光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置的製作方法

2023-10-27 17:22:52

本實用新型涉及硬質光纖傳像耦合元件光纖倒像器的生產製造領域，特別涉及一種光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置。

背景技術：

硬質光纖傳像耦合元件(包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐等)是一種性能優異的光電成像元件，是採用低折射率的皮料玻璃、高折射率的芯料玻璃和吸收料玻璃利用棒管結合拉制工藝和真空控制生產的光學纖維絲，再將成千上萬根微米級的光學纖維絲平行規則排列後，經熱熔壓成型或拉板成型製備成光學纖維板毛坯板段，光學纖維板毛坯板段經後期滾圓、切片、端面磨拋等冷加工工序加工而成的一種高解析度的圖像傳像元件。

光纖倒像器是通過扭轉成型爐加熱光學纖維板毛坯的某一部位，使其加熱部位先達到玻璃的軟化溫度，然後通過外力扭轉光纖板毛坯，使光纖板毛坯經過180°角度的扭轉後能夠使輸入圖像反轉180°從輸出端傳出的一種硬質光纖傳像耦合元件。光纖倒像器具有結構簡單，體積小，重量輕，數值孔徑大，級間耦合損失小，氣密性好，畸變小，傳光效率高，傳像真實清晰，解析度高，在圖像傳輸上具有光學零厚度等特點，主要應用於微光像增強器的光學輸入、輸出窗口，對提高成像器件的品質起到了重要作用，是微光成像的數位化的核心元件，廣泛地應用於國防軍事、刑偵安檢、航空航天、醫學輻射影像、粒子探測、核檢測等領域，是各種像增強器、陰極射線管、攝像管、CCD耦合、醫療器械顯示屏以及高清晰度顯示成像和其他需要傳送圖像的儀器和設備中的關鍵材料，是當今世界光電子行業的高科技尖端產品。

在目前現有的光纖倒像器扭轉成型技術中，普遍採用的是靜態重力扭轉成型或用電機驅動齒輪嚙合或皮帶傳動的扭轉成型方式。現有這些技術存在人工操作因素影響大、角度控制不準確、對操作員工熟練程度要求高、毛坯加熱時受熱均勻性難以控制、光纖倒像器扭後質量不穩定、生產效率低等各種缺點，均未達到光纖倒像器的生產過程全自動程序控制。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種用於提高光纖倒像器的生產效率和產品質量的光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置。

為了實現上述目的本實用新型採取的技術方案是：

一種光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置，包括扭轉成型爐及相對設置在所述扭轉成型爐兩側的第一扭轉杆和第二扭轉杆；所述第一扭轉杆和所述第二扭轉杆能夠旋轉；

所述第一扭轉杆一端設有第一夾具，另一端連接第一旋轉扭轉軸，所述第一旋轉扭轉軸通過第一軸承連接第一電機；

所述第二扭轉杆一端設有第二夾具，另一端連接第二旋轉扭轉軸，所述第二旋轉扭轉軸通過第二軸承連接第二電機；

所述第一夾具和所述第二夾具用於裝夾位於所述扭轉成型爐中的光纖板毛坯。

所述第一電機的一端設有第一角度盤，和/或所述第二電機的一端上設有第二角度盤，所述第一角度盤和第二角度盤上均刻有0～360°的角度刻度值，所述第一扭轉杆和第二扭轉杆上裝有指示刻度的指針，用於指示旋轉的角度刻度值。

進一步地，還包括第一旋轉軸承支架和第二旋轉軸承支架，所述第一電機及第一軸承設置在所述第一旋轉軸承支架上，所述第二電機及第二軸承設置在所述第二旋轉軸承支架上，所述第一旋轉軸承支架一端設置第一角度盤，所述第二旋轉軸承支架一端設置第二角度盤。

還包括扭轉成型爐支撐臺，所述扭轉成型爐設置在所述扭轉成型爐支撐臺上，所述扭轉成型爐支撐臺能夠用來調整扭轉成型爐的位置，以實現扭轉成型爐的加熱中心的軸線、第一扭轉杆、第二扭轉杆以及光纖板毛坯處於同一水平旋轉軸線上。

