專利名稱：光纖母材拉伸方法和拉伸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對光纖母材進(jìn)行加熱軟化以拉伸出所需要外徑的光纖母材的拉伸方法，以及相應(yīng)的拉伸裝置。
對光纖母材進(jìn)行的拉伸加工，通常是利用加熱組件對原始母材進(jìn)行加熱軟化處理，進(jìn)而拉伸出所需要外側(cè)直徑。對原始母材進(jìn)行加熱軟化用的加熱組件，可以為采用諸如氧氣、氫氣、甲烷等等作為燃燒氣體的火焰燃燒爐，也可以為使用電阻加熱部件等等的電加熱爐等等。
對于呈大型化的、外側(cè)直徑超過100毫米(mm)的光纖母材，難以采用火焰燃燒爐進(jìn)行的加熱拉伸加工。因此，對于對這種大型光纖母材進(jìn)行加工的場合，通常是采用諸如電阻加熱部件等等的電加熱爐對母材進(jìn)行拉伸加工。
公開了相對母材上的錐形部設(shè)置若干個外側(cè)直徑測定組件，并且依據(jù)各外側(cè)直徑的變化和錐形形狀的變化等等，對拉伸母材的外側(cè)直徑進(jìn)行控制的技術(shù)解決方案(請參見日本特開平5-147971號公報和日本特開平8-91861號公報)。
本發(fā)明的光纖母材拉伸方法，利用加熱組件對由母材傳送組件傳送出的原始母材的一個端部進(jìn)行加熱軟化并拉伸從而使之成為所需要的外側(cè)直徑，并利用母材牽引組件對所獲得的拉伸母材進(jìn)行牽引，其特征在于(a)相對于沿縱向方向外側(cè)直徑有變化的所述原始母材及所述拉伸母材中間的錐形部，設(shè)定包含在所述錐形部的上流部測定位置，以及包含在所述錐形部的、沿所述縱向方向較所述上流部測定位置更下流側(cè)的下流部測定位置；(b)對于所述上流部測定位置處的錐形部的上流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的上流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材傳送組件對所述原始母材的傳送速度；(c)對于所述下流部測定位置處的所述錐形部的下流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的下流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材牽引組件對所述拉伸母材的牽引速度。
在這兒，對于光纖母材拉伸加工過程中的上流側(cè)和下流側(cè)，是取對原始母材進(jìn)行傳送用的母材傳送組件側(cè)為上流側(cè)，取對拉伸母材進(jìn)行牽引用的母材牽引組件側(cè)為下流側(cè)。
而且，本發(fā)明的光纖母材拉伸裝置，利用加熱組件對由母材傳送組件傳送出的原始母材的一個端部進(jìn)行加熱軟化并拉伸從而使之成為所需要的外側(cè)直徑，并利用母材牽引組件對所獲得的拉伸母材進(jìn)行牽引，其特征在于具有(1)相對于外側(cè)直徑沿縱向方向有變化的所述原始母材及所述拉伸母材中間的錐形部，在包含在所述錐形部的上流部測定位置處，對所述錐形部的上流部外側(cè)直徑進(jìn)行測定用的上流部外側(cè)直徑測定組件；(2)在包含在所述錐形部的、與上流部測定位置相比位于沿縱向方向更下流側(cè)的下流部測定位置處，對所述錐形部的下流部外側(cè)直徑進(jìn)行測定用的下流部外側(cè)直徑測定組件；(3)對于所述上流部測定位置處的所述錐形部的上流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的上流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材傳送組件對所述原始母材的傳送速度用的傳送速度控制組件；(4)對于所述下流部測定位置處的所述錐形部的下流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的下流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材牽引組件對所述拉伸母材的牽引速度用的牽引速度控制組件。
