用于超大光纤环的光纤绕环机的制作方法

1.本发明涉及光纤环绕制领域，尤其是涉及一种用于超大光纤环的光纤绕环机。


背景技术：

2.传统地震仪仅能测量线性运动，因此在过去的地震波的研究历史中的很长时间都局限于平移分量的测量，旋转地震学也因此发展缓慢。随着光纤陀螺的飞速发展，三分量光纤陀螺应运而生，作为一种新型的旋转角速度测量设备。
3.由于sagnac效应与光路围成面积有关，光纤环有效面积由光纤环有效直径及有效长度相乘所得，因此提高光纤环面积，即增加光纤长度和增大光纤环直径是提高光纤陀螺仪信号强度的途径之一；相比于激光陀螺仪,超大环光纤陀螺仪整体为全固态结构,无自锁效应,对光学工艺的要求相对来说没有那么严格,总体造价成本相对便宜,由于光纤的可延展性使得光纤环的直径可以做的很大,直接增强了sagnac效应,所以超大环光纤陀螺仪在世界时ut1和大地测量学以及地震学等方面均有重要的应用。
4.目前，普通光纤环直径均在0.3m以下，而超大光纤陀螺仪的光纤环直径已达米级别，光纤长度为 20 km，但是光纤环直径越大，排纤及张力控制越难以控制，绕制难度越大，对设备排纤、张力控制机构要求越高，市面上未见相应的绕制设备。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于超大光纤环的光纤绕环机，解决了超大型光纤环的自动化绕制问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于超大光纤环的光纤绕环机，包括骨架环立架，骨架环立架一侧设有可转动的超大光纤环骨架，超大光纤环骨架竖向布置，超大光纤环骨架一侧设有排纤机构，排纤机构上下两侧各设有上出纤导轮组和下出纤导轮组，还设有放纤机构，放纤机构包括可转动的放纤轮，上出纤导轮组、放纤轮、排纤机构和下出纤导轮组可沿平行于超大光纤环骨架转轴轴线的方向整体移动，超大光纤环骨架侧面靠近外缘处设有光纤盘；排纤机构上下两侧设有涂胶机构。
7.优选的方案中，还包括侧向滑台机构，侧向滑台机构设有可滑动的滑动台，还设有竖板，竖板中部与滑动台连接，上出纤导轮组设在竖板上端，下出纤导轮组设在竖板下端，放纤机构设在竖板上，排纤机构与竖板连接。
8.优选的方案中，还设有可绕中部转动外伸杆，外伸杆一端设有可自转的舞蹈轮，光纤由下方绕过舞蹈轮，外伸杆转轴处设有编码器。
9.优选的方案中，放纤轮与上出纤导轮组或放纤轮与下出纤导轮组之间还设有换向轮组。
10.优选的方案中，放纤轮下方设有限位导向轮组，限位导向轮组包括第一滚筒组和第二滚筒组，第二滚筒组设在第一滚筒组下方，第一滚筒组和第二滚筒组在高度方向上设
有间距，第一滚筒组和第二滚筒组正交布置，滚筒组包括第一滚筒和第二滚筒，第一滚筒和第二滚筒平行布置，第一滚筒和第二滚筒之间设有夹缝，夹缝用于通过光纤。
11.优选的方案中，排纤机构包括位置调整台，位置调整台设有可滑动的滑动块，排纤机构还包括第一定位座，第一定位座与滑动块连接，第一定位座内设有可伸缩的第一伸缩杆，拨杆设在第一伸缩杆一端，拨杆端部设有可拆卸的拨动头。
12.优选的方案中，位置调整台包括调整台固定架，调整台固定架设有可滑动的滑动块，滑动块上设有前伸板，前伸板与第一定位座连接。
13.优选的方案中，涂胶机构包括第二定位座，第二定位座与前伸板连接，第二定位座内设有可伸缩的第二伸缩杆，第二伸缩杆位中空贯通结构，第二伸缩杆一端设有中空的外伸杆，外伸杆端部设有可拆卸的毛刷头。
14.优选的方案中，第二伸缩杆内靠近外伸杆端部处设有可滑动的第一活塞，第一活塞与外伸杆之间设有第四弹簧，第二伸缩杆内壁设有连通孔，第二伸缩杆外侧设有储存管，储存管与连通孔连通，储存管内设有第二活塞，第二活塞背侧设有第三弹簧。
