专利名称：一种旋转绕环机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤陀螺等光纤传感器中的光纤环，具体地指一种旋转绕环机构，可与绕环机配合，进行光纤环的绕制。
背景技术：
光纤陀螺是一种测量姿态方位的高精度惯性传感器，由于它具备体积小、精度高、启动快、动态范围大、无机械转动结构等一系列优点，已经被广泛应用于机器人、舰艇、飞机、导弹等多种领域。光纤环作为光纤陀螺的传感核心部分，直接影响到光纤陀螺的测量精度，因此实际应用中对其提出了很多要求，如消光比要大，互异性要好等。光纤环的绕制方法有很多种，如平绕、四极对称绕法、八极对称绕法等，其中四极对称绕法发展得比较成熟，是国际上 的主流绕法。目前，国内光纤环基本上都采用四极对称绕法，并且大都采用半自动化的方法进行绕制，即通过操作人员的实时控制，来操纵设备进行光纤环的绕制。目前，国内的光纤环绕制技术尚不成熟，设备也大都结构简单、功能不够完善，光纤环的绕制尚无法脱离人工操作。而对于光纤环这种精密的器件，一个轻轻的震动都有可能使光纤环出现排列不整齐、张力过大、甚至断纤，因此绕环的设备和工艺直接决定了光纤环的性能。另一方面，根据光纤陀螺的型号不同，常常还需要制备各种规格的光纤环，这就对绕环的设备和工艺提出了很高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种旋转绕环机构，其自动化程度高，能够极大的减少因人工操作引入的不良影响，绕制的光纤环产品品质高。为解决上述技术问题，本发明提供的一种旋转绕环机构，包括一对结构相同的绕环臂；每一绕环臂分别包括导轮架及同轴设置的旋转头、主轴、放纤轴和光纤盘；所述旋转头为由导轮架齿轮、放纤轴齿轮和主轴齿轮构成的齿轮组，导轮架齿轮、放纤轴齿轮和主轴齿轮同轴布置、互不干扰，用于分别在外接动力设备的驱动下旋转；所述导轮架齿轮与相应的导轮架固定，放纤轴齿轮与相应的放纤轴固定，主轴齿轮与相应的主轴固定；所述放纤轴套装在主轴上，光纤盘固定在放纤轴上，用于同放纤轴一起在放纤轴齿轮带动下绕主轴转动；所述导轮架包括开有大圆孔的导轮架固定座，所述旋转头与主轴、放纤轴和光纤盘穿过大圆孔并分设在导轮架固定座两边；一对绕环臂的主轴同轴布置且端头相对，用于通过与光纤环骨架匹配的工装夹持光纤环骨架；所述导轮架固定座还连有导轮固定架，导轮固定架位于主轴的一侧并设有若干导纤轮，用于将光纤盘上引出的光纤导向至光纤环骨架。上述技术方案中，所述导轮固定架上还设有至少一个张力轮，用于在传导光纤的同时传递光纤的张力。进一步地，所述张力轮连有张力传感器，用于监控光纤张力。上述技术方案中，所述若干导纤轮中，至少一只导纤轮通过支撑杆与导轮固定架铰接，支撑杆的活动端与导轮固定架之间连有弹性部件。上述技术方案中，所述导轮架固定座呈方形板状，导轮架固定座的至少一个侧面开有2 4个螺孔，所述导轮固定架与导轮架固定座经上述螺孔螺栓连接。进一步地，所述导轮架固定座的四个侧面均开有螺孔，不同侧面上，螺孔的设置位置不同，用于调节导轮架的旋转半径。
上述技术方案中，所述导轮架、旋转头、放纤轴和光纤盘为铝、铝合金或工程塑料材质。与现有技术相比，本发明的有益效果在于
(1)采用了结构完全相同的一对绕环臂，能够确保两者绕环时的一致性；
(2)本绕环机构采用固定光纤环骨架、转动一对绕环臂的方式进行光纤绕制，较传统设备在使用中旋转光纤环骨架的方式，能够保证绕环过程的准确和平稳，同时最大程度的减小了光纤环圆周上各点的张力偏差；
(3)导轮架的结构设置，能够集成张力控制、张力传感、光纤导向、绕环导纤等功能，有利于实现绕环设备的自动化和小型化；