在如上所述的光纖母材拉伸方法及其拉伸裝置中，對于拉伸加工過程中的母材上的錐形部，相對上流側(cè)的上流部測定位置和下流側(cè)的下流部測定位置這兩個位置設(shè)定其目標(biāo)外側(cè)直徑。而且，可以利用上流部測定位置處的測定外側(cè)直徑與目標(biāo)外側(cè)直徑間的偏差對上流側(cè)母材的傳送速度進(jìn)行控制，并且利用下流部測定位置處的測定外側(cè)直徑與目標(biāo)外側(cè)直徑間的偏差對下流側(cè)的母材的牽引速度進(jìn)行控制。
采用這種構(gòu)成形式，由于可以對各測定位置設(shè)置一定的目標(biāo)外側(cè)直徑，并且可以按照上述方式對上流部及下流部處的外側(cè)直徑測定和母材傳送速度及牽引速度的控制進(jìn)行組合處理，從而可以減小對拉伸母材外側(cè)直徑進(jìn)行控制所需要的時間滯后，并可以對外側(cè)直徑進(jìn)行高精度地控制。
而且在此時，不再需要為改善拉伸加工精度，而在后續(xù)工序中利用旋轉(zhuǎn)卡盤以實(shí)現(xiàn)精度良好且拉伸準(zhǔn)直的其他工序。而且采用這種構(gòu)成形式，即使對于為提高光纖和光纖母材的生產(chǎn)效率而使光纖母材大型化的場合，也可以在足夠拉伸加工精度的條件下，對母材進(jìn)行拉伸加工，從而可以進(jìn)一步降低光纖母材的制造成本，提高其生產(chǎn)效率。
圖2為表示光纖母材的錐形部處的外側(cè)直徑變化的曲線圖。
圖3A～圖3C為表示上流部外側(cè)直徑與下流部外側(cè)直徑間相關(guān)關(guān)系的曲線圖。
圖4為表示下流部外側(cè)直徑與原始母材外側(cè)直徑間相關(guān)關(guān)系的曲線圖。
下面通過如

圖1所示的拉伸裝置的一種構(gòu)成形式，對使用該拉伸裝置的本發(fā)明的光纖母材拉伸方法進(jìn)行說明。
作為本進(jìn)行形式的拉伸裝置，具有收裝作為拉伸對象的光纖母材1用的、并且可以對其進(jìn)行加熱處理的加熱爐10。在加熱爐10的上方處，設(shè)置有由上方側(cè)對光纖母材1進(jìn)行支撐用的轉(zhuǎn)動卡盤即上部卡盤11。在加熱爐10的下方處設(shè)置有由下方側(cè)對光纖母材1進(jìn)行支撐用的轉(zhuǎn)動卡盤即下部卡盤13。
加熱爐10在本進(jìn)行形式中采用是的電加熱爐，并且設(shè)置有用于對成為拉伸對象的光纖母材即原始母材1a的一個端部進(jìn)行加熱軟化的加熱組件加熱器15。原始母材1a通過該加熱器15進(jìn)行加熱軟化，并按照所需要外側(cè)直徑進(jìn)行拉伸而構(gòu)成為拉伸母材1c。而且，在進(jìn)行這種拉伸加工的過程中，位于原始母材1a與拉伸母材1c之間的母材部分，外側(cè)直徑將沿著母材1縱向方向(如圖中的一點(diǎn)虛線所示)產(chǎn)生變化，并構(gòu)成為錐形部1b。
上部卡盤11對原始母材1a進(jìn)行的傳送操作，可以由母材傳送用驅(qū)動部12進(jìn)行驅(qū)動控制，而且所述上部卡盤11和母材傳送用驅(qū)動部12構(gòu)成能夠按照預(yù)定傳送速度對原始母材1a進(jìn)行傳送的母材傳送組件。下部卡盤13對拉伸母材1c進(jìn)行的牽引操作，可以由母材牽引用驅(qū)動部14進(jìn)行驅(qū)動控制，而且所述下部卡盤13和母材牽引用驅(qū)動部14構(gòu)成能夠按照預(yù)定牽引速度對拉伸母材1c進(jìn)行牽引的母材牽引細(xì)件。
在所述母材傳送組件和母材牽引組件的作用下，光纖母材1將沿縱向方向一邊移動一邊受到拉伸處理，而且沿該光纖母材1縱向方向上的兩個位置，還被設(shè)定為對外側(cè)直徑進(jìn)行測定用的上流部測定位置P1和下流部測定位置P2。
