直径150mm光纤锥锥体成型装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种直径150mm光纤锥锥体成型装置及方法。该装置的加热炉壳体中部设置有高温区，该高温区两侧对称地设置有中温区；加热炉外侧两端依次设置有隔离区和冷却区。该方法是将直径150--155毫米，长度170—180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头上，采用程序升、降温，双向施力形成锥体。直径150毫米光纤锥毛坯直径和长度差小，在加热拉制时，由于热传导的作用极易引起两端变形。本发明主要通过高温区程序控温，以及中温区程序控温和水冷循环系统的配合，确保拉制时毛坯两端不变形，降温时毛坯两端不炸裂。
【专利说明】直径150mm光纤锥锥体成型装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及直径150毫米光纤锥锥体的拉制成型装置和方法。
【背景技术】
[0002] 光纤锥是一种光学纤维传像器件，是由大量光学纤维排列、融压、拉锥成型的可传 递二维图像的光学元件。光纤锥中每根光学纤维都是锥形的，且具有很好的光学绝缘性， 因此每根光学纤维能够独立传光，而不受临近其它光学纤维的影响，光纤锥做为耦合传像 器件具有高分辨率、无畸变、传光效能高等特点、同时由于具有放大和缩小图像的作用，可 获得短的物像距离，运用在光电仪器中具有重量轻、便于携带、光学和机械性能稳定等优越 性。随着信息技术的发展，光纤锥与CCD的耦合可以用于仿真机器人的视觉系统，高能射 线的探测、摄影和记录，在军事、航天、科研、医疗、工业等领域起着越来越重要的作用。
[0003] 目前基本实现了中小口径，即直径50毫米以下光锥的量产。大口径光锥体积大， 在加热冷却制造的过程中，玻璃体积变化较大，内外加热不均匀，锥体成型困难，同时非常 容易炸裂，制造难度大。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种直径150_光纤锥锥体成型装置，该装置能 够避免毛坯两端变形。
[0005] -种直径150mm光纤锥锥体成型装置，包括加热炉，所述的加热炉包括壳体，壳 体内部沿轴向形成炉孔，加热炉壳体中部设置有高温区，该高温区两侧对称地设置有中温 区；加热炉外侧两端依次设置有隔离区和冷却区；高温区设有加热带，加热带包括由铁铬 电加热丝绕成直径18_19mm的螺旋带6和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环；中 温区设有控温加热装置；隔离区设有石棉隔离套，冷却区设有水冷循环装置。
[0006] 由于150_光纤锥是在十分有限的长度上形成较大的锥体，需要中部高温区的既 有足够的热能使毛坯加热区域软化，又要使中部高温区尽量的窄避免毛坯两端变形，本发 明的加热带可以满足以上要求。此外，本发明在拉制毛坯两端设置两套系统，一套是中温区 的控温加热系统，另一套是水冷循环系统，两套系统的联合使用确保拉制时毛坯两端不变 形，降温时毛坯两端不炸裂。
[0007] 本发明还提供一种利用以上装置的直径150_光纤锥锥体成型方法，该方法是将 直径150-155毫米，长度170-180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头上，采用程序升、降温， 双向施力形成锥体； 具体过程如下：高温区从室温经过16小时升到650°C，在650°C保温2小时，再经过4 小时升到800°C，在800°C保温4小时，再经过5小时升到850°C，在850°C保温5小时，再经 过6小时升到910°C - 920°C，此时向拉制卡头加力180公斤，此后每10分钟加180公斤， 直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12 -15个小时；拉制后完成即刻卸掉拉力，高温 区开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810°C，2小时由810°C降到650°C，再用2小时 由650°C降到600°C，在600°C保温2小时，接着用96小时由600°C降到200°C，72小时由 200°C降到室温；高温区对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区控温加热装置，用15小时 升温到300°C，毛坯两端温度超过300°C时，启动冷却区冷却区水冷循环装置，使毛坯两端 温度保持在300±5°C，一直到拉制结束；然后，高温区开始降温，中温区的控温加热装置 开始升温，用5小时升温到600°C，保温1小时，开始降温，用160小时降至室温。
[0008] 常规的光锥拉制体积小，毛坯能保证足够的长，在拉制时，毛坯两端的温度控制主 要是防止炸裂。直径150毫米光纤锥毛坯直径和长度差小，在加热拉制时，由于热传导的作 用极易引起两端变形。本发明所述的方法主要通过高温区程序控温，以及中温区程序控温 和水冷循环系统的配合，确保拉制时毛坯两端不变形，降温时毛坯两端不炸裂。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明所述的直径150_光纤锥锥体成型装置。
[0010] 图2是加热带示意图。
[0011] 图3是光纤毛述不意图。
[0012] 图4是中温区的控温加热装置。
[0013] 图中，1-拉制卡头，2-高温区，3-中温区，4-隔离区，5-冷却区，6-螺旋带，7-凹形 瓷环，8-加热套，9-加热丝，10-光纤毛坯。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图对本发明要求保护的直径150mm光纤锥锥体成型装置和方法作进 一步清楚、完整的说明。
