專利名稱:調(diào)整光學(xué)基底形狀的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及調(diào)整光學(xué)預(yù)制件形狀的方法和設(shè)備，具體說來，所涉及的是產(chǎn)生一個(gè)用于管和棒工藝過程中的預(yù)制棒的方法和設(shè)備，以便提供沿著預(yù)制棒的長度方向具有預(yù)定形狀的光學(xué)預(yù)制件。
光學(xué)纖維需求量增加，就要求努力提高公知的修正化學(xué)氣相沉積(MCVD)工藝過程(參見美國專利4，217，027)的生產(chǎn)率。然而MCVD工藝過程的生產(chǎn)率，要受到在管內(nèi)進(jìn)行沉積的基底管壁厚度的局限。為得到具有最佳幾何及光學(xué)特性的光纖，預(yù)制件的芯～包層的質(zhì)量比必須被限定在規(guī)定的范圍內(nèi)。增加基底管的質(zhì)量以便獲得較大的預(yù)制件，就要求將基底管壁做得厚一些。然而，增加基底管壁的厚度，就會(huì)降低向含反應(yīng)物的氣體傳熱的速率，從而增大沉積每層玻璃顆粒所需的時(shí)間。如果基底管壁太厚了，那末就會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)熱不足，從而導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生或不完全熔結(jié)。
提高M(jìn)CVD工藝過程生產(chǎn)率的方法之一，首先是生產(chǎn)一種比所要求的芯～包層質(zhì)量比大一些的帶內(nèi)包層的預(yù)制件。將這種帶內(nèi)包層的預(yù)制件嵌入被稱之為外包層的玻璃管中，然后裹緊在預(yù)制件上，稱之為棒～管工藝。所希望的是，預(yù)制件周圍材料由于外包層而產(chǎn)生的任何附加的壁厚不均勻度應(yīng)降為最低。
假如內(nèi)包層不是很平直，那末在將棒嵌入管中時(shí)就要遇到困難;在將管裹緊在棒上時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)問題。尚未發(fā)現(xiàn)預(yù)制件同管的內(nèi)表面的接觸在目前所感興趣的校驗(yàn)水平下是有害的。然而，對于目前所感興趣的校驗(yàn)水平，徑向因素是有害的。外包層管與帶內(nèi)包層的預(yù)制件之間在徑向的不同心度應(yīng)當(dāng)減至最小，否則最后拉伸出來的光纖芯可能太偏心，妨礙拉伸光纖間的恰當(dāng)聯(lián)接。
光纖預(yù)制管的矯直是已知的，譬如可以參見美國專利4，477，273所述的光學(xué)預(yù)制管矯直及成形所用的方法和設(shè)備。
有必要采用而又未在已有技術(shù)中被使用的是，采用自動(dòng)化的方法及設(shè)備以制成適于在棒～管工藝過程中能夠可靠地嵌入管中的、基本上為平直的預(yù)制棒。所尋求的方法和設(shè)備，最好能夠適合現(xiàn)有的設(shè)備，而且在條件的變化下是可控的。
使用本發(fā)明所述的方法和設(shè)備，就能克服上述已有技術(shù)存在的問題。將一根細(xì)長的由玻璃材料制作的、用作光纖原料的基底支撐起來，使其能繞著穿過它的端部的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。然后讓此基底繞該轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。使施加作用力的裝置在沿著轉(zhuǎn)軸的方向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)朝向基底運(yùn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)動(dòng)著的基底與施力裝置彼此銜接時(shí)為止。當(dāng)施力裝置同轉(zhuǎn)動(dòng)的基底周圍預(yù)定的部分保持連續(xù)銜接時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)信號。根據(jù)此信號，施力裝置朝向轉(zhuǎn)軸漸進(jìn)的運(yùn)動(dòng)即行中止。
倘若基底不是圓的或者基底的橫截面偏離穿過其端部的轉(zhuǎn)軸，那么當(dāng)它轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與施力裝置貼近的部分將移近轉(zhuǎn)軸，使施力裝置與基底失去銜接，并使施力裝置又朝向縱軸漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)。施力裝置脫開時(shí)，使所產(chǎn)生的信號中斷。
當(dāng)所產(chǎn)生的信號能夠維持一段預(yù)定的時(shí)間，這相應(yīng)于基底旋轉(zhuǎn)時(shí)施力裝置與基底周圍預(yù)定部分連續(xù)銜接，基底的每個(gè)連續(xù)的截面就被確定為合格的。作為這種工藝過程的結(jié)果，此基底所具有的縱軸沿其長度方向基本上是直的，基本上是與轉(zhuǎn)軸同心的，而且橫截面基本上是共心地布置在縱軸周圍的圓形。
一種能夠產(chǎn)生由光學(xué)玻璃材料制作的、基本上是平直的且其截面為圓形的基底的設(shè)備，它包括能將基底懸掛起來以使其可繞穿過基底端部的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的裝置，以及能夠?qū)⒆饔昧κ┘釉诨组L度方向上每一連續(xù)區(qū)域上的裝置。此施力裝置被支撐起來，以便能在朝向基底轉(zhuǎn)軸的第一方向上作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，并且在常態(tài)下是偏離此方向的。而且這種設(shè)備還能讓施力裝置在朝向轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)在沿轉(zhuǎn)軸的方向上運(yùn)動(dòng)。信號發(fā)生裝置常態(tài)下偏向與第一方向相反的第二方向。
