專利名稱：提供通向卷繞著的光纖的內端的入口的光纖卷軸的制作方法
本申請要求1998年12月30提交的美國臨時申請60/114,516號和1999年1月12日提交的美國臨時申請60/115,540號的利益。
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明總的涉及光纖制造中的改進，更具體地，涉及一種用于提供通向卷繞在卷軸上的光纖的內層(under-wrap)入口的系統(tǒng)和方法的有利方面。
現(xiàn)有技術的描述在制造過程的末尾，通常將光纖卷繞到一運輸卷軸上，用以進行內部加工、輸送給客戶、以及在客戶的工廠進行在后加工。為了能對纖維的整個長度進行諸如衰減之類的各種特性的測試，必須提供通向卷繞著的纖維的兩個末端的入口。此外，為了能從任一末端上提取纖維樣本來進行其它的光學和幾何學測量，也同樣須要具有通向纖維的兩個末端的入口。
要獲得通向纖維外端的入口是沒有問題的?？砂葱韬唵蔚貙碜栽摱说睦w維自卷軸退繞。另一方面，由于纖維內端位于可能由卷繞在運輸卷軸上的數(shù)百層纖維所構成的纖維卷之下，因此要提供通向纖維內端、也稱之為“內層”的入口須要進行特殊的適應性調節(jié)。將“引導計量部分(lead meter)”連接在容易接近的內層。
目前已知的一種用于形成通向內層的入口的方法是一種低效且費時的人工處理過程，這在下文中將結合

圖1A—C進行描述。因此，須要一種易于提供通向光纖內層的入口的系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種例如允許將光纖易接近的引導計量部分自動卷繞到卷軸上的運輸卷軸和卷繞系統(tǒng)。一方面，本發(fā)明提供了一種包括籍由外側凸緣而彼此分離的主筒部分和引導計量筒部分的卷軸；該外側凸緣具有延伸至其外圍的槽。該槽提供引導計量筒部分與主筒部分之間的纖維通路，該槽具有徑向引導計量筒部分的入口和面向主筒部分的出口。該槽傾斜成當正卷繞到引導計量筒部分上的纖維觸及槽入口時，由于槽是傾斜的，因而纖維被拉入到該槽中，而后籍由該槽引入到主筒部分上。
另一方面，本發(fā)明包括具有一包含有多個曲線形相交肋的凸緣的光纖卷軸。較佳地，多個曲線形相交肋構成至少一排沿圓周方向延伸的、可顯著加固卷軸的菱形加固部分。該卷軸還可具有一圓周肋和/或多個徑向延伸的、加固用的肋。這些相交的傾曲線形肋還可與上述傾斜槽結合使用，以便提供一種高強度的光纖卷軸，其中纖維的引導計量部分和大量部分可籍由自動加工設備在卷繞完其中一部分后卷繞另一部分。
通過參閱下文中的詳細描述和附圖之后，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將變得一目了然。
附圖簡介圖1A和1B分別示出了現(xiàn)有技術中的一種運輸卷軸的仰視圖和側視圖。
圖1C示出了圖1A和1B所示的運輸卷軸中的引導計量孔的特寫圖。
圖2A和2B分別示出了本發(fā)明運輸卷軸的第一實施例的仰視圖和側視圖。
圖2C示出了圖2A和2B所示的運輸卷軸中的外側凸緣槽的特寫圖。
圖3A—E示出了本發(fā)明運輸卷軸在卷繞過程中的不同時刻的側視圖。
圖4示出了外側凸緣槽在纖維已完全從引導計量筒橫穿至主筒時的特寫圖。
圖5A—C示出了本發(fā)明運輸卷軸的仰視圖，其中示出了卷軸的各種操作參數(shù)。
圖5D是組合的側仰視圖，其中還示出了“槽夾角”參數(shù)。
圖6是本發(fā)明運輸卷軸的一種平面狀凸緣的實施例的側視圖。
圖7A和7B分別示出了本發(fā)明一種“恒速”外側凸緣槽的側視圖和仰視立體圖。
圖8A和8B分別示出了本發(fā)明一種“可控制加速度”的外側凸緣槽的側視圖和仰視立體圖。
圖9A—C分別示出了本發(fā)明一種“延遲進入”的外側凸緣槽的側視圖、仰視立體圖和仰視圖。
圖10A和10B分別示出了本發(fā)明運輸卷軸的側視圖和仰視圖，其中光纖的引導計量端已由卡齒(snagger tooth)所截獲。
圖11示出了具有另一種肋結構的外側凸緣的仰視圖。
圖12A和12B分別示出了本發(fā)明的一種具有抗橫動輪廓的運輸卷軸的側視圖和仰視圖。
詳述在一種制造光纖的方法中，在加工的“拉伸”階段，在拉伸塔中從一預制品中拉出纖維，然后將該纖維卷繞到一含有400公里那么多的光纖的大卷軸上。在加工的“篩選”階段，使大卷軸“離線”，即，使其與拉伸塔的纖維輸出相分離，接著將其放置到一離線篩選(OLS)機上。在那里將測試光纖的強度，并將該光纖卷繞到一運輸卷軸上，接著又將其切割成用于進一步加工和運輸?shù)拈L度。典型地，在拉伸階段，當光纖籍由一沿著大卷軸的長度來回地與卷軸并排行進的飛行頭送入到該大卷軸上時，通過使該卷軸高速旋轉而將光纖卷繞到大卷軸上。另一方面，在篩選階段中可采用另一種卷繞技術，其中當將纖維送入到運輸卷軸上時，通過使該卷軸高速旋轉、并使該卷軸沿著其縱軸來回移動而將光纖卷繞到該運輸卷軸上。然而，從以下敘述中應意識到的是，本發(fā)明適用于任一種類型的卷繞裝置。
