一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备及其控制方法与流程

本发明涉及光纤预制棒生产设备技术领域，具体是涉及一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备及其控制方法。

背景技术：

当前伴随着5g通信技术的发展，光纤制造技术也在不断提高，以满足传输容量日益增大的需求，相较于无线传输通信、电传输通信等一些经典传输方式，光传输通信在大容量，高速率，长距离通信传输中有着良好的优势，应用前景十分广阔。因此在光纤预制棒加工或处理环节中，对设备性能和加工精度提出了更高的要求。

感应式拉伸设备采用高频感应炉作为加热部件，体积大，结构复杂，在拉伸光纤预制棒时不易观察棒径变化，当遇到异常状况时，难于进行手动干预。炉体出现故障，停机维修时，需要拆除大量零部件，相当费时、费力。

以工控机作为控制器的拉伸设备，主要以工业板卡来采集数据和控制外部硬件，开发技术难度大，且界面单调，不直观；当设备出现故障时，维护检查不方便。更换板卡后，还需要安装、配置驱动才能正常使用，十分繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术中感应式拉伸设备高频感应炉体积大，结构复杂的不足，提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备及其控制方法。

本发明提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，包括：

塔架主体，所述塔架主体包括：塔架、上夹盘装置、下夹盘装置及环形喷灯，所述上夹盘装置通过上夹盘升降装置安装在塔架正面的一对竖直导轨的上端，所述下夹盘装置通过下夹盘载台安装在塔架正面的一对竖直导轨的下端，所述上夹盘升降装置用于控制光纤预制棒拉伸运动，环形喷灯通过喷灯升降装置安装在塔架正面的一对竖直导轨的中间部位，所述环形喷灯的旁侧设有点火器，所述点火器用于点燃环形喷灯；

点火柜，所述点火柜内设有与环形喷灯连接的氢气供气管道和氧气供气管道，所述氢气供气管道上设有氢气流量计和氢气阀门组件，所述氧气供气管道上设有氧气流量计和氧气阀门组件。

优选方案：所述环形喷灯为圆环形结构，所述环形喷灯的外壁设有氢气进气口和氧气进气口，所述环形喷灯的内壁设有多个火焰孔，多个火焰孔沿环形喷灯的内壁环形均布排列，所述环形喷灯的外壁和内壁之间设有封闭的气体混合腔室，所述气体混合腔室分别与氢气进气口、氧气进气口、火焰孔连通，所述氢气供气管道与氢气进气口连通，所述氧气供气管道与氧气进气口连通；

所述环形喷灯的氢气进气口与氢气供气管道之间设有氢气阻火器，所述环形喷灯的氧气进气口与氧气供气管道之间设有设有氧气阻火器。

优选方案：所述点火柜内还设有工艺冷却水系统，所述工艺冷却水系统的冷却水管道上设有过滤器和手阀，所述环形喷灯的外壁还设有进水口和出水口，环形喷灯的外壁和内壁之间设有液体冷却腔室，所述进水口和出水口与液体冷却腔室连通，所述进水口与工艺冷却水系统的冷却水管道连通，所述出水口与工艺冷却水系统的进水管道连通。

优选方案：还包括控制柜，所述控制柜内设有plc控制器和控制面板，所述控制面板与plc控制器通信连接，所述plc控制器的输出端分别与上夹盘升降装置、喷灯升降装置、点火器、氢气流量计、氧气流量计、氢气阀门组件和氧气阀门组件连接，所述plc控制器控制所述上夹盘升降装置和喷灯升降装置升降运动，所述plc控制器控制所述点火器点燃环形喷灯，所述plc控制器控制氢气流量计和氧气流量计的流量，所述plc控制器控制氢气阀门组件和氧气阀门组件的开度。

优选方案：所述上夹盘升降装置包括上夹盘载台、第一电机和第一丝杠，所述上夹盘装置安装在上夹盘载台的底部，上夹盘载台与导轨滑动连接，所述第一电机安装在塔架上，所述第一丝杠转动连接在塔架上，且第一丝杠与导轨平行，所述第一丝杠和第一电机上均设有第一同步轮，所述第一丝杠和第一电机的同步轮通过第一同步带传动连接，所述第一丝杠上设有与上夹盘载台连接的第一丝杠螺母，所述第一电机通过正反向转动驱动上夹盘载台升降运动，所述上夹盘载台的顶部设有限位杆，所述塔架的顶部设有上限位开关，所述上夹盘载台的底部设有喷灯限位开关，所述下夹盘载台的顶部设有下限位开关。

