專利名稱：Grin透鏡纖維的線徑控制方法及拉絲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由預(yù)制件拉制GRIN透鏡纖維時(shí)的線徑控制方法及GRIN透鏡纖維
拉絲裝置。
背景技術(shù)：
所謂的GRIN透鏡是指圓柱狀梯度折射率透鏡(GRaded INdex透鏡)，它是通過(guò)在玻璃內(nèi)部形成梯度折射率改變光的行進(jìn)方向從而發(fā)揮透鏡作用的。通常，將切成近Imm的透鏡熔接在光纖頂端上，用于光通訊用光學(xué)系統(tǒng)的各類用途。近年來(lái)，對(duì)高NA(開(kāi)口數(shù)) GRIN透鏡的需求在增加，如下列專利文獻(xiàn)1等所公開(kāi)的那樣，這種GRIN透鏡的預(yù)制件是用溶膠-凝膠法來(lái)制造的。用溶膠-凝膠法制成的預(yù)制件，最小的是直徑約5mm、長(zhǎng)度約30 50mm，呈圓柱形，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通常的光纖預(yù)制件。對(duì)GRIN透鏡纖維的預(yù)制件進(jìn)行拉制時(shí)的線徑控制是，在加熱拉伸預(yù)制件的加熱爐的外邊，設(shè)置測(cè)量拉出來(lái)的GRIN透鏡纖維的線徑的線徑測(cè)量?jī)x，將其測(cè)量值(線徑)送到自動(dòng)控制裝置，控制拉絲速度，以使線徑能夠接近目標(biāo)值。下列專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種在將光纖用石英玻璃錠拉伸作成預(yù)制件時(shí)控制預(yù)制件外徑的方法。這是在加熱爐內(nèi)進(jìn)行拉伸中的兩處設(shè)置外徑測(cè)量?jī)x，根據(jù)在兩處測(cè)出的預(yù)制件的外徑值對(duì)拉伸速度進(jìn)行控制的方法。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2005-115097號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平10-167745號(hào)公報(bào)—般而言，在拉制光纖的時(shí)候，在纖維離開(kāi)加熱爐后其外徑固定下來(lái)的位置測(cè)量線徑，根據(jù)此值控制拉絲速度，來(lái)拉成一定外徑的纖維。另外，光纖預(yù)制件的大小為直徑φ 30 80mm，大的預(yù)制件是直徑為φ 150mm，全長(zhǎng)為1 1. 5m,由于操作時(shí)間等的關(guān)系，拉絲速度一般是數(shù)百m/分，可認(rèn)為即使加熱爐與線徑測(cè)量?jī)x相距幾米，也用不了 1秒鐘的時(shí)間就會(huì)到達(dá)此位置。GRIN透鏡纖維的拉制工序也同樣地在加熱爐外配置線徑測(cè)量?jī)x，但其預(yù)制件的大小是最小的，有的還不到光纖預(yù)制件的1%，其拉絲速度為數(shù)m/分。即使使線徑測(cè)量?jī)x靠近離加熱爐最近的位置，加熱爐中心與線徑測(cè)量?jī)x之間還有200mm的距離，按照標(biāo)準(zhǔn)的拉絲速度進(jìn)行拉伸，到測(cè)量線徑的時(shí)間會(huì)產(chǎn)生幾秒鐘的延遲，如果以這樣測(cè)出的值為準(zhǔn)進(jìn)行線徑控制，也不能做到準(zhǔn)確的控制，導(dǎo)致成品率低。于是，為了能夠在加熱爐內(nèi)GRIN透鏡纖維的拉伸基本完成的位置測(cè)量線徑，在爐身的側(cè)表面上穿孔，使用配上照相機(jī)的圖像處理裝置進(jìn)行了線徑測(cè)量，而由于到對(duì)象(纖維)位置的距離、視場(chǎng)角和透鏡精度等關(guān)系，景深比較淺，不能夠簡(jiǎn)單地對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)。還有，由于吹入加熱爐中的惰性氣體所產(chǎn)生的對(duì)流、縮頸的位置和拉絲過(guò)程中GRIN透鏡纖維所產(chǎn)生的諧振等原因，有時(shí)測(cè)量對(duì)象的GRIN透鏡纖維的位置會(huì)變動(dòng)，難以準(zhǔn)確測(cè)量線徑。另外，除了照相機(jī)以外還有遮光式尺寸測(cè)量?jī)x等，但也沒(méi)有可將投光器和受光器隔開(kāi)足以?shī)A上加熱爐的距離而做到高精度測(cè)量的遮光式測(cè)量?jī)x，所以這種儀器不適合加熱爐內(nèi)的線徑測(cè)量和線徑控制，難以使用。