在操作過程中，施力裝置朝向基底的轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)動(dòng)基底的一部分與施力裝置彼此銜接為止。這就引起信號發(fā)生裝置在第一方向上的運(yùn)動(dòng)，并且向與施力裝置聯(lián)在一起的控制裝置提供一個(gè)信號。只要施力裝置與基底保持適當(dāng)?shù)你暯?，該信號就持續(xù)下去。在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，如果基底長度周圍任何部分是橢圓形的，或者基底的橫截面偏離穿過其端部的轉(zhuǎn)軸，那么施力裝置就可能失去銜接并朝向轉(zhuǎn)軸移動(dòng)，從而引起操作信號的中斷。當(dāng)所產(chǎn)生的信號至少能夠持續(xù)一段預(yù)定的時(shí)間時(shí)，基底長度的每部分就被確認(rèn)為其平直度和橢圓度是合格的。在這個(gè)條件得到滿足時(shí)，控制裝置就要中斷施力裝置朝向轉(zhuǎn)軸的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)。此預(yù)定時(shí)間選擇為，在施力裝置每次朝基底移動(dòng)時(shí)施力裝置與基底周圍一個(gè)預(yù)定的部位的銜接時(shí)間。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，這種方法和設(shè)備被用來在玻璃成形材料在一個(gè)管內(nèi)被沉積之后、且管隨后被裹緊成棒以后對光學(xué)玻璃預(yù)制棒進(jìn)行矯直和成形。然而這種方法和設(shè)備也可以用在其它方面，諸如用在整個(gè)裹緊法過程中。按這種方式，在裹緊的每次操作中，所得到的預(yù)制棒的平直度和橢圓度是被控制的。
圖1為提供光學(xué)預(yù)制棒及實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法原理的設(shè)備的透視圖;
圖2為噴焰裝置、矯直及成形裝置的局部視圖以及橫穿預(yù)制棒產(chǎn)生的加熱區(qū)的溫度曲線圖;
圖3為用于改變光學(xué)預(yù)制棒外形的圖1所示設(shè)備的局部縱剖面圖;
圖4為使用軋輥形式的矯直及成形裝置在整形時(shí)一種預(yù)制棒形狀的示意圖;
圖5為旋轉(zhuǎn)時(shí)圖4所示預(yù)制棒的端面圖;
圖6為使用軋輥改變預(yù)制棒外形時(shí)具有一定偏心量的預(yù)制棒示意圖;
圖7為旋轉(zhuǎn)時(shí)圖6所示預(yù)制棒的端面圖;
圖8為具有相當(dāng)大的偏心量的另一種預(yù)制棒的示意圖;
圖9A，9B及9C為圖8所示預(yù)制棒處在沿長度不同位置時(shí)的端面圖;
圖10為具有相當(dāng)大偏心的預(yù)制棒與軋輥銜接時(shí)的局部放大側(cè)視圖;
圖11及圖12為具有橢圓形外形的預(yù)制棒以及經(jīng)過本發(fā)明所述設(shè)備調(diào)整以后該預(yù)制棒的端面圖;
圖13為按照本發(fā)明所述方法及設(shè)備調(diào)整外形后嵌入外包層管的預(yù)制棒圖。
現(xiàn)在參看圖1，其所表示的設(shè)備20，包括矯直及成形用的設(shè)備22，被用來產(chǎn)生如預(yù)制棒24那樣具有特殊光學(xué)性能的細(xì)長玻璃基底，使其具有預(yù)定的幾何特性。這些幾何特性是指具有基本上為平直的縱軸;在沿縱軸的每一點(diǎn)上橫截面基本上是圓的，而且是圍繞縱軸同心配置的。
該設(shè)備20還包括對玻璃基底管(圖中未示出)進(jìn)行加熱的裝置，以便提供可從中拉伸出光導(dǎo)纖維的玻璃預(yù)制棒24;參見美國專利4，271，027。在氣相反應(yīng)物被輸送給玻璃管的時(shí)候，對玻璃管進(jìn)行加熱;參見美國專利4，276，243。
設(shè)備20一般還包括一臺帶頭座33和尾座34的車床32，頭座及尾座被用來可旋轉(zhuǎn)地支撐玻璃原管的端部，以使其能夠繞著穿過車床主軸(圖中未示出)的軸線35旋轉(zhuǎn)。玻璃管的端部卡在車床32的主軸上。車床32還安有一個(gè)滑動(dòng)托板36，能在頭座33及尾座34之間沿車床作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。裝在托板36上的是噴焰裝置40以及矯直和成形用的設(shè)備22。噴焰裝置40被用來提供可燃?xì)怏w流以便產(chǎn)生指向玻璃管的火焰。通過將來自燃燒氣體的熱限制在所要求的玻璃管表面面積上，噴焰裝置40就能在玻璃管的表面上建立具有溫度曲線的加熱區(qū)41(參見圖2)。噴焰裝置40裝在滑動(dòng)托板36上，噴焰裝置40相對于玻璃管的運(yùn)動(dòng)，將引起加熱區(qū)沿玻璃管長度方向的移動(dòng)。
適合于這種應(yīng)用的噴焰裝置，在美國專利4，231，777及4，477，244中已經(jīng)給出。噴焰裝置40包括由托架43支撐的爐套42，而托架43受支座45的支撐，裝在滑動(dòng)托板36上。