优选方案：所述塔架上设有第三电机和花键轴，第三电机安装在塔架上，花键轴转动连接在塔架上，花键轴通过齿轮分别与上夹盘装置和下夹盘装置啮合连接，第三电机的转子输出轴与花键轴固定连接，所述第三电机通过花键轴驱动上夹盘装置和下夹盘装置同步转动，所述塔架的顶部设有抽风罩。

优选方案：所述喷灯升降装置包括喷灯载台，第二电机和第二丝杠，所述环形喷灯安装在喷灯载台上，喷灯载台与导轨滑动连接，所述第二电机安装在塔架上，所述第二丝杠转动连接在塔架上，且第二丝杠与导轨平行，所述第二丝杠和第二电机上均设有第二同步轮，所述第二丝杠和第二电机的同步轮通过第二同步带传动连接，所述第二丝杠上设有与喷灯载台连接的第二丝杠螺母，所述第二电机通过正反向转动驱动喷灯载台升降运动，所述第二丝杠的端部设有离合器，所述离合器与塔架固定连接，所述离合器用于控制第二丝杠，防止第二丝杠自转。

优选方案：所述喷灯载台上设有棒径测量仪和火焰传感器，所述棒径测量仪用于实时测量安装在上夹盘装置和下夹盘装置之间的光纤预制棒的直径，所述火焰传感器用于检测环形喷灯的燃烧状态。

优选方案：所述喷灯载台上设有喷灯限位杆，所述喷灯限位杆用于控制环形喷灯的升降范围，所述喷灯载台的上方设有喷灯抽风罩，所述喷灯抽风罩与喷灯载台间隔设置，且喷灯抽风罩跟随喷灯载台升降运动，所述喷灯载台设有配重块，所述配重块通过牵引绳与定滑轮牵引喷灯载台升降运动。

本发明另一方面提供了一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备的控制方法，包括以下步骤：

设备上电后，控制柜对设备的运行状态进行自检，在设备各项状态安全时，控制面板进入管理员登录界面，若设备处于异常状态时，控制面板停止开机，并处于报修模式；

控制面板以管理员身份登录系统后，开启手动操作盒控制功能，将待拉伸的光纤预制棒穿过环形喷灯，采用上夹盘装置和下夹盘装置将光纤预制棒固定，关闭手动操作盒控制功能，启动第三电机驱动上夹盘装置和下夹盘装置同步转动，等待点火；

确认光纤预制棒安装无异常时，通过控制面板进行点火操作，点击氢气控制按钮后，氢气阀门组件打开，氢气流量计自动设定为20l/min，点火器伸出并点燃环形喷灯，火焰传感器检测到环形喷灯被点燃时，控制面板的氧气控制按钮被激活，点击氧气控制按钮后，氧气阀门组件打开，氧气流量计自动被设定为10l/min，氧气进入环形喷灯与氢气混合燃烧；

plc控制器根据设定程序控制上夹盘升降装置和喷灯升降装置在塔架上升降运动对光纤预制棒进行拉伸和加热，直至产品完工。

在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备及其控制方法，1、本燃烧式光纤预制棒拉伸设备采用了当下应用十分广泛的plc控制器作为主控制器，设备自动化程度高、稳定性好，适用于规模化生产，且市面plc控制器存量较多，购买比较方便，利于后期设备维护、产品的升级。2、本燃烧式光纤预制棒拉伸设备采用控制面板操控本燃烧式光纤预制棒拉伸设备自动化生产，实现了光纤预制棒加工或处理的集成控制，使操作员的操作时间减少了1/3，有效的提高了操作人员的工作效率。3、本燃烧式光纤预制棒拉伸设备采用了环形喷灯作为光纤预制棒的加热器件，该环形喷灯采用氢气燃烧、氧气助燃来加热光纤预制棒，该环形喷灯具有体积小、免维护、制造成本低、使用寿命长的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的塔架主体的结构示意图；