所述扭轉成型爐支撐臺下方設有扭轉成型裝置底座，所述滑動軌道鋪設在所述扭轉成型裝置底座上，所述第一旋轉軸承支架和第二旋轉軸承支架均設置在所述扭轉成型裝置底座的滑動導軌上。

所述第一扭轉杆的尾部為錐形，所述第一旋轉扭轉軸的一端設有錐形孔，所述第一扭轉杆的錐形尾部插入所述錐形孔內，所述第一旋轉扭轉軸的另一端插入拉杆，所述拉杆的一端設有螺紋，所述錐形尾部設有螺紋孔，所述拉杆的一端通過螺紋與螺紋孔與所述第一扭轉杆固定連接，使第一旋轉扭轉軸與第一扭轉杆成為一體。

所述第二扭轉杆與所述第二旋轉扭轉軸的連接方式與所述第一扭轉杆與所述第一旋轉扭轉軸的連接方式相同。

所述第一電機的另一端連接第一連接杆，所述第一連接杆上設有第一角度傳感器，所述第二電機的另一端連接第二連接杆，所述第二連接杆上設有第二角度傳感器，所述第一角度傳感器和第二角度傳感器用於將實時測試出的旋轉角度數據傳輸到數據採集處理及可編程控制器，所述數據採集處理及可編程控制器連接電腦顯示屏。

所述扭轉成型爐上設有溫度傳感器，所述溫度傳感器用於實時測量扭轉成型爐的加熱溫度並將數據傳輸至數據採集處理及可編程控制器。

所述數據採集處理及可編程控制器上設定有預先輸入的扭轉成型工藝參數，所述扭轉成型工藝參數包括扭轉成型溫度、升至扭轉成型溫度的時間、第一電機和第二電機的旋轉速度和旋轉方向、開始差速扭轉時間以及停止時間，所述扭轉成型工藝參數能夠在電腦顯示屏上顯示和修改；

所述數據採集處理及可編程控制器能夠按設計程序實現扭轉成型爐的升溫、保溫、降溫，實現旋轉扭轉軸的同步旋轉、差速旋轉以及角度控制。

所述電腦顯示屏可以同時連接多個所述數據採集處理及可編程控制器，用於實現整個光纖倒像器生產的全自動程序控制過程。

本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

本實用新型減少了人為操作因素，避免了操作工人熟練程度的影響，減少了由人為操作帶來的不必要的損失，避免了因光纖板毛坯受熱不均勻引起的扭後外圍斑點、白邊以及畸變等扭轉損失，提高了光纖倒像器的扭轉成型質量和生產效率。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置的結構示意圖。

圖中：

1第一扭轉杆；2第二扭轉杆；3扭轉成型爐；4光纖板毛坯；5第二角度盤6第一角度盤，7第一旋轉軸承支架，8第二旋轉軸承支架，9第一電機，10第二電機，11第一角度傳感器,12第二角度傳感器，13扭轉成型裝置底座,17扭轉成型爐支撐臺,18溫度傳感器,19數據採集處理及可編程控制器,20電腦顯示屏，21滑動導軌。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

參見圖1，一種光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置，包括扭轉成型爐3及相對設置在扭轉成型爐3兩側的第一扭轉杆1和第二扭轉杆2；第一扭轉杆1和第二扭轉杆2能夠旋轉；

第一扭轉杆1一端設有第一夾具，另一端連接第一旋轉扭轉軸，所述第一旋轉扭轉軸通過第一軸承連接第一電機9；

第二扭轉杆2一端設有第二夾具，另一端連接第二旋轉扭轉軸，所述第二旋轉扭轉軸通過第二軸承連接第二電機10；

所述第一夾具和所述第二夾具用於裝夾位於扭轉成型爐3中的光纖板毛坯4。

本實施例在上述實施例的基礎上，第一電機9的一端設有第一角度盤6，和/或第二電機10的一端上設有第二角度盤5，第一角度盤6和第二角度盤5上均刻有0～360°的角度刻度值，第一扭轉杆1和第二扭轉杆2上裝有指示刻度的指針，用於指示旋轉的角度刻度值。