(4)绕环臂内部结构采用螺丝固定，使得本绕环机构的安装和拆卸都很方便，便于使用和维护；
(5)弹性部件的设置，能够使光纤在张力过大时有一定的缓冲空间，有效防止了断纤的发生；
(6)采用了高精度的张力传感器检测张力，有利于光纤张力的实时监测和控制；
(7)导轮架固定座四个侧面上，螺孔到相应侧面的边缘距离不同，能够通过导轮固定架与不同侧面连接，调节导轮架的旋转半径，适于不同型号的光纤环的绕制；
(8)导轮架、旋转头、放纤轴和光纤盘采用铝、铝合金或工程塑料等轻质材质制作，减轻了移动部件的重量，有利于减小对光纤的移动阻力，提高光纤运动的稳定性。
图I为本发明一个实施例的结构示意图。图2为图I机构的主视图。图3为图I中左/右导轮架的结构示意图。图4为图3导轮架的后视图。图5为图3导轮架上的光纤走向示意图。图中1 一左旋转头(其中101—左导轮架齿轮，102—左放纤轴齿轮，103—左轴齿轮)，2—右旋转头(其中201—右导轮架齿轮，202—右放纤轴齿轮，203—右轴齿轮)，3—左导轮架，4一右导轮架(401—导轮架固定座，402—大圆孔，403、404—螺孔，405—条形开口，406—导轮固定架，407、410、412、413—导纤轮，409—张力轮，408、411、414、416—支撑杆，415—张力传感器，417一弹黃，418—螺孔)，5一左主轴，6—右主轴，7一光纤环骨架，8—左放纤轴，9 一右放纤轴，10—左光纤盘，11 一右光纤盘，12—固定环圈。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。
如图I至图4所示，本发明的一种旋转绕环机构，包括一对结构相同的绕环臂，称为左绕环臂和右绕环臂。以右绕环臂为例，它包括右导轮架4及同轴设置的右旋转头2、右主轴6、右放纤轴9和右光纤盘11。右旋转头2为由右导轮架齿轮201、右放纤轴齿轮202和右轴齿轮203构成的齿轮组。右导轮架齿轮201、右放纤轴齿轮202和右轴齿轮203同轴布置、互不干扰，可分别在电机等外部动力设备的驱动下正/反方向旋转。右绕环臂能够在驱动电机的控制下整体轴向平移，右主轴6还能够独立轴向平移。右导轮架齿轮201与右导轮架4固定，右放纤轴齿轮202与右放纤轴9固定，右轴齿轮203与右主轴6固定。右放纤轴9套装在右主轴6上，可绕右主轴6转动。右光纤盘11呈工字轮状，用于存储和释放待绕制的光纤，它套在右放纤轴9上，并用固定环圈12旋紧固定，可随右放纤轴9 一起旋转。右导轮架4包括呈方形板状并开有大圆孔402的导轮架固定座401，上述右旋转头2、右主轴6、右放纤轴9和右光纤盘11构成的组件穿过该大圆孔402并分设在导轮架固定座401两边，其中，导轮架固定座401沿大圆孔402 —周开有螺孔403，右导轮架齿轮201经该螺孔403与导轮架固定座401固定。导轮架固定座401的四个侧面分别开有三个螺孔404，且不同侧面上，螺孔404的设置位置和间距不同。导轮架固定座401即通过其侧面的螺孔404连接导轮固定架406，导轮固定架406的一端设有条形开口 405，条形开口 405与导轮 架固定座401侧面的一排螺孔404配合，用于实现二者的螺栓连接；导轮固定架406的工作面位于右主轴6的一侧，其上通过四根支撑杆408、411、414、416和若干转轴设有四个导纤轮407、410、412、413，此外，本实施例还设有张力轮409和张力传感器415，便于光纤张力的控制。四个导纤轮407、410、412、413和张力轮409 —起，用于无扭转、无过度弯折的引导光纤。如图4所示，导纤轮410通过固定的两根支撑杆411、416与导轮固定架406铰接，支撑杆416的活动端还与导轮固定架406之间连有弹簧417，在光纤张力过大时，可通过支撑杆411、416的小角度转动和弹簧417的拉伸起到缓冲作用。