上述專利文獻(xiàn)2的技術(shù)是，根據(jù)在兩處測(cè)出的預(yù)制件外徑的測(cè)量值對(duì)拉伸速度進(jìn)行控制的。兩處的外徑測(cè)量?jī)x都是對(duì)加熱爐中的外徑進(jìn)行測(cè)量的。在此場(chǎng)合，測(cè)量對(duì)象比較大，為φ 30 80mm，易于對(duì)準(zhǔn)，另外，吹掃氣體動(dòng)蕩等對(duì)爐內(nèi)環(huán)境的影響也少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善由預(yù)制件拉制GRIN透鏡纖維時(shí)的線徑控制，提高線徑在所希望范圍內(nèi)的GRIN透鏡纖維的制造成品率。本發(fā)明是一種GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，該方法以在由預(yù)制件拉制GRIN透鏡纖維的時(shí)候使GRIN透鏡纖維的外徑成為預(yù)定外徑的方式進(jìn)行控制，其中，根據(jù)使用測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a和使用在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b，對(duì)拉絲速度進(jìn)行控制。(權(quán)利要求 1)基于線徑a和線徑b進(jìn)行控制的方法，具體而言，是以根據(jù)使用在加熱爐外測(cè)量 GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b和預(yù)定時(shí)間T前的線徑a的值即線徑α 對(duì)使用測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a加以修正后的線徑c為準(zhǔn)，對(duì)拉絲速度進(jìn)行控制的(權(quán)利要求2)，可將線徑c送到自動(dòng)控制裝置， 進(jìn)行自動(dòng)控制，使其接近目標(biāo)值。因?yàn)榫€徑a是加熱爐內(nèi)的線徑測(cè)量值，所以由于上述理由可認(rèn)為是不準(zhǔn)確的值。 另一方面，線徑b在加熱爐之外，并在滿足測(cè)量?jī)x規(guī)格要求的條件下進(jìn)行測(cè)量，因此可認(rèn)為是準(zhǔn)確的值。如果線徑測(cè)量?jī)xA和B之間的距離是固定的，拉絲速度是標(biāo)準(zhǔn)的速度的話，某一時(shí)點(diǎn)的線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量值可認(rèn)為是與預(yù)定時(shí)間T前的線徑測(cè)量?jī)xA的值即線徑α 相接近的值。因此，通過(guò)比較線徑b和線徑α，可掌握線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量值即線徑a有多大誤差，通過(guò)用線徑b和線徑α對(duì)線徑a加以修正，則可以高精度測(cè)量實(shí)際拉絲中的部分 (加熱爐內(nèi))的線徑C。對(duì)線徑a加以修正而得到的線徑C，具體而言，可這樣給定線徑c =線徑a+線徑b_線徑α。(權(quán)利要求3)其中，(線徑b-線徑α )是測(cè)量了 GRIN透鏡纖維基本相同部分的線徑測(cè)量?jī)xB(準(zhǔn)確的測(cè)量值)和線徑測(cè)量?jī)xA(不準(zhǔn)確的測(cè)量值)之差，也就是說(shuō)是線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量誤差(差分D)，通過(guò)給線徑a加差分D，線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量值(不準(zhǔn)確的測(cè)量值)可得到修正，能夠接近準(zhǔn)確的值。所述預(yù)定的時(shí)間T，具體而言，將GRIN透鏡纖維行進(jìn)路線上線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與所述線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間的距離作為d (mm)，將所述拉絲速度作為V (mm/秒) 的時(shí)候，可定為(d-20) /V 彡 T 彡(d+20) /V。