专利名称：一种石英预制母材的拉伸装置及其拉伸方法
技术领域：
本发明涉及一种将石英预制母材的制造方法，具体的涉及一种石英预制棒的拉伸装置以及方法，在将石英预制母材拉伸为较小直径的石英预制棒的拉伸方法中，保证了石英预制母材生产的连续性。
背景技术：
一般而言，为了将石英预制母材拉伸为较小直径的石英预制棒，通常是利用横向火焰拉伸技术对石英预制母材进行加热软化处理，以拉伸出目标外径的石英预制棒。随着工艺技术的提高，石英预制母材的尺寸呈现越来越大的趋势，现行的横向火、焰拉伸技术已经无法满足石英预制母材拉伸的要求，因此在大多数情况下使用具有感应加热器或电阻加热器的加热炉对石英预制母材进行纵向拉伸加工。目前，石英预制母材的纵向拉伸方法主要是采用上下两个夹具对石英预制母材的两头进行上下夹持，使用加热炉对玻璃石英预制棒的有效区域进行顺序软化，依据等体积原理和PID控制相结合的方式对石英预制棒进行拉伸。上述纵向拉伸设备在高度有限的情况下，当石英预制母材的尺寸过大时很难完成一次拉伸。例如，当延伸塔架高度为8m，直径为120mm以及有效长度为Im的石英预制母材被拉伸成直径40mm为石英预制棒后，其长度将达到9m，再加上两端焊接的上、下把柄，总长将超过11m。即使纵向拉伸设备可以一次性完成拉伸作业，装卸石英预制棒也是非常困难的。作为对策，一些专利文献(如中国专利200580002429. 3)公开以下的拉伸方法通过一对金属材质所构成的挟滚轮的周面设置较母材棒的外径大的滚轮沟，将延伸后直径较小的母材棒夹持并引出。这种把母材棒夹持引出的方法，为了防止金属制的挟滚轮与母材棒接触，在挟滚轮的表面卷绕固定没了耐热材料构成的织布，如此需经常交换耐热材料构成的织布，造成了成本上升，该交换行为又会影响挟滚轮表面的平整度，使产生出弯曲的母材棒。而且该滚轮设计复杂，加工和安装难度大，连续生产后出现故障的概率很高，降低了生产效率，同时也增加了生产成本。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石英预制母材的拉伸装置及其拉伸方法。为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现一种石英预制母材的拉伸装置，包括上夹具，中夹具，下夹具，拉伸塔架，测径仪，加热炉，可编程控制器PLC，所述上夹具安装在所述加热炉上方，所述下夹具安装在所述加热炉的下方，所述测径仪连接所述加热炉，所述中夹具位于所述测径仪与下夹具之间，所述中夹具的其中一端设置有一切割装置。进一步的，所述切割装置包括至少一个刀片。
进一步的，所述切割装置为一种可从中夹具上卸载的切割装置。 进一步的，所述可编程控制器PLC分别电性连接所述上夹具，所述中夹具，所述下夹具与所述加热炉。进一步的，所述拉伸塔架分别固定连接所述上夹具，所述中夹具，所述下夹具与所述加热炉。进一步的，所述上夹具、中夹具、下夹具、加热炉均由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，可在拉伸塔架上进行垂直方向的上下移动。进一步的，所述测径仪采用市售测径仪，是测量精度较高的产品。进一步的，所述加热炉为感应加热炉或电阻加热炉，通过可编程控制器控制加热炉的移动。
进一步的，所述加热炉的温度控制范围为1800-2200°C。进一步的，所述可编程控制器PLC采用市售德国西门子公司生产的S7-300系列可编程控制器等产品。进一步的，所述上夹具、中夹具和下夹具采用市售夹具，由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器控制夹具左右旋转。进一步的，所述石英预制母材的拉伸方法如下拉伸前用测径仪扫描石英预制母材的外径，设定石英预制母材的拉伸目标直径和下夹具的速度，再通过可编程控制器计算炉子经过石英预母材棒上各个点时的速度。以上准备工作结束后，将石英预制母材加热到1800-2200°C，在拉伸过程中保持这个温度。在拉伸石英预制棒的起始阶段，按照进棒体积和出棒体积不变的原则控制炉子的速度，将石英预制棒拉伸到预设的目标直径。当石英预制棒拉伸状态稳定后，使用PID控制方式拉伸后续的芯棒。在延伸过程中中夹具与炉子同步向上移动，当石英预制棒越拉越长，下夹具慢慢接近下限位时，中夹具停止上升，并与下夹具的速度进行同步，用中夹具夹紧石英预制棒，代替下夹具拉伸预制棒。操作切割装置，用刀片抵住石英预制棒，同步旋转上、中、下三个夹具，让刀片充分切割石英预制棒后，收回切割装置；从侧面敲击石英预制棒，等石英预制棒断裂后，向下移动下夹具，松开下夹具移走石英预制棒和下把柄。卸掉中夹具上的切割装置，向上移动下夹具至中夹具下方，将下夹具速度与中夹具速度进行同步，下夹具夹紧石英预制棒，松开中夹具并将中夹具速度与炉子速度同步，下夹具继续拉伸石英预制棒。