圖1A和1B分別示出了一種現(xiàn)有技術中的光纖運輸卷軸10的俯視圖和側視圖。如圖1B所示，該卷軸10包括一圓柱形主筒12以及第一和第二凸緣14和15，其中光纖環(huán)繞該圓柱形主筒進行卷繞，而第一和第二凸緣則限定了卷繞到主筒上的纖維的外側界限。另外，該運輸卷軸10包括一體地形成在第一凸緣14中的一內凹的圓柱形引導計量筒16(比例放大后進行繪制的)。該引導計量筒16包括引導計量凸緣部分18。最后，在第一凸緣14中設有引導計量孔20，從而提供了用于將光纖送入到引導計量筒16與主筒12之間的通路。圖1C示出了第一凸緣14中的引導計量孔的特寫圖。
下面將描述是如何在圖1A—C中所示的運輸卷軸上提供內層入口的。首先，將繞有纖維的大卷軸裝載到OLS機的釋放側上，然后將圖1A—C所示類型的一空的運輸卷軸裝載到OLS機的接收側上。第二步，從大卷軸上解開纖維的末端，然后使其穿過OLS機上的滑輪后至運輸卷軸。第三步，使該纖維末端從運輸卷軸的第一凸緣14的內側穿過引導計量孔20。使足以環(huán)繞引導計量筒二十圈的、長度接近五一十米的纖維通過引導計量孔20，然后將它們人工(用手)卷繞到引導計量筒16上。一旦引導計量筒16卷繞完畢，則系住該末端，并起動OLS機，于是光纖就自動卷繞到位于運輸卷軸10的第一和第二凸緣14與15之間的主筒12上，直到卷繞預定長度的纖維為止，然后再將另一個末端也系住。
卷繞到引導計量筒上的、五一十米長的纖維提供足量的纖維，以供下列測量之用，例如(1)用于雙端光學時間范疇反射計(0TDR)測量的光學通路，(2)采樣以檢查其它的光學和幾何學特性，以及(3)該纖維供客戶使用，用以進行附加的光學測量。
上述工藝存在著許多缺點。首先，該工藝、尤其是穿線并人工卷繞到引導計量筒上，是費時且繁瑣的。此外，引導計量部分須要進入到一個狹窄的內凹區(qū)域中。而且，由于引導計量部分是穿線和人工卷繞的，因此必須使卷繞機停止運行，而在每次卷繞卷軸時再起動。因此，現(xiàn)有技術中的卷軸不易于使其全自動地進行卷繞。
除此之外，在一種典型的現(xiàn)有系統(tǒng)中，控制光纖在引導計量筒上的張力儼然成了一個問題。由于引導計量筒是人工卷繞的，因此引導計量部分的張力是憑感覺來控制的。因而在纖維中會產生不恰當?shù)膹埩?，從而不得不重新卷繞。而且，控制纖維通過引導計量孔時的張力也是一個問題。
本發(fā)明提供了一種有利的卷繞系統(tǒng)，它通過使光纖自動地卷繞到一種特別設計的運輸卷軸的引導計量筒和主筒上來克服現(xiàn)有技術中的這些不足。圖2A和2B分別示出了本發(fā)明的一種運輸卷軸22的第一實施例的側視圖和仰視圖。如圖2A所示，卷軸22包括主筒24，光纖環(huán)繞該主筒進行卷繞。外側和內側凸緣26和27限定了卷繞在主筒24上的外側界限。在該實施例中，這些凸緣上設有肋，以便輕巧的同時又具有一定強度。圖11(在下文中將作描述)示出了一種可有利地使用在本發(fā)明中的肋圖案的另一種實施例。
圖2A和2B中所示的卷軸22還包括引導計量筒28，光纖的引導計量部分環(huán)繞該筒進行卷繞。不同于上述現(xiàn)有技術中的運輸卷軸10的引導計量筒16的是，本發(fā)明的引導計量筒28不是內凹的，而是自外側凸緣26軸向凸出。而且，本發(fā)明的引導計量筒28的寬度略大于現(xiàn)有技術中對應部分的寬度。引導計量筒28籍由外側凸緣26而與主筒24相分離。外側凸緣26和引導計量凸緣30限定了引導計量筒28的外側界限。從圖2A和2B中可清楚地看到，引導計量筒28和引導計量凸緣30沿著相同的縱軸放置，即與主筒24以及內側和外側凸緣26和27是同軸設置的。
圖2A和2B中所示的運輸卷軸在外側凸緣26上具有槽32。該槽以小于90度的角度傾斜，更佳地，該槽以小于45度的角度傾斜。最佳地，該槽相對于凸緣的內側表面90傾斜大約20度。該槽32為光纖提供了引導計量筒28與主筒24之間的通路。該槽32取代了上述現(xiàn)有技術中的卷軸中所發(fā)現(xiàn)的引導計量孔。它較佳地自主筒24和引導計量筒28的表面延伸至外側凸緣26的外周。在該較佳實施例中，卷軸是由塑料注模而成的，其中在模制過程中，將槽32一體地模制在外側凸緣26之中。
如下文中詳細描述的那樣，槽的幾何圖形被設計成在纖維已卷繞到引導計量筒28上、且與槽32相接觸之后，該纖維能加速橫穿該槽并卷繞到主筒24上，并且在整個卷繞過程中沒有任何中斷。該槽被設計成由于纖維是自引導計量筒橫穿至主筒的，因此外側凸緣26變成光纖可穿透的。換句話說，槽32起到用于將纖維從外側凸緣26的一側加速至另一側的凸輪的作用，從而提供通向已卷繞在引導計量筒28上的內層的一單獨部分的一完整的入口。這樣就無需現(xiàn)有技術中所采用的人工穿線和引導計量卷繞過程。