(權(quán)利要求 4)“GRIN透鏡纖維行進(jìn)路線上的距離”是，在線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置(測(cè)量位置的中心點(diǎn))和線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置(測(cè)量位置的中心點(diǎn))之間的GRIN透鏡纖維長(zhǎng)度。如果T = d/V，線徑α?xí)蔀榕c用線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的GRIN透鏡纖維測(cè)量點(diǎn)完全相同的地方的線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量值，這是最優(yōu)選的，然而，由于拉絲速度V會(huì)通過(guò)控制發(fā)生變動(dòng)，因此難以形成完全是T = d/V的情況。如果T在(d士20) /V的范圍內(nèi)，線徑b與線徑α在GRIN透鏡纖維上的測(cè)量位置之差會(huì)成為士20mm以下，實(shí)質(zhì)上可沒(méi)有問(wèn)題地進(jìn)行準(zhǔn)確的線徑控制。為進(jìn)一步減少誤差，還可以這樣做檢測(cè)信號(hào)進(jìn)來(lái)的時(shí)點(diǎn)的拉絲速度，根據(jù)該速度算出預(yù)定時(shí)間T，根據(jù)該時(shí)點(diǎn)的線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量值即線徑b和預(yù)定時(shí)間T前的線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量值即線徑α，對(duì)線徑a的值加以修正得出線徑c，以此為準(zhǔn)，對(duì)拉絲速度進(jìn)行控制?？刂评z速度的控制方法，具體而言，可使用最普遍的自動(dòng)控制方法即PI控制或 PID控制。(權(quán)利要求5)另外，本發(fā)明是一種GRIN透鏡纖維拉絲裝置，具有在加熱爐內(nèi)測(cè)量拉伸中的GRIN 透鏡纖維的外徑的線徑測(cè)量?jī)xA和在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB，根據(jù)用所述線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a和用所述線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b控制拉絲速度。 (權(quán)利要求6)這是以實(shí)施上述GRIN透鏡纖維線徑控制方法的第1個(gè)技術(shù)方案為目的的GRIN透
鏡拉絲裝置。基于線徑a和線徑b的控制，具體而言，設(shè)置修正裝置和自動(dòng)控制裝置，將修正裝置根據(jù)使用在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b和預(yù)定時(shí)間 T前的線徑a的值即線徑α對(duì)使用測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a加以修正后的線徑c送給自動(dòng)控制裝置，自動(dòng)控制裝置可對(duì)拉絲速度進(jìn)行自動(dòng)控制，以使線徑c接近目標(biāo)值。(權(quán)利要求7)這是以實(shí)施上述GRIN透鏡纖維線徑控制方法的第2個(gè)技術(shù)方案為目的的GRIN透
鏡拉絲裝置。對(duì)線徑a加以修正而得到的線徑C，具體而言，可定為線徑c =線徑a+線徑b_線徑α。(權(quán)利要求8)這是以實(shí)施上述GRIN透鏡纖維線徑控制方法的第3個(gè)技術(shù)方案為目的的GRIN透