15.优选的方案中，第二定位座和前伸板之间还设有气缸，止挡套上设有环形电磁铁，第二定位座靠近止挡套的一端设有磁环。
16.视觉系统用于监测排纤状况，若出现匝与匝之间排纤不紧密或重叠现象，则机构停止运行并报警。
17.本发明的有益效果为：放弃传统的后排纤机构，采用侧面排纤的方式，同时采用上下双向出纤，保证入纤光纤与骨架相切，入纤点在骨架同一位置；由于绕制的骨架过大，侧面排纤可以让入纤轮更加贴近骨架，避免入纤过程中光纤过多，不利于张力控制及排纤精度；侧面出纤可以空出操作位置，便于人员操作；设有涂胶机构，无需手动涂胶，提高了设备的自动化程度。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
19.图1是本发明的正侧示意图。
20.图2是本发明的背侧示意图。
21.图3是本发明的斜视图。
22.图4是本发明的部分机构侧视图。
23.图5是本发明的侧向滑台机构附近放大示意图。
24.图6是本发明的a处放大图。
25.图7是本发明的b处放大图。
26.图8是本发明的排纤机构示意图。
27.图9是本发明的视觉系统示意图。
28.图10是本发明的排纤及涂胶装置示意图。
29.图11是本发明的排纤及涂胶装置侧视图。
30.图12是本发明的排纤及涂胶装置端面视图。
31.图13是本发明的位置调整台优化示意图。
32.图14是本发明的涂胶机构示意图。
33.图15是本发明的涂胶机构剖视图。
34.图16是本发明的排纤机构剖视图示意图。
35.图17是本发明的涂胶机构细节放大图。
36.图中：超大光纤环骨架1；骨架环立架2；上出纤导轮组3；上出纤第一导轮301；上出纤第二导轮302；上出纤第三导轮303；视觉系统4；相机401；横移台402；放纤机构5；放纤轮501；减速器502；放纤电机503；立式支架504；排纤机构6；拨杆601；位置调整台602；调整台固定架603；滑动块604；丝杆605；前伸板606；旋钮607；第一滑槽608；第一定位座609；第一伸缩杆610；第一弹簧611；止挡螺钉612；第二滑槽613；第一卡销614；拨动头615；第一顶丝616；侧向滑台机构7；滑台电机701；滑动台702；竖板703；抬高架704；下出纤导轮组8；下出纤第一导轮801；下出纤第二导轮802；下出纤第三导轮803；底架9；地脚10；轴承座11；光纤盘12；收纤电机13；配电柜14；限位导向轮组15；第一滚筒1501；第二滚筒1502；换向轮组16；舞蹈轮17；外伸杆1701；涂胶机构18；第二定位座1801；第二伸缩杆1802；前伸杆1803；毛刷头1804；第二弹簧1805；止挡套1806；环形电磁铁1807；磁环1808；第一活塞1809；连通孔1810；分流块1811；储存管1812；第二活塞1813；第三弹簧1814；第四弹簧1815；气缸19。
具体实施方式
37.实施例1：如图1-17中，一种用于超大光纤环的光纤绕环机，包括骨架环立架2，骨架环立架2一侧设有可转动的超大光纤环骨架1，超大光纤环骨架1竖向布置，超大光纤环骨架1一侧设有排纤机构6，排纤机构6上下两侧各设有上出纤导轮组3和下出纤导轮组8，还设有放纤机构5，放纤机构5包括可转动的放纤轮501，上出纤导轮组3、放纤轮501、排纤机构6和下出纤导轮组8可沿平行于超大光纤环骨架1转轴轴线的方向整体移动，超大光纤环骨架1侧面靠近外缘处设有光纤盘12；排纤机构6上下两侧设有涂胶机构18。
38.超大光纤环骨架1竖向布置是指超大光纤环骨架1的转动轴线为平行或近似平行于水平面。
39.还设有底架9，底架9下侧设有多个地脚10，骨架环立架2设在底架9上，骨架环立架2上设有轴承座11，超大光纤环骨架1的转轴与轴承座11转动套接。
40.传统厘米级的光纤环骨架比较好布置，横向竖向均可，其他机构布置于光纤环骨架一侧，但是超大光纤环骨架1为超大光纤，直径一般为数米，若超大光纤环骨架1横向布置，设备占地面积过大，不利于车间布置，设备无法小型化。
41.光纤由中部开始绕制，初始时光纤一端盘绕在放纤轮501上，光纤另一端经过上出纤导轮组3或者下出纤导轮组8的导向，最终盘绕在光纤盘12上，利用胶带或其他方式将光纤盘12处的光纤固定，即超大光纤环骨架1转动时，光纤盘12处不放纤仅跟随超大光纤环骨架1转动，由放纤轮501转动放纤，超大光纤环骨架1转动的同时，排纤机构6将光纤压紧贴合在超大光纤环骨架1轮面上，上出纤导轮组3、放纤轮501、排纤机构6和下出纤导轮组8整体侧向移动绕制多匝，绕制完成后上出纤导轮组3、放纤轮501、排纤机构6和下出纤导轮组8整体反向移动绕制第二层，如此往复，即完成绕环动作。
42.超大光纤环骨架1中轴端部设有收纤电机13和减速装置，超大光纤环骨架1一侧设
有配电柜14，控制各机构运转。
43.优选的方案中，还包括侧向滑台机构7，侧向滑台机构7设有可滑动的滑动台702，还设有竖板703，竖板703中部与滑动台702连接，上出纤导轮组3设在竖板703上端，下出纤导轮组8设在竖板703下端，放纤机构5设在竖板703上，排纤机构6与竖板703连接。
44.由于超大光纤环骨架1为超大光纤环，侧向排纤时为了匹配超大光纤环骨架1的高度，需要安装抬高架704，将侧向滑台机构7安装在抬高架704上，侧向滑台机构7包括滑台电机701和丝杠导轨机构，滑台电机701连接丝杠端部，导轨滑块安装在滑动台702下端，滑动台702上端安装立式支架504架高放纤机构5，放纤机构5包括放纤电机503，放纤电机503连接减速器502，放纤轮501套在减速器502轴端。
45.排纤机构6包括可伸缩的拨杆601，适应性更好，拨杆601端头设有仿形于光纤的弧面凹口，还设有位置调整台602，位置调整台602用于调整拨杆601端部距离超大光纤环骨架1轮面的距离，同时也是调整排线时对光纤压紧力，位置调整台602通过外伸的支架板与竖板703连接。
46.拨杆601排纤时，在超大光纤环骨架1轮面和相邻光纤匝的侧面涂抹胶水，排纤完毕，胶水固化，光纤环成型。
47.优选的方案中，还设有可绕中部转动外伸杆1701，外伸杆1701一端设有可自转的舞蹈轮17，光纤由下方绕过舞蹈轮17，外伸杆1701转轴处设有编码器。
48.舞蹈轮17主要起控制放纤速度的作用，已知超大光纤环骨架1的转速一定，当放纤轮501的转速过快时，光纤张力降低，舞蹈轮17在重力作用下向下移动，外伸杆1701转轴处的编码器检测到向下转角，将信息反馈给放纤电机503，降低放纤电机503的速度，光纤张力增大，舞蹈轮17上移恢复平衡；反之亦然。
49.外伸杆1701的转轴位置沿长度可调整，外伸杆1701沿长度方向设有多个通孔，通孔用于安装转轴，可以更换安装位置，改变舞蹈轮17到转动中心的臂长，从而调整平衡时光纤张力。
50.优选的方案中，放纤轮501与上出纤导轮组3或放纤轮501与下出纤导轮组8之间还设有换向轮组16。
51.换向轮组16包括至少两个转轮，由于光纤环存在多极绕法，有时需要将放纤轮501和光纤盘12对调，所以光纤存在图中的路径一和路径二两种绕法。
52.上出纤导轮组3包括上出纤第一导轮301、上出纤第二导轮302和上出纤第三导轮303，下出纤导轮组8包括下出纤第一导轮801、下出纤第二导轮802和下出纤第三导轮803，上出纤导轮组3和下出纤导轮组8主要起空间变向和位置导向作用，根据绕法不同，光纤绕过不同的轮组。
53.优选的方案中，放纤轮501下方设有限位导向轮组15，限位导向轮组15包括第一滚筒组和第二滚筒组，第二滚筒组设在第一滚筒组下方，第一滚筒组和第二滚筒组在高度方向上设有间距，第一滚筒组和第二滚筒组正交布置，滚筒组包括第一滚筒1501和第二滚筒1502，第一滚筒1501和第二滚筒1502平行布置，第一滚筒1501和第二滚筒1502之间设有夹缝，夹缝用于通过光纤。
54.由于水平两正交方向均被限制，限位导向轮组15可调整光纤的下放位置唯一，起到很好的导向效果。
55.优选的方案中，排纤机构6包括位置调整台602，位置调整台602设有可滑动的滑动块604，排纤机构6还包括第一定位座609，第一定位座609与滑动块604连接，第一定位座609内设有可伸缩的第一伸缩杆610，拨杆601设在第一伸缩杆610一端，拨杆601端部设有可拆卸的拨动头615。
56.拨动头615端部设有背靠背布置的双弧形仿形结构，用于贴合光纤外壁，拨动头615通过第一顶丝616安装在拨杆601上，可根据光纤直径的不同更换合适的拨动头615。
57.第一伸缩杆610一端设有大径部，另一端设有止挡螺钉612和垫片挡住末端，大径部和第一定位座609端面之间设有第一弹簧611。
58.第一伸缩杆610外壁设有第二滑槽613，第一定位座609上安装第一卡销614，第一卡销614卡在第二滑槽613中滑动。
59.拨杆601和第一伸缩杆610螺纹连接并通过螺母锁紧，可调整拨杆601的伸出长度。
60.优选的方案中，位置调整台602包括调整台固定架603，调整台固定架603设有可滑动的滑动块604，滑动块604上设有前伸板606，前伸板606与第一定位座609连接。
61.调整台固定架603一端封闭，一端开放，开放端设有第一滑槽608，滑动块604卡在第一滑槽608内滑动。
62.调整台固定架603还设有丝杆605，丝杆605与滑动块604螺纹连接，丝杆605一端设有旋钮607。
63.优选的方案中，涂胶机构18包括第二定位座1801，第二定位座1801与前伸板606连接，第二定位座1801内设有可伸缩的第二伸缩杆1802，第二伸缩杆1802位中空贯通结构，第二伸缩杆1802一端设有中空的外伸杆1803，外伸杆1803端部设有可拆卸的毛刷头1804。
64.外伸杆1803外壁和第二伸缩杆1802内壁设有螺纹段，二者螺纹连接，外伸杆1803端部设有第二顶丝，顶住毛刷头1804。
65.第二伸缩杆1802一端设有轴肩，第二弹簧1805一端抵靠轴肩，另一端抵靠第二定位座1801，外伸杆1803以及拨杆601的可伸缩性使得，排纤和涂胶时，接触光纤时为软冲击，避免损伤光纤外壁，提高容错率。
66.第二伸缩杆1802另一端设有中空的止挡套1806，胶水由止挡套1806进入，经过第二伸缩杆1802内腔、外伸杆1803内腔，到达毛刷头1804，在毛细作用下被均匀的吸附至刷毛上，毛刷头1804在竖向投影方向上位于拨动头615的侧边，约半个光纤直径的间距；由于拨动头615正处于超大光纤环骨架1的径向线上而毛刷头1804与拨动头615存在一定的竖向间距，因此外伸杆1803伸出需要略长于拨杆601，才能使得拨动头615的刷毛接触超大光纤环骨架1的轮面和上一匝光纤的侧面。
67.一般打胶装置采用气压或液压向止挡套1806内腔输送胶水，由于灌胶是压力骤然增大，毛刷头1804处会涌出大量胶水，打胶装置停止时，毛刷头1804处残余少量胶水，因此需要打胶装置连续低压低流量工作，一般的打胶机很难满足该特点，需要加装特殊的节流装置，成本和能耗都较高。
68.因此，优选的方案中，第二伸缩杆1802内靠近外伸杆1803端部处设有可滑动的第一活塞1809，第一活塞1809与外伸杆1803之间设有第四弹簧1815，第二伸缩杆1802内壁设有连通孔1810，第二伸缩杆1802外侧设有储存管1812，储存管1812与连通孔1810连通，储存管1812内设有第二活塞1813，第二活塞1813背侧设有第三弹簧1814。
