光学玻璃棒料拉制的制造方法
【专利摘要】本实用新型的名称为光学玻璃棒料拉制机。属于光学玻璃二次成型【技术领域】。它主要是解决目前小型光学元件毛坯制备存在效率低、料费较高的问题。它的主要特征是：包括母棒进给装置、软化加热装置、子棒牵引装置、检测装置、下料装置和控制装置；母棒进给装置由双立柱、丝杠、升降杆和进给伺服电机组成；软化加热装置由加热炉和电阻丝组成；子棒牵引装置由左牵引轮、右牵引轮、左牵引伺服电机、右牵引伺服电机和夹紧气缸组成；检测装置由热电偶和测径仪组成；下料装置设置在子棒牵引装置下方。本实用新型更适用于光学玻璃棒料的拉制生产，提高生产品质和效率,降低设备制造成本，主要用于将直径20mm以上的粗棒料拉制成直径在5～15mm范围内可控的细棒料。
【专利说明】光学玻璃棒料拉制机
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学玻璃二次成型【技术领域】，具体涉及一种可按预定直径简便、 精确、高效地完成光学玻璃棒料拉制的光学玻璃棒料拉制机。
【背景技术】
[0002] 随着非球面精密压型技术的发展，光学元件市场日益朝向小型化和高性能化发 展。目前小型光学元件毛坯的制备，需先对大型块状玻璃进行切割后，再经滚圆、研磨、抛光 工序，或整磨、二次压型工序制成，不仅生产效率低下，而且料费较高，人员和设备的投入较 大。针对这一问题，对于附加值较高的光学玻璃牌号，各生产厂家陆续推出了相应的小直径 规格的棒料产品，以降低后续加工厂家的加工成本，提高产品竞争性和市场占有率。生产 实践中，一次成型技术可以较好完成直径20mm以上棒料的拉制，对于该直径范围以下的产 品，拉制过程难以控制，产品良品率较低，目前一般还是通过二次压型的方法来实现。如何 将一次成型良好的较大直径的光学玻璃棒，通过更加简便、高效的方法改制成市场所需的 较小直径的产品，是本实用新型的研制初衷。研发思路方面，目前已有较为成熟的技术可供 借鉴。申请号为200410026286. 7的中国专利公开了一种适用于石英玻璃或聚合物的光纤 拉丝机，提供了一种光纤拉制用预制棒的给料和加热装置，其特点是在机械构造上保证给 料的均匀性和稳定性，以及加热过程中可以充入保护性气体，但对拉制所需的牵引装置及 检测、控制装置均未作任何说明。申请号为CN201110322142的中国专利公开了一种模压成 型用玻璃预制体的制作方法，介绍了一种通过光纤拉丝机将直径较大的玻璃预制件，拉制 成所需直径产品的方法，但只限于对原理的说明，未涉及机械及控制性能的说明，不具备实 践性，而且光纤拉丝机造价较高，在结构和性能方面只适合于直径在5mm以下光纤及光纤 配件的拉制，并不适用于直径相对较大的光学玻璃棒的拉制。本实用新型试图研制一种专 门针对小直径光学玻璃棒料的拉制设备，将一次成型所制备的直径较大的母棒，重新进行 软化和拉制，制成预定直径规格的子棒，同时提高生产效率和产品品质，减少料费。
【发明内容】
[0003] 本实用新型就是针对上述不足之处而提供一种光学玻璃棒料拉制机，可将一次成 型所制备的直径较大的母棒，按预定直径简便、精确、高效地完成光学玻璃棒料的拉制。
[0004] 本实用新型的技术解决方案是：一种光学玻璃棒料拉制机，其特征在于：包括母 棒进给装置、软化加热装置、子棒牵引装置、检测装置、下料装置和控制装置；其中，所述母 棒进给装置由双立柱、丝杠、升降杆和进给伺服电机组成，丝杠安装在双立柱之间，进给伺 服电机安装在双立柱顶部，通过联轴器与丝杠相连，升降杆通过丝母与丝杠相连；所述软化 加热装置由加热炉和电阻丝组成，电阻丝沿柱面方向均匀分布在加热炉中部的扁平区域； 所述子棒牵引装置由左牵引轮、右牵引轮、左牵引伺服电机、右牵引伺服电机和夹紧气缸组 成，左牵引轮、右牵引轮分别安装在左牵引伺服电机、右牵引伺服电机的输出轴上，左牵引 伺服电机、右牵引伺服电机固定在夹紧气缸上；所述检测装置由热电偶和测径仪组成，热电 偶安装在加热炉内，测径仪安装在加热炉与子棒牵引装置之间；所述下料装置设置在子棒 牵引装置下方。