鏡拉絲裝置。所述預(yù)定的時(shí)間Τ，具體而言，將GRIN透鏡行進(jìn)路線上線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與所述線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間的距離作為d (mm)，將所述拉絲速度作為V (mm/秒)的時(shí)候，可定為(d-20) /V 彡 T 彡(d+20) /V。(權(quán)利要求 9)這是以實(shí)施上述GRIN透鏡纖維線徑控制方法的第4個(gè)技術(shù)方案為目的的GRIN透鏡纖維拉絲裝置。控制拉絲速度的自動(dòng)控制裝置，具體而言，為最普遍的自動(dòng)控制裝置即PID控制裝置，可通過(guò)用此進(jìn)行PI控制或PID控制來(lái)控制拉絲速度。(權(quán)利要求10)在本發(fā)明中，在加熱爐內(nèi)用線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)量GRIN透鏡纖維線徑的位置，優(yōu)選的是，預(yù)制件的拉伸基本完成的位置。在通常情況下，該位置是離開(kāi)加熱器的最高溫度部(發(fā)熱部中心)70mm以上的位置。另外，該位置會(huì)因拉絲時(shí)的溫度和拉絲速度等條件的不同而變動(dòng)。線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量誤差起因于照相機(jī)上使用的透鏡景深淺，容易受到加熱爐內(nèi)的環(huán)境或纖維狀態(tài)的影響，但是，對(duì)操作時(shí)間短的GRIN透鏡纖維的拉制來(lái)說(shuō)，拉絲過(guò)程中環(huán)境發(fā)生劇變的情況少，與線徑變動(dòng)相比其變動(dòng)幅度比較小，另外，對(duì)誤差的方向性而言， 誤差針對(duì)目標(biāo)外徑只有一個(gè)方向的情況多。如上所述，線徑測(cè)量?jī)xA的位置是預(yù)制件的拉伸基本完成的位置，在設(shè)置了線徑測(cè)量?jī)xB的爐外，其拉伸已完全結(jié)束，所以用線徑測(cè)量?jī)xA和線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)量的線徑會(huì)基
本一致。所分別設(shè)置的線徑測(cè)量?jī)xA和線徑測(cè)量?jī)xB之間的距離是固定的，在將拉絲速度定為某一固定速度的情況下，纖維在A-B間移動(dòng)的預(yù)定時(shí)間T會(huì)是一定的時(shí)間，因此可認(rèn)為通過(guò)線徑測(cè)量?jī)xB的那一瞬間的測(cè)量值即線徑b是線徑測(cè)量?jī)xA在早T這一預(yù)定時(shí)間的時(shí)候測(cè)量的值即線徑a。拉制GRIN透鏡纖維時(shí)的線徑變化會(huì)是這樣的剛開(kāi)始拉絲的時(shí)候線徑變動(dòng)大，然后進(jìn)行線徑控制以使變動(dòng)幅度收斂起來(lái)。在線徑變動(dòng)收斂、線徑在接近目標(biāo)外徑的時(shí)候，拉絲速度變動(dòng)的幅度也會(huì)變小，因此纖維在線徑測(cè)量?jī)xA-B之間移動(dòng)的時(shí)間也會(huì)在 (d-20) /V彡T彡(d+20) /V的范圍之內(nèi)，可修正為非常接近于線徑a測(cè)量位置的線徑實(shí)際尺寸的值。也就是說(shuō)，輸入到自動(dòng)控制裝置的修正后的線徑c成為非常接近于在加熱爐內(nèi)拉伸基本完成的GRIN透鏡線徑的實(shí)際尺寸的線徑，能夠做到優(yōu)選的線徑控制。在拉絲過(guò)程中的線徑變動(dòng)大，進(jìn)行線徑控制以致拉絲速度不勻的情況下，如果預(yù)定時(shí)間T是固定的，那么，線徑b與預(yù)定時(shí)間T前的時(shí)點(diǎn)的線徑測(cè)量?jī)xA的線徑α之間的差就會(huì)變大。優(yōu)選的是在線徑控制在一定程度上穩(wěn)定下來(lái)之后再進(jìn)行線徑修正，具體而言， 優(yōu)選的是在開(kāi)始拉絲大約60秒 90秒鐘后進(jìn)行修正。本發(fā)明的GRIN透鏡纖維線徑的控制方法及拉絲裝置能夠?qū)⒎浅＝咏谠诩訜釥t內(nèi)基本完成拉伸的GRIN透鏡纖維的實(shí)際線徑的線徑輸入到自動(dòng)控制裝置來(lái)進(jìn)行線徑控制，所以與以往方法和裝置相比，所制成的GRIN透鏡纖維的線徑接近目標(biāo)值，同時(shí)變動(dòng)也少，因此，能以高成品率制造線徑誤差在容許范圍之內(nèi)的GRIN透鏡纖維。


