专利名称：适用于自动光纤绕环机上的张力机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构。
背景技术：
光纤陀螺诞生于1976年，是利用光纤传感技术测量空间惯性转动率的一种新型传感器，目前已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，它与通常使用的机械陀螺和近年来开发的激光陀螺相比，具有更高的精度，且成本低，体积小，重量轻。光纤陀螺的应用前景十分广阔，它不仅用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度位置控制，而且在民用上还可应用于高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统等等。
光纤环是光纤陀螺的传感核心，对它的基本要求是消光比要大，互易性要好。如何绕制高质量的光纤环，对光纤陀螺的研制十分重要，其缠绕方法有多种，四极对称绕法效果最佳，是国际通用的一种方法，目前，国内光纤环的绕制大都采用人工绕制，没有专用设备，无法保证其绕制质量。
目前一些自动光纤绕环机上使用的张力机构，其结构简单、无反向间隙消除机构、传动控制不平稳、张力控制精度低、存在零点飘移等缺陷。只有张力控制准确才能保证光纤环绕制质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构，该张力机构采用重力杠杆式方式控制张力，由于重力稳定，故张力控制稳定，张力的波动采用数字编码器或其他数字式位置检测装置实现，故张力控制准确，同时对于波动异常恢复非常迅速，使张力控制过程可靠。是细小或小张力控制的最优方法。光纤铅垂通过张力轮回绕后张力轮的力作用在光纤上，实现张力的施加。在供纤方面通过采用精密悬伸主轴将放纤轮(光纤筒)悬垂支撑进行放纤，在放纤轮的下方配置光纤汇聚组件将从放纤轮上输出的光纤汇聚在一固定点(所述固定点为张力轮的输入点)上，然后光纤经特有的绕纤布局使光纤经过多个导轮有效地解决了张力轮送纤方向一致，保证了光纤缠绕过程中张力的一致性。
本发明是一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构，由光纤汇聚组件、驱动组件、传动箱体、放纤轮、支撑座、滑动台张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件组成，支撑座的下端通过螺钉螺母安装在滑动台上；支撑座的上端安装有传动箱体；驱动组件安装在传动箱体上，且电机、减速器置于传动箱体外后侧，驱动组件的精密主轴悬伸在传动箱体外前侧；驱动组件的精密主轴上安装有放纤轮；光纤汇聚组件安装在支撑座的一侧，且与放纤轮保持铅垂位置。滑动台上开设有多个用于固定安装器件的安装孔，张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件通过螺钉与螺母的配合固定在滑动台上，并且张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件上的导纤槽保持在同一平面。
本发明张力机构的优点在于(1)采用精密悬伸主轴将放纤轮悬垂支撑进行放纤；(2)光纤汇聚组件中的四个汇聚轮结构将光纤汇聚在一固定点，便于张力控制；(3)支撑座采用轻质材料加工制成多孔结构，减轻了移动部件的重量；(4)驱动组件2采用具有位置控制功能的电机，使供纤机构转动精确，控制过程平稳；(5)本发明的供纤机构可以实现准确、稳定的将光纤送入一固定点，从而有效地提高了张力控制精度；(6)本发明的供纤机构对放纤轮或光纤筒的尺寸变动适用性强，更换简便。(7)本发明的供纤机构的汇聚轮在进行光纤汇聚时，在光纤的带动下可实现精密转动，减少了磨擦；(8)本发明四个汇聚轮采用小惯量、低磨擦设计，降低了对光纤的附加应力，提高了光纤运动的稳定性；(9)张力机构结构设计合理、紧凑，易于实现；(10)张力机构无反向死区；(11)张力机构传动控制平稳、张力控制精确；(12)张力机构的力测量没有零点飘移。