這樣安裝噴焰裝置40，是為了使其相對于穿過頭座33和尾座34之間的車床32的中心線運(yùn)動(dòng)，以便對基底玻璃管產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹萍s。在沉積過程中，當(dāng)噴焰裝置沿著旋轉(zhuǎn)的玻璃管作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對玻璃管的制約對于控制沿玻璃管連續(xù)區(qū)域的溫度曲線是有幫助的。在基底管經(jīng)過沿積之后，被裹緊在固體棒上。它可以通過將轉(zhuǎn)速從大約75轉(zhuǎn)/分減到20轉(zhuǎn)/分，并將加熱區(qū)的溫度提高到大約1800℃來完成。在裹緊的一半過程，每次操作都是如圖1那樣從右到左進(jìn)行的。然后在靠近尾座34處將管夾緊，再從左到右進(jìn)行裹緊操作。
現(xiàn)在敘述預(yù)制管的矯直和成形用的設(shè)備22，由圖1及圖3可以看出，以接觸機(jī)構(gòu)50的形式出現(xiàn)的施力裝置位于鄰近噴焰裝置40的地方。在最佳實(shí)施例中，接觸機(jī)構(gòu)50包括一個(gè)由石墨制作的軋輥52。軋輥52固定在支承于軸承座56中的軸承54-54上。此接觸機(jī)構(gòu)也可采用其它形式，例如金屬管。比較有利的是讓軋輥在任一位置發(fā)生磨損之后在軸承中旋轉(zhuǎn)到其它方位。
軋輥52安裝在數(shù)字60所標(biāo)記的設(shè)備上，后者被固定在車床的滑動(dòng)托板上。從圖3可清楚地看出，此設(shè)備包括一個(gè)90°的齒輪變速箱62，它是靠步進(jìn)電機(jī)64驅(qū)動(dòng)的。從齒輪箱62伸出來的是傳動(dòng)螺桿66，它的頂端與裝在平臺68中的帶內(nèi)螺紋的螺紋件嚙合。平臺68的運(yùn)動(dòng)靠4個(gè)連桿70-70導(dǎo)向，連桿與平臺68的下底面相連，并可在齒輪箱上的孔內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
附著在平臺68上的是帶支點(diǎn)74和U形端部76的懸臂底板72。裝在懸臂底板U形端部76的頂部78上并與其絕緣的是第一個(gè)電接點(diǎn)80。該電接點(diǎn)80包括一個(gè)伸向懸臂底板72的懸垂部分82。
以樞軸的方式裝在支點(diǎn)74上的是杠桿84，在其一端85上裝有伸向第一電接點(diǎn)80并與杠桿84絕緣的第二電接點(diǎn)86。第二電接點(diǎn)的上端距離第一電接點(diǎn)80的下端大約為0.018厘米。
裝在杠桿84上的配重砝碼88，能在支點(diǎn)74與第二電接點(diǎn)86之間調(diào)節(jié)。在最佳實(shí)施例中，由杠桿上的端部85的端面到支點(diǎn)74中心的距離，大約是該支點(diǎn)中心至杠桿另一端距離的兩倍。配重砝碼88使杠桿的端部85在常態(tài)下偏向下方，如圖3所示。杠桿84的端部向下的運(yùn)動(dòng)，是通過一個(gè)上端與杠桿84的底面銜接的可調(diào)止動(dòng)銷加以控制的。
在杠桿84的另一端部92上安裝有支架96。支架96被用來可旋轉(zhuǎn)地支承軸承座56，其中裝有軋輥52。如圖3所示，支架96裝在杠桿84上，以使軋輥的橫向中心線能同架在頭座33及尾座34之間的預(yù)制棒24的縱軸線100對準(zhǔn)。配重砝碼88使軋輥52偏向上方，如圖3所示，應(yīng)當(dāng)注意，預(yù)制棒24的端部保持在車床32上轉(zhuǎn)軸的主軸上，彼此相互對正。
一般說來，設(shè)備22的操作是使平臺68如圖3那樣朝上運(yùn)動(dòng)以使軋輥52抬高。當(dāng)軋輥52同預(yù)制棒24銜接時(shí)，杠桿84將產(chǎn)生如圖3的逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。這就引起第二個(gè)電接點(diǎn)86朝上運(yùn)動(dòng)到跟第一個(gè)電接點(diǎn)80的懸垂部分82相接，并使控制步進(jìn)電機(jī)的電路(圖中未示出)接通。由于支架74沿杠桿的位置，只要軋輥52朝下運(yùn)動(dòng)大約0.005～0.008厘米，就將引起第二個(gè)電接點(diǎn)朝上運(yùn)動(dòng)越過0.018厘米的間隙與第一個(gè)電接點(diǎn)相接。
電接點(diǎn)80及86起著雙重作用。不僅它們的相互接觸能夠接通電路，而且它們還能協(xié)同提供止動(dòng)作用，使杠桿84的端部85向上的運(yùn)動(dòng)停止。
電接點(diǎn)80和86是同可編程序的控制器90相連的，而后者又同步進(jìn)電機(jī)相連?？刂破?0使平臺68朝上作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，且在電接點(diǎn)閉合一段預(yù)定時(shí)間的情況下，使朝上的運(yùn)動(dòng)中斷。
在最佳實(shí)施例中，設(shè)備20的矯直及成形部分22，還包括使預(yù)制棒24銜接表面具有基本上低于預(yù)制棒的溫度的裝置。軸承座56用來保存去離子水之類的冷卻液，可通過杠桿84及支架96內(nèi)的管道(圖中未示出)供給。將去離子水供給軋輥52與玻璃管銜接的表面上使其清潔，并可避免石墨輥粘在預(yù)制棒上。去離子水流到側(cè)板上并落入下方的排水池中(圖中未示出)。水還能在軋輥52與預(yù)制棒之間形成一個(gè)界面，起到一個(gè)襯層的作用，以防止預(yù)制棒表面受到破壞。
在使用設(shè)備20對預(yù)制件進(jìn)行加工的過程中，玻璃管是置于車床32上的，一端在頭座33中，另一端則焊接(參見圖1)在支撐于尾座34中的排氣管97上。隨著噴焰裝置40多次沿頭座33至尾座34的方向上運(yùn)動(dòng)，基底管被轉(zhuǎn)動(dòng)。在每次操作時(shí)，注入的反應(yīng)物從頭座的一端送入基底管，而廢氣在尾座的一端排出;參見美國專利4，278，459。