圖1為實(shí)施例的GRIN透鏡拉絲裝置的說(shuō)明圖(控制拉絲速度時(shí))。 圖2為實(shí)施例的GRIN透鏡拉絲裝置的說(shuō)明圖(安裝預(yù)制件時(shí))。 圖3為實(shí)施例的GRIN透鏡拉絲裝置的說(shuō)明圖(計(jì)時(shí)器啟動(dòng)時(shí))。 圖4為修正裝置的流程圖。 符號(hào)說(shuō)明 1 加熱爐 2加熱器 3升降裝置 4卷筒
5線徑測(cè)量?jī)xA 6線徑測(cè)量?jī)xB 7傳感器 8修正裝置
9自動(dòng)控制裝置10預(yù)制件11 GRIN透鏡纖維12 重錘13石英棒
具體實(shí)施例方式〔實(shí)施例〕圖1 3所示的是實(shí)施例的GRIN透鏡拉絲裝置。此拉絲裝置具有加熱爐1、加熱器2、升降裝置3、卷筒4、線徑測(cè)量?jī)xA(5)、線徑測(cè)量?jī)xB(6)、傳感器7、修正裝置8和自動(dòng)控制裝置9。加熱爐1是可升溫到2100°C的超高溫豎形管狀爐。卷筒4具有橫移機(jī)構(gòu)，以防纖維相重疊。在本實(shí)施例中，拉出來(lái)的GRIN透鏡用卷筒 4直接卷取，通過(guò)控制卷筒轉(zhuǎn)速，進(jìn)行對(duì)拉絲速度的控制。還可以在卷筒的前面設(shè)置導(dǎo)輪，通過(guò)控制導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)行對(duì)拉絲速度的控制。線徑測(cè)量?jī)xA(5)是配上照相機(jī)的市場(chǎng)上現(xiàn)成的圖像處理裝置，有必要事先用光纖等尺寸已知物校準(zhǔn)照相機(jī)。用線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a被送到修正裝置8。線徑測(cè)量?jī)xA(5)設(shè)于GRIN透鏡纖維的拉伸基本完成的位置，在本實(shí)施例中，該位置是從加熱器2的發(fā)熱部的中心向下離開(kāi)約80mm的地方。線徑測(cè)量?jī)xB(6)使用了市場(chǎng)上現(xiàn)成的遮光式外徑測(cè)量?jī)x。用線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b被送到修正裝置8。線徑測(cè)量?jī)xB (6)的測(cè)量位置，優(yōu)選的是盡量靠近加熱爐出口，在本實(shí)施例中，該位置是從線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置向下離開(kāi)約200mm的地方。GRIN透鏡纖維的行進(jìn)方向是鉛直方向，因此，GRIN透鏡纖維行進(jìn)路線在線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間所行進(jìn)的距離d N 200mm。如圖3所示，傳感器7是為了檢測(cè)重錘12的下端通過(guò)而設(shè)置的，它向修正裝置8 輸送檢測(cè)信號(hào)。修正裝置8根據(jù)來(lái)自線徑測(cè)量?jī)xA的線徑a和來(lái)自線徑測(cè)量?jī)xB的線徑b將線徑 c輸出到自動(dòng)控制裝置9。自動(dòng)控制裝置9控制卷筒轉(zhuǎn)速(拉絲速度)，以使線徑c接近指定的目標(biāo)值。通過(guò)對(duì)卷筒轉(zhuǎn)速的控制，可控制GRIN透鏡纖維的拉絲速度。觸發(fā)修正線徑的是傳感器7，除此之外還可以進(jìn)行人工進(jìn)給。下面對(duì)本發(fā)明的GRIN透鏡的線徑控制方法的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。將加熱爐1的溫度升高到預(yù)定的溫度后，使卷筒4開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)和橫向移動(dòng)，將熔接有石英棒13的預(yù)制件10放在了升降裝置3上。使升降裝置3開(kāi)始下降，直至預(yù)制件10到達(dá)預(yù)定的位置為止。此狀態(tài)如圖2所示。 到預(yù)制件10軟化、重錘12在一定程度上向加熱爐下部降下來(lái)的時(shí)候，使升降裝置3開(kāi)始以一定的速度下降。此下降速度是配合GRIN透鏡拉絲速度的一定的速度。