图2是本发明实施例的环形喷灯的结构示意图；

图3是本发明实施例的环形喷灯的结构剖面图；

图4是本发明实施例的方法流程图。

附图标记：1-抽风罩，2-第一电机，3-离合器，4-塔架，5-配重块，6-第三电机，7-第二电机，8-氢气供气管道，9-氧气供气管道，10-冷却水管道，11-定滑轮，12-限位杆，13-喷灯限位开关，14-上限位开关，15-上夹盘装置，16-喷灯抽风罩，17-光纤预制棒，18-棒径测量仪，19-火焰传感器，20-点火器，21-环形喷灯，22-氢气阻火器，23-氧气阻火器，24-喷灯限位杆，25-下夹盘装置，26-下限位开关，211-氢气进气口，212-氧气进气口，213-进水口，214-火焰孔，215-气体混合腔室，216-液体冷却腔室。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

参见图1所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，包括：

塔架主体，塔架主体包括：塔架4、上夹盘装置15、下夹盘装置25及环形喷灯21。上夹盘装置15通过上夹盘升降装置安装在塔架4正面的一对竖直导轨的上端，上夹盘装置15用于夹持光纤预制棒17向上运动，下夹盘装置25通过下夹盘载台固定安装在塔架4正面的一对竖直导轨的下端，上夹盘装置15、下夹盘装置25用于夹持光纤预制棒17的两端，并带动光纤预制棒17旋转运动。上夹盘装置15跟随上夹盘升降装置自由升降运动将光纤预制棒17拉伸到设定的长度改变光纤预制棒17的直径。

环形喷灯21通过喷灯升降装置安装在塔架4正面的一对竖直导轨的中间部位，在环形喷灯21的旁侧设有点火器20，点火器20优选为电子点火器，该点火器20用于点燃环形喷灯21。

点火柜，该点火柜内设有与环形喷灯21连接的氢气供气管道8和氧气供气管道9，其中，氢气供气管道(8)上设有氢气流量计和氢气阀门组件，氢气阀门组件优选为电磁阀门，氧气供气管道9上设有氧气流量计和氧气阀门组件，氧气阀门组件优选为电磁阀门。

控制柜，该控制柜内设有plc控制器和控制面板，plc控制器优选为西门子plc控制器，该控制面板优选为触控面板。该控制面板与plc控制器通信连接，所述plc控制器的输出端分别与上夹盘升降装置、喷灯升降装置、点火器22、氢气流量计、氧气流量计、氢气阀门组件和氧气阀门组件连接实现自动化控制。plc控制器控制上夹盘升降装置和喷灯升降装置升降运动，plc控制器控制点火器22点燃环形喷灯21，plc控制器控制氢气流量计和氧气流量计的流量，plc控制器控制氢气阀门组件和氧气阀门组件的开度。

工作原理

首先将待拉伸的光纤预制棒17穿过环形喷灯21，通过上夹盘装置15和下夹盘装置25将光纤预制棒17的上下端夹持固定，然后控制柜控制点火柜向环形喷灯21内通入氢气，氢气阀门组件打开，氢气流量计自动设定为20l/min的流速，点火器20伸出并点燃环形喷灯21，环形喷灯21被点燃时，控制面板的氧气控制按钮被激活，点击氧气控制按钮后，氧气阀门组件打开，氧气流量计自动被设定为10l/min的流速，氧气进入环形喷灯21与氢气混合燃烧。在环形喷灯21将预制棒17加热到设定温度后，光纤预制棒17的被加热区段将被加热软化，同时上夹盘装置15通过上夹盘升降装置向上缓缓牵引光纤预制棒17的上端拉伸。环形喷灯21也通过喷灯升降装置以设定速度向上移动，对光纤预制棒17进行加热，光纤预制棒17在被加热区段的直径将会显著变小，光纤预制棒17将被连续拉伸变细变长，最终变成等径的玻璃棒。在拉伸过程中，为了使光纤预制棒17被加热时能够更均匀的受热，提高拉伸后的工件质量，上夹盘装置15和下夹盘装置25夹持光纤预制棒17进行同步的匀速旋转运动。

实施例2

参见图2和图3所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例1相比，区别在于：所述环形喷灯21为圆环形结构、空心体，环形喷灯21采用耐烧蚀的金属材料或陶瓷材料。在环形喷灯21的外壁设有氢气进气口211和氧气进气口212，氢气进气口211和氧气进气口212的直径为10mm左右。在环形喷灯21的内壁设有多个火焰孔214，火焰孔214的直径为0.6mm左右。多个火焰孔214沿环形喷灯21的内壁环形均布排列，火焰孔214的具体数量、排布方式和孔口形状可以根据实际需要具体设定。

环形喷灯21的外壁和内壁之间设有封闭的气体混合腔室215，该气体混合腔室215为环形结构，气体混合腔室215分别与氢气进气口211、氧气进气口212、火焰孔214连通，气体混合腔室215用于对进入环形喷灯21内的氢气和氧气进行混合后从火焰孔排出后燃烧，加速并提高氢气的燃烧效率。点火柜的氢气供气管道8与氢气进气口211连通，氧气供气管道9与氧气进气口212连通。

在环形喷灯21的氢气进气口211与氢气供气管道8之间设有氢气阻火器22，环形喷灯21的氧气进气口212与氧气供气管道9之间设有设有氧气阻火器23，氢气阻火器22和氧气阻火器23用于防止燃烧的火焰蔓延到氢气供气管道8和氧气供气管道9，提高设备的安全性能。该环形喷灯21具有体积小、免维护、制造成本低、使用寿命长的优点。在使用过程中，环形喷灯21无需充入惰性气体密封保护，更加利于现场人员观察到光纤预制棒的棒径变化。本环形喷灯21采用燃烧的加热方式，光纤预制棒17的被加热区段温场变化更加均匀。

实施例3

参见图2和图3所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例2相比，区别在于：所述点火柜内还设有工艺冷却水系统，该工艺冷却水系统的冷却水管道10上设有过滤器和手阀，手阀用于控制工艺冷却水系统的冷却水管道10的流量，过滤器用于过滤冷却水中的杂质。在环形喷灯21的外壁还设有进水口213和出水口，进水口213和出水口相互远离。环形喷灯21的外壁和内壁之间设有液体冷却腔室216，液体冷却腔室216为环形结构，进水口213和出水口与液体冷却腔室216连通，进水口213与工艺冷却水系统的冷却水管道10连通，出水口与工艺冷却水系统的进水管道连通。工艺冷却水系统通过冷却水管道10向环形喷灯21内注入冷却水对环形喷灯21进行冷却处理，被加热的冷却水通过出水口排出，进行循环冷却降温，提高环形喷灯21的使用寿命。

实施例4

参见图1所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例1相比，区别在于：所述上夹盘升降装置包括上夹盘载台、第一电机2和第一丝杠，上夹盘装置15安装在上夹盘载台的底部，上夹盘载台与导轨滑动连接。第一电机2安装在塔架4上，第一丝杠转动连接在塔架4上，且第一丝杠与导轨平行。在第一丝杠和第一电机2上均设有第一同步轮，第一丝杠和第一电机2的同步轮通过第一同步带传动连接。第一丝杠上设有与上夹盘载台连接的第一丝杠螺母，第一丝杠螺母与第一丝杠螺纹连接。第一电机2通过正反向转动驱动第一丝杠旋转运动，第一丝杠将旋转运动转化为第一丝杠螺母的直线运动，进而实现上夹盘载台升降运动。

上夹盘载台的顶部设有限位杆12，在塔架4的顶部设有上限位开关14，限位杆12和上限位开关14用于控制上夹盘载台的上限位，上夹盘载台的底部设有喷灯限位开关13，防止环形喷灯21触碰上夹盘载台，在下夹盘载台的顶部设有下限位开关26，防止环形喷灯21触碰下夹盘载台，对环形喷灯21的行程空间进行控制，防止碰撞和干涉。

实施例5

参见图1所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例1相比，区别在于：所述塔架4上设有第三电机6和花键轴，第三电机6安装在塔架4上，花键轴转动连接在塔架4上，花键轴通过齿轮分别与上夹盘装置15和下夹盘装置25啮合连接，第三电机6的转子输出轴与花键轴固定连接。第三电机6通过花键轴驱动上夹盘装置15和下夹盘装置25同步转动，对光纤预制棒17被加热时能够更均匀的受热，提高拉伸后的工件质量。在塔架4的顶部设有抽风罩1，该抽风罩1用于抽取塔架4周围的灰尘和泄露的氢气，防止灰尘污染光纤预制棒17，并减少空气中氢气的浓度。

