮传动滑动板二在导轨上横向移动；在工作台的前侧中部安装有喷灯支架，喷灯支架上装有喷灯，喷灯通过输气管道分别于氢气，氧气气源相连；在工作台后侧中部安装有石墨辊支架，石墨辊支架前侧安装有石墨辊，石墨辊支架后侧安装有压缩气缸，压缩气缸可推动石墨辊前后移动，使石墨辊与对接部位接触并压平。工作台一侧装有控制面板，控制面板通过控制线与上述可控部件相连，并控制上述部件。

所述卡盘一和卡盘二，装卡直径可调，范围为0~200mm。

所述伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三和伺服电机四分别与工作台上安装的控制面板相连，可以分别控制伺服电机的转速和旋转方向。

所述喷灯为金属单喷灯，燃烧气体为氢气（H₂），助燃气体为氧气（O₂），分为内外氧。

所述压缩气缸可推动石墨辊前进的距离范围为0~150mm。

所述预制棒为以石英材质为主的掺杂材料。

所述的尾柄为石英材质。

一种光纤预制棒和尾柄的对接方法如下：

用切割机对预制棒尾柄进行精确切割，预制棒端面切割为与轴线垂直，而对接的另一端尾柄的切割端面则与喷灯中心线呈θ角；通过控制面板操作，伺服电机三和伺服电机四通过各自齿轮分别传动卡盘一和卡盘二在滑动导轨上移动，使预制棒和尾柄边沿到达喷灯中心线，伺服电机一和伺服电机二通过各自齿轮控制卡盘一和卡盘二同时以同一速度同向旋转，用喷灯对对接两端进行灼烧熔融，预制棒端面边沿形成凸起，而预制棒端面中心则形成凹陷，尾柄端面边沿则形成圆滑状。通过控制面板操作，伺服电机四通过齿轮传动卡盘二在滑动导轨上移动尾柄距离D进行挤压，挤压后在对接部位形成凸起和凹陷，压缩气缸推动石墨辊前进，与对接部位接触，将凹陷和凸起部位抹平。

所述θ角范围为1°≤θ≤10°，根据三角关系换算为切割量d和挤压距离D。

所述的一种光纤预制棒与尾柄对接端的直径范围为20mm~100mm。

所述灼烧，前提为喷灯火焰中心线在预制棒和尾柄的轴线上，对预制棒和尾柄的对接端进行灼烧。

所述挤压，时机为对接两端灼烧至发白，固定一端，另一端相向挤压。

所述抹平为使用石墨辊在两端对接位置凹凸部位进行抹压，直到对接部位棒径均匀无凹凸为止。

本发明一种光纤预制棒与尾柄的对接制造方法及其装置优点：

一是实现方法比较简单，角度换算为切割量d，并且根据该切割量确定挤压量；二是增加石墨辊压平装置，保证压平后对接部位平滑，无凹凸；三是使用范围广，对接端的直径范围为20mm~100mm，满足预制棒大棒径趋势的要求。

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为一种光纤预制棒和尾柄对接的装置示意图。

图2a是一种光纤预制棒和尾柄对接前的端面切割示意图。

图2b是一种光纤预制棒和尾柄在喷灯灼烧后的端面形状示意图。

图2c是一种光纤预制棒和尾柄在喷灯灼烧后对接前的位置示意图。

图2d是一种光纤预制棒和尾柄在喷灯灼烧后对接后抹平前的形状示意图。

图2e是一种光纤预制棒和尾柄在喷灯灼烧后对接后抹平后的形状示意图。

图3为图2d对接部位A-A剖面图。

图4为图2e对接部位B-B剖面图

图中：1、光纤预制棒；2、尾柄；3、喷灯；4、水平中轴线；5为喷灯中心线；6、喷灯支架；7、伺服电机一；8、卡盘一；9、伺服电机二；10、卡盘二；11、预制棒切割端面；12、经过灼烧后预制棒端面边沿的凸起；13、经过灼烧后预制棒端面中心的凹陷；14、石墨辊；15、石墨辊支架；16、压缩气缸；17、工作台；18、控制面板；19、滑动导轨；21、尾柄切割端面；22、经过灼烧后端面边沿的凹陷；23挤压过程中气体的逃逸方向； 24a、挤压后对接部位形成的凹陷；24b、挤压后对接部位凹陷被抹平；25a、挤压后对接部位形成的凸起；25b、挤压后对接部位凸起被抹平；26、滑动板一； 27、伺服电机三； 28、滑动板二；29、伺服电机四。