圖2C示出了外側凸緣26中的槽32的放大圖。如上所述，槽32將纖維從槽的入口側34、即從引導計量筒28的方向朝著槽的出口側36、即朝著主筒24的方向加速。該槽32是由兩個相對表面、即導入表面38和工作表面40所限定的。如圖示實施例中所示的，導入表面38和工作表面40最好彼此是不平行的。于是，槽的入口側34要大于出口側36。這種變窄可將未支承在凸緣的內表面上的纖維減至最少。較佳地，從凸緣的內側表面90進行測量，導入表面38傾斜大約15度的角θ1。再次從內側表面90進行測量，工作表面40傾斜大約20度的角θ2。
正如其名稱所暗示的那樣，導入表面38以一種可將張力峰值(spike)減至最小的可控方式將光纖以卷繞速度引入到槽32中。如圖2A所示，該導入表面38可具有便于其導入功能的錐形部分42。類似地，正如其名稱所暗示的那樣，工作表面40使纖維側向加速通過槽。如下文中詳細描述的那樣，運輸卷軸的旋轉使得光纖頂著工作表面40推進，從而促使加速。
參閱了圖3A—F之后能更好地理解本發(fā)明的卷軸22的運行，其中圖3A—F示出了處于卷繞過程的不同階段上的運輸卷軸22。出于圖示的目的，這些圖中的引導計量筒28要比正常寬度畫得更寬些。
通過將空卷軸安裝到一可旋轉的芯軸組件上、并使光纖44的末端固定于引導計量筒28接近引導計量凸緣30，從而啟動卷繞過程。在OLS過程中，這可通過將纖維44的末端人工系在引導計量筒28上來實現(xiàn)。一旦纖維44的末端連接在引導計量筒28上，卷軸22就旋轉，并且纖維44開始卷繞到引導計量筒28上。
圖3A示出了卷軸22處于將光纖44的引導計量段卷繞到引導計量筒28上的中間階段時的側視圖。如圖所示，引導計量筒28位于卷軸22的底部。這里所采用的術語“側向”和“底部”僅僅是作圖示用的，要意識到的是，卷軸可以任何適用的取向來進行卷繞，較佳地，卷軸的軸線呈水平狀。光纖44籍由飛行頭組件46被送入到卷軸。當纖維44卷繞到引導計量筒28上時，飛行頭46以根據卷軸22的直徑、纖維44的寬度和卷軸22的轉速所計算得到的速度向上移動，這樣卷軸22的旋轉與飛行頭46的移動相結合可使光纖44以均勻的螺線形卷繞到引導計量筒28和主筒24上，其中螺旋線中的每一行緊挨著前一行。介于螺旋線中連續(xù)的行之間的距離稱之為卷繞“螺距”，它可通過改變飛行頭46相對于旋轉著的卷軸22向上或向下(或前后，這取決于卷繞取向)移動的速度進行調節(jié)的。在卷繞過程的此階段中，由于飛行頭46的速度與纖維的橫貫速度、即光纖44的螺線形沿著引導計量筒28的長度前進的速度大致相等，因而纖維44相對于飛行頭46的角度基本保持平直，即接近180度。
光纖44繼續(xù)卷繞到引導計量筒28上，直到如圖3B所示，飛行頭46前進至光纖44觸及外側凸緣26的位置。此時，引導計量筒28已全部繞有光纖44。
飛行頭46繼續(xù)向上移動，只是由于卷繞到引導計量筒28上的纖維44的螺線形前進被外側凸緣26而暫時被阻擋，因而使纖維的橫貫速度停滯。于是，如圖3C所示，飛行頭46繼續(xù)前進，只是由于外側凸緣26的存在而使卷繞到引導計量筒28上的纖維44現(xiàn)在落后于飛行頭46。
由于飛行頭46橫移超出外側凸緣26的表面，因此纖維44頂著槽的導入表面38的錐形導入部分42推進。導入部分42的長度和錐度均必須足以使纖維42不會“滑越過”槽32。槽32的工作表面40、即與導入表面38相對的槽的表面被構成為使纖維44加速通過槽32至外側凸緣26的另一側，而不會給纖維的張力和涂層造成令人難以接受的影響。下文中將進一步介紹槽的其它幾何圖形。
在圖3D中，光纖44已加速通過槽32，并卷繞到主筒24上。由于實質上起到凸輪作用的槽32使纖維44加速，因而卷繞到卷軸22上的纖維44此時引導繼續(xù)向上恒速移動的飛行頭46。由于飛行頭46此時落后于卷繞到主筒24上的纖維44，因此纖維44現(xiàn)在開始聚積于外側凸緣26的槽出口側。
如圖3E所示，纖維44繼續(xù)聚積，直到飛行頭46“趕上”纖維44為止。此時，啟動標準卷繞過程，其中飛行頭46在外側凸緣26與內側凸緣27之間來回移動。由于槽32的角度和幾何圖形的緣故，一旦標準卷繞開始，光纖44就不會被拉回到槽32中。
圖4示出了槽32在過渡時刻、即纖維44已由槽32加速通過外側凸緣26時的特寫圖。
要意識到的是，在纖維源固定、旋轉卷軸22沿著其縱軸上下移動的情況中，槽32起到相同的作用。
綜上所述，一旦光纖44連接到引導計量筒28上，纖維44的引導計量段就會自動卷繞到引導計量筒28上，直到光纖44觸及外側凸緣26為止，此時，纖維44被加速通過槽32，接著又卷繞到卷軸22的主筒24上。因此，可徹底消除現(xiàn)有技術中通常所需的，將二十圈的纖維人工卷繞到引導計量筒上，從而顯著地提高制造過程的效率。此外，本系統(tǒng)還具有其它的優(yōu)點，這在下文中將予以描述。