实施例6

参见图1所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例1相比，区别在于：所述喷灯升降装置包括喷灯载台，第二电机7和第二丝杠，环形喷灯21安装在喷灯载台上，喷灯载台与导轨滑动连接，所述第二电机7安装在塔架4上，第二丝杠转动连接在塔架4上，且第二丝杠与导轨平行。第二丝杠和第二电机上均设有第二同步轮，第二丝杠和第二电机的同步轮通过第二同步带传动连接。第二丝杠上设有与喷灯载台连接的第二丝杠螺母，第二丝杠螺母与第二丝杠螺纹连接，所述第二电机通过正反向转动驱动第二丝杠转动，第二丝杠将转动转化为第二丝杠螺母的直线运动，进而实现喷灯载台升降运动。在第二丝杠的端部设有离合器3，该离合器3与塔架4固定连接，离合器3用于控制第二丝杠，在第二丝杠停止转动时，离合器3向第二丝杠提供制动力，防止第二丝杠自转，防止环形喷灯21向下运动，提高环形喷灯21的位置精度。

实施例7

参见图1所示，本发明实施例提供一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备，本实施例与实施例1相比，区别在于：所述喷灯载台上设有棒径测量仪18和火焰传感器19，所述棒径测量仪18用于实时测量安装在上夹盘装置15和下夹盘装置25之间的光纤预制棒17的直径，将测量光纤预制棒17的直径进行显示，便于现场人员观测到光纤预制棒17的棒径变化。火焰传感器19用于检测环形喷灯21的燃烧状态，火焰传感器19与plc控制器的输入端连接，火焰传感器19用于提高环形喷灯21的安全性。本环形喷灯21的燃烧必须先通入氢气燃烧后再通入氧气助燃，防止出现爆炸事故发生；本火焰传感器19可以检测到氢气燃烧后才能控制氧气阀门组件打开，为环形喷灯21提供氧气阻燃，防止现场人员误操作，提高设备使用的安全性能。

所述喷灯载台上设有喷灯限位杆24，该喷灯限位杆24用于控制环形喷灯21的升降范围，防止环形喷灯21与上夹盘装置15和下夹盘装置25发生碰撞和干涉。在喷灯载台的上方设有喷灯抽风罩16，喷灯抽风罩16与喷灯载台间隔设置，且喷灯抽风罩16跟随喷灯载台升降运动。喷灯抽风罩16用于控制环形喷灯21的火焰燃烧范围，精确控制光纤预制棒17的被加热区段的长度。在喷灯载台设有配重块5，配重块5通过牵引绳与定滑轮11牵引喷灯载台升降运动，维持喷灯载台的重力平衡。

实施例8

本发明实施例还提供了一种燃烧式光纤预制棒拉伸设备的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、设备上电后，控制柜对设备的运行状态进行自检，在设备各项状态安全时，控制面板进入管理员登录界面，若设备处于异常状态时，控制面板停止开机，并处于报修模式。

步骤2、控制面板以管理员身份登录系统后，开启手动操作盒控制功能，若控制面板未以管理员身份登录，只能开启手动操作盒控制功能；将待拉伸的光纤预制棒17穿过环形喷灯21，采用上夹盘装置15和下夹盘装置25将光纤预制棒17固定，关闭手动操作盒控制功能，启动第三电机6驱动上夹盘装置15和下夹盘装置25同步转动，等待点火启动。

步骤3、确认光纤预制棒17安装无异常时，通过控制面板进行点火操作，首先点击氢气控制按钮后，氢气阀门组件打开，氢气流量计自动设定为20l/min，点火器20伸出并点燃环形喷灯21中的氢气，火焰传感器19检测到环形喷灯21被点燃时，控制面板的氧气控制按钮被激活，点击氧气控制按钮后，氧气阀门组件打开，氧气流量计自动被设定为10l/min，氧气进入环形喷灯21与氢气混合燃烧。

步骤4、plc控制器根据设定程序控制上夹盘升降装置和喷灯升降装置在塔架4上升降运动对光纤预制棒17进行拉伸和加热，plc控制器检测到环形喷灯21的位置是否＞0，若环形喷灯21的位置＞0则切换到自动生产程序，若否则进入手动操作程序。在自动生产程序过程中plc控制器检测环形喷灯21和上夹盘升降装置的运动速度是否为0，若为0则环形喷灯21和上夹盘升降装置处于停止状态，停止环形喷灯燃烧，点火停止。若不为0，环形喷灯21和上夹盘升降装置处于运动状态，持续自动化生产，直至产品完工。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。