[0005] 本实用新型的技术解决方案中所述的电阻丝采用直径为1. 8mm，功率为3?5KW 的铁铬铝合金丝，沿柱面方向均匀分布在加热炉中部，尺寸为Φ170ΧΦ120Χ90的扁平区 域。
[0006] 本实用新型的技术解决方案中所述控制装置包括可编程控制器、人机界面、温度 控制模块和伺服驱动模块。
[0007] 在工艺试验的基础上，综合设置软化温度、进给速度和牵引速度的设定值，操作过 程中，控制装置根据检测结果对设定值进行PID实时调整，实现成品直径的精确控制。同时 通过合理设定软化温度和进给、牵引速度，尽可能缩短光学玻璃在析晶温度区域的停留时 间，可有效控制玻璃表面析晶的广生，保证广品品质。
[0008] 与现有光学玻璃棒料制备技术相比，本实用新型减少了中间加工环节，节省了人 工、设备的投入和料费。与现有光纤拉制技术相比，本实用新型改进了加热、牵引、检测及下 料装置，优化了工艺和控制方案，更适用于光学玻璃棒料的拉制生产，提高了生产品质和效 率，降低了设备制造成本。本实用新型具有如下效果：1、成品棒料的直径在5?15mm范围 内可控，直径误差控制在±0. lmm,椭圆度控制在〇. 〇5mm ;2、棒料柱面在拉制过程中不产生 明显析晶，表面光洁度符合预定要求。本实用新型主要用于将直径20mm以上的棒料拉制成 直径在5?15mm范围内可控的棒料。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型实施例的总体结构示意图。
[0010] 图2为图1中牵引装置部分结构示意图。
[0011] 图3为控制系统核心部件可编程控制器的电气原理图。
[0012] 附图标记说明：双立柱1、丝杠2、升降杆3、进给伺服电机4、母棒5、加热炉6、热电 偶7、电阻丝8、测径仪9、子棒10、左牵引轮11、右牵引轮12、下料装置13、左牵引伺服电机 14、右牵引伺服电机15、夹紧气缸16。
【具体实施方式】
[0013] 如图1和图2所示，本实用新型包括母棒进给装置、软化加热装置、子棒牵引装置、 检测装置、下料装置13和控制装置。
[0014] 母棒进给装置由双立柱1、丝杠2、升降杆3和进给伺服电机4组成，其中，丝杠2 安装在双立柱1中，进给伺服电机4安装在双立柱1顶部，通过联轴器与丝杠2相连，升降 杆3通过丝母与丝杠2相连，且能沿双立柱1上下滑动，完成母棒的进给动作。
[0015] 软化加热装置由加热炉6和电阻丝8组成，其中，电阻丝8沿柱面方向均匀分布在 加热炉6中部的扁平区域。
[0016] 子棒牵引装置由左牵引轮11、右牵引轮12、左牵引伺服电机14、右牵引伺服电机 15和夹紧气缸16组成，牵引轮安装在牵引伺服电机的输出轴上，并随夹紧气缸进行开合运 动，完成夹紧和牵引动作。
[0017] 检测装置由热电偶7和测径仪9组成。
[0018] 下料装置13设置在子棒牵引装置下方，为常规气动撞击式下料装置。
[0019] 控制装置包括可编程控制器、人机界面、温度控制模块和伺服驱动模块，为常规工 业控制元件，只是控制程序不同。控制装置与进给、加热、牵引、检测、下料装置相连，进行软 化温度、进给速度和牵引速度控制。
[0020] 本实用新型的工作原理如下：
[0021] 大量工艺试验表明，拉制后的光学玻璃棒成品的直径和椭圆度指标，除受拉制过 程中温度、速度控制的影响外，很大程度上取决于母棒的品质，因此，光学玻璃棒拉制的前 提条件是制备符合要求的母棒。本实用新型实施例中选用直径35mm的光学玻璃母棒，可以 在熔炉料口用模具一次成型制备，只要成型工艺控制得当，完全可以满足拉制要求。