[0015] 图1是直径150_光纤锥锥体成型装置的结构示意图。加热炉和拉制机配套使用， 加热炉安装在拉制机的机座上。拉制机采用的是现有产品，其结构不再赘述。加热炉包括 壳体，壳体内部沿轴向形成炉孔，光纤毛述10 (图3)安装在拉制机的两个拉制卡头1之间 并放置于加热炉的炉孔内。
[0016] 如图1所示，加热炉壳体中部设置有高温区2,该高温区2两侧对称地设置有中温 区3 ;加热炉外侧两端依次设置有隔离区4和冷却区5。
[0017] 如图2所示，高温区2设有加热带，加热带包括由铁铬电加热丝绕成直径18_19mm 的螺旋带6和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环7,螺旋带6嵌入凹型瓷环7圆周 面上的凹槽内，安装好的光纤毛坯中部在凹形瓷环的纵向截面上。加热带可保证既有足够 的热能使毛坯加热区域软化，又能使中部高温区尽量的窄避免毛坯两端变形。
[0018] 如图4所示，中温区设有控温加热装置，控温加热装置包括加热套8和设置在加热 套8外侧的加热丝9,加热丝9与公知的控温装置连接。
[0019] 如图1所示，隔离区设有石棉隔离套，石棉隔离套的直径与拉制卡头1外径相近， 两端的拉制卡头1的外表面分别与石棉隔离套的内侧面连接，目的是阻挡热量外泄。
[0020] 冷却区设有水冷循环装置，配合中温区的控温加热装置使毛坯两端温度维持在 300 °C左右。
[0021] 直径150mm光纤锥锥体成型方法，是将直径150-155毫米，长度170-180毫米的 光纤毛坯安装在拉制卡头1上，采用程序升、降温，双向施力形成大端直径与小端直径比最 大为4 :1的锥体。
[0022] 具体过程如下：高温区2从室温经过16小时升到650°C，在650°C保温2小时，再 经过4小时升到800°C，在800°C保温4小时，再经过5小时升到850°C，在850°C保温5小 时，再经过6小时升到910°C - 920°C，此时向拉制卡头加力180公斤开始拉制，此后每10 分钟加180公斤，直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12 -15个小时。拉制后完成即 刻卸掉拉力，高温区2开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810°C，2小时由810°C降到 650°C，再用2小时由650°C降到600°C，在600°C保温2小时，接着用96小时由600°C降到 200°C，72小时由200°C降到室温。高温区对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区3控温 加热装置，用15小时升温到300°C，保温，随着升温拉制时间的延长，温度向中心传播的同 时，也向毛坯两端传播，由于毛坯长度受限，毛坯两端温度就会超过300°C。毛坯两端温度超 过300°C时，启动冷却区5冷却区水冷循环装置，使毛坯两端温度保持在300±5°C，一直到 拉制结束，关闭水冷循环装置，然后，高温区2开始降温，中温区3的控温加热装置开始升 温，用5小时升温到600°C，保温1小时，开始降温，用160小时降至室温，这样毛坯两端既不 发生炸裂也不发生变形。
【权利要求】
1. 一种直径150mm光纤锥锥体成型装置，包括加热炉，所述的加热炉包括壳体，壳体内 部沿轴向形成炉孔，其特征在于： 加热炉壳体中部设置有高温区（2)，该高温区（2)两侧对称地设置有中温区（3);加热 炉外侧两端依次设置有隔离区（4)和冷却区（5);高温区（2)设有加热带，加热带包括由铁 铬电加热丝绕成直径18_19mm的螺旋带（6)和固定该螺旋带的宽度为35-36mm的凹型瓷环 (7);中温区（3)设有控温加热装置；隔离区（4)设有石棉隔离套，冷却区（5)设有水冷循环 装直。
2. -种直径150mm光纤锥锥体成型方法，其特征在于：是将直径150-155毫米，长度 170-180毫米的光纤毛坯安装在拉制卡头（1)上，采用程序升、降温，双向施力形成锥体； 具体过程如下：高温区（2)从室温经过16小时升到650°C，在650°C保温2小时，再经 过4小时升到800°C，在800°C保温4小时，再经过5小时升到850°C，在850°C保温5小时， 再经过6小时升到910°C - 920°C，此时向拉制卡头（1)加力180公斤开始拉制，此后每10 分钟加180公斤，直到2520公斤为止，整个拉制过程需持续12 -15个小时；拉制后完成即 刻卸掉拉力，高温区（2)开始降温，降温速率分别是：40分钟降到810°C，2小时由810°C降 至lj 650°C，再用2小时由650°C降到600°C，在600°C保温2小时，接着用96小时由600°C降 到200°C，72小时由200°C降到室温；高温区（2)对毛坯开始升温加热时，同时启动中温区 (3)控温加热装置，用15小时升温到300°C，毛坯两端温度超过300°C时，启动冷却区（5)冷 却区水冷循环装置，使毛坯两端温度保持在300±5°C，一直到拉制结束；然后，高温区（2) 开始降温，中温区（3)的控温加热装置开始升温，用5小时升温到600°C，保温1小时，开始 降温，用160小时降至室温。
【文档编号】C03B37/029GK104150761SQ201410343583
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】王玲玲, 陈钢, 薛睿斌, 董运宏, 刘贞文 申请人:山西长城微光器材股份有限公司