本發(fā)明的運輸卷軸22具有多個操作參數(shù)，如圖5A—E所示。圖5A示出了本發(fā)明運輸卷軸22的仰視圖，其中出于圖示的目的，已去除了引導計量凸緣。引導計量筒28較佳地覆有一層彈性、泡沫塑料或其它具有回彈力的襯墊材料48，以便防止纖維受損。在圖5A中，纖維44剛好由緊挨著的錐形導入部分42拉至“槽入口點”50。正如其名稱所暗示的那樣，槽入口點50是纖維44實際進入槽、并開始其加速時所處的點。如圖5A所示，該槽入口點50接近外側凸緣26的圓周，但未與其鄰接。
在圖5B中，卷軸22繼續(xù)旋轉，光纖44現(xiàn)在已加速通過槽至“槽出口點”52，即纖維44離開槽32時所處的點。緊挨著槽出口點52的外側凸緣26的區(qū)域包括“槽導出區(qū)域”54。如圖5B所示，槽出口點52位于外側凸緣26的圓周中的、較槽入口點50更深的一個點上。一旦纖維44離開了槽32和槽出口點52，則它就卷繞到卷軸的主筒上。
圖5C示出了槽入口點與槽出口點之間的關系。如圖5C所示，包含有槽入口點50的第一半徑56和包含有槽出口點52的第二半徑58形成了銳角54。該角54被稱之為“槽夾角”。另外，所測得的、槽入口點60與槽出口點62之間的深度差被稱之為“加速區(qū)域的深度”64。
圖5D是組合的側仰視圖，它示出了槽32與槽夾角54之間的關系。此外，圖5D示出了三個附加參數(shù)一引導計量筒直徑66、外側凸緣直徑68和外側凸緣厚度70。圖中還示出了“槽壓力角”72(θ2)，該角系由槽的工作表面與外側凸緣所形成的角。如圖5D所示，該槽壓力角小于45度。
一個重要的操作參數(shù)是依次決定卷軸轉速的纖維線速度。另一個操作參數(shù)是作為纖維卷繞螺距的函數(shù)的飛行頭橫動速度。對于凸緣，操作參數(shù)包括槽夾角(在下文中將作描述)和凸緣厚度。
轉速、槽夾角和凸緣厚度決定了諸如橫貫時間、速度、加速度和纖維張力中的變化之類的橫貫作用(event)時間和纖維所有的運動及動力響應。飛行頭橫過凸緣時的速度和凸緣厚度決定了纖維沖擊到槽入口邊緣的可能性，并且還控制了當飛行頭橫向通過凸緣時纖維聚積的圈數(shù)和在凸緣內側落后于纖維聚積的滯后。
槽32被設計成使纖維44只能單向橫穿外側凸緣26。倘若在標準卷繞期間，纖維44觸及槽的出口側36，則不會給纖維造成任何傷害，并且纖維44也不會被拉入到槽32之中。
已開發(fā)了槽32和外側凸緣26的其它幾種實施例。已開發(fā)了與平面狀、即非錐形的外側凸緣(如圖6所示)一起使用的兩種基本的槽構造。如圖6所示，該外側凸緣26具有矩形拐角74，并且其外表面76呈平面狀。
第一種實施例即所謂的“恒速”槽，其中該槽的形式最為簡單。圖7A和7B中示出了這種槽，它們分別示出了一種具有外側凸緣26a的多件式卷軸設計的側視圖和局部立體圖，其中該外側凸緣包含有一恒速槽32a。采用該多件式設計以測試各種槽構造。因此，雖然圖中僅僅示出了凸緣的一段，但在實際執(zhí)行中，該槽最好形成在類似于圖2A中所示的一完整的圓形凸緣構件中。該槽32a的工作表面40a是切割通過卷軸的外側凸緣26a的一簡單的平表面。切口邊緣處的半徑用作為將纖維引導通過槽的表面。一旦纖維接合到槽32a中，該纖維被迅速加速至其最大速度，接著以該速度行進，直到其完全橫穿外側凸緣26a為止。在這種槽構造中，當纖維進入槽區(qū)域時，它被高度加速。這些高加速度會給纖維中的張力產生沖擊，這樣就會顯著地削弱當纖維卷繞時對其的張力控制。然而，試驗表明，由該實施例所引起的張力沖擊和張力控制的損失是可接受的，因此，這種構造對于形成引導計量入口而言是可行的。
圖8A和8B分別示出了一種具有外側凸緣26b的多件式卷軸設計的側視圖和局部仰視立體圖，其中該外側凸緣26b包含有一“可控制加速度”的槽32b，其工作表明40b包括排列成“S”結構40b的兩段拋物線。第一拋物線最初呈現(xiàn)了較圖7A和7B中所示的恒速槽對纖維更為平緩的角度，從而減小了纖維在槽入口點處的加速度。與恒速槽相比，工作表面40b中的拋物線可延長纖維加速的持續(xù)時間。然而，雖然其持續(xù)時間被延長了，但卻降低了加速幅度。相對于第一拋物線反向彎曲的第二拋物線使纖維在離開槽32b之前減速。將離開速度減至最小有助于保持對纖維的張力控制。
如上文中結合圖3D和3E所述的那樣，包含有本發(fā)明的系統(tǒng)會導致纖維44聚積在外側凸緣26的主筒側24上。這種聚積是由于槽32使纖維44以快于飛行頭46向上移動的速度加速通過凸緣26的作用而引起的。由于卷繞到卷軸22上的光纖44在飛行頭46“趕上”之前先到達外側凸緣26的主筒側24，因此在標準卷繞開始之前，已有數(shù)圈纖維44卷繞到外側凸緣26處的主筒24上。