本實用新型的第一扭轉杆和第二扭轉杆通過第一電機和第二電機的帶動第一旋轉扭轉軸和第二旋轉扭轉軸實現旋轉，可採用同步旋轉、差速扭轉的方式實現光纖倒像器的成型，通過調節電機的旋轉速度實現差速旋轉扭轉成型，通過調節驅動電機的旋轉速度實現光纖板毛坯的同步旋轉受熱、差速扭轉成型光纖倒像器，實現光纖板毛坯的角度扭轉，並通過角度傳感器測量差速旋轉軸兩端的旋轉角度，通過旋轉角度的差值實現光纖板毛坯的180°角度的像倒轉。本實用新型減少了人工，提高光纖倒像器的生產效率和產品質量。

本實施例在上述實施例的基礎上，還包括第一旋轉軸承支架7和第二旋轉軸承支架8，第一電機9及第一軸承設置在第一旋轉軸承支架上7，第二電機10及第二軸承設置在第二旋轉軸承支架8上，第一旋轉軸承支架7一端設置第一角度盤6，第二旋轉軸承支架8一端設置第二角度盤5。

本實施例在上述實施例的基礎上，還包括扭轉成型爐支撐臺17，扭轉成型爐3設置在扭轉成型爐支撐臺17上，扭轉成型爐支撐臺17能夠用來調整扭轉成型爐3的位置，以實現扭轉成型爐3的加熱中心的軸線、第一扭轉杆1、第二扭轉杆2以及光纖板毛坯4處於同一水平旋轉軸線上，使光纖板毛坯每次扭轉成型都處於扭轉成型爐的加熱中心位置。

本實施例在上述實施例的基礎上，扭轉成型爐支撐臺17下方設有扭轉成型裝置底座13，滑動軌道21鋪設在扭轉成型裝置底座13上，第一旋轉軸承支架7和第二旋轉軸承支架8均設置在扭轉成型裝置底座13的滑動導軌21上。

本實施例在上述實施例的基礎上，第一扭轉杆1的尾部為錐形，所述第一旋轉扭轉軸的一端設有錐形孔，第一扭轉杆1的錐形尾部插入所述錐形孔內，所述第一旋轉扭轉軸的另一端插入拉杆，所述拉杆的一端設有螺紋，所述錐形尾部設有螺紋孔，所述拉杆的一端通過螺紋與螺紋孔與第一扭轉杆1固定連接，使第一旋轉扭轉軸與第一扭轉杆1成為一體。

第二扭轉杆2與所述第二旋轉扭轉軸的連接方式與第一扭轉杆1與所述第一旋轉扭轉軸的連接方式相同。

本實用新型扭轉杆的錐形尾部通過與旋轉扭轉軸的錐形孔緊密裝配，然後通過拉杆緊固，從而實現旋轉扭轉軸與扭轉杆成為一體，這樣可以方便更換因長期加熱和受力而磨損的扭轉杆。

本實用新型通過設置底座，便於各部件的安裝與移動。通過設置安裝電機的旋轉軸承支架，可以在滑動導軌左右移動和固定，方便光纖板毛坯的安裝與取板。

本實施例在上述實施例的基礎上，第一電機9的另一端連接第一連接杆，所述第一連接杆上設有第一角度傳感器11，第二電機10的另一端連接第二連接杆，所述第二連接杆上設有第二角度傳感器12，第一角度傳感器11和第二角度傳感器12用於將實時測試出的旋轉角度數據傳輸到數據採集處理及可編程控制器19，數據採集處理及可編程控制器19連接電腦顯示屏20。

