一种连续作业型光纤预制棒延伸装置及方法

技术领域

本发明属于光纤制造技术领域，具体涉及一种连续作业型光纤预制棒延伸装置及方法。

背景技术

光纤预制棒胚棒的制造工艺有多种，包括MCVD改进型化学气相沉积工艺、VAD轴向气相沉积工艺、OVD外气相沉积工艺等，这些工艺制造的光纤预制棒胚棒完成后通常都会经过一个将胚棒拉伸为长度适当、直径均匀的加工过程，该过程称为延伸。

当前延伸的方法通常分为卧式延伸和立式延伸，无论是卧式延伸还是立式延伸工艺都较为成熟，直径控制也用到PID等自动控制方法，但当前的延伸工艺流程较为复杂，包含：

前流程：预制胚棒焊接，在胚棒两端各焊接一截夹持手柄；

加工流程：预制棒胚棒安装于延伸设备上、预制棒胚棒预热、预制棒胚棒延伸、预制棒胚棒冷却、预制棒胚棒卸载；

后流程：预制胚棒夹持手柄辅材切割等。

延伸过程复杂，且存在不必要的预热、冷却、切割等过程，浪费能源和占用设备时间。

公开号为CN201811528622.6、JP08317215、CN02829390.8、JP3902189B2等专利公开了在光纤预制棒拉伸方面的装置及方法，但其场景都需要焊接夹持手柄、装载、预热及冷却光纤预制棒胚棒等，存在制造效率低、消耗能源及资源等不足。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种连续作业型光纤预制棒延伸装置及方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种连续作业型光纤预制棒延伸装置，包括：

第一夹持装置，用于装夹未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ；

加热烤灯：用于对第一夹持装置上的光纤预制棒胚棒Ⅰ和第二夹持装置上的光纤预制棒胚棒相对的端面加热熔融；

第二夹持装置：用于装夹焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ和正在拉伸的光纤预制棒胚棒；

延伸加热炉：用于对焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ拉伸位置进行加热；

第三夹持装置、第四夹持装置：用于装夹拉伸后的光纤预制棒胚棒；

导轨；

所述第一夹持装置、第二夹持装置、延伸加热炉、第三夹持装置和第四夹持装置沿光纤加工方向依次设置，所述第一夹持装置与第二夹持装置之间设置有加热烤灯，所述第一夹持装置、第二夹持装置、第三夹持装置、第四夹持装置和加热烤灯分别设置于导轨上并分别沿导轨横向往复运动；

所述第一夹持装置上的光纤预制棒胚棒Ⅰ、第二夹持装置上的光纤预制棒胚棒、焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ和拉伸后的光纤预制棒胚棒始终保持同步旋转状态。

进一步的，所述第一夹持装置在导轨上的初始位置为P1，所述第一夹持装置在导轨上的移动距离为L1，所述加热烤灯在导轨上的初始位置为P2，L1小于P1与P2之间的水平距离。

进一步的，所述第二夹持装置在导轨上的初始位置为P3，所述第二夹持装置在导轨上的移动距离为L2，所述延伸加热炉在导轨上的初始位置为P4，L2小于P3与P4之间的水平距离。

进一步的，所述第三夹持装置在导轨上的初始位置为P5，所述第三夹持装置在导轨上的移动距离为L3，所述第四夹持装置在导轨上的初始位置为P6，所述第四夹持装置在导轨上的移动距离为L4，L3小于P5与P6之间的水平距离。

进一步的，所述第一夹持装置和第二夹持装置按照相同速度V1沿导轨向右移动，所述第三夹持装置和第四夹持装置按照相同速度V2沿导轨向右移动，设拉伸前的光纤预制棒胚棒的直径为D，拉伸后的光纤预制棒胚棒的直径为d，则一定时间t下，速度V1和速度V2之间存在以下关系：

D

在实际拉伸过程中，通过延伸加热炉两端安装的测径装置实时检测拉伸前后的光纤预制棒胚棒直径，并根据直径测试结果对速度V1和速度V2进行修正。

一种连续作业型光纤预制棒延伸方法，采用如上所述的一种连续作业型光纤预制棒延伸装置实施，包括以下步骤：

首先，通过第一夹持装置夹持未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ沿导轨朝向第二夹持装置移动，通过加热烤灯将第一夹持装置上的光纤预制棒胚棒Ⅰ和第二夹持装置上的光纤预制棒胚棒相对的端面充分熔融后进行挤压对焊；

待焊接后，第一夹持装置和第二夹持装置保持夹持状态且均按照速度V1沿导轨向右移动，待第二夹持装置松开焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ并沿导轨向左移动回到初始位置再次夹持焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ，第一夹持装置松开夹持并沿导轨向左移动回到初始位置；

通过延伸加热炉持续对焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ拉伸位置加热，使其处于高温软化可拉伸状态，实现坯棒拉伸；