在最佳實(shí)施例中，進(jìn)行沿積后，進(jìn)行裹緊操作的前半部過程。然后將鄰近尾座端的管壁緊壓在一起。這樣做，可以防止潮氣和污垢在裹緊時(shí)進(jìn)入管中。然后在相反的方向上進(jìn)行余下的裹緊操作。
在裹緊期間，當(dāng)噴焰裝置40數(shù)次從頭座向尾座運(yùn)動(dòng)，并在裹緊的后一半過程從尾座向頭座運(yùn)動(dòng)時(shí)，以高于沉積期間的溫度進(jìn)行加熱。在裹緊的后一半過程每次操作結(jié)束時(shí)，滑動(dòng)托板36都迅速地返回到尾座，以開始另一個(gè)周期。
裹緊過程中，在基底管被裹緊成固體預(yù)制棒之后，石墨輥52將借助可編程序的控制器90產(chǎn)生向上的運(yùn)動(dòng)，以便同鄰近尾座34的旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒銜接(參見圖4)。它的豎直位置是預(yù)制棒橫截面軌跡的函數(shù)。軋輥52被部分地推到預(yù)制棒內(nèi)，并在噴焰裝置40的中心線101之外的預(yù)定距離“d”(參見圖2)的加熱區(qū)內(nèi)使軟化的玻璃發(fā)生移動(dòng)。假如需要，軋輥52能夠強(qiáng)制棒與頭座33及尾座34之間的轉(zhuǎn)軸對準(zhǔn)。因而軋輥52被用來使預(yù)制棒長度的連續(xù)區(qū)段向上運(yùn)動(dòng)，直到各自基本上都能同心地分布在車床32兩卡盤之間的轉(zhuǎn)軸上為止。在矯直及成形期間，預(yù)制棒24的轉(zhuǎn)速大約是75轉(zhuǎn)/分。
預(yù)制棒24矯直及成形方法的重要參數(shù)有滑動(dòng)托板的速度;車床主軸的轉(zhuǎn)速以及接觸機(jī)構(gòu)50同預(yù)制棒24的銜接處相對于加熱區(qū)的位置。還有一個(gè)重要的參數(shù)就是加熱區(qū)內(nèi)玻璃的溫度。這要取決于輸送給噴焰裝置的氫氣和氧氣的速度。在最佳實(shí)施例中，輸送給噴焰裝置的氫氣大約是每分鐘130升，氧氣大約是每分鐘65升。
加熱區(qū)41是當(dāng)火焰通過預(yù)制棒時(shí)在噴焰裝置40附近形成的，但是不難想到，它通常并不與火焰的中心線101同心，而是尾隨其后(參見圖2)。最高溫度區(qū)的某點(diǎn)滯后于噴焰裝置40的距離d，是噴焰裝置40速度的函數(shù)，速度愈大，拖后的距離愈大。由于預(yù)制棒24有一定的厚度，而且噴焰裝置40是沿預(yù)制棒運(yùn)動(dòng)的，故加熱區(qū)滯后于噴焰裝置。
接觸機(jī)構(gòu)50必須在玻璃充分軟化的位置同預(yù)制棒24銜接，以使其能夠發(fā)生形變。還有，噴焰裝置40與接觸機(jī)構(gòu)的排列方式，應(yīng)使玻璃與軋輥52銜接之后再行凝固。此銜接點(diǎn)必須不是在玻璃經(jīng)受高溫的那一點(diǎn)，因?yàn)楦邷貢?huì)消除凝固。
由于加熱區(qū)的位置難以確定，所以軋輥52可以參照噴焰裝置的中心線101來定(參見圖2)。噴焰裝置40的中心線101與軋輥52的中心軸105之間的距離d，稱之為拖后距離，它處于在長度區(qū)段玻璃充分軟化到不受預(yù)制棒內(nèi)部較少軟化層的干擾而能夠變形的地方。此外，與軋輥52銜接的區(qū)域必須充分冷卻，以在石墨輥沿著預(yù)制棒長度方向運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)連續(xù)區(qū)段時(shí)保持這種變形。在最佳實(shí)施例中，流過石墨輥52的水能夠提供一個(gè)理想的動(dòng)態(tài)冷卻區(qū)，借以在逐漸矯直過的預(yù)制棒上建立凝固。在最佳實(shí)施例中，距離d為3.5厘米左右。如果距離超出給定的范圍，那么與軋輥52接觸的玻璃就太冷了以致不能很好地變形。此外，軋輥52的水冷，對于防止石墨輥粘附在玻璃管上是有益的，而且對于由來自玻璃管的火焰引起的任何剝落物的沖洗是有效的。
施力裝置、軋輥52跟預(yù)制棒24的銜接及脫離方式，對于預(yù)制棒的良好矯直和變形是重要的。從圖4中可看出，軋輥52是在滑動(dòng)托板36以大約每分鐘8到10厘米的速度沿車床身運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)到第一給進(jìn)階段107的。在這個(gè)調(diào)節(jié)期間，車床上的預(yù)制棒24以75轉(zhuǎn)/分的速度產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。對于理解本發(fā)明更有意義的另一種表示轉(zhuǎn)速的方式是，預(yù)制棒24轉(zhuǎn)速大約為每0.4秒轉(zhuǎn)0.5周。
圖4中的第一給進(jìn)階段107，是靠軋輥52迅速達(dá)到的。通過可編程序的控制器90控制步進(jìn)電機(jī)64，以使平臺68朝著預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)X位置，此位置總是超出任何預(yù)制棒最大預(yù)期軌跡而與預(yù)制棒轉(zhuǎn)軸隔開的。本發(fā)明所述的方法能使變形的預(yù)制棒所具有的橫截面在面積上實(shí)際等于變形之前的橫截面，而且基本上是圓的。此外，如在上文中所述，變形后的預(yù)制件的縱軸100基本上是直的，其橫截面是圍繞軸線同心分布的。