如圖3所示，在重錘12的下端通過(guò)傳感器7的那一瞬間，傳感器7的檢測(cè)信號(hào)就被送到修正裝置8，使得修正裝置8的計(jì)時(shí)器ON。對(duì)計(jì)時(shí)器事先設(shè)定好能使拉出來(lái)的GRIN 透鏡纖維的線徑穩(wěn)定下來(lái)的適當(dāng)時(shí)間(在本實(shí)施例中，設(shè)為85秒鐘)，過(guò)了這個(gè)時(shí)間(計(jì)時(shí)器歸0的時(shí)候)，修正裝置8就進(jìn)行線徑a的修正并將修正后的線徑c送到自動(dòng)控制裝置9。在計(jì)時(shí)器未歸到0之前，先不進(jìn)行線徑a與線徑b的差分，因此此時(shí)的線徑c是線徑 a+0o到了重錘12降到離卷筒4不遠(yuǎn)的地方的時(shí)候，切斷重錘12，將拉伸部分的端部用膠帶貼在卷筒4上，開(kāi)始卷取和拉絲。在此同時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)控制裝置9。卷筒對(duì)某一直徑的預(yù)制件的平均轉(zhuǎn)速是配合目標(biāo)直徑與進(jìn)給速度的比例而設(shè)定的。但是，到計(jì)時(shí)器歸0以前，不進(jìn)行線徑a與線徑b的差分，而由自動(dòng)控制裝置9根據(jù)置入有線徑a+Ο的線徑c進(jìn)行自動(dòng)控制，所以轉(zhuǎn)速會(huì)不斷地變化。到了開(kāi)始拉絲后M秒鐘的時(shí)候，線徑則通過(guò)自動(dòng)控制穩(wěn)定下來(lái)。過(guò)了 85秒鐘， 計(jì)時(shí)器歸到0的時(shí)候，修正裝置8開(kāi)始修正。此時(shí)，線徑測(cè)量?jī)xa的測(cè)量值即線徑a為 125. 3 μ m,線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量值即線徑b為比它細(xì)3. 6 μ m的121. 7 μ m，線徑測(cè)量?jī)xA的
測(cè)量值出現(xiàn)了誤差。修正是通過(guò)以預(yù)定時(shí)間T秒前線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量值為線徑α、對(duì)線徑a加上差分(線徑b_線徑α)作為線徑c來(lái)進(jìn)行的。也就是說(shuō)，線徑c =線徑a+線徑b_線徑α。 線徑c從修正裝置8送入自動(dòng)控制裝置9，進(jìn)行自動(dòng)控制，以使線徑c接近目標(biāo)值124. 5 μ m。 在本實(shí)施例中，預(yù)定時(shí)間T在1. 9 1. 99秒鐘的范圍以IOms的間隔變動(dòng)，而拉絲速度V基本上是106. 7mm/秒鐘，線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與上述線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間的距離d — 200mm,因此T基本上在如下公式的范圍變動(dòng)。(d-12. 3) V 彡 T 彡(d-2. 7) /V也就是說(shuō)，T在(d 士 20)/V的范圍內(nèi)，線徑b與線徑α在GRIN透鏡上測(cè)量位置之差小于或等于士20mm，實(shí)質(zhì)上可沒(méi)有問(wèn)題地進(jìn)行準(zhǔn)確的線徑控制。開(kāi)始修正數(shù)秒鐘后，線徑b (GRIN透鏡纖維的實(shí)際線徑)基本上都在124. 5 士 1 μ m 的范圍之內(nèi)，獲得了良好線徑的纖維。下面按照?qǐng)D4，對(duì)修正裝置8的程序進(jìn)行說(shuō)明。啟動(dòng)后，如圖3所示，在步驟101 “重錘12是否通過(guò)傳感器7 ？ ”中判斷重錘12的下端是否已經(jīng)到達(dá)傳感器7。如是“N0”，則反復(fù)執(zhí)行步驟101直至重錘12的下端到達(dá)傳感器7為止，在此期間處于等待狀態(tài)。到了 “YES”的時(shí)候則進(jìn)入步驟102。在步驟102中執(zhí)行“計(jì)時(shí)器啟動(dòng)”動(dòng)作，修正裝置8內(nèi)裝的計(jì)時(shí)器變?yōu)椤癘N”。對(duì)計(jì)時(shí)器事先設(shè)定了能使拉出來(lái)的GRIN透鏡纖維的線徑穩(wěn)定下來(lái)的適當(dāng)時(shí)間(在本實(shí)施例中， 把它設(shè)為85秒鐘)。在步驟103 “計(jì)時(shí)器是否是0 ？ ”中判斷是否已經(jīng)過(guò)了設(shè)定的時(shí)間(85秒鐘)，如是“N0”，則進(jìn)入步驟104，如是“YES”，則執(zhí)行步驟105以后的修正動(dòng)作。在步驟104執(zhí)行“從修正裝置8獲得線徑c (線徑a+Ο)送到自動(dòng)控制裝置9”的動(dòng)作。此時(shí)，因尚未執(zhí)行修正動(dòng)作(差分D=線徑b-線徑α )，所以差分D的值為0，從線徑測(cè)量?jī)xA獲得的線徑a作為線徑c送到自動(dòng)控制裝置9中。下面以IOms的間隔反復(fù)執(zhí)行該動(dòng)作直至計(jì)時(shí)器歸0為止，自動(dòng)控制裝置進(jìn)行自動(dòng)控制以使由修正裝置送來(lái)的線徑a接近預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值(124. 5mm)。在步驟103判定計(jì)時(shí)器為“0”后，在步驟105執(zhí)行“從存儲(chǔ)器取出線徑α，從線徑測(cè)量?jī)xA、B取出線徑a、b”的動(dòng)作。存儲(chǔ)器裝于修正裝置內(nèi)，依次存儲(chǔ)線徑測(cè)量?jī)xA每IOOms送來(lái)的20個(gè)線徑a，超過(guò)20個(gè)則從排在最前頭的(最先存的)線徑開(kāi)始依次廢棄。也就是說(shuō)，存放在最前面的線徑A是比最后存放的線徑a早1.9秒鐘測(cè)出的，因線徑α (存放在最前面的線徑a)是每 10ms(0.01秒)被存入一次的，所以被存入的線徑α是在1. 9秒 1. 99秒鐘前測(cè)出的線徑 a的值。在此同時(shí)，當(dāng)前的線徑a和b被從線徑測(cè)量?jī)xA和B取進(jìn)來(lái)。在步驟106 “計(jì)算差分D =線徑b-線徑α，，中算出差分D。線徑b是線徑測(cè)量?jī)xB剛剛測(cè)出的測(cè)量值，線徑α是線徑測(cè)量?jī)xA在1.9秒 1.99秒鐘前測(cè)出的GRIN透鏡上線徑b的近旁處的值。線徑b測(cè)量準(zhǔn)確，線徑α因爐內(nèi)測(cè)量的關(guān)系很可能測(cè)量不準(zhǔn)確，“差分D =線徑b-線徑α ”相當(dāng)于線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量誤差。在步驟107中執(zhí)行“計(jì)算線徑c =線徑a+差分D，將線徑c送到自動(dòng)控制裝置”的動(dòng)作。線徑c是對(duì)線徑測(cè)量?jī)xA剛剛測(cè)出的線徑a加以修正消除(或減少)了測(cè)量誤差的值，成為在線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置基本準(zhǔn)確的線徑。線徑c被送入自動(dòng)控制裝置9，自動(dòng)控制裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，以使送自修正裝置的線徑c接近事先設(shè)定的目標(biāo)值(124. 5mm)。以IOms間隔反復(fù)執(zhí)行步驟105 107，線徑c以IOms間隔被送入自動(dòng)控制裝置。如上所述，通過(guò)本發(fā)明，能夠準(zhǔn)確測(cè)量在加熱爐內(nèi)預(yù)制件拉伸基本完成部分的線徑(線徑c)，根據(jù)此線徑進(jìn)行自動(dòng)控制，與以往相比收率(成品率)有了飛躍性的提高。表1為按照上述實(shí)施例進(jìn)行了 5次拉絲后的結(jié)果，表2為比較例的結(jié)果，按照只根據(jù)設(shè)置在加熱爐外的線徑測(cè)量?jī)xB的線徑b進(jìn)行自動(dòng)控制的以往方法(其他條件與實(shí)施例相同)進(jìn)行了 5次拉絲。[表1]
權(quán)利要求