图1是本发明张力机构的外部结构图。
图2是本发明光纤汇聚轮组件结构图。
图2A是本发明光纤汇聚轮支座结构图。
图2B是本发明A汇聚轮的爆炸结构示图。
图2C是本发明装配在传动箱体内的精密主轴爆炸结构示图。
图3是本发明张力组件的结构图。
图3A是本发明张力组件上导轮的结构图。
图4是本发明第一导向组件的结构图。
图5是本发明张力机构在排纤时的光纤走向示意图。
图中 1.光纤汇聚轮组件101.横支座 102.纵支座103.横向定位杆 104.纵向定位杆 105.右锁紧螺杆 106.左锁紧螺杆 107.连接件108.D汇聚轮 109.C汇聚轮 110.B汇聚轮 111.A汇聚轮 112.A夹槽113.B夹槽 114.A安装孔 115.B安装孔 116.纵向定位孔 117.A间隙118.B间隙 119.平面120.平面2.驱动组件 201.电机202.减速器 203.后轴承 204.外隔套 205.前轴承 206.夹紧螺母207.弹性联轴器 208.精密主轴3.安装孔4.传动箱体 5.放纤轮6.支撑座7.滑动台8.张力组件 801.张力轮 811.导纤槽802.杠杆803.支架804.张力检测器 805.配重块 806.张力轮轴9.第一导向组件 901.磁力表座902.纵向调节杆 903.夹紧块 904.左夹紧螺母905.左夹紧螺母 906.横向调节杆 907.导纤轮 10.第二导向组件11.光纤 12.光纤环具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明是一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构，该张力机构由光纤汇聚组件1、驱动组件2、传动箱体4、放纤轮5、支撑座6、滑动台7张力组件8、第一导纤组件9和第二导纤组件10组成，支撑座6的下端通过螺钉螺母安装在滑动台7上；支撑座6的上端安装有传动箱体4；驱动组件2安装在传动箱体4上，且电机201、减速器202置于传动箱体4外后侧，驱动组件2的精密主轴208悬伸在传动箱体4外前侧；驱动组件2的精密主轴208上安装有放纤轮5；光纤汇聚组件1安装在支撑座6的一侧，且与放纤轮5保持铅垂位置。滑动台7上开设有多个用于固定安装器件的安装孔3，张力组件8、第一导纤组件9和第二导纤组件10通过螺钉与螺母的配合固定在滑动台7上，并且张力组件8、第一导纤组件9和第二导纤组件10上的导纤槽保持在同一平面。
参见图2～图2C所示，本发明中的光纤汇聚组件1，具有两坐标双向汇聚作用，可将放纤轮5上的光纤出纤点的位置变动(由于放纤轮5在放纤时的出纤点是变动的)保持恒定，并不损伤光纤。光纤汇聚组件1中的四个汇聚轮(A汇聚轮111、B汇聚轮110、C汇聚轮109、D汇聚轮108)结构将光纤汇聚在一固定点，便于张力控制。四个汇聚轮采用小惯量、低磨擦设计，降低了对光纤的附加应力，提高了光纤运动的稳定性；四个汇聚轮采用了轻质材料制作，其转动惯量小，转动精密，对光纤的附加应力影响小。光纤汇聚组件1的横支座101与纵支座102通过纵向定位杆104、纵向定位孔116成垂直交叉叠落连接，在横支座101的右侧设有A夹槽112，A夹槽112用于实现D汇聚轮108的安装与转动控制；在纵支座102的左侧设有B夹槽113，B夹槽113用于实现A汇聚轮111的安装与转动控制；横支座101的平面120上设有A通孔114，A通孔114用于安装C汇聚轮109；纵支座102的平面119上设有B通孔115，B通孔115用于安装B汇聚轮110；纵向定位杆104下端(即横支座101的下方)通过连接件107将横向定位杆103与其连接，并用左锁紧螺钉106、右锁紧螺钉105将纵向定位杆104与横向定位杆103夹紧。A汇聚轮111与B汇聚轮110之间有A间隙117且平行，构成第一光纤汇聚单元；C汇聚轮109与D汇聚轮108之间有B间隙118且平行，构成第二光纤汇聚单元；第一光纤汇聚单元与第二光纤汇聚单元在悬垂直方向上交叉叠落；所述A间隙117间距有0.17～0.30mm，所述B间隙118间距有0.17～0.30mm。