步進(jìn)電機(jī)64所控制的軋輥52，首先是以粗動(dòng)方式(第一給進(jìn)階段107)向上運(yùn)動(dòng)的，然后以細(xì)調(diào)方式(第二給進(jìn)階段109)朝上運(yùn)動(dòng)。按照正常的細(xì)調(diào)方式控制步進(jìn)電機(jī)64使軋輥向上運(yùn)動(dòng)，每步大約為0.0036厘米。然后在粗動(dòng)方式期間，用擴(kuò)程器使向上運(yùn)動(dòng)的每步大約是0.0108厘米。粗動(dòng)方式被用來使軋輥52從參考位置X迅速地運(yùn)動(dòng)到跟預(yù)制棒24首次銜接。一開始，預(yù)制棒24占據(jù)圖4實(shí)線表示的位置，并且環(huán)繞轉(zhuǎn)軸35旋轉(zhuǎn)，如圖5所示。最好是使軋輥與預(yù)制棒的首次銜接點(diǎn)恰好是夾緊區(qū)的一邊(參見圖4)從圖5中可看到，預(yù)制棒24有一個(gè)輕微的偏心，當(dāng)該預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)時(shí)，此偏心就能使它作輕微的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。
在軋輥52同預(yù)制棒首次銜接之后，當(dāng)該預(yù)制棒作輕微繞動(dòng)時(shí)(參見圖5)，在細(xì)調(diào)方式期間，軋輥以0.0036厘米的步長朝上運(yùn)動(dòng)。朝上增加的步長，是在近似0.1～0.2秒的時(shí)間間隔內(nèi)完成的。
在細(xì)調(diào)方式期間，產(chǎn)生所謂0.4秒的搜索動(dòng)作。在軋輥52同預(yù)制棒首次銜接之后，使軋輥運(yùn)動(dòng)到預(yù)制棒中大約0.005～0.008厘米的一段距離。其結(jié)果是電接點(diǎn)86發(fā)生運(yùn)動(dòng)，穿過0.018厘米的間隙，與第一個(gè)電接點(diǎn)80銜接。在軋輥52跟預(yù)制棒24的銜接持續(xù)0.4秒時(shí)(這相當(dāng)于預(yù)制棒大約轉(zhuǎn)動(dòng)了整個(gè)360°的一半)，便假定在該位置橫截面是圓的，而且軸線基本上是直的并與穿過車床32的頭座33及尾座34的旋轉(zhuǎn)軸中心線共線。在滑動(dòng)托板36以大約9.6厘米/分的速度沿預(yù)制棒方向運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)這種銜接情況。控制器90大約每秒鐘要查尋20次0.4秒搜索條件是否滿足。
這時(shí)，有幾種適當(dāng)?shù)倪x擇。其一是軋輥52保持在相對于轉(zhuǎn)軸35的現(xiàn)有水平面上，而不作更多的調(diào)節(jié)。另外一種情況是當(dāng)軋輥移過預(yù)制棒時(shí)若發(fā)生脫離，就使軋輥52向上運(yùn)動(dòng)到重新跟預(yù)制棒24銜接。經(jīng)過多次后，兩種情況都能產(chǎn)生合格的預(yù)制棒。然而如果由于某種原因，軋輥跟預(yù)制棒的首次銜接點(diǎn)進(jìn)一步向左而處在頸口收縮區(qū)處(如圖4所示)，那么距轉(zhuǎn)軸固定間隔的軋輥，將逆著玻璃質(zhì)量增大的方向運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是使玻璃遭到破壞。
在最佳實(shí)施例中，存在著接通及斷開電接點(diǎn)80和86的固定周期。在0.4秒搜索得到滿足之后，出現(xiàn)一個(gè)大約為5.0秒的脈沖，在該脈沖的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，滑動(dòng)托板36前進(jìn)了大約0.8厘米。在5秒過去之后，平臺68朝下運(yùn)動(dòng)到使軋輥52中斷同預(yù)制棒的銜接，而且0.4秒的搜索條件不再得到滿足。電接點(diǎn)86也要與電接點(diǎn)80脫開。隨后立刻就是，當(dāng)滑動(dòng)托板36沿預(yù)制棒24方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，軋輥52再一次朝上運(yùn)動(dòng)到再啟動(dòng)另一個(gè)周期，它包括一個(gè)0.4秒搜索。換句話說，在軋輥52每次跟預(yù)制棒銜接0.4秒之后，步進(jìn)電機(jī)64受控使軋輥同預(yù)制件脫離，從而使0.4秒窗口條件無法繼續(xù)得到滿足。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)64受控驅(qū)使平臺68以及軋輥52向上運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)托板則沿預(yù)制棒前進(jìn)，直至0.4秒窗口條件再一次得到滿足為止。其結(jié)果是預(yù)制棒的形狀持續(xù)受到監(jiān)控和調(diào)整。
也可以采用進(jìn)一步的精加工。如果在每個(gè)5秒的窗口時(shí)間內(nèi)軋輥52都跟軸線35保持固定的距離，由于殘留的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)而使軋輥跟預(yù)制棒脫開，那么控制器90能使軋輥再一次向上運(yùn)動(dòng)到與棒銜接。
重要的是當(dāng)軋輥52與預(yù)制棒銜接時(shí)，使預(yù)制棒的繞動(dòng)累積地變得愈來愈小，直至消失。在最佳實(shí)施例中，兩種整形操作都被采用。這時(shí)候的預(yù)制棒，具有所尋求的幾何特性，其縱軸100基本上是和轉(zhuǎn)軸35同心的(參見圖4及圖5的點(diǎn)劃線)。
現(xiàn)在來看圖6和圖7，這里顯示的基底棒24的偏心更顯著。在圖6中預(yù)制棒24的原始構(gòu)形以實(shí)線表示。再一次看出，軋輥52以粗動(dòng)方式107從位置X向上運(yùn)動(dòng)直至同預(yù)制棒銜接。然而由于偏心，細(xì)調(diào)方式109可能要求實(shí)際大于0.0036厘米的向上給進(jìn)，直至0.4秒的窗口搜索得到滿足為止。這是由于預(yù)制棒橫截面繞動(dòng)的增大會(huì)使軋輥的位置比以前更進(jìn)一步脫離主軸的中心線(參見圖6及圖7中以實(shí)線表示的繞動(dòng)的棒)。