具体实施方式

参照附图1～图4，一种光纤预制棒和尾柄的对接装置包括工作台17、喷灯3、喷灯支架6、伺服电机一7、卡盘一8、伺服电机二9、卡盘二10、石墨辊14、石墨辊支架15、压缩气缸16、滑动板一26、伺服电机三27、滑动板二28、伺服电机四29、滑动导轨19和控制面板18。

在工作台17的上部安装有滑动导轨19，滑动板一26安装在工作台左端的滑动导轨19上，滑动板一26上安装有伺服电机一7，伺服电机一7的输出轴上装有卡盘一8，卡盘一8用于装卡预制棒1；伺服电机三27安装在滑动板一26的后侧，通过齿轮传动滑动板一26在滑动导轨19上横向移动；在工作台17的右端安装有伺服电机二9，伺服电机二9的输出轴上装有卡盘二10，卡盘二10用于装卡尾柄2；伺服电机四29安装在滑动板二28的后侧，通过齿轮传动滑动板二28在导轨19上横向移动；在工作台17的前侧中部安装有喷灯支架6，喷灯支架6上装有喷灯3，喷灯3通过输气管道分别于氢气，氧气气源相连；在工作台17后侧中部安装有石墨辊支架15，石墨辊支架15前侧安装有石墨辊14，石墨辊支架15后侧安装有压缩气缸16，压缩气缸16可推动石墨辊14前后移动，使石墨辊与对接部位接触并压平。工作台17一侧装有控制面板18，控制面板18通过控制线与上述可控部件相连，并控制上述部件。

所述卡盘一8和卡盘二10，装卡直径可调，范围为0~200mm。

所述伺服电机一7、伺服电机二9、伺服电机三27和伺服电机四29分别与工作台17上安装的控制面板18相连，可以分别控制伺服电机的转速和旋转方向。

所述喷灯3为金属单喷灯，燃烧气体为氢气（H₂），助燃气体为氧气（O₂），分为内外氧。

所述压缩气缸16可推动石墨辊14前进的距离范围为0~150mm。

所述预制棒1为以石英材质为主的掺杂材料。

所述的尾柄2为石英材质。

一种预制棒与尾柄的对接方法如下：

用切割机对预制棒尾柄2进行精确切割，预制棒切割端面11切割为与轴线4垂直，而对接的另一端尾柄切割端面21则与喷灯中心线5呈θ角；通过控制面板18操作，伺服电机三27和伺服电机四29通过各自齿轮分别传动卡盘一8和卡盘二10在滑动导轨19上移动，使预制棒和尾柄边沿到达喷灯中心线5，伺服电机一7和伺服电机二9通过各自齿轮控制卡盘一8和卡盘二10同时以同一速度同向旋转，用喷灯3对对接两端进行灼烧熔融，预制棒1端面边沿12形成凸起，而预制棒1端面中心13则形成凹陷，尾柄2端面边沿则形成圆滑状。通过控制面板18操作，伺服电机四29通过齿轮传动卡盘二10在滑动导轨19上移动尾柄2距离D进行挤压，挤压后在对接部位形成凸起25a和凹陷24a，压缩气缸16推动石墨辊前进，与对接部位接触，将凹陷和凸起部位抹平，形成25b和24b。

所述的一种光纤预制棒与尾柄对接端的直径范围为20mm~100mm。

所述D为2d/3。

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：采用轴向气相沉积法（VAD）沉积粉末态芯棒，经过脱羟玻璃化生成直径为80mm预制棒母棒，采用本发明将直径为80mm预制棒母棒对接直径为80mm的尾柄，便于进行后续生产。

此实施例中θ取5°，d=80*tan5°=7.00mm，D=2d/3=4.67mm，根据图2（a），使用切割机切割预制棒1，使预制棒切割端面11与轴线4垂直；使用切割机切割尾柄2，使端面21与喷灯中心线5呈5°角。

预制棒母棒1和尾柄2以10rpm的速度开始旋转，喷灯3点火灼烧，H₂流量为300L/min，内O₂流量为50 L/min，外O₂流量为100 L/min，灼烧8min后开始同时移动预制棒母棒1和尾柄2，使两对接预制棒切割端面11和尾柄切割端面21几乎接触，如图2（c）所示。

固定预制棒母棒1，移动尾柄2进行挤压，移动距离为D=4.67mm。使用石墨辊对接部位抹压处理，直到对接部位棒径光滑均匀为止。

对接部位无可见气泡，经过下游工序生产使用，强度和不圆度没有异常，符合生产要求。

实施例二：采用轴向气相沉积法（VAD）沉积粉末态芯棒，经过脱羟玻璃化生成直径为50mm预制棒母棒，采用本发明将直径为50mm预制棒母棒对接直径为50mm的尾柄，便于进行后续生产。