1.一種GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，該方法以在由預(yù)制件拉制GRIN透鏡纖維的時(shí)候使GRIN透鏡纖維的外徑成為預(yù)定外徑的方式進(jìn)行控制，其中，根據(jù)使用測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a 和使用在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b，對(duì)拉絲速度進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，其中，基于對(duì)所述線徑a用所述線徑b和預(yù)定時(shí)間T前的線徑a的值即線徑α修正后的線徑c，對(duì)拉絲速度進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，其中，所述線徑c為線徑a+ 線徑b_線徑α。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，其中，將GRIN透鏡行進(jìn)路線上所述線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與所述線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間的距離作為 d (mm)，將所述拉絲速度作為V (mm/秒)的時(shí)候，所述預(yù)定時(shí)間T (秒)在(d-20)/V 彡 T 彡(d+20)/V 的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的GRIN透鏡纖維的線徑控制方法，其中，控制所述拉絲速度的控制方法為PI控制或PID控制。
6.一種GRIN透鏡纖維拉絲裝置，具有測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維的外徑的線徑測(cè)量?jī)xA和在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB，根據(jù)用所述線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a和用所述線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b控制拉絲速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GRIN透鏡纖維拉絲裝置，其中，具備自動(dòng)控制裝置和修正裝置，將所述修正裝置根據(jù)所述線徑b和預(yù)定時(shí)間T前的線徑a的值即線徑α對(duì)所述線徑a 加以修正后的線徑c送給所述自動(dòng)控制裝置，所述自動(dòng)控制裝置根據(jù)線徑c控制拉絲速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GRIN透鏡纖維拉絲裝置，其中，所述線徑c為線徑a+線徑 b-線徑α。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的GRIN透鏡纖維拉絲裝置，其中，將GRIN透鏡行進(jìn)路線上所述線徑測(cè)量?jī)xA的測(cè)量位置與所述線徑測(cè)量?jī)xB的測(cè)量位置之間的距離作為d(mm)，將所述拉絲速度作為V(mm/秒)的時(shí)候，所述預(yù)定時(shí)間T (秒)在(d-20)/V 彡 T 彡(d+20)/V 的范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9中任一項(xiàng)所述的GRIN透鏡拉絲裝置，其中，所述自動(dòng)控制裝置是PID控制裝置，用此對(duì)拉絲速度進(jìn)行PI控制或PID控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種GRIN透鏡纖維的線徑控制方法及拉絲裝置，旨在改善由預(yù)制件拉制GRIN透鏡纖維時(shí)的線徑控制，提高線徑在所希望范圍內(nèi)的GRIN透鏡纖維的制造成品率。本發(fā)明中，以根據(jù)使用在加熱爐外測(cè)量GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xB測(cè)出的線徑b和預(yù)定時(shí)間T前的線徑a的值即線徑α對(duì)使用測(cè)量在加熱爐內(nèi)拉伸中的GRIN透鏡纖維外徑的線徑測(cè)量?jī)xA測(cè)出的線徑a加以修正后的線徑c為準(zhǔn)，控制拉絲速度，以此解決了上述課題。
文檔編號(hào)G02B3/00GK102365245SQ20098015848
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者福田敏明 申請(qǐng)人:東洋玻璃株式會(huì)社