從圖8和圖9中還可看出，預(yù)制棒24還可能有甚至更嚴(yán)重的偏心，從而產(chǎn)生更大的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，細(xì)調(diào)方式109甚至要求更大的給進(jìn)，直至意味著預(yù)制棒在此位置上是矯直了的0.4秒窗口條件得到滿足。參照圖9A，9B及9C，它們表示的是軋輥52相對預(yù)制棒24沿長度方向的幾種位置。比較圖9A及9B可以看出，繞動(dòng)是減小的，而在圖9C的位置上消失。在改變形狀之后，如圖8的中央點(diǎn)劃線表示的那樣，預(yù)制棒24具有一個(gè)基本上跟轉(zhuǎn)軸35同心的縱軸。在圖10中，所表示的是軋輥52相對于預(yù)制棒的偏心部分的位置。當(dāng)軋輥52向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以對預(yù)制棒進(jìn)行矯直并使其具有圓形截面。
在圖11及圖12中，所表示的是非圓形的預(yù)制棒24及使用軋輥之類的施力裝置使其變形的情況。從圖11中可以看到，預(yù)制棒大體上是橢圓形的，以致于當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)沿其邊緣的較低部分將與軋輥52脫離接觸。這種脫離將使控制器90讓平臺朝上運(yùn)動(dòng)直至軋輥52再一次同預(yù)制棒24彼此銜接為止。
經(jīng)過矯直之后，如圖13所示，變形后的預(yù)制棒24被插入一個(gè)外包層管120中，隨后再將管裹在預(yù)制棒上。于是按照公知的方法就能從加外包層的預(yù)制棒中拉伸出光纖來。
當(dāng)然，上述設(shè)備只是簡單地說明了本發(fā)明。然而本領(lǐng)域的熟練人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)出其它設(shè)備來，這將屬于本發(fā)明的構(gòu)思及范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整細(xì)長玻璃基底的方法，所包括的步驟是將細(xì)長玻璃基底的端部支撐起來，以使此基底能繞穿過其端部的軸旋轉(zhuǎn)；使基底繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)；提供使基底能夠靠施力裝置變形的設(shè)備；其特征在于包括以下步驟使施力裝置沿著轉(zhuǎn)軸的方向移動(dòng)；同時(shí)使施力裝置朝向轉(zhuǎn)軸逐漸運(yùn)動(dòng)，直至基底的一部分與施力裝置彼此銜接為止；在施力裝置跟旋轉(zhuǎn)的基底周圍的預(yù)定部分保持連續(xù)銜接之后，讓施力裝置中止朝向轉(zhuǎn)軸的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
2.一種使細(xì)長的玻璃預(yù)制棒具有基本上平直的縱軸，且其沿長度方向的橫截面基本上為同心分布在縱軸周圍的圓形的方法，包括權(quán)利要求
1所述方法的步驟，其中的基底是由適于用作通迅光纖的玻璃材料制作的預(yù)制棒，且該預(yù)制棒被加熱，以使之能靠施力裝置變形，其中一個(gè)操作周期包括所述讓施力裝置作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)及中止?jié)u進(jìn)運(yùn)動(dòng)的步驟;所述方法還包括讓施力裝置同預(yù)制棒保持銜接一段預(yù)定時(shí)間的步驟，此后施力裝置再跟預(yù)制棒脫離;其中進(jìn)一步在沿預(yù)制棒的許多位置的每一位置上，施力裝置都要向預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生漸進(jìn)運(yùn)動(dòng);沿預(yù)制棒許多位置的每個(gè)位置上的周期性操作應(yīng)足以使預(yù)制棒基本上具有與轉(zhuǎn)軸同心的平直的縱軸，而且其橫截面基本上是繞此縱軸同心配置的圓。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中的施力裝置在同預(yù)制棒充分銜接之后，能在離開轉(zhuǎn)軸的方向上運(yùn)動(dòng)，而且預(yù)制棒同施力裝置的銜接，必須使施力裝置能在離開轉(zhuǎn)軸的方向移動(dòng)一段預(yù)定的距離。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其中施力裝置在一個(gè)位置上同預(yù)制棒脫離一段預(yù)定的時(shí)間以后，另一個(gè)操作周期開始，并且施力裝置朝著預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，直到預(yù)制棒的一部分跟施力裝置在沿預(yù)制棒的另一個(gè)位置上再一次相互銜接為止;其中當(dāng)出現(xiàn)施力裝置與預(yù)制棒脫離的指示時(shí)，施力裝置進(jìn)一步朝向轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，直到出現(xiàn)施力裝置同預(yù)制棒銜接一段預(yù)定時(shí)間的指示為止，此后施力裝置與轉(zhuǎn)軸的距離在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)保持不變。
5.如權(quán)利要求