69.储存管1812内设有储存腔，第二活塞1813背侧指的是远离储存腔的一侧，灌胶时胶水由止挡套1806处进入第二伸缩杆1802内腔，推开第一活塞1809使得连通孔1810露出，胶水由连通孔1810进入储存管1812内部储存并压缩第三弹簧1814；打胶停止工作后，第二伸缩杆1802内腔压力降低，第四弹簧1815推动第一活塞1809复位并使连通孔1810与外伸杆1803内腔连通，在第三弹簧1814的作用下，储存管1812内的胶水流入毛刷头1804中并保持合适的压力，使得胶水能偶持续的低流量渗出。
70.还设有中空的分流块1811，分流块1811与连通孔1810连通，储存管1812上设有多个储存管1812，各储存管1812与分流块1811连通，提高储胶量，减少打胶频率，降低能耗。
71.优选的方案中，第二定位座1801和前伸板606之间还设有气缸19，止挡套1806上设有环形电磁铁1807，第二定位座1801靠近止挡套1806的一端设有磁环1808。
72.气缸19优选无杆气缸，且左右对称切换涂胶机构18的位置，超大光纤环骨架1绕制一层时，环形电磁铁1807通电，与磁环1808形成斥力，向后拉动第二伸缩杆1802，使得第二伸缩杆1802缩回，此时气缸19工作，涂胶机构18切换到排纤机构6另一侧，滑台电机701反转，滑动台702带动相关排纤机构反向移动排纤，超大光纤环骨架1随即开始绕制下一层，如此反复。
73.第二伸缩杆1802外壁设有多个直线滑动切槽，通过卡销卡住切槽，防止第二伸缩杆1802周向转动，结构类似第二滑槽613和第一卡销614的组合。
74.还设有视觉系统4，视觉系统4包括横移台402，横移台402上设有可滑动的相机401，横移台402于竖板703连接。
75.视觉系统4与竖板703上的其他装置一起侧向移动，横移台402为伺服滑台，调试时，方便改变位置寻找最佳拍摄角度。
76.视觉系统4用于监测排纤状况，若出现匝与匝之间排纤不紧密或重叠现象，则机构停止运行并报警。
77.实施例2：如图1-9，被设备包括收纤、排纤、放纤、张力控制、辅助系统组成，其中收纤机构为主动机构进行收纤，放纤机构为从动机构，根据张力值反馈来调节放纤速度。排纤辅助系统包括辅助排纤机构及视觉控制系统，辅助机构随排纤机构进行移动，辅助排纤机构提供稳定的压力及侧向力，视觉控制系统提供清晰的光纤排列画面，从而保证光纤环的绕制质量。
78.收纤机构底座采用三角形支架，由于超大光纤环的骨架（直径≥2.2m）重量达到500公斤以上，三角形支架，结构简约且稳定。而主轴采用双角接触轴承且与抱闸电机直连，保证主轴轴精度及减少设备振动，同时可以实现快速启停。
79.排纤机构放弃传统的后排纤机构，采用侧面排纤的方式，同时采用上下双向出纤，保证入纤光纤与骨架相切，入纤点在骨架同一位置。由于绕制的骨架过大，侧面排纤可以让入纤轮更加贴近骨架，避免入纤过程中光纤过多，不利于张力控制及排纤精度。且侧面出纤可以空出操作位置，便于人员操作。
80.放纤机构为从动系统，与张力控制系统相关连，通过pid算法输出放纤速度。
81.张力控制系统，采用舞蹈轮与编码器结合，通过编码器的位置信号的改变，来确定舞蹈轮位置，从而调节放纤机构的收、放纤速度，使舞蹈轮始终保持一定角度，从而达到张力恒定的目的。
82.辅助系统—辅助排纤机构采用压脚来进行控制辅助排纤力度的控制，保证准确排纤的同时有恒定的下压力及侧向力。
83.辅助系统—视觉系统，通过高倍定焦镜头加高分辨率工业相机，对排纤路径进行放大，方便及时发现排纤异常，并对排纤异常进行干预，减少对超大骨架环的退纤动作。
84.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。