第三夹持装置夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒按照速度V2沿导轨朝向第四夹持装置移动至所需位置，第三夹持装置松开夹持，通过第四夹持装置夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒，第四夹持装置保持夹持并按照速度V2沿导轨向右移动，待第三夹持装置沿导轨向左移动回到初始位置再次夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒后，第四夹持装置松开夹持，沿导轨向左移动回到初始位置；

所述光纤预制棒胚棒Ⅰ、焊接后的光纤预制棒胚棒和拉伸后的光纤预制棒胚棒在被夹持和移动过程中始终保持同步旋转状态。

进一步的，设拉伸前的光纤预制棒胚棒的直径为D，拉伸后的光纤预制棒胚棒的直径为d，则一定时间t下，速度V1和速度V2之间存在以下关系：

D

在实际拉伸过程中，通过延伸加热炉两端安装的测径装置实时检测拉伸前后的光纤预制棒胚棒直径，并根据直径测试结果对速度V1和速度V2进行修正。

进一步的，所述第三夹持装置夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒按照速度V2沿导轨朝向第四夹持装置移动最大距离L3后，第三夹持装置松开夹持，通过第四夹持装置夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒，所述第三夹持装置在导轨上的初始位置为P5，所述第四夹持装置在导轨上的初始位置为P6，所述第四夹持装置在导轨上的移动距离为L4，L3小于P5与P6之间的水平距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种连续作业型光纤预制棒延伸装置及方法，取消了现有技术中光纤预制棒胚棒拉伸前需要在胚棒两端焊接夹持手柄的过程，本发明实行胚棒与胚棒的直接焊接，减少了胚棒焊接次数，装卸胚棒无需停止延伸装置，消除了预热、冷却过程，可使延伸装置持续处于作业状态，从而提高了设备的效率，减少能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1所示，一种连续作业型光纤预制棒延伸装置，其加工对象为光纤预制棒胚棒，该装置包括：

第一夹持装置1，用于装夹未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ8，移动距离为L1；

加热烤灯5：用于对两光纤预制棒胚棒(即第一夹持装置1上的光纤预制棒胚棒Ⅰ8和第二夹持装置2上预焊接的光纤预制棒胚棒)端面加热熔融；

第二夹持装置2：用于装夹焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9和正在拉伸的光纤预制棒胚棒(已完成焊接)，移动距离为L2；

延伸加热炉6：用于对焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9拉伸位置进行加热；

第三夹持装置3、第四夹持装置4：用于装夹拉伸后的光纤预制棒胚棒；第三夹持装置3的移动距离为L3，第四夹持装置4的移动距离为L4；

导轨7：作为所有上述夹持装置及加热烤灯5的移动轨道；

第一夹持装置1、第二夹持装置2、延伸加热炉6、第三夹持装置3和第四夹持装置4沿光纤加工方向(即图1中由左至右方向)依次设置，第一夹持装置1与第二夹持装置2之间设置有加热烤灯5，第一夹持装置1、第二夹持装置2、第三夹持装置3、第四夹持装置4和加热烤灯5分别设置于导轨7上并分别沿导轨7横向往复运动；

第一夹持装置1上的光纤预制棒胚棒Ⅰ8和第二夹持装置2上预焊接的光纤预制棒胚棒经过加热烤灯5加热熔融后实现挤压对焊，形成焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9，焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9在第二夹持装置2的夹持下利用延伸加热炉6加热后进行拉伸，得到拉伸后的光纤预制棒胚棒，再被第三夹持装置3、第四夹持装置4夹持；

第一夹持装置1上的光纤预制棒胚棒Ⅰ8、第二夹持装置2上预焊接的光纤预制棒胚棒、焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9和拉伸后的光纤预制棒胚棒在移动过程中始终保持同步旋转状态。

需要注意的是，该装置利用加热软化等体积变化的原理，横向将较粗且直径不均匀的原始石英胚棒拉伸为较细且直径均匀的加工后胚棒，上述所有夹持装置必须保持同样的旋转速度，否则旋转速度差将使胚棒扭曲。而且，在第一夹持装置1及第二夹持装置2之间的对接前，需要通过旋转进行第一夹持装置1及第二夹持装置2上的两个胚棒的中心校对，保证两个胚棒的中心在同一位置，具体的方法为：先将光纤预制棒胚棒Ⅰ8安装在第一夹持装置1上，第二夹持装置2上有正在拉伸的光纤预制棒胚棒Ⅱ9；拿出一支记号笔，靠近旋转的胚棒表面在刚接触到胚棒表面位置保持不动，待整根胚棒旋转一圈以上；查看记号笔是否在胚棒表面留下了一个完整的线圈，若是则中心对位较好，若不是则需要调整胚棒夹持并重复上述步骤。此外，旋转还能确保胚棒顺利的完成加工，在加热软化的过程如果胚棒保持不旋转状态，熔融软化后其加热段则会向下坠，导致整根产品弯曲，无法继续拉伸作业。