4所述的方法，其中的施力裝置按照粗動(dòng)方式和細(xì)調(diào)方式朝著轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，在粗動(dòng)方式中朝向轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的增量實(shí)際上大于細(xì)調(diào)方式的增量。
6.一種使細(xì)長的玻璃預(yù)制棒基本上具有平直的縱軸，且其沿長度方向的橫截面基本上為同心配置在縱軸周圍的圓形的方法，包括權(quán)利要求
1所述的步驟，其中的基底是由適于作通迅光纖的玻璃材料制成的預(yù)制棒;對該預(yù)制棒進(jìn)行加熱，使之能靠施力裝置產(chǎn)生變形;其中所述施力裝置在初始位置上與預(yù)制棒周圍預(yù)定部分連續(xù)接觸之后，施力裝置與轉(zhuǎn)軸保持固定的距離，直至施力裝置移動(dòng)預(yù)制棒長度的距離，以便產(chǎn)生具有基本上與轉(zhuǎn)軸同心的平直的縱軸、且其橫截面為繞此縱軸同心配置的圓形的預(yù)制棒。
7.一種對細(xì)長的玻璃基底形狀進(jìn)行調(diào)整的設(shè)備，包括以使玻璃基底能夠繞著穿過其端部的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方式固定細(xì)長玻璃基底的裝置;使基底繞著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的裝置;使此基底能夠靠施力裝置改變形狀的裝置，其特征在于該設(shè)備還包括適于同基底的周圍銜接的施力裝置;能使上述施力裝置在沿轉(zhuǎn)軸的方向上運(yùn)動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)裝置;在上述縱向運(yùn)動(dòng)裝置使該施力裝置沿轉(zhuǎn)軸方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，使上述施力裝置能朝轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)直至該基底與上述施力裝置相互銜接的橫向運(yùn)動(dòng)裝置;在基底旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)上述施力裝置同基底周圍的預(yù)定部位相互保持連續(xù)銜接時(shí)，中止上述施力裝置朝向轉(zhuǎn)軸的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)的控制裝置。
8.一種能使細(xì)長的玻璃預(yù)制棒具有基本上平直的縱軸，而且沿其長度方向的橫截面基本上為繞此縱軸同心配置的圓形的設(shè)備，包括權(quán)利要求
7所述的裝置，其中的基底是由適于作通迅光纖的玻璃材料制作的預(yù)制棒;所述施力裝置能夠迅速地運(yùn)動(dòng)到距轉(zhuǎn)軸為一定距離的位置上，該距離是在任何預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)時(shí)其最大繞動(dòng)軌跡之外，這是在施力裝置同預(yù)制棒銜接一段預(yù)定時(shí)間并與預(yù)制棒脫離之后進(jìn)行的，其中的一個(gè)操作周期包括使施力裝置同預(yù)制棒銜接上的漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)、此漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)的中止以及在預(yù)定時(shí)間之后施力裝置同預(yù)制棒隨后的脫開;其中施力裝置在許多位置的每個(gè)位置上朝向預(yù)制棒轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在沿預(yù)制棒的位置上進(jìn)行周期性操作應(yīng)足以產(chǎn)生基本具有與轉(zhuǎn)軸同心的平直的縱軸、且其橫截面基本上是繞此縱軸同心配置的圓形的預(yù)制棒。
9.如權(quán)利要求
8所述的設(shè)備，其中的控制裝置是在所述施力裝置與預(yù)制棒脫開一段時(shí)間以使另一個(gè)操作周期開始之后起作用的;施力裝置再一次朝著預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)以與其銜接，其中施力裝置最初以粗動(dòng)方式隨后以細(xì)調(diào)方式按各自的給進(jìn)增量朝著轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，粗動(dòng)方式的給進(jìn)增量大于細(xì)調(diào)方式的增量。
10.一種能使細(xì)長玻璃預(yù)制棒具有基本上平直的縱軸、且沿其長度方向的橫截面基本上為繞此縱軸同心配置的圓形的設(shè)備，它包括權(quán)利要求
7所述的裝置，其中的基底是由適于作通迅光纖的玻璃材料制作的預(yù)制棒;所述施力裝置能夠迅速地運(yùn)動(dòng)到距轉(zhuǎn)軸為一定距離的位置上，該距離是在任何預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)時(shí)其最大預(yù)期的繞動(dòng)之外;其中所述的控制裝置能對上述同預(yù)制棒周圍預(yù)定部分連續(xù)銜接的施力裝置作出響應(yīng)，以使施力裝置保持在距轉(zhuǎn)軸固定的距離上，在施力裝置沿預(yù)制棒長度方向運(yùn)動(dòng)之后可產(chǎn)生具有與轉(zhuǎn)軸同心的基本平直的縱軸、且其橫截面基本上是繞此縱軸同心配置的圓形的預(yù)制棒。