在本发明中，A汇聚轮111、B汇聚轮110、C汇聚轮109和D汇聚轮108结构相同，其中A汇聚轮111的转轴155上安装有前轴承152、后轴承153，筒尖154与外套筒151同轴连接一起后安装在前轴承152、后轴承153上，夹紧螺母158与挡片156将前轴承152、后轴承153定位在转轴155上，螺钉157将A汇聚轮111固定在纵支座102的B夹槽113中。A汇聚轮111的外套筒151在进行光纤汇聚时，在光纤的带动下可实现精密转动，减少了磨擦。本发明四个汇聚轮采用小惯量、低磨擦设计，降低了对光纤的附加应力，提高了光纤运动的稳定性。
本发明中的驱动组件2，具有转动精密，结构简单，尺寸小的特点。既能悬垂放置放纤轮5，又能悬垂放置光纤筒(光纤筒是指是从光纤厂家购入的光纤容器)，具有简便手动夹紧放纤轮5和光纤筒的功能，并方便更换。电机201的输出轴上连接有减速器202，减速器202通过弹性联轴器207与精密主轴208一端连接，精密主轴208通过后轴承203、外隔套204、前轴承205、夹紧螺母206支撑在传动箱体4内，精密主轴208的另一悬伸端安装有放纤轮5或者光纤筒(放纤轮5与光纤筒与精密主轴208连接部位设计是相同的，可以是一种通过精密主轴208与轴承的连接，也可以是其他的某种方式连接，只要保证放纤轮5与光纤筒随精密主轴208转动即可)。在本发明中电机201采用功率为100～500W的交流伺服电动机、直流伺服电动机或步进电动机等可以进行位置控制的电动机。
参见图3、图3A所示，本发明中的张力组件8，张力检测器804安装在支架803的中心孔上，在张力检测器804的回转轴上安装有杠杆802，在杠杆802的右端安装有张力轮轴806，张力轮801安装在张力轮轴806上，在杠杆802的左端安装有配重块805，配重块805用于平衡在杠杆802右端安装的张力轮801及张力轮轴806的重量，张力轮801在张力轮轴806上回转，使光纤11可以在重力牵引下移动。张力轮801的轮缘上设有导纤槽811，导纤槽811用于光纤11(或其他用于有张力控制的细丝，如棉纱、漆包线，其他细丝等)通过。
在本发明中张力检测器804采用位置编码器，其型号RM36IC0012，使张力的波动采用数字式位置编码器或其他数字式位置检测装置实现。
在本发明中，张力轮801在光纤11的牵引下会使杠杆802偏离水平位置，这样位置偏离被张力检测器804检测到，然后指令放纤用电机201更快或更慢转动使杠杆802恢复到水平位置，从而使安装在杠杆802一端的张力轮801稳定在空间一固定点，实现闭环控制，达到张力控制准确的目的。
本发明的张力机构结构设计合理、紧凑，易于实现；张力机构无反向死区；张力机构传动控制平稳、张力控制精确；张力机构的力测量采用张力轮801的重力实现，由于大地重力稳定，故张力机构没有零点飘移。
参见图4所示，本发明中的第一导向组件9，磁力表座901上安装有纵向调节杆902，纵向调节杆902上安装有夹紧块903，夹紧块903通过右夹紧螺母904使其与纵向调节杆902夹紧，夹紧块903上安装有横向调节杆906，并通过左夹紧螺母905使其与夹紧块903夹紧，横向调节杆906上安装有导纤轮907。在本发明中，第二导向组件10与第一导向组件9结构相同。
参见图5所示，在自动光纤绕环机进行绕纤时，光纤11从放纤轮5中释放出，顺次经过光纤汇聚组件1(实质是通过光纤汇聚组件1中的第一光纤汇聚单元与第二光纤汇聚单元)、张力组件8(实质是张力组件8中的张力轮801)、第一导向组件9(实质是第一导向组件9中的导纤轮907)、第二导向组件10(实质是第二导向组件10中的导纤轮)后进入光纤环12上(自动光纤绕环机上的用于实现收纤的)收纤。
在本发明中，光纤11从放纤轮5中释放出，经过光纤汇聚组件1中的第一光纤汇聚单元与第二光纤汇聚单元后沿铅垂方向导向张力组件8，然后光纤11绕过张力轮801后铅垂方向向上，且引向第一导向组件9中的导纤轮907实现张力的控制，然后光纤11水平经过第二导向组件10上的导纤轮后进入光纤环12。
本发明中的支撑座6采用轻质材料(铝、铝合金、铝镁合金、工程塑料等)加工制作成具有多孔结构，重量轻、刚度大，保证放纤轮5的旋转和支撑精度。