如此，若下夹具再次慢慢接近下限位前，石英预制棒仍未拉伸结束，可重复以上所述方法，对拉伸出的石英预制棒进行多次切割，保证生产的连续性。与现有技术相比，本发明具有以下至少其中之一优点(I)本发明中石英预制母材的拉伸装置中的切割装置克服了现有技术存在的因石英预制棒尺寸大、拉伸塔架高度有限而无法一次性拉伸完的缺陷。(2)本发明中石英预制母材的拉伸装置中的切割装置能够稳定、有效且连续的生产出所需的石英预制母材，提高了生产效率，降低了石英预制棒的制造成本。(3)本发明中石英预制母材的拉伸装置中的切割装置设计简易，制作成本低，安装及卸载方便。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下是本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。图I为本发明石英预制棒的拉伸装置示意图。图2为本发明石英预制棒拉伸过程中的切割示意图。图中标号说明1、石英预制母材，2、石英预制棒，3、上把柄，4、下把柄，5、上夹具，
6、中夹具，7、下夹具，8、拉伸塔架，9、测径仪，10、加热炉，11、可编程控制器，12、切割装 置。
具体实施例方式参见图I、图2所示，本实施例的石英预制母材的拉伸装置的结构，包括上夹具(5)，中夹具(6)，下夹具(7)，拉伸塔架(8)，测径仪(9)，加热炉(10)，可编程控制器PLC(Il)，所述上夹具(5)安装在所述加热炉(10)上方，所述下夹具(7)安装在所述加热炉
(10)的下方，所述测径仪(9)连接所述加热炉(10)，所述中夹具(6)位于所述测径仪(9)与下夹具(8)之间，所述中夹具￠)的其中一端设置有一切割装置(12)。进一步的，所述切割装置(12)包括至少一个刀片。进一步的，所述切割装置(12)为一种可从中夹具上卸载的切割装置。进一步的，所述拉伸塔架分别固定连接所述上夹具(5)，所述中夹具￠)，所述下夹具(7)与所述加热炉(10)。进一步的，所述拉伸塔架分别固定连接所述上夹具(5)，所述中夹具￠)，所述下夹具(7)与所述加热炉(10)。进一步的，所述上夹具(5)、中夹具(6)、下夹具(7)、加热炉(10)均由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，可进行垂直方向的上下移动。进一步的，所述测径仪(9)采用市售测径仪，是测量精度较高的产品。进一步的，所述加热炉(10)为感应加热炉或电阻加热炉，通过可编程控制器控制加热炉的移动。进一步的，所述加热炉(10)的温度控制范围为1800-2200°C。进一步的，所述可编程控制器PLC(Il)采用市售德国西门子公司生产的S7-300系列可编程控制器等产品。进一步的，所述上夹具(5)、中夹具(6)和下夹具(7)采用市售夹具，由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器控制夹具上下移动、左右旋转。以下结合使用本发明实施方式的石英预制母材的拉伸装置做以详细介绍。石英预制母材的拉伸方法如下如图1，2所示，在石英预制母材I的上下两端分别焊接上把柄3和下把柄4，将上把柄3、下把柄4分别夹持在上夹具5和下夹具6上，且石英预制母材I设置在加热炉10内部。拉伸前，在可编程控制器11中设定石英预制棒2的目标直径d，并设定下夹具的速度Vl(20-100mm/min)，再用测径仪9扫描石英预制棒I的外径D，可编程控制器PLCll按照进棒体积和出棒体积不变的原则计算出加热炉经过石英预制棒上各个点时的速度V2。
拉伸时，加热炉10以速度V2从下至上对石英预制棒I进行顺序加热至1800-2200°C，下夹具7则以速度Vl对石英预制棒I进行拉伸。在拉伸过程中，上夹具5固定不动，下夹具7以恒定速度Vl向下运动，且中夹具6及加热炉10以速度V2向上运动，该过程中使用PID控制方式拉伸石英预制棒。当石英预制棒2越拉越长，下夹具7慢慢接近下限位时，可编程控制器PLCll控制中夹具6使其停止上升，并使中夹具6以Vl的速度与下夹具7同时向下运动。此时，在与下夹具同步运动过程中中夹具6夹紧石英预制棒 2，代替下夹具7拉伸石英预制棒2。可编程控制器PLCll控制切割装置12的刀片抵住石英预制棒2，并驱动上5、中6、下7三个夹具同步旋转，当刀片充分切割石英预制棒2后，收回切割装置12。此时，从侧面敲击石英预制棒2使其断裂，并且向下移动下夹具7，下夹具7松开后将石英预制棒2和下把柄4同时移走。当石英预制棒2和下把柄4移走后，卸掉中夹具6上的切割装置12，下夹具7再次向上移动至中夹具6下方，保持下夹具7的速度与中夹具6速度进行同步，下夹具7夹紧石英预制棒2，松开中夹具6并将中夹具6的速度与加热炉的速度进行同步，下夹具7继续拉伸石英预制棒2。