一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 1970年，美國康寧首先采用氣相沉積方法制備出預(yù)制棒并拉出低衰耗的光纖以 來，目前已經(jīng)有多種制作用于拉制光纖的玻璃預(yù)制棒的加工方法。這些加工方法包括：外 氣相沉積法（OVD)，氣相軸向沉積法（VAD)，內(nèi)氣相沉積法（IVD)，改進(jìn)化學(xué)氣相沉積法 (MCVD)，等離子激活化學(xué)氣相沉積法（PCVD)。
[0003] 經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展，不論是光纖預(yù)制棒還是預(yù)制棒的核心材料芯棒的生產(chǎn)能 力都已經(jīng)由開始的十幾毫米細(xì)小棒子變成現(xiàn)在我們經(jīng)?？吹降囊话傥迨嗪撩椎拇蟀糇?， 目前長飛公司的預(yù)制棒最大可以達(dá)到200mm以上，長度可以達(dá)到3m。然而，在預(yù)制棒拉絲或 者芯棒和套管組合制作預(yù)制棒的過程中，由于工藝需求或則設(shè)備需求，需要規(guī)格為的60~ 120mm的預(yù)制棒或者是尺寸為10~60mm的芯棒。
[0004] 那么利用拉伸技術(shù)將大直徑的200mm預(yù)制棒或者120mm左右的芯棒拉伸成為一種 直徑較小的預(yù)制棒或者芯棒可以很好的解決以上的技術(shù)問題。專利文獻(xiàn)CN 1890189A公 開了一種水平方向拉伸光纖基材的方法設(shè)備，但采用該方法在拉伸過程中由于棒體自身重 力的作用預(yù)制棒的弓曲度不能很好控制，對光纖拉絲過程會造成較大的麻煩。而專利文獻(xiàn) CN102627399B公開了一種垂直方向拉伸光纖基材的方法設(shè)備，但采用該方法在拉伸過程中 由于只關(guān)注拉伸后棒子的尺寸，并且達(dá)到80mm以上的棒子在加熱時要融透非常慢，當(dāng)檢測 到拉伸效果不佳，才會對拉伸的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時，由于調(diào)整相關(guān)參數(shù)后，其產(chǎn)生的影響 體現(xiàn)到拉伸后的效果上時，很有一個很大的滯后性；同時拉伸爐在加熱的過程中爐內(nèi)熱場 的不均勻性導(dǎo)致母棒拉伸時受熱不均，會對整個拉伸后預(yù)制棒的尺寸、圓度與弓曲度控制 產(chǎn)生很大的影響，從而導(dǎo)致拉伸效率和拉伸后預(yù)制棒或者芯棒幾何及光學(xué)性能下降，這導(dǎo) 致生產(chǎn)成本的增加同時，對預(yù)制棒原材料也造成很大的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種拉伸質(zhì) 量好、加工工藝穩(wěn)定的光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法及設(shè)備。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸方法，其特征在于：將 大直徑光纖預(yù)制棒（包括芯棒）垂直安裝在拉伸設(shè)備上，大直徑光纖預(yù)制棒的上端由上端 夾緊裝置夾持，其穿過加熱裝置后，下端由下端夾緊裝置夾持；
[0007] 先對光纖預(yù)制棒進(jìn)行預(yù)處理，即控制系統(tǒng)通過測量裝置采集光纖預(yù)制棒的各個位 置段的尺寸信息，再根據(jù)采集到的光纖預(yù)制棒的尺寸信息確定加熱裝置向上移動的速度V 2 和上端夾緊裝置向上的拉伸速度V3;
[0008] 預(yù)處理完成后，使上端夾緊裝置和下端夾緊裝置夾緊光纖預(yù)制棒開始以Vl轉(zhuǎn)速 同步旋轉(zhuǎn)；
[0009] 然后開啟加熱裝置對光纖預(yù)制棒下端設(shè)定的起始拉伸加熱段進(jìn)行加熱，使其漸變 為半熔融狀態(tài)后，開始對光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉伸處理，其中，上端夾緊裝置以V 3的速度向上運(yùn) 動，同時加熱裝置以速度^向上移動，由此形成自下而上延伸的小直徑光纖預(yù)制棒，所述的 大直徑光纖預(yù)制棒的直徑D 1S 20~200mm，所述的小直徑光纖預(yù)制棒的直徑D 2在10~ 120mm，在整個拉伸過程中滿足=V3XD1 2= V2X (D1M)22);
[0010] 其中，在拉伸過程中在線測量預(yù)制棒直徑的裝置連續(xù)或間斷的對熔融變細(xì)的小直 徑光纖預(yù)制棒直徑％進(jìn)行測量，通過數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)來調(diào)整V 3或/和V 2，從而實現(xiàn)對D2的實 時調(diào)整。
[0011] 按上述技術(shù)方案，所述在線測量預(yù)制棒直徑的裝置與加熱裝置相連，并設(shè)置在加 熱裝置的下端。
[0012] 按上述技術(shù)方案，預(yù)處理過程中，光纖預(yù)制棒的整個位置段的尺寸信息由在線測 量預(yù)制棒直徑的裝置進(jìn)行采集，其中，加熱裝置緩慢上下移動，在線測量預(yù)制棒直徑的裝置 進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。
[0013] 按上述技術(shù)方案，所述的大直徑光纖預(yù)制棒為實芯光纖預(yù)制棒，或芯棒，或玻璃套 管與芯棒的組合；在實芯光纖預(yù)制棒或芯棒的上、下端均焊接直徑較小的玻璃延長棒或玻 璃延長管作為夾持端，或在玻璃套管的上、下端焊接直徑較小的玻璃延長管作為夾持端。
[0014] 按上述技術(shù)方案，所述的加熱裝置為石墨電阻爐或電感應(yīng)爐，加熱溫度控制在 1800-2100°C，加熱時在加熱區(qū)域有惰性保護(hù)氣體。