本實用新型通過數據採集處理及可編程控制器對旋轉角度進行實時監測和控制，可編程控制器可按設計程序實現扭轉成型爐的升溫、保溫、降溫，實現旋轉扭轉軸的同步旋轉、差速旋轉以及角度控制等，還可實現光纖倒像器扭到設定角度後自動停止加熱以及自動停止旋轉等多種全自動的操作功能。

本實施例在上述實施例的基礎上，扭轉成型爐3上設有溫度傳感器18，溫度傳感器18用於實時測量扭轉成型爐3的加熱溫度並將數據傳輸至數據採集處理及可編程控制器19。

本實施例在上述實施例的基礎上，數據採集處理及可編程控制器19上設定有預先輸入的扭轉成型工藝參數，所述扭轉成型工藝參數包括扭轉成型溫度、升至扭轉成型溫度的時間、第一電機和第二電機的旋轉速度和旋轉方向、開始差速扭轉時間以及停止時間，所述扭轉成型工藝參數能夠在電腦顯示屏20上顯示和修改；

數據採集處理及可編程控制器19能夠按設計程序實現扭轉成型爐的升溫、保溫、降溫，實現旋轉扭轉軸的同步旋轉、差速旋轉以及角度控制。

本實用新型的光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置可以實現全自動控制，通過數據採集處理及可編程控制器對旋轉角度進行實時監測和控制，可編程控制器可按設計程序實現扭轉成型爐的升溫、保溫、降溫，還能夠實現光纖倒像器扭轉成型過程中的全自動按程序設計同步旋轉受熱、差速扭轉成型、180°角度控制與修正、任意角度的扭轉成型、到達設定角度可以自動停止加熱和旋轉以及拉伸等多種功能，避免了靜態重力扭轉成型法對光纖倒像器扭轉成型過程中造成的因光纖板毛坯受熱不均勻引起的扭後外圍暗點、白邊以及畸變等扭轉損失，從而提高了光纖倒像器的產品質量和加工合格率。

本實施例在上述實施例的基礎上，電腦顯示屏20可以同時連接多個所述數據採集處理及可編程控制器19，用於實現整個光纖倒像器生產的全自動控制過程。

本實用新型可通過電腦顯示屏實時監測和控制，並能通過數據採集處理及可編程控制器同時控制10臺以上的扭轉成型機聯網操作，實現一臺電腦顯示屏控制10臺以上機器的全自動的生產控制。

採用本實用新型的光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置處理光纖板毛坯的實現過程：

首先由兩個安裝在旋轉扭轉軸上的扭轉杆在扭轉成型爐升溫加熱過程中保持相同速度同步旋轉，然後將裝夾在旋轉軸上的扭轉杆卡具中的光纖板毛坯在扭轉成型爐中按設定的升溫保溫成型進行升溫加熱，光纖板毛坯在此過程中均勻受熱，待溫度升至設定的光纖板毛坯扭轉成型溫度後開始光纖板毛坯的扭轉成型，第一旋轉扭轉軸和第一旋轉扭轉軸按設定的程序實行不同的速度旋轉，利用第一旋轉扭轉軸和第一旋轉扭轉軸之間不同的旋轉速度實現兩個旋轉軸的差速旋轉扭轉，因為光纖板毛坯已經通過加熱到達玻璃的軟化溫度，這時旋轉扭轉軸速度較快的一端會帶動光纖板毛坯緩慢勻速的向前扭轉，在同步旋轉時角度傳感器因為同步旋轉所以旋轉角度一致，當光纖板差速旋轉開始時，左右兩端的旋轉角度發生變化，角度傳感器開始記錄左右旋轉速度不同的旋轉軸所旋轉的角度，逐漸實現扭轉角度，待其達到180°角度差後，兩端的角度傳感器給一個觸發信號給驅動電機和扭轉成型爐加熱電源，以實時的停止扭轉成型加熱爐的加熱電源和旋轉軸的旋轉。同時這些數據會傳遞到數據採集處理及可編程控制器中進行匯總和處理，使其可以在電腦顯示屏中及時顯示。一個電腦顯示屏可以同時顯示10臺以上扭轉成型機的扭轉成型過程，這10臺以上的扭轉成型機通過聯網連接各自的可編程控制器，然後獨立的匯總到操作平臺，整個光纖倒像器生產實現全自動控制過程。差速旋轉扭轉的旋轉軸的左右旋轉速度的大小可以通過可編程控制器設定的程序對驅動電機進行調節，旋轉方向可以順時針和逆時針調節，可以避免在扭轉成型過程中因其他因素導致的光纖板毛坯扭轉角度未達到180°角度或超過180°角度予以角度修正，從而提高光纖倒像器扭轉成型質量和產品合格率。