纖維聚積在外側凸緣26處的主筒24上會導致當纖維44的額外的層卷繞到主筒24上而位于聚積纖維的頂部時，該纖維44會略有些彎曲。這樣在纖維堆積時就會形成回路(loop)。纖維的細微彎曲會引起由OTDR測試所檢測的衰減損耗。接著卷繞在這些最初卷繞的纖維頂部的其后的若干纖維層往往會因使堆積的纖維上的壓力增大而使問題惡化。倘若此類損耗超出一定程度，則須要在將這些纖維運送給客戶之前重新進行卷繞。這種聚積所帶來的另一個問題在于，纖維的堆積會進一步影響余下的纖維的卷繞質量。由于其后纖維層的堆積，因而會使這種聚積擴大。
解決這一問題的一種途經是以接近凸緣厚度、通常為3/8英寸的螺距來卷繞纖維。然而，由于機器加快了卷繞速度，因而以必需的螺距進行卷繞的能力就變得愈發(fā)困難。因此，已針對聚積問題開發(fā)了外側凸緣26和槽32的其它的幾何圖形。
針對聚積問題的卷軸22的一種實施例即在外側凸緣26上包含有一錐形部。圖2B中示出了該錐形部78，這將在下文中予以描述。采用具有錐形外表面的外側凸緣26可緩解該聚積問題。該錐形部78用于使纖維延遲進入到槽32中。于是，纖維聚積就會偏移至卷軸凸緣26的引導計量側28。在聚積發(fā)生在卷軸外側、即引導計量筒28上的情況下，由于纖維不會受到卷繞在其頂部的諸纖維層的壓力，因而可緩解衰減問題。因此，較平面狀、非錐形的凸緣而言，采用錐形凸緣是較佳的，可形成損耗最小的引導計量，并可簡化設備的設計。
除了采用錐形凸緣設計之外，還可通過采用一種改進的槽設計來使聚積偏向引導計量筒。圖9A—C分別示出了包含此類設計的外側凸緣26c的側視圖、仰視立體圖和仰視圖。如圖9A—C所示，已將槽的工作表面40c的一部分切除，以便形成偏斜表面80。該切除部分用于使槽接合點82更靠近主筒，從而使得飛行頭46超出光纖44正常進入槽32c的位置前進若干圈。另外，由切除部分所形成的偏斜表面80用于使接近工作表面的光纖44偏斜，直到到達接合點82為止。倘若需要的話，該延遲進入槽可與錐形凸緣設計相結合。
也可采用其它的結構來解決纖維聚積在外側凸緣的主筒側上的問題。例如，可以利用機器控制來使飛行頭在外側橫動點處的加速度和速度足以以大于25米/秒的速度形成小于兩根纖維的最大聚積。用于減小此種聚積的機理還可通過額外地加強機器控制來實現(xiàn)。此外，還可在橫動的同時采用一種低質量且高加速度的“輔助”裝置，以便在凸緣的整個寬度上使最后一個滑輪、和纖維瞬間加速?；蛘?，可籍由螺線管驅動的致動器來瞬間保持纖維，直到最后那個滑輪超出凸緣為止，然后再釋放纖維。
在更為復雜的系統(tǒng)中，可根據旋轉著的卷軸的徑向位置來給纖維的橫向移動定時，以使纖維進入槽中時不會與凸緣或槽表面相接觸。這種技術雖然在低速運行時是簡單可行的，但在高速運行時就會變得越來越困難。槽的尺寸(即寬度和角度)和設備的線速度決定了系統(tǒng)的需求。
在1998年3月16日提交的、且轉讓給本申請受讓人的美國專利申請?zhí)?9/042,489(要求于1997年3月25日所提交的臨時申請?zhí)?0/041,371的利益)中揭示了一種有利于與本發(fā)明相結合的自動拉伸卷繞機，在此整個地援引其內容和附圖以作參考。所述自動拉伸卷繞機包括一拉伸機，其中在發(fā)生光纖斷頭之后，該纖維繼續(xù)由一牽引器拉伸，并由一吸收器收集。在一系列運動控制程序之后，用于保持纖維中的張力的吸收器將纖維引入至接近卷軸凸緣的一卡齒。
可將本發(fā)明的卷軸與該自動拉伸卷繞機結合使用，以便構成一自動系統(tǒng)。在每次運輸卷軸卷繞完畢后，機器可自動切斷纖維，如上所述截獲纖維末端后，再將其固定到卡齒上。圖10A—B分別示出了具有已被卡齒截獲的一伸出的纖維末端84的運輸卷軸的側視圖和仰視圖。
一旦纖維末端84被卡住，則光纖就如上所述地卷繞到引導計量筒28上，加速通過槽之后，又卷繞到主筒24上。當運輸卷軸卷繞完畢后，割斷纖維。接著，當一新的卷軸移入到卷繞位置時，利用吸收器來獲取自由末端。
除上述優(yōu)點之外，本系統(tǒng)還具有許多其它的優(yōu)點。自引導計量筒至主筒的纖維入口的幾何圖形可減小現(xiàn)有技術中典型的卷軸和卷繞過程中所固有的、與細微彎曲的影響有關的損耗。在一種典型的現(xiàn)有系統(tǒng)中，當人工卷繞引導計量部分時，較小的引導計量孔和張力控制的缺乏常常會引起過度的細微彎曲。該細微彎曲接著又會從根本上引起將由OTDR測試所測得的一種衰減損耗—耦合損耗。目前，用于補救因細微彎曲而使OTDR“峰化(peak)”的這種無能的方法是退繞整個引導計量部分，并減輕彎曲應力。本發(fā)明開有槽的卷軸通過采用纖維從外側凸緣的一側至另一側的逐步過渡、其中能顯著地減小細微彎曲的危險、并且在卷繞引導計量部分時、在纖維上施加可控張力來緩解這個問題。
另外，本發(fā)明有利于自動去除引導計量部分。通過對卷繞機的控制進行編程，可在纖維通過卷軸的外側凸緣內的槽之前，先將數(shù)層纖維堆積到引導計量筒上。這純粹的效果是為了包繞和保持住第一層。這種卷繞模式可有利地與卡齒布局相結合，其中光纖84的末端自引導計量筒延伸至卡齒。這種結合有利于以兩種方式來自動去除引導計量部分。一種是使纖維的引導計量端自引導計量筒伸出，以便利用自動設備來方便地定位。第二種是引導計量筒上的包繞保持住纖維，并能通過牽拉自由端、以使纖維脫離卡齒來簡單地去除纖維。包繞可防止纖維在其末端被牽拉時散開。