左绕环臂则包括左导轮架3及同轴设置的左旋转头I、左主轴5、左放纤轴8和左光纤盘10，其结构和右绕环臂完全相同。左主轴5和右主轴6同轴布置且端头相对，能够通过与光纤环骨架7匹配的工装夹持光纤环骨架7。本绕环机构适用的光纤环骨架7，其内部绕纤部分的截面可以是圆形、腰圆形、椭圆形等。如图5所示，上述导纤轮407、张力轮409、导纤轮410、导纤轮412和导纤轮413分别依次对左、右光纤盘10、11引出的光纤进行导向，至光纤环骨架7。采用本发明绕环机构，利用四级对称绕法进行光纤环绕制的过程大致为
1)根据光纤环的长度，以及四级对称绕法原理，计算出左右两边绕环需要放置的光纤长度，留足尾纤，并在光纤上作出两个端点及其中点的标记，三处标记分别为左段光纤终点、右段光纤终点和光纤中点。然后将左右两边的光纤分别盘绕在左光纤盘10和右光纤盘11上；
2)将左光纤盘10、右光纤盘11分别套在左放纤轴8和右放纤轴9上，并用固定环圈12固定。将左光纤盘10、右光纤盘11中间的光纤卡在光纤环骨架7背面的凹槽内，然后通过左主轴5、右主轴6及相应的工装将光纤环骨架7同轴固定。接下来按照图5所示的光纤走向将左光纤盘10和右光纤盘11上的光纤分别盘绕在左导轮架3和右导轮架4上面，再将光纤以垂直于光纤环骨架7中轴线的方式紧贴其右壁内侧，并调整左右光纤长度使光纤中点对准骨架外壁的中点标记；3)开始进行四极对称法绕环
3. I)控制电机使左导轮架3不动，使左主轴5、右主轴6、右光纤盘11、右导轮架4以相同的角速度按图2 (下同)的右视逆时针旋转，左光纤盘10在电机控制下以反馈速度右视逆时针旋转，左主轴5与右主轴6带动光纤环骨架7同步旋转，通过监控光纤环骨架7的光纤环直径，实时调整左光纤盘10的速度，从而实现左光纤盘10放纤、光纤环骨架7以相同的线速度收纤、右光纤盘11不放纤。将左段光纤以垂直于光纤环骨架7中轴线的方式按右视逆时针方向绕制第一层，直至骨架最左侧；
3. 2)控制电机使右导轮 架4不动，使左主轴5、右主轴6、左光纤盘10、左导轮架3以相同的角速度右视顺时针旋转，右光纤盘11在电机控制下以反馈速度右视顺时针旋转，左主轴5与右主轴6带动光纤环骨架7同步旋转，通过监控光纤环骨架7的光纤环直径，实时调整右光纤盘11的速度，从而实现右光纤盘11放纤、光纤环骨架7以相同的线速度收纤、左光纤盘10不放纤。将右段光纤以垂直于光纤环骨架7中轴线的方式按右视顺时针方向绕制第二层，直至骨架最左侧剩余一匝光纤处；
3. 3)保持步骤3. 2)中的电机转动方向，将右段光纤以垂直于骨架中轴线的方式按右视顺时针方向绕制第三层，直至骨架最右侧；
3. 4)按照步骤3. I)的电机旋转方式，将左段光纤按反方向沿骨架内侧壁绕至第三层上方，然后以垂直于骨架中轴线的方式按右视逆时针方向绕制第四层，直至骨架右侧剩余一阻光纤处；
3. 5)重复上述步骤3. I)至3. 4)，直至绕制了 4N层光纤，且右段光纤和左段光纤分别绕至右段光纤终点和左段光纤终点；4N层光纤的每一层匝数相等，N为不小于I的整数；
3. 6)将右段光纤和左段光纤的尾纤分别固定在光纤环骨架7侧壁上；