11.一種能夠產(chǎn)生具有基本平直的縱軸、且其沿長度方向的橫截面為同心配置在縱軸周圍的圓形的預(yù)制棒的設(shè)備，它包括以使預(yù)制棒能夠繞穿過其端部的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方式固定預(yù)制棒端部的支撐裝置，使預(yù)制棒繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的裝置，以及使預(yù)制棒在與軋輥銜接時(shí)能夠產(chǎn)生變形的加熱裝置，其特征在于有一個(gè)橫向地伸向轉(zhuǎn)軸并可同預(yù)制棒銜接的軋輥;能使上述軋輥及加熱裝置沿預(yù)制棒轉(zhuǎn)軸方向運(yùn)動(dòng)的托板裝置;具有第一及第二端部的杠桿，所述軋輥則支撐在此杠桿的第一端部;可周期性地作朝向及離開預(yù)制棒轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的、以樞軸方式支承在上述杠桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置;裝在上述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置上鄰近于上述杠桿第二端部的第一電接點(diǎn)裝置;裝在上述杠桿第二端部并與第一電接點(diǎn)裝置離開一定間隙的第二電接點(diǎn)裝置，它通過在第一方向上穿過第一及第二電接點(diǎn)之間間隙的運(yùn)動(dòng)與第一電接點(diǎn)銜接;當(dāng)上述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置朝著預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)而使軋輥移動(dòng)到同預(yù)制棒銜接時(shí)，上述兩個(gè)接點(diǎn)銜接;為使上述軋輥偏向轉(zhuǎn)軸，并在預(yù)制棒的一部分與軋輥脫離的情況下使第二電接點(diǎn)裝置與第一電接點(diǎn)裝置分開的裝置;使上述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)以使軋輥朝著預(yù)制棒作漸進(jìn)運(yùn)動(dòng)以與其銜接、并在軋輥與預(yù)制棒周圍的預(yù)定部位連續(xù)銜接的情況下中止上述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置朝向轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的控制裝置。
12.如權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其中所述杠桿是以樞軸的方式繞著支點(diǎn)安裝在往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置上的;由第二電接點(diǎn)到該支點(diǎn)的距離以及由該支點(diǎn)到上述杠桿第一端部的距離應(yīng)當(dāng)在軋輥與預(yù)制棒充分銜接時(shí)，可使軋輥能向下運(yùn)動(dòng)，以引起第二電接點(diǎn)穿過接點(diǎn)間間隙而與第一接點(diǎn)裝置銜接。
13.如權(quán)利要求
12所述的設(shè)備，其中第一和第二接點(diǎn)裝置相配合，在所述軋輥同預(yù)制棒銜接之后，使軋輥停止向下的運(yùn)動(dòng);此設(shè)備還包括裝在所述往復(fù)運(yùn)動(dòng)裝置上，以便限制杠桿第二端部在離開第一電接點(diǎn)裝置的方向上運(yùn)動(dòng)的裝置。
14.如權(quán)利要求
13所述的設(shè)備，其中的控制裝置在軋輥間預(yù)制棒周圍的預(yù)定部位銜接一段預(yù)定時(shí)間之后的情況下，使施力裝置同預(yù)制棒脫離，隨后在另一操作周期中立刻再朝向預(yù)制棒的轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求
13所述的設(shè)備，其中的控制裝置在軋輥同預(yù)制棒周圍的預(yù)定部位連續(xù)銜接之后，能在軋輥沿預(yù)制棒長度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)使軋輥跟轉(zhuǎn)軸保持固定的距離。
專利摘要
為了提供一個(gè)基底，例如適于嵌入管中、且其橫截面為沿其整個(gè)長度同心地配置在基底縱軸周圍的圓形的光學(xué)預(yù)制棒24，采用如石墨輥52這樣的施力裝置，它可在預(yù)制棒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)朝著預(yù)制棒轉(zhuǎn)軸35逐漸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)某種指示，說明施力裝置已同預(yù)制棒周圍至少一個(gè)預(yù)定部位連續(xù)銜接時(shí)，運(yùn)動(dòng)即停止。在最佳實(shí)施例中，施力裝置同預(yù)制棒銜接一段預(yù)定時(shí)間后脫開，隨后施力裝置再一次朝向轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)。施力裝置和預(yù)制棒在沿其轉(zhuǎn)軸方向上相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷重復(fù)其銜接與脫開的周期。
文檔編號G02B6/00GK87107377SQ87107377
公開日1988年7月6日 申請日期1987年11月6日
發(fā)明者加里·魯·鮑爾澤, 布賴恩·林奇, 小威廉·唐納德·奧布賴恩 申請人:美國電話電報(bào)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan