一种环圈灌胶封装试验装置的制作方法

本实用新型涉及导航仪制造技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺导航仪光纤环圈灌胶封装试验装置。

背景技术：

光纤环圈是光纤陀螺仪进行定位导航的核心部件，尤其是高精度陀螺仪光纤环圈的光纤直线长度达到十千米以上、直径达到微米级别，光纤缠绕成环圈时的缠绕精度以及缠绕后环圈的固化封装精度直接影响着陀螺仪的工作精度。光纤缠绕后的固化封装一般是使用环氧树脂胶进行浸灌胶封装，然后紫外光照射胶液固化对光纤环圈形成封装。在高精度光纤环圈的灌胶封装工艺中，为了使光纤环圈环之间和层层之间没有空气或气泡，在光纤缠绕成光纤环圈后浸入真空罐的胶体中进行真空浸胶，还需要在压力罐中进行压力灌胶，从而将环圈缝隙之间的气泡彻底挤压出，保证封装的致密性，但目前该工艺没有统一的标准，并且不同标准尺寸的光纤环圈其封装工艺也不完全一致，因此经常有浸胶和灌胶过程中的微小气泡、光纤层间微小间隙气泡存在，空气去除不彻底会产生固化致密性不均匀等缺陷存在，最终影响陀螺仪导航精度。因此急需设计一种光纤环圈灌胶封装试验装置，能够按照用户的开放式参数化操控进行光纤环圈的封装试验，为每个规格的光纤环圈封装获得精确的工艺路线。本实用新型独创在同一个罐体内进行真空浸胶和压力灌胶的装置，实现光纤环圈封装后层与层之间粘接牢固，基本无间隙和气泡存在，大幅提高光纤环圈封装质量，并且为此装置的正确高效使用设计了工艺试验方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种环圈灌胶封装试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型一种环圈灌胶封装试验装置主要包括：箱体1、胶罐2、下层风扇3、搅拌器4、微波发生器5、胶罐盖6、旋转电机7、回胶管阀门8、注胶管阀门9、回胶管10、隔层11、加热片12、压力罐13、支撑架14、温度传感器15、注胶管16、上层风扇17、压力罐盖18、压力计19、压力罐真空计20、压力管21、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23、真空管24、压力泄压阀25、压力保压阀26、真空泵27、压力泵28、气压管29、气泵30、控制器31、显示屏32、胶罐真空泄压阀33、胶罐真空保压阀34、胶罐真空计35、胶罐温度传感器36、加热板37、支架38。

所述支撑架14包括：支撑杆14-1、螺栓14-2、内环温度传感器14-3、光纤环圈14-4；其特征在于：所述箱体1被隔层11分为上下两层，支架38安装在箱体1的下层底板上，胶罐2安装在支架38上且罐底不接触底板，罐底下面设置加热板37，胶罐2罐底设置通孔；胶罐盖6上开设三个通孔，其中一个中心孔为电机轴孔，一个真空管孔、一个回胶管孔；胶罐盖6和胶罐2紧固密封连接，上端安装旋转电机7，电机轴通过电机轴孔及密封轴承伸入罐内连接搅拌器4的旋转轴，胶罐盖6下侧设置微波发生器5。

所述压力罐13固定在隔层11上部，压力罐13外侧底部设置加热片12，罐内底面中心位置设置圆柱凸台，凸台圆柱面设置外螺纹，凸台上安装支撑架14，罐内侧壁上安装温度传感器15，罐侧壁上开设一个通孔和胶罐2的底部通孔之间通过注胶管16紧固密封连接，注胶管16上设置注胶管阀门9；压力罐盖18和压力罐13能够紧固密封连接，罐盖上开设两个通孔；所述压力罐13的底部通孔和胶罐盖6上另一个通孔之间通过回胶管10紧固密封连通，回胶管10上设置回胶管阀门8。

所述真空泵27设置在隔层11上侧的压力罐13右侧，真空管24通过三通分出两个支管，其中一个支管和压力罐盖18上一个通孔密封连接，此支管上由左至右依次设置压力罐真空计20、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23；真空管24的另外一个支管和胶罐盖6上的真空管孔密封紧固连接，此支管上由左至右依次设置胶罐真空计35、胶罐真空保压阀34、胶罐真空泄压阀33。