3.7)通过电气控制,松开左主轴5、右主轴6,连同左光纤盘10、右光纤盘11上剩余的尾纤一起取下光纤环骨架7，即完成一个光纤环的绕制工作。本发明的核心在于一对绕环臂及其具体结构的设置，使得结合相应的动力设备后绕环过程的自动化程度高，极大的减少了因人工操作引入的不良影响，绕制的光纤环产品品质高。所以其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如导纤轮的数量、位置不限于实施例所述，只要能实现光纤盘至光纤环骨架7的可控导向即可；对于张力控制部分，采用金属弹片等弹性部件代替弹簧417也是可行的等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种旋转绕环机构，其特征在于它包括一对结构相同的绕环臂；每一绕环臂分别包括导轮架及同轴设置的旋转头、主轴、放纤轴和光纤盘；所述旋转头为由导轮架齿轮、放纤轴齿轮和主轴齿轮构成的齿轮组，导轮架齿轮、放纤轴齿轮和主轴齿轮同轴布置、互不干扰，用于分别在外接动力设备的驱动下旋转；所述导轮架齿轮与相应的导轮架固定，放纤轴齿轮与相应的放纤轴固定，主轴齿轮与相应的主轴固定；所述放纤轴套装在主轴上，光纤盘固定在放纤轴上，用于同放纤轴一起在放纤轴齿轮带动下绕主轴转动；所述导轮架包括开有大圆孔的导轮架固定座，所述旋转头与主轴、放纤轴和光纤盘穿过大圆孔并分设在导轮架固定座两边；一对绕环臂的主轴同轴布置且端头相对，用于通过与光纤环骨架匹配的工装夹持光纤环骨架；所述导轮架固定座还连有导轮固定架，导轮固定架位于主轴的一侧并设有若干导纤轮，用于将光纤盘上引出的光纤导向至光纤环骨架。
2.根据权利要求I所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述导轮固定架上还设有至少一个张力轮，用于在传导光纤的同时传递光纤的张力。
3.根据权利要求2所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述张力轮连有张力传感器，用于监控光纤张力。
4.根据权利要求I所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述若干导纤轮中，至少一只导纤轮通过支撑杆与导轮固定架铰接，支撑杆的活动端与导轮固定架之间连有弹性部件。
5.根据权利要求I至4中任一权利要求所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述导轮架固定座呈方形板状，导轮架固定座的至少一个侧面开有2 4个螺孔，所述导轮固定架与导轮架固定座经上述螺孔螺栓连接。
6.根据权利要求5所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述导轮架固定座的四个侧面均开有螺孔，不同侧面上，螺孔的设置位置不同，用于调节导轮架的旋转半径。
7.根据权利要求I至4中任一权利要求所述的一种旋转绕环机构，其特征在于所述导轮架、旋转头、放纤轴和光纤盘为铝、铝合金或工程塑料材质。
全文摘要
一种旋转绕环机构，包括一对结构相同的绕环臂；每一绕环臂分别包括导轮架及同轴设置的旋转头、主轴、放纤轴和光纤盘；旋转头为由导轮架齿轮、放纤轴齿轮和主轴齿轮构成的齿轮组，三个齿轮同轴布置、互不干扰，分别在外接动力设备的驱动下旋转；导轮架齿轮、放纤轴齿轮、主轴齿轮分别与相应的导轮架、放纤轴、主轴固定；放纤轴套装在主轴上，光纤盘固定在放纤轴上；导轮架包括开有大圆孔的导轮架固定座，旋转头与主轴、放纤轴和光纤盘穿过大圆孔并分设在导轮架固定座两边；一对绕环臂的主轴同轴布置且端头相对；导轮架固定座还连有导轮固定架，导轮固定架位于主轴的一侧并设有若干导纤轮，用于将光纤盘上引出的光纤导向至光纤环骨架。
文档编号G01C19/72GK102914300SQ20121036804
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者郭伟华, 杨娟, 李宏, 李家乐, 周红伟, 曲勇军, 汪洪海, 皮亚斌 申请人:武汉长盈通光电技术有限公司