本系統(tǒng)的另一個優(yōu)點存在于纖維的現(xiàn)場安裝過程中。對于纖維電纜(cabler)而言，標準的工藝是在纖維離開引導計量孔這一時刻割斷纖維。這是為了防止當纖維加工完成時，在纖維通過引導計量孔的地方發(fā)生高張力斷裂。許多電纜線路在卷軸用完之前不會自動停止。由于纖維可在槽外退繞并遠離引導計量筒，因此其外部具有一體成形的引導計量筒的、具有開有槽的凸緣的卷軸無須割斷纖維。此項技術具有兩個好處。第一，它花費很少的時間來準備卷軸以進行加工。第二，不會因切割而給卷軸造成損害。
本發(fā)明所揭示的槽的又一個有利特點在于，不同于例如美國專利號4,696,438中所描述的其它現(xiàn)有技術中的槽的是，本發(fā)明中的槽可使卷繞而成的纖維卷的側面最少地暴露給構件。槽傾斜地穿透到卷軸凸緣中有助于保護纖維卷。
另外，本發(fā)明中的槽技術還可使用在更為傳統(tǒng)的“大卷軸”模式中。例如，上述1998年3月16日提交的美國專利申請?zhí)?9/042,489(要求于1997年3月25日所提交的臨時申請?zhí)?0/041,371的利益)中揭示了一種自動拉伸卷繞機，其中利用卡截技術來截獲用于卷繞到大卷軸上的光纖的一端。如本文中所述，該卡截技術使得“卡截端”停留在卷軸凸緣的內側面上。由于多種原因，卡截端停留在卷軸凸緣的外側面上也是有利的。采用本發(fā)明中所揭示的卷軸和卷繞系統(tǒng)可通過在卷軸凸緣的外側面上截獲卡截端、并利用上述凸緣中的槽來將纖維從凸緣外側移動到凸緣內側、以便進行卷繞來得以實現(xiàn)。
圖11示出了一種外側凸緣26d的仰視圖，該外側凸緣包含有一種可有利地用于實施本發(fā)明的肋圖案。其中可包含有與圖8b中所示的相同的槽32，以便在卷繞過程中，光纖可容易地從引導計量部分移動至主要部分。當然，要理解的是，該肋圖案也可以不采用此類槽。如圖11所示，外側凸緣26d較佳地結合有三種類型的肋徑向肋86、圓周肋88和曲線形肋90，當然也可單獨使用。徑向肋86較佳地為等距離間隔的直線形肋，這些直線形肋自圓周肋88徑向延伸至凸緣26d的外圍，并朝著外圍錐削。圓周肋88為圓形肋，它同時提供用于上述引導計量形成加工的功能表面、以及徑向肋86與曲線形肋90之間的結構帶。要理解的是，圓周肋88略高于曲線形肋90和徑向肋86延伸，以便提供功能表面。尤其，徑向肋86終止于鄰近圓周肋88的一點上。
圖11所示的曲線形肋90將凸緣硬度與高強度對重量之比結合在一起，并且還便于利用注模加工來進行制造。多個順時針彎曲的曲線形肋90a與多個逆時針彎曲的曲線形肋90b相交，以形成一種糾纏加固結構。較佳地，曲線形肋90a、90b相交于多個點。更佳地，曲線形肋90a、90b相交于引導計量筒28，也相交于圓周肋88。徑向延伸的肋86較佳地自交點89向外延伸。
由于如圖11所示，曲線形肋90協(xié)作相交以形成至少第一和較佳地、第二排環(huán)繞凸緣的圓周延伸的菱形支承部分而提高了強度。肋90的曲線形形狀、再加上用于形成菱形支承結構的斜交便于利用注模加工來進行模制。當然，較佳地是，同樣也能在內側凸緣上形成類似或者相同的加固結構，例如曲線形相交肋、圓周肋以及/或者徑向肋。此外，雖然圖11中僅僅示出了曲線形相交肋的一種類型，但還可采用其它多種彎曲形狀。
圖12A和12B示出了槽32的另一個重要特點。當無論出于何種原因、須要將纖維沿與原來的卷繞方向(由箭頭A所示)的相反方向(由箭頭B所示)重新卷繞到卷軸上時，這個特點就顯得極為重要。例如，某些成品用戶可能希望在纖維上作進一步的處理或涂層后再將其重新卷繞到卷軸上。如圖12A所示，從卷軸中心朝著圖26的內側表面90(圖2C)看，槽32的后緣92在其最外的徑向長度上具有一抗橫動輪廓94。該輪廓94較佳地具有復合圓弧(radiused)表面，即沿著兩個正交方向的一圓弧。當然，圓弧、斜坡及其組合、或者其它的非線性輪廓也同樣能提供類似的效果。該輪廓94可防止纖維在反向卷繞時不經意地向后橫穿過槽32。
如圖12A所示，例如，輪廓94可包括一徑向組成部分94a，其中后緣92沿徑向方向在凸緣26的徑向終止部分附近脫離直線路徑。此外，從圖12B中可清楚地看到，后緣92上的輪廓94還可包括沿著其長度的軸向非線性組成部分94b，即該輪廓自內側表面90沿軸線方向延伸至凸緣26。該組成部分94b還可包括復合圓弧、全圓弧、斜坡及其組合、或者能進一步將纖維在反向卷繞時向后橫穿過槽32的可能性降至最小的其它類似形狀。