如此，若下夹具7再次慢慢接近下限位前，石英预制棒仍未拉伸结束，则可重复以上所述方法，对拉伸出的石英预制棒2进行多次切割，保证生产的连续性。上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种石英预制母材的拉伸装置，包括上夹具(5)，中夹具￠)，下夹具(7)，拉伸塔架(8)，测径仪(9)，加热炉(10)，可编程控制器PLC (11)，所述上夹具(5)安装在所述加热炉(10)上方，所述下夹具(7)安装在所述加热炉(10)的下方，所述测径仪(9)连接所述加热炉(10)，所述中夹具(6)位于所述测径仪(9)与下夹具(8)之间，其特征在于所述中夹具(6)的其中一端设置有一切割装置(12)。
2.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述切割装置(12)包括至少一个刀片。
3.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述切割装置(12)为一种可从中夹具上卸载的切割装置。
4.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述可编程控制器PLC(Il)分别电性连接所述上夹具(5)，所述中夹具￠)，所述下夹具(7)与所述加热炉(10)。
5.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述拉伸塔架(8)分别固定连接所述上夹具(5)，所述中夹具￠)，所述下夹具(7)与所述加热炉(10)。
6.根据权利要求3所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述上夹具(5)、中夹具￠)、下夹具(7)、加热炉(10)均由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，可在拉伸塔架(8)进行垂直方向的上下移动。
7.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述加热炉(10)为感应加热炉或电阻加热炉。
8.根据权利要求6所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述加热炉(10)的温度控制范围为1800-2200°C。
9.根据权利要求I所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述可编程控制器PLC(Il)例如为德国西门子公司生产的S7-300系列可编程控制器。
10.根据权利要求8所述的石英预制母材的拉伸装置，其特征在于所述上夹具(5)、中夹具(6)和下夹具(7)由独立的伺服电机通过传动丝杆、丝杆螺母来传动，通过可编程控制器控制夹具左右旋转。
11.一种石英预制母材的拉伸方法，其特征在于测径仪扫描石英预制母材的外径，设定石英预制母材的拉伸目标直径和下夹具的速度，再通过可编程控制器计算炉子经过石英预制母材上各个点时的速度。在延伸过程中将石英预制母材加热到1800-2200°C，中夹具与炉子同步向上移动，下夹具则向下移动拉伸石英预制棒。当石英预制棒越拉越长，下夹具慢慢接近下限位时，中夹具停止上升，并与下夹具的速度进行同步，用中夹具夹紧石英预制棒，代替下夹具拉伸预制棒。操作切割装置，用刀片抵住石英预制棒，同步旋转上、中、下三个夹具，让刀片充分切割石英预制棒后，收回切割装置；从侧面敲击石英预制棒，等石英预制棒断裂后，向下移动下夹具，松开下夹具移走石英预制棒和下把柄。卸掉中夹具上的切割装置，向上移动下夹具至中夹具下方，将下夹具速度与中夹具速度进行同步，下夹具夹紧石英预制棒，松开中夹具并将中夹具速度与炉子速度同步，下夹具继续拉伸石英预制棒。
全文摘要
本发明公开了一种石英预制母材的拉伸装置，包括上夹具，中夹具，下夹具，拉伸塔架，测径仪，加热炉，可编程控制器PLC，所述上夹具安装在所述加热炉上方，所述下夹具安装在所述加热炉的下方，所述测径仪连接所述加热炉，所述中夹具位于所述测径仪与下夹具之间，所述中夹具的其中一端设置有一切割装置，所述可编程控制器PLC分别电性连接所述上夹具，所述中夹具，所述下夹具与所述加热炉，所述拉伸塔架分别固定连接所述上夹具，所述中夹具，所述下夹具与所述加热炉，本发明保证了石英预制母材生产的连续性，提高效率以及节约成本。
文档编号C03B20/00GK102730944SQ20111009402
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者李晓东, 李要飞, 沈震强, 肖华, 钱建林, 马建强 申请人:江苏亨通光电股份有限公司