本发明中的杠杆802采用轻质材料(铝、铝合金、铝镁合金、工程塑料等)加工制作成具有多孔结构，重量轻、刚度大，保证杠杆802的刚度和小转动惯量。
本发明中的滑动台7上开设有多个用于固定安装器件的安装孔3。滑动台7安装在自动光纤绕环机的滑动平台上。
本发明设计的张力机构适用于各类自动光纤绕环机或其他缠绕设备上的张力控制的实现，同时在光纤复绕、光纤筛选等类型的机器中使用。张力机构采用重力杠杆式方式控制张力，由于重力稳定，故张力控制稳定，张力的波动采用数字编码器或其他数字式位置检测装置实现，故张力控制准确，同时对于波动异常恢复非常迅速，使张力控制过程可靠。是细小或小张力控制的最优方法。光纤铅垂通过张力轮801回绕后张力轮的力作用在光纤上，实现张力的施加。在供纤方面通过采用精密悬伸主轴208将放纤轮5(或光纤筒)悬垂支撑进行放纤，在放纤轮5的下方配置光纤汇聚组件1将从放纤轮5上输出的光纤汇聚在一固定点(所述固定点为张力轮的输入点)上，有效地解决了自动光纤绕环机上的张力轮送纤方向一致，保证了光纤缠绕过程中张力的一致性。
权利要求
1.一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构，其特征在于由光纤汇聚组件(1)、驱动组件(2)、传动箱体(4)、放纤轮(5)、支撑座(6)、滑动台(7)张力组件(8)、第一导纤组件(9)和第二导纤组件(10)组成，支撑座(6)的下端通过螺钉螺母安装在滑动台(7)上；支撑座(6)的上端安装有传动箱体(4)；驱动组件(2)安装在传动箱体(4)上，且电机(201)、减速器(202)置于传动箱体(4)外后侧，驱动组件(2)的精密主轴(208)悬伸在传动箱体(4)外前侧；驱动组件(2)的精密主轴(208)上安装有放纤轮(5)；光纤汇聚组件(1)安装在支撑座(6)的一侧，且与放纤轮(5)保持铅垂位置。滑动台(7)上开设有多个用于固定安装器件的安装孔(3)，张力组件(8)、第一导纤组件(9)和第二导纤组件(10)通过螺钉与螺母的配合固定在滑动台(7)上，并且张力组件(8)、第一导纤组件(9)和第二导纤组件(10)上的导纤槽保持在同一平面。所述光纤汇聚组件(1)的横支座(101)与纵支座(102)通过纵向定位杆(104)、纵向定位孔(116)成垂直交叉叠落连接，在横支座(101)的右侧设有A夹槽(112)，A夹槽(112)内安装有D汇聚轮(108)，在横支座(101)的平面(120)上设有A通孔(114)，A通孔(114)内安装有C汇聚轮(109)；在纵支座(102)的左侧设有B夹槽(113)，B夹槽(113)内安装有A汇聚轮(111)，在纵支座(102)的平面(119)上设有B通孔(115)，B通孔(115)内安装有B汇聚轮(110)；纵向定位杆(104)下端通过连接件(107)将横向定位杆(103)与其连接，并用左锁紧螺钉(106)、右锁紧螺钉(105)将纵向定位杆(104)与横向定位杆(103)夹紧；A汇聚轮(111)与B汇聚轮(110)之间有A间隙(117)，C汇聚轮(109)与D汇聚轮(108)之间有B间隙(118)；A汇聚轮(111)、B汇聚轮(110)、C汇聚轮(109)和D汇聚轮(108)结构相同，其中A汇聚轮(111)的转轴(155)上安装有前轴承(152)、后轴承(153)，筒尖(154)与外套筒(151)同轴连接一起后安装在前轴承(152)、后轴承(153)上，夹紧螺母(158)与挡片(156)将前轴承(152)、后轴承(153)定位在转轴(155)上，螺钉(157)将A汇聚轮(111)固定在纵支座(102)的B夹槽(113)中；A汇聚轮(111)与B汇聚轮(110)平行构成第一光纤汇聚单元；C汇聚轮(109)与D汇聚轮(108)平行，构成第二光纤汇聚单元；第一光纤汇聚单元与第二光纤汇聚单元在悬垂直方向上交叉叠落；所述驱动组件(2)的电机(201)的输出轴上连接有减速器(202)，减速器(202)通过弹性联轴器(207)与精密主轴(208)一端连接，精密主轴(208)通过后轴承(203)