此实施例中θ取8°，d=50*tan8°=7.03mm，D=2d/3=4.69mm，根据图2（a），使用切割机切割预制棒1，使预制棒切割端面11与轴线4垂直；使用切割机切割尾柄2，使尾柄切割端面21与喷灯中心线5呈8°角。

预制棒母棒1和尾柄2以10rpm的速度开始旋转，喷灯3点火灼烧，H₂流量为250L/min，内O₂流量为40 L/min，外O₂流量为85 L/min，灼烧6min后开始同时移动预制棒母棒1和尾柄2，使两对接预制棒切割端面11和尾柄切割端面21几乎接触，如图2（c）所示。

固定预制棒母棒1，移动尾柄2进行挤压，移动距离为D=4.69mm。使用石墨辊对接部位抹压处理，直到对接部位棒径光滑均匀为止。

Claims

1.一种光纤预制棒和尾柄的对接装置，其特征在于：包括工作台、喷灯、喷灯支架、伺服电机一、卡盘一，伺服电机二、卡盘二，石墨辊、石墨辊支架、压缩气缸、滑动板一，伺服电机三、滑动板二、伺服电机四、滑动导轨和控制面板；

在工作台的上部安装有滑动导轨，滑动板一安装在工作台左端的滑动导轨上，滑动板一上安装有伺服电机一，伺服电机一的输出轴上装有卡盘一，卡盘一用于装卡预制棒；伺服电机三安装在滑动板一的后侧，通过齿轮传动滑动板一在滑动导轨上横向移动；在工作台的右端安装有伺服电机二，伺服电机二的输出轴上装有卡盘二，卡盘二用于装卡尾柄；伺服电机四安装在滑动板二的后侧，通过齿轮传动滑动板二在导轨上横向移动；在工作台的前侧中部安装有喷灯支架，喷灯支架上装有喷灯，喷灯通过输气管道分别于氢气，氧气气源相连；在工作台后侧中部安装有石墨辊支架，石墨辊支架前侧安装有石墨辊，石墨辊支架后侧安装有压缩气缸，压缩气缸可推动石墨辊前后移动，使石墨辊与对接部位接触并压平；工作台一侧装有控制面板。

2.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒和尾柄的对接装置，其特征在于：所述卡盘一和卡盘二，装卡直径可调，范围为0~200mm。

3.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒和尾柄的对接装置，其特征在于：所述伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三和伺服电机四分别与工作台上安装的控制面板相连，可以分别控制伺服电机的转速和旋转方向。

4.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒和尾柄的对接装置，其特征在于：所述喷灯为金属单喷灯，燃烧气体为氢气，助燃气体为氧气，分为内外氧。

5.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒和尾柄的对接装置，其特征在于：所述压缩气缸可推动石墨辊前进的距离范围为0~150mm。

6.权利要求1所述的一种光纤预制棒和尾柄对接装置的对接方法，其特征在于：

用切割机对预制棒尾柄进行精确切割，预制棒端面切割为与轴线垂直，而对接的另一端尾柄的切割端面则与喷灯中心线呈θ角；通过控制面板操作，伺服电机三和伺服电机四通过各自齿轮分别传动卡盘一和卡盘二在滑动导轨上移动，使预制棒和尾柄边沿到达喷灯中心线，伺服电机一和伺服电机二通过各自齿轮控制卡盘一和卡盘二同时以同一速度同向旋转，用喷灯对对接两端进行灼烧熔融，预制棒端面边沿形成凸起，而预制棒端面中心则形成凹陷，尾柄端面边沿则形成圆滑状；通过控制面板操作，伺服电机四通过齿轮传动卡盘二在滑动导轨上移动尾柄距离D进行挤压，挤压后在对接部位形成凸起和凹陷，压缩气缸推动石墨辊前进，与对接部位接触，将凹陷和凸起部位抹平。

7.根据权利要求6所述的一种光纤预制棒和尾柄对接装置的对接方法，其特征在于：所述预制棒为以石英材质为主的掺杂材料。

8.根据权利要求6所述的一种光纤预制棒和尾柄对接装置的对接方法，其特征在于：所述的尾柄为石英材质。

9.根据权利要求6所述的一种光纤预制棒和尾柄对接装置的对接方法，其特征在于：所述θ角范围为1°≤θ≤10°，根据三角关系换算为切割量d和挤压距离D。

10.根据权利要求6所述的一种光纤预制棒和尾柄对接装置的对接方法，其特征在于：所述的一种光纤预制棒与尾柄对接端的直径范围为20mm～100mm。