下面就光纖倒像器旋轉差速扭轉成型裝置的工作過程列舉具體實施例以作進一步說明，實施例工作過程如下：

(1)預先在數據採集處理及可編程控制器19上設定光纖倒像器的扭轉成型溫度制度、升溫和保溫時間、第一扭轉成型軸和第二扭轉成型軸的旋轉速度和旋轉方向、到達差速的扭轉成型溫度和開始差速扭轉時間以及停止旋轉扭轉時間等扭轉成型工藝的各項工藝參數；

(2)將光纖板毛坯4緊密裝夾在第一扭轉杆1和第二扭轉杆2夾緊卡具中，調整扭轉成型爐3使光纖板毛坯4處於加熱爐的正中位置；

(3)在電腦顯示屏20的操作頁面點擊「開始」，扭轉成型爐3開始升溫加熱，同時第一驅動電機9和第二驅動電機10按照設定的旋轉速度2圈/分鐘進行同步旋轉，光纖板毛坯4在此升溫過程中被加熱部位均勻受熱，同時第一角度傳感器11和第二角度傳感器12開始記錄旋轉角度，實時的旋轉速度和所旋轉角度可以在電腦顯示屏20上實時觀測，在未達到扭轉成型溫度前，兩邊的角度傳感器保持同步旋轉角度；

(4)當溫度升至程序設定的光纖板毛坯扭轉成型溫度680℃後過3分鐘，第一扭轉杆1開始按設定的程序減速至0.5圈/分鐘，此時，第二扭轉杆2的旋轉速度大於第一扭轉杆1的旋轉速度，實現了左右旋轉軸的差速旋轉扭轉，此時左邊的第二角度傳感器12記錄的旋轉角度與右邊的第一角度傳感器11所記錄的旋轉角度出現不同，角度傳感器開始記錄左右旋轉速度不同的旋轉軸所旋轉的角度，形成了光纖板毛坯的扭轉角度差；

(5)當左右兩邊角度傳感器記錄的角度差值達到程序設定的180°時，兩端的角度傳感器會給出一個觸發信號給第一驅動電機9和第二驅動電機10以及扭轉成型爐3加熱電源以關閉加熱電源和驅動開關，第一驅動電機9和第二驅動電機10同時停止驅動，第一扭轉杆1和第二扭轉杆2停止旋轉，扭轉成型爐3也同時停止加熱，扭轉成型過程進入了退火冷卻降溫階段，扭轉過程結束。

整個光纖倒像器扭轉成型過程按照設定的升溫和時間程序工作，這些數據會傳遞到數據採集處理及可編程控制器中進行匯總和處理，使其可以在電腦顯示屏中及時顯示觀測，一個電腦顯示屏可以同時顯示10臺以上扭轉成型機的扭轉成型過程，這10臺以上的扭轉成型機通過聯網連接各自的可編程控制器，然後獨立的匯總到一起，整個光纖倒像器生產實現了全自動控制，全自動扭轉成型，減少了人為操作因素，避免了操作工人熟練程度的影響，減少了由人為操作帶來的不必要的損失，避免了因光纖板毛坯受熱不均勻引起的扭後外圍斑點、白邊以及畸變等扭轉損失，提高了光纖倒像器的扭轉成型質量和生產效率。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。