圓弧、斜坡或者其它輪廓的適當?shù)臄?shù)量或程度將根據卷繞速度和狀態(tài)來確定。由于卷繞角度的緣故，適當?shù)妮喞?4實質上消除了再次橫穿槽32的機會。例如，但不受此限制，在具有半徑為12厘米的凸緣和卷軸半徑為7.5厘米的卷軸中，已確定的是，半徑約為1.0到5.0毫米之間的軸向組成部分94b和半徑為大約3.5毫米的徑向組成部分94a、再加上外圍附近3.0毫米的直線段提供了可理想地使卷軸頭超出凸緣26大約3毫米而不會有任何抵抗橫穿槽32的情況發(fā)生的狀態(tài)。
雖然上述描述包括使本技術領域中的那些熟練技術人員能夠實施本發(fā)明的細節(jié)，但應意識到的是，該描述只是作說明用的，本發(fā)明的眾多變型和變化對于本技術領域中的那些具有這些指導利益的熟練技術人員而言是一目了然的。因此，本發(fā)明僅僅是由附加的權利要求來限定的，這些權利要求在現(xiàn)有技術所允許的前提下被范圍較寬地進行解釋。
權利要求
1.一種用于接納光纖的卷軸，包括籍由外側凸緣而彼此分離的主筒和引導計量筒，所述外側凸緣具有延伸至其外圍的槽，所述槽提供所述引導計量筒與主筒之間的纖維通路，所述槽具有面向引導計量筒的入口和面向主筒的出口，并以小于90度的角度傾斜。
2.如權利要求1所述的卷軸，其特征在于，所述槽傾斜成當正卷繞到所述引導計量筒上的纖維觸及所述槽入口時，所述纖維被拉入到槽之中，接著再籍由槽引入到所述主筒上。
3.如權利要求1所述的卷軸，其特征在于，所述槽包括導入表面和與所述導入表面相對的工作表面，所述槽的導入表面相對于所述外側凸緣的緊鄰部分形成鈍角，所述工作表面相對于所述外側凸緣的緊鄰部分形成銳角。
4.如權利要求3所述的卷軸，其特征在于，所述槽的導入表面包含有錐形部分，以便當纖維以加工線速度卷繞到卷軸上時，所述纖維不會滑越過所述槽。
5.如權利要求3所述的卷軸，其特征在于，由所述工作表面相對于所述外側凸緣的緊鄰部分所形成的角小于大約45度。
6.如權利要求3所述的卷軸，其特征在于，由所述工作表面相對于所述外側凸緣的緊鄰部分所形成的角約為20度。
7.如權利要求3所述的卷軸，其特征在于，所述工作表面相對于所述外側凸緣傾斜成使纖維自所述槽入口加速至所述槽出口，同時對纖維張力和涂層的影響最小。
8.如權利要求3所述的卷軸，其特征在于，所述工作表面與所述導入表面是不平行的。
9.如權利要求7所述的卷軸，其特征在于，所述槽出口要比所述槽入口來得窄。
10.如權利要求1所述的卷軸，其特征在于，所述凸緣包括多個曲線形相交肋。
11.如權利要求10所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋構成至少一排沿圓周方向延伸的菱形加固部分。
12.如權利要求10所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋構成多排徑向間隔、且沿圓周方向延伸的棱形加固部分。
13.如權利要求10所述的卷軸，其特征在于，還包括一圓周肋。
14.如權利要求10所述的卷軸，其特征在于，還包括多個徑向延伸的肋。
15.如權利要求10所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋自鄰近所述引導計量筒的一點延伸至一圓周肋。
16.如權利要求1所述的卷軸，其特征在于，還包括多個自鄰近所述引導計量筒的一點延伸至一圓周肋的曲線形相交肋，以及多個自所述圓周肋朝著所述卷軸的一凸緣的最外圍延伸的徑向肋。
17.如權利要求1所述的卷軸，其特征在于，還包括形成在所述槽的后緣上的抗橫動輪廓。
18.如權利要求17所述的卷軸，其特征在于，所述抗橫動輪廓包括一軸向部分。
19.如權利要求17所述的卷軸，其特征在于，所述抗橫動輪廓包括一徑向部分。
20.一種光纖卷軸，包括具有第一和第二凸緣的主要卷繞部分，所述各凸緣具有對內表面，鄰近其中一個凸緣設置的引導計量部分，延伸至其中一個凸緣的外圍的槽，所述槽相對于所述對內表面以小于大約45度的角度傾斜，其中，所述槽提供一纖維通路，以使纖維在卷繞期間可從所述引導計量部分橫動至主要部分。
21.一種光纖卷軸，包括具有第一和第二凸緣的主要部分，在所述主要部分上適于卷繞大量的光纖，籍由所述第一凸緣而與所述主要部分相分離的引導計量部分，在所述引導計量部分上適于卷繞引導計量段，所述第一凸緣具有對內表面，形成在所述第一凸緣內的傾斜且徑向延伸的槽，所述槽自所述第一凸緣的徑向外圍以相對于所述對內表面大約20度的角向內徑向延伸，其中，所述槽提供一光纖通路，以使纖維可從所述引導計量部分橫動至主要部分。
22.一種用于將纖維卷繞在卷軸上的系統(tǒng)，包括具有籍由外側凸緣而分離的主筒和引導計量筒的卷軸，所述外側凸緣具有延伸至其外圍的槽，所述槽提供所述引導計量筒與主筒之間的纖維通路，所述槽具有面向所述引導計量筒的入口和面向所述主筒的出口，并以小于大約45度的角度傾斜，所述卷軸被安裝成，可相對于纖維源繞一縱軸旋轉，以便當卷軸旋轉、且來自所述纖維源的纖維被卷繞到所述引導計量筒上時，在所述纖維的引導計量段被卷繞到引導計量簡上之后，纖維觸及所述槽入口。