第一夹持装置1在导轨7上的初始位置为P1，第二夹持装置2在导轨7上的初始位置为P3，第三夹持装置3在导轨7上的初始位置为P5，第四夹持装置4在导轨7上的初始位置为P6，加热烤灯5在导轨7上的初始位置为P2，延伸加热炉6在导轨7上的初始位置为P4。

第一夹持装置1：通过第一夹持装置1夹持未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ8向第二夹持装置2移动，待加热烤灯5将第一夹持装置1上的光纤预制棒胚棒Ⅰ8和第二夹持装置2上的光纤预制棒胚棒相对的端面充分熔融后进行挤压对焊。对接后，第一夹持装置1和第二夹持装置2保持夹紧状态并分别按照速度V1沿导轨7向右移动，待第二夹持装置2松开胚棒并沿导轨7向左移动回到P3位置后再次夹持焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9后，第一夹持装置1松开夹持并沿导轨7向左移动回到P1位置。

第二夹持装置2：保持夹持，按照速度V1沿导轨7向右移动，待对接完成后，松开夹持，沿导轨7向左移动回P3位置后再次夹持。

加热烤灯5：利用一定配比的H

延伸加热炉6：保持位置固定，持续对焊接后的胚棒拉伸位置加热，使其处于高温软化可拉伸状态，便于进行后续拉伸步骤。

第三夹持装置3：夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒按照速度V2沿导轨7向右移动，待第四夹持装置4夹持后，第三夹持装置3松开夹持，沿导轨7向左移动回到P5位置后再次夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒。

第四夹持装置4：保持松开状态，待第三夹持装置3沿导轨7向右移动至限位处后，夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒，按照速度V2沿导轨7向右移动，待第三夹持装置3再次夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒后，第四夹持装置4松开夹持，沿导轨7向左移动回到P6位置。

由于胚棒延伸过程为等体积变化过程，设拉伸前胚棒直径为D，拉伸后胚棒直径为d，则一定时间t下，速度V1和速度V2存在一定量的理论比例关系，具体为：

πD

即：D

以上为V1、V2的理论速度，实际拉伸过程中，在延伸加热炉6两端安装测径装置，测试拉伸前后的坯棒直径，并根据测试结果对上述速度进行修正。

一种连续作业型光纤预制棒延伸方法，包括以下步骤：

首先，通过第一夹持装置1夹持未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ8向第二夹持装置2移动，通过加热烤灯5将第一夹持装置1上的光纤预制棒胚棒Ⅰ8和第二夹持装置2上的光纤预制棒胚棒相对的端面充分熔融后进行挤压对焊，焊接后第一夹持装置1和第二夹持装置2保持夹紧状态一段时间，并均按照速度V1沿导轨7向右移动，第二夹持装置2松开焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9并沿导轨7向左移动回到P3位置后再次夹持对接后的胚棒，此时，第一夹持装置1松开夹持并沿导轨7向左移动回到P1位置；

第二夹持装置2保持夹持，通过延伸加热炉6持续对焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9拉伸位置加热，使其处于高温软化可拉伸状态，实现坯棒拉伸；

第三夹持装置3夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒按照速度V2沿导轨7向第四夹持装置4移动至所需位置，直至第四夹持装置4夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒，第四夹持装置4保持夹持并按照速度V2沿导轨7向右移动，第三夹持装置3松开夹持，沿导轨7向左移动回到P5位置后再次夹持拉伸后的光纤预制棒胚棒，待第三夹持装置3夹持后，第四夹持装置4松开夹持，沿导轨7向左移动回到P6位置；

在夹持及移动过程中，第一夹持装置1、第二夹持装置2、第三夹持装置3、第四夹持装置4以同等速度绕胚棒中心轴进行旋转，确保所有坯棒，包括未焊接的光纤预制棒胚棒Ⅰ8、焊接后的光纤预制棒胚棒Ⅱ9和拉伸后的光纤预制棒胚棒，始终保持同步旋转状态。

本发明的有益效果至少包括：

1)现有延伸装置需在胚棒上下两端各焊接尾柄，需要焊接两次，本发明减少一次焊接作业，降低了焊接气体的用量，节约了时间，提升了工作效率。

2)延伸加热炉处于持续加热状态，不需要预热及冷却，提升了延伸效率。

3)减少光纤预制棒胚棒于焊接和延伸装置之前搬运、减少装卸次数，降低人员负荷。

4)不需要在胚棒两端焊接额外夹持手柄，减少了辅助材料的使用，节约了资源，减少切割过程。

5)现有延伸方式需要焊接夹持手柄，预热位置一般在胚棒上，会造成胚棒有变径段，影响利用率，本发明直接连续延伸胚棒，消除胚棒变径，提升胚棒的利用率。

本发明使用的第一夹持装置1、第二夹持装置2、第三夹持装置3、第四夹持装置4采用现有的具有夹持及旋转功能的三爪卡盘即可，夹持及旋转功能的实现技术为成熟技术，在此不做赘述，整个设备设计安装时将进行同轴设计及安装调试，且会定期校验上述夹持装置及延伸加热炉6的的同轴情况。

本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。