所述压力泵28设置在隔层11的上侧真空泵27右侧，压力管21和压力罐盖18上的另一个通孔密封紧固连接，压力管21上由左至右依次设置压力计19、压力泄压阀25、压力保压阀26。

所述气泵30设置在隔层11的下侧，气泵30的气压管29各支管分别连接注胶管阀门9、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23、压力泄压阀25、压力保压阀26、胶罐真空泄压阀33、胶罐真空保压阀34提供气压动力。

所述下层风扇3设置于箱体1的下层箱体壁上，所述上层风扇17设置于箱体1的上层箱体壁上。

所述控制器31设置在隔层11的下侧，分别和灌胶装置的各加热元件、传感器元件、阀门元件、泵类器件、电机等连接并实现时间、压力、压强、温度、阀门通断、电机开关、风扇等控制，显示屏32连接设置在控制器31旁。

进一步的技术方案在于：所述胶罐2为导热硬质金属材料制造，外面包裹保温材料；胶罐2呈空心圆柱形，直径200～300mm，高度300～400mm，密闭时能够内、外承压≥10 atm；胶罐2内部的温度控制范围：常温～200℃，温度从常温加热到200℃时间≤10min，温度控制精度1℃；真空泵27工作时，内部的真空度≤0.8Pa，抽速≥5L/S；所述胶罐盖6为硬质金属材料制造。

进一步的技术方案在于：所述加热片12距离隔层11不低于2厘米。

进一步的技术方案在于：所述温度传感器15距离压力罐13底面距离不低于2厘米。

进一步的技术方案在于：所述支撑架14结构结构特征为，支撑杆14-1上部为中空细圆柱杆，圆柱杆上设置外螺纹，下部有外凸台，下端设置内凹孔，内凹孔内设置内螺纹，螺纹尺寸与压力罐13内部凸台圆柱面外螺纹相配合。

进一步的技术方案在于：所述压力罐13为导热硬质金属材料制造，外面包裹保温材料，压力罐13呈空心圆柱形，直径300～400mm，高度300～400mm，紧固密闭时能够内、外承压≥10 atm。

进一步的技术方案在于：所述压力罐13内部的温度控制范围：常温～200℃，温度从常温加热到200℃时间≤10min，温度控制精度1℃；真空泵27工作时，压力罐13内的真空度≤0.8Pa，抽速≥5L/S；压力泵28工作时，压力罐13内的压力范围为0.8atm～10atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm。

进一步的技术方案在于：所述各阀门为气动驱动。

进一步的技术方案在于：所述压力管21、真空管24为波纹管。

进一步的技术方案在于：所述控制器31选用PLC控制器，控制器31上设置三个机械按压式开关按钮，分别是启动按钮、停止按钮和急停按钮；所述显示屏32选用LED触摸显示屏，能够输入数据参数并传输给控制器31，也能显示各种控制数据。

附图说明

图1为本实用新型总体结构示意图；

图2为支撑杆支撑杆14-1结构示意图；

图3为支撑架14结构示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型一种环圈灌胶封装试验装置主要包括：箱体1、胶罐2、下层风扇3、搅拌器4、微波发生器5、胶罐盖6、旋转电机7、回胶管阀门8、注胶管阀门9、回胶管10、隔层11、加热片12、压力罐13、支撑架14、温度传感器15、注胶管16、上层风扇17、压力罐盖18、压力计19、压力罐真空计20、压力管21、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23、真空管24、压力泄压阀25、压力保压阀26、真空泵27、压力泵28、气压管29、气泵30、控制器31、显示屏32、胶罐真空泄压阀33、胶罐真空保压阀34、胶罐真空计35、胶罐温度传感器36、加热板37、支架38。

所述支撑架14包括：支撑杆14-1、螺栓14-2、内环温度传感器14-3、光纤环圈14-4；其特征在于：如图1所示，所述箱体1被隔层11分为上下两层，支架38安装在箱体1的下层底板上，胶罐2安装在支架38上且罐底不接触底板，罐底下面设置加热板37，胶罐2罐底设置通孔；胶罐盖6上开设三个通孔，其中一个中心孔为电机轴孔，一个真空管孔、一个回胶管孔；胶罐盖6和胶罐2紧固密封连接，上端安装旋转电机7，电机轴通过电机轴孔及密封轴承伸入罐内连接搅拌器4的旋转轴，胶罐盖6下侧设置微波发生器5。