23.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述槽傾斜成當正卷繞到所述引導計量筒上的纖維觸及所述槽入口時，所述纖維被拉入到槽之中，接著再籍由槽引導到所述主筒上。
24.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述纖維源包括一飛行頭。
25.一種用于將纖維卷繞到卷軸上的方法，包括下列步驟(a)提供具有籍由外側凸緣而分離的主筒和引導計量筒的卷軸，所述外側凸緣具有延伸至其外圍的槽，所述槽提供所述引導計量筒與主筒之間的纖維通路，所述槽具有面向所述引導計量筒的入口和面向所述主筒的出口，所述槽以小于大約90度的角度傾斜，(b)將纖維卷繞到所述引導計量筒上，(c)使纖維橫穿所述槽，以及(d)將纖維卷繞到所述主筒上。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于，步驟(a)包括提供具有一槽的外側凸緣，所述槽傾斜成當正卷繞到所述引導計量筒上的纖維觸及所述槽入口時，所述纖維被拉入到槽之中，接著再籍由槽引導到所述主筒上。
27.如權利要求25所述的方法，其特征在于，步驟(b)包括將所述卷軸安裝成，可相對于纖維源繞一縱軸旋轉，以便當卷軸旋轉、且來自所述纖維源的纖維被卷繞到所述引導計量筒上時，在所述纖維的引導計量段被卷繞到引導計量筒上之后，纖維觸及所述槽入口。
28.一種光纖卷軸，包括具有多個曲線形相交肋的凸緣。
29.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋構成至少一排沿圓周方向延伸的菱形加固部分。
30.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋構成多排徑向間隔、且沿圓周方向延伸的棱形加固部分。
31.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋在多個位置上彼此相交。
32.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述凸緣還包括一圓周肋。
33.如權利要求32所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋終止于所述圓周肋。
34.如權利要求33所述的卷軸，其特征在于，所述曲線形相交肋相交于處于所述圓周肋上的諸交點上。
35.如權利要求34所述的卷軸，其特征在于，還包括與所述諸交點徑向對齊的多個徑向延伸的肋。
36.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述凸緣具有多個徑向延伸的肋。
37.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋自鄰近所述引導計量筒的一點延伸至一圓周肋。
38.如權利要求28所述的卷軸，其特征在于，所述多個曲線形相交肋相交于鄰近所述引導計量筒的諸點上。
39.一種光纖卷軸，包括(a)適于接納大量光纖的主要纖維接納部分，(b)自所述主要接納部分延伸的第一和第二凸緣，(c)位于其中至少一個凸緣上的多個曲線形相交肋，以及(d)自其中一個凸緣延伸、且適于接納光纖的引導計量段的次要纖維接納部分。
40.一種光纖卷軸，包括(a)適于接納大量光纖的主要接納部分，(b)自所述主要接納部分延伸的第一和第二凸緣，(c)位于其中至少一個凸緣上的多個曲線形相交肋，(d)自其中一個凸緣延伸、且適于接納光纖的引導計量段的次要接納部分，以及(e)自鄰近所述次要接納部分的凸緣的外圍部分延伸至該凸緣中的傾斜槽，其中，光纖適于在次要與主要接納部分之間移動。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種光纖運輸卷軸(22)、卷繞系統(tǒng)和用于將光纖易接近的引導計量部分自動卷繞到卷軸(22)上的方法。該卷軸包括藉由外側凸緣(26)而分離的主筒和引導計量筒(24,28)。外側凸緣(26)具有延伸至其外圍的槽(32),該槽(32)提供引導計量筒與主筒之間的纖維通路,該槽(32)具有面向引導計量筒(28)的入口和面向主筒(24)的出口。該槽(32)傾斜成:當正卷繞到引導計量筒(28)上的纖維觸及槽入口時,纖維被自動拉入到槽(32)中,而后藉由槽(32)引入到主筒(24)上。另一方面,本發(fā)明還揭示了具有形成在卷軸的凸緣(26D)上的多個曲線形相交肋(90)的高強度肋結構。
文檔編號B65H75/14GK1332693SQ9981522
公開日2002年1月23日 申請日期1999年12月14日 優(yōu)先權日1998年12月30日
發(fā)明者K·P·邦加內爾, D·C·富奇洛, M·T·穆爾披耶, K·W·羅伯茨, D·A·塔克 申請人:康寧股份有限公司