[0015] 按上述技術(shù)方案，所述上端夾緊裝置包括上夾緊機(jī)構(gòu)、上旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和上下移動機(jī) 構(gòu)；所述加熱裝置包括石墨電阻爐或電感應(yīng)爐和加熱裝置移動機(jī)構(gòu)；下端夾緊裝置包括下 夾緊機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0016] 一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸設(shè)備，其特征在于，它包括上夾緊裝置、加熱裝置、下 夾緊裝置和控制系統(tǒng)，上夾緊裝置的上方配置抽真空系統(tǒng)，所述加熱裝置配置惰性氣體吹 氣口，在加熱裝置的下端配置在線測量預(yù)制棒直徑的裝置；所述上端夾緊裝置包括上夾緊 機(jī)構(gòu)、上旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和上下移動機(jī)構(gòu)；所述加熱裝置包括石墨電阻爐或電感應(yīng)爐和加熱裝置 移動機(jī)構(gòu)；下端夾緊裝置包括下夾緊機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0017] 按上述技術(shù)方案，所述在線測量預(yù)制棒直徑的裝置的測量通道徑向設(shè)置，在該裝 置上設(shè)置有用于隔熱的石墨隔熱環(huán)和冷卻的冷卻水通道。
[0018] 按上述技術(shù)方案，在加熱爐內(nèi)位于小直徑光纖預(yù)制棒的兩側(cè)對稱設(shè)置有棱鏡，所 述在線測量預(yù)制棒直徑的裝置的測量通道軸向設(shè)置，與棱鏡的光通道相對應(yīng)，在該裝置上 設(shè)置有用于隔熱的石墨隔熱環(huán)和冷卻的冷卻水通道。
[0019] 本發(fā)明所取得的有益效果為：
[0020] 1、本發(fā)明采用立式垂直向上拉伸方式，上、下端夾緊裝置進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，在拉伸前 通過對大直徑光纖預(yù)制棒（或芯棒）各個位置段的尺寸進(jìn)行掃描并提前計算出拉伸過程中 的相關(guān)參數(shù)，在拉伸的過程中上夾緊裝置和加熱裝置以此計算值作為拉伸的依據(jù)進(jìn)行垂直 豎向移動，并結(jié)合拉伸后通過在線測量預(yù)制棒直徑的裝置檢測到的結(jié)果，對后邊的拉伸過 程進(jìn)行提前細(xì)微的校正，這種處理方式，可以有效避免普通實時反饋調(diào)節(jié)方式所存的大滯 后性，可以最大程度的降低大直徑光纖預(yù)制棒的幾何尺寸對拉伸結(jié)果的影響。
[0021] 2、本發(fā)明方法在拉伸前通過在線測量預(yù)制棒直徑的裝置對大直徑光纖預(yù)制棒各 個位置段的尺寸進(jìn)行掃描，在拉伸后再檢測小直徑光纖預(yù)制棒的尺寸并進(jìn)行實時的反饋， 這種方式在拉伸過程中，變化參數(shù)相對較少，可以簡化控制模型，提高拉伸控制精度。
[0022] 3、在拉伸過程中，上下夾緊裝置進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，使光纖預(yù)制棒在加熱裝置內(nèi)受熱 均勻，進(jìn)一步提高拉伸效率和拉伸后預(yù)制棒或者芯棒幾何及光學(xué)性能，大幅降低生產(chǎn)成本， 提高預(yù)制棒原材料的利用率。
[0023] 4、垂直向上拉伸方法及裝置可以避免光纖預(yù)制棒在拉伸時因重力作用產(chǎn)生弓曲 度，使預(yù)制棒拉伸后的同軸度得到保證；同時向上拉伸可以有效避免在拉伸過程中由于密 封問題而對拉伸后的預(yù)制棒產(chǎn)生二次污染，拉伸后的光纖預(yù)制棒幾何形狀均勻性更好，精 度更高，拉伸可靠性高。
[0024] 5、拉伸設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠性高，使用方便，可以兼容實芯和玻璃套管與芯棒 的組合預(yù)制棒或芯棒，使得設(shè)備的使用性能大大提高。
[0025] 6、通過線測量預(yù)制棒直徑的裝置上設(shè)置有用于隔熱的石墨隔熱環(huán)和冷卻的冷卻 水通道，使測徑儀滿足正常工作環(huán)境溫度，一方面可以在線測量拉伸后的預(yù)制棒直徑，精確 的實時得到拉伸后的棒徑；另一方面延長測徑儀及相關(guān)聯(lián)零件的使用壽命。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029] 本發(fā)明的實施對象為大直徑光纖預(yù)制棒，包括實芯光纖預(yù)制棒，或芯棒，或玻璃套 管與芯棒的組合。實施過程是將大直徑光纖預(yù)制棒拉伸成為小直徑光纖預(yù)制棒，所述的大 直徑光纖預(yù)制棒的外徑在20~200mm之間；所述的小直徑光纖預(yù)制棒的外徑在10~120mm 之間。
[0030] 本發(fā)明實施過程中所涉及到的一種光纖預(yù)制棒的垂直拉伸設(shè)備，它包括上夾緊裝 置1、下夾緊裝置4、控制系統(tǒng)，上夾緊裝置1的上方配置抽真空系統(tǒng)，在上、下夾緊裝置之間 安設(shè)加熱裝置3并配置惰性氣體吹氣口，所述上端夾緊裝置1包括上夾緊機(jī)構(gòu)、上旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)和上下移動機(jī)構(gòu)，其中上下移動機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌和傳動驅(qū)動機(jī)構(gòu)；