所述压力罐13固定在隔层11上部，压力罐13外侧底部设置加热片12，罐内底面中心位置设置圆柱凸台，凸台圆柱面设置外螺纹，凸台上安装支撑架14，罐内侧壁上安装温度传感器15，罐侧壁上开设一个通孔和胶罐2的底部通孔之间通过注胶管16紧固密封连接，注胶管16上设置注胶管阀门9；压力罐盖18和压力罐13紧固密封连接，罐盖上开设两个通孔；所述压力罐13的底部通孔和胶罐盖6上另一个通孔之间通过回胶管10紧固密封连通，回胶管10上设置回胶管阀门8。

所述真空泵27设置在隔层11上侧的压力罐13右侧，真空管24通过三通分出两个支管，其中一个支管和压力罐盖18上一个通孔密封连接，此支管上由左至右依次设置压力罐真空计20、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23；真空管24的另外一个支管和胶罐盖6上的真空管孔密封紧固连接，此支管上由左至右依次设置胶罐真空计35、胶罐真空保压阀34、胶罐真空泄压阀33。

所述压力泵28设置在隔层11的上侧真空泵27右侧，压力管21和压力罐盖18上的另一个通孔密封紧固连接，压力管21上由左至右依次设置压力计19、压力泄压阀25、压力保压阀26。

所述气泵30设置在隔层11的下侧，气泵30的气压管29分别连接注胶管阀门9、压力罐真空泄压阀22、压力罐真空保压阀23、压力泄压阀25、压力保压阀26、胶罐真空泄压阀33、胶罐真空保压阀34，提供气压动力。

所述下层风扇3设置于箱体1的下层箱体壁上，所述上层风扇17设置于箱体1的下层箱体壁上。

所述控制器31设置在隔层11的下侧，分别和灌胶装置的各加热元件、传感器元件、阀门元件、泵类器件、电机等连接并实现时间、压力、压强、温度、阀门通断、电机开关、风扇等控制，显示屏32连接设置在控制器31旁。

环圈灌胶封装工艺试验方法：

（1）工艺方法原理：将光纤环圈置于刚性密闭容器中，首先在密闭容器中构建真空环境，环圈缝隙中的空气大量溢出抽走；胶罐内的胶液在一定真空环境、温度环境、搅拌条件、微波照射环境下，胶液自身含有的微量气泡破裂溢出；然后将胶罐内的胶液注入真空容器并溢过光纤环圈，纯净胶液浸入环圈缝隙间，将缝隙内的残存的气泡挤出抽走，完成浸胶工序；浸胶完成后在密闭容器中构建压力环境，向密闭容器中注入压力空气，气压作用于胶液上，进而作用在光纤环圈上，使胶液进一步灌入环圈缝隙内，彻底挤出环圈内部气泡，同时使环圈内胶液充盈而均匀，完成灌胶工序；通过紫外照射光纤环圈上的环氧树脂胶，使之固化，再进行振动去应力处理，从而使固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡，无内部应力，大幅降低内、外部环境对光纤环圈封装质量的不利影响，完成固化工序。

（2）工作环境设置：设置压力罐13，内部的温度控制范围：常温～200℃，温度从常温加热到200℃时间≤10min，温度控制精度1℃，真空泵27工作时，压力罐13内的真空度≤0.8Pa，抽速≥5L/S，压力泵28工作时，压力罐13内的压力范围为0.8atm～10atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm；设置胶罐2内部的温度控制范围：常温～200℃，温度从常温加热到200℃时间≤10min，温度控制精度1℃；真空泵27工作时，内部的真空度≤0.8Pa，抽速≥5L/S。

（3）胶液处理工艺：使不超过胶罐2总容积2/3的胶液流入罐内，通过胶罐盖6密封紧固，对其抽真空，真空度的控制范围为0.8Pa～100 Pa时；加热胶液，温度的控制范围为常温～200℃；搅拌器4旋转工作，微波发生器5照射工作，使胶液的气泡破裂，空气溢出抽走；保持罐内真空度、温度30分钟后，停止抽真空、加热、搅拌、微波照射等工作。

（4）真空浸胶工艺：将光纤环圈14-4放置在压力罐13内和压力罐盖18密封紧固，对其抽真空，真空度的控制范围为0.8Pa～100 Pa时，罐体温度的控制范围为常温～200℃，然后使胶罐2内的胶液流入压力罐13内，当胶液的液面高于光纤环圈14-4的高度后停止向罐内注胶，保持罐内真空度、温度1小时以上，然后压力罐13开始泄压，在30分钟内使罐内温度减低到常压下，胶液温度保持不变；