、外隔套(204)、前轴承(205)、夹紧螺母(206)支撑在传动箱体(4)内，精密主轴(208)的另一悬伸端安装有放纤轮(5)；所述张力组件(8)的张力检测器(804)安装在支架(803)的中心孔上，在张力检测器(804)的回转轴上安装有杠杆(802)，在杠杆(802)的右端安装有张力轮轴(806)，张力轮(801)安装在张力轮轴(806)上，在杠杆(802)的左端安装有配重块(805)，配重块(805)用于平衡在杠杆(802)右端安装的张力轮(801)及张力轮轴(806)的重量，张力轮(801)在张力轮轴(806)上回转，使光纤(11)可以在重力牵引下移动。张力轮(801)的轮缘上设有导纤槽(811)；所述第一导向组件(9)的磁力表座(901)上安装有纵向调节杆(902)，纵向调节杆(902)上安装有夹紧块(903)，夹紧块(903)通过右夹紧螺母(904)使其与纵向调节杆(902)夹紧，夹紧块(903)上安装有横向调节杆(906)，并通过左夹紧螺母(905)使其与夹紧块(903)夹紧，横向调节杆(906)上安装有导纤轮(907)；第二导向组件(10)与第一导向组件(9)结构相同。
2.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于光纤(11)从放纤轮(5)中释放出，经过光纤汇聚组件(1)中的第一光纤汇聚单元与第二光纤汇聚单元后沿铅垂方向导向张力组件(8)，然后光纤(11)绕过张力轮(801)后铅垂方向向上，且引向第一导向组件(9)中的导纤轮(907)实现张力的控制，然后光纤(11)水平经过第二导向组件(10)上的导纤轮后进入光纤环(12)。
3.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于杠杆(802)采用铝、铝合金、铝镁合金或工程塑料轻质材料加工。
4.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于张力轮(801)通过杠杆(802)与配重块(805)的重力差作为张力控制的力。
5.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于张力检测器(804)采用位置编码器。
6.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于张力检测器(804)检测到张力轮(801)在光纤(11)的牵引下杠杆(802)在水平位置的偏离，指令电机(201)运动，使杠杆(802)恢复到水平位置，达到闭环控制。
7.根据权利要求1所述的张力机构，其特征在于通过张力检测器(804)来实现张力的波动控制。
全文摘要
本发明公开了一种适用于自动光纤绕环机上的张力机构，由光纤汇聚组件、驱动组件、传动箱体、放纤轮、支撑座、滑动台张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件组成，支撑座的下端通过螺钉螺母安装在滑动台上；支撑座的上端安装有传动箱体；驱动组件安装在传动箱体上，且电机、减速器置于传动箱体外后侧，驱动组件的精密主轴悬伸在传动箱体外前侧；驱动组件的精密主轴上安装有放纤轮；光纤汇聚组件安装在支撑座的一侧，且与放纤轮保持铅垂位置。滑动台上开设有多个用于固定安装器件的安装孔，张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件通过螺钉与螺母的配合固定在滑动台上，并且张力组件、第一导纤组件和第二导纤组件上的导纤槽保持在同一平面。本发明的张力机构结构设计合理、紧凑、易于实现，无反向死区，传动控制平稳、张力控制精确，力测量没有零点飘移，实现了数字化、全闭环张力控制。
文档编号G01C19/72GK101059582SQ20071010037
公开日2007年10月24日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者董全林, 张春熹, 邵洪峰, 姜长星, 韩敏 申请人:北京航空航天大学