[0022] 拉制开始前，将软化加热炉6的温度控制在预定值，具体温度值在相应牌号的玻 璃软化温度Ts以上KKTC?150°C范围内，由工艺实验确定。将光学玻璃母棒5通过升降 杆3垂直悬挂在软化加热炉6上方，母棒下端面伸至炉内加热区中央位置，保持静止状态加 热15?20Min，直至玻璃软化并掉出料头。当牵有玻璃细棒10的料头穿过测径仪9到达 左右牵引轮11及12的位置时，去掉料头并启动左右牵引伺服电机14及15,同时夹紧牵引 轮，然后，启动升降伺服电机4,母棒5按设定速度自上往下进给，具体速度综合考虑炉温、 化料状况和生产效率，通过工艺试验确定，一般控制在5?25mm/Min。在初始设定值的基础 上，手动缓慢微调牵引电机14及15的拉制速度，使玻璃细棒10的直径逐渐变大，当达到预 定直径范围时，将牵引轮的控制模式转入自动，控制装置根据测径仪9的反馈的X轴方向和 Y轴方向的直径测量值，计算出棒料的直径平均值和椭圆度数值，运用PID运算功能自动调 节牵引速度，实现棒料拉制的闭环控制。
[0023] 除了母棒的品质因素，子棒的直径和椭圆度指标的控制关键还在于保证母棒化料 的均匀性和进给、牵引速度的稳定性。合理设计加热装置的结构、尺寸和功率，可以保证 母棒化料的均匀性要求。优选地，对应于直径为35mm的光学玻璃母棒，炉芯采用尺寸为 Φ 170 X Φ 120X90的圆柱状扁平碳化硅制品，炉丝采用直径为1. 8mm，功率为3?5KW的铁 铬铝合金丝，沿柱面方向均匀分布在炉芯内。该结构可以在炉温和母棒进给速度稳定的情 况下，保证母棒在圆周方向的均匀加热和软化，同时扁平的加热区域有利于减少软化后的 玻璃子棒在高温区的停留时间，减少玻璃表面析晶的发生。
[0024] 进给和牵引速度的稳定性不仅要求进给和牵引电机的绝对转速稳定，而且要求二 者间的相对速度也必须稳定。为了实现低速工作时的稳定性，进给和牵引伺服电机的输出 轴均配置了相应减速比的精密减速器，可以消除伺服电机在低速运行时，由于扭矩不足而 对速度产生的不良影响。如前所述，生产时先确定母棒的进给速度，再依据单位时间内进给 和拉制的玻璃棒体积应保持一致的特性要求，由控制装置按如下关系计算出牵引速度的初 始值：
[0025]
【权利要求】
1. 一种光学玻璃棒料拉制机，其特征在于：包括母棒进给装置、软化加热装置、子棒牵 引装置、检测装置、下料装置（13)和控制装置；其中，所述母棒进给装置由双立柱（1)、丝杠 (2 )、升降杆（3 )和进给伺服电机（4)组成，丝杠（2 )安装在双立柱（1)之间，进给伺服电机 (4 )安装在双立柱（1)顶部，通过联轴器与丝杠（2 )相连，升降杆（3 )通过丝母与丝杠（2 )相 连；所述软化加热装置由加热炉（6)和电阻丝（8)组成，电阻丝（8)沿柱面方向均匀分布在 加热炉（6)中部的扁平区域；所述子棒牵引装置由左牵引轮（11)、右牵引轮（12)、左牵引伺 服电机（14)、右牵引伺服电机（15)和夹紧气缸（16)组成，左牵引轮（11)、右牵引轮（12)分 别安装在左牵引伺服电机（14)、右牵引伺服电机（15)的输出轴上，左牵引伺服电机（14)、 右牵引伺服电机（15)固定在夹紧气缸（16)上；所述检测装置由热电偶（7)和测径仪（9)组 成，热电偶（7 )安装在加热炉（6 )内，测径仪（9 )安装在加热炉（6 )与子棒牵引装置之间；所 述下料装置（13)设置在子棒牵引装置下方。
2. 根据权利要求1所述的光学玻璃棒料拉制机，其特征在于：所述的电阻丝（8)采用直 径为1. 8mm，功率为3?5KW的铁铬铝合金丝，沿柱面方向均匀分布在加热炉（6)中部，尺寸 为Φ170Χ Φ 120X90的扁平区域。
3. 根据权利要求1或2所述的光学玻璃棒料拉制机，其特征在于：所述的所述控制装 置包括可编程控制器、人机界面、温度控制模块和伺服驱动模块。
【文档编号】C03B37/025GK203833818SQ201420248309
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】焦胜兵, 喻涧临, 李兢, 何学华, 王德国 申请人:湖北新华光信息材料有限公司