（5）加压灌胶工艺：对压力罐13进行加压，压力控制范围为0.8atm～10atm，加压时间≤20分钟，压力控制精度0.1atm，保温保压10～30分钟后，使压力罐13开始降温，1小时内将温度均匀降至70℃以下，光纤环圈14-4从压力罐13中取出；

（6）将光纤环圈14-4进行紫外固化和去应力操作；

（7）压力罐13内的真空度指标、压力指标、温度指标、速度控制指标（真空度、压力、温度的变化速度）、处理时间指标等均为可变控制指标参数，通过控制以上参数进行试验，获得不同规格光纤环圈灌胶封装的最佳工艺。

具体实施过程为：

真空浸胶过程：将光纤环圈14-4安装在支撑杆14-1上，通过螺栓14-2固定，支撑架14固定在压力罐13底部的凸台上，盖上压力罐盖18和压力罐13密封紧固；胶罐2内部盛光敏树脂胶液，胶液高度不超过胶罐2罐身高度的2/3，盖上胶罐盖6和胶罐2密封紧固；打开真空泵27，通过真空管24对压力罐13内部抽真空，压力罐真空计20显示其内部真空度，当真空度达到工艺设定值，气泵30通过气压管29打开压力罐真空保压阀23，使罐内保压，同时打开加热片12为压力罐13加热，温度传感器15监测罐内温度，当温度到达工艺设定值后使罐内保温，从而去除罐内、光纤环内、环圈之间的空气；在压力罐13保温保压过程中，真空泵27对胶罐2内部开始抽真空，胶罐真空计35显示其内部真空度，同时加热板37开始工作，为胶罐2及内部胶液加热，胶罐温度传感器36监测其内部温度，旋转电机7带动搅拌器4旋转搅拌胶液，微波发生器5工作辐射胶液，以上工序有益效果在于较彻底去除胶液中的气泡；胶罐2内真空度和温度达到工艺设定值后，打开胶罐真空保压阀34进行保温保压；压力罐13和胶罐2保温保压达到工艺设定时间后，气泵30通过气压管29打开注胶管阀门9和胶罐真空泄压阀33，空气通过胶罐真空泄压阀33进入胶罐2内部，压力罐13和胶罐2之间存在压差，胶罐2中的胶液通过注胶管16流入压力罐13内；当压力罐13中胶液高度浸没光纤环圈14-4后，关闭注胶管阀门9，压力罐13内继续按工艺要求进行温度、真空度、浸胶时间控制，直到达到工艺设定值，打开压力罐真空泄压阀22，关闭加热片12，使罐内温度和压力达到工艺设定值，完成真空浸胶过程。

压力灌胶过程：通过压力泵28为压力罐13内加压，压力管21上的压力计19显示罐内压力值，同时加热片12工作，为罐内胶液加热；当罐内压力和温度按工艺要求达到预定值后，压力保压阀26打开进行保压及保温；保温保压达到工艺设定值后，关闭压力保压阀26及加热片12，按工艺要求泄压和降温到预定值，打开压力罐13，将支撑架14从罐中取出，完成灌胶过程，罐内胶液通过回胶管10及回胶管阀门8流回胶罐2。

取出的支撑架14及其上的光纤环圈14-4置入固化设备上进行紫外照射固化封装。

控制器31优先选用PLC控制器，显示屏32选用LED触摸显示屏，能够和控制器18进行数据交换。控制器31上设置三个机械按压式开关按钮，分别是启动按钮、停止按钮和急停按钮，其中启动按钮实现本试验机按预设程序工作，停止按钮实现按预设程序停止工作，急停按钮实现各泄压阀立刻打开、各加热装置立刻关闭、各风扇开始或保持转动，然后其它电器元件全部断电，1-2分钟后总电源断电（时间可设定），以上优势效果在于保证高温高压设备的使用安全性。

优点：工艺方法科学合理，能够按照用户的开放式参数化操控进行光纤环圈的封装试验，为每个规格的光纤环圈封装获得精确的工艺路线；单压力罐设计结构巧妙简捷，光纤环圈固化封装效果好，固化后环圈层与层之间粘接牢固，无间隙和气泡。