上流部測定位置P1位于包含在母材1的錐形部1b的位置處。下流部測定位置P2位于包含在錐形部1b的、與上流部測定位置P1相比位于下流側(cè)的一個位置處。作為本進(jìn)行形式的拉伸裝置，可以依據(jù)分別在測定位置P1、P2測定出的、位于錐形部1b處的母材1的外側(cè)直徑，由母材傳送組件對原始母材1a的傳送速度和母材牽引組件對拉伸母材1c的牽引速度進(jìn)行控制，從而可以按照使由原始母材1a拉伸出的拉伸母材1c的外側(cè)直徑大體保持為一定的方式，對其外側(cè)直徑進(jìn)行控制。
在上流部測定位置P1處設(shè)置有對位于位置P1處的錐形部1b的外側(cè)直徑(上流部外側(cè)直徑)進(jìn)行測定用的上流部外側(cè)直徑測定組件20。上流部外側(cè)直徑測定組件20具有諸如激光光源等等的光發(fā)射器21，按照夾持著錐形部1b的方式設(shè)置在與光發(fā)射器21相反側(cè)處的光接收器22。光接收器22的輸出信號輸入至運(yùn)算處理部23處。而且，運(yùn)算處理部23可以依據(jù)該光接收器22給出的信號，計算出在上流部測定位置P1處的、作為錐形部1b的上流部外側(cè)直徑測定值的上流部測定外側(cè)直徑D1。
通過運(yùn)算處理部23計算出的上流部測定外側(cè)直徑D1進(jìn)一步輸入至傳送速度控制部24。另一方面，在該傳送速度控制部24中，預(yù)先設(shè)定有作為位于上流部測定位置P1處的錐形部1b的目標(biāo)外側(cè)直徑的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10。傳送速度控制部24對設(shè)定出的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10與測定出的上流部測定外側(cè)直徑D1進(jìn)行比較，并且依據(jù)其偏差(D1-D10)對母材傳送用驅(qū)動部12發(fā)出指令，對于母材傳送組件對原始母材1a的傳送速度進(jìn)行控制。
在下流部測定位置P2處設(shè)置有對位于位置P2處的錐形部1b的外側(cè)直徑(下流部外側(cè)直徑)進(jìn)行測定用的下流部外側(cè)直徑測定組件25。下流部外側(cè)直徑測定組件25具有諸如激光光源等等的光發(fā)射器26，按照夾持著錐形部1b的方式設(shè)置在與光發(fā)射器26相反側(cè)處的光接收器27。光接收器27的輸出信號輸入至運(yùn)算處理部28處。而且，運(yùn)算處理部28可以依據(jù)該光接收器27給出的信號，計算出在下流部測定位置P2處的、作為錐形部1b的下流部外側(cè)直徑測定值的下流部測定外側(cè)直徑D2。
通過運(yùn)算處理部28計算出的下流部測定外側(cè)直徑D2進(jìn)一步輸入至牽引速度控制部29。在該牽引速度控制部29中，預(yù)先設(shè)定有作為位于下流部測定位置P2處的錐形部1b的目標(biāo)外側(cè)直徑的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20。牽引速度控制部29對設(shè)定出的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20與測定出的下流部測定外側(cè)直徑D2進(jìn)行比較，并且依據(jù)其偏差(D2-D20)對母材牽引用驅(qū)動部14發(fā)出指令，對于母材牽引組件對拉伸母材1c的牽引速度進(jìn)行控制。
作為本進(jìn)行形式的光纖母材拉伸裝置以及所使用的拉伸方法，可以分別相對設(shè)定在錐形部1b上兩個位置處的測定位置P1、P2而預(yù)先設(shè)定其目標(biāo)外側(cè)直徑D10、D20，并且可以通過對上流部和下流部處的外側(cè)直徑進(jìn)行測定，對母材上流側(cè)的傳送速度和下流側(cè)的牽引速度的控制進(jìn)行組合處理的方式，減少對所制作出的拉伸母材1c的外側(cè)直徑進(jìn)行控制所需要的時間滯后。因此，可以對其外側(cè)直徑進(jìn)行響應(yīng)良好且精度良好的控制。
在這兒，對于測定位置P1、P2處的目標(biāo)外側(cè)直徑，可以依據(jù)原始母材1a的外側(cè)直徑和拉伸母材1c的目標(biāo)外側(cè)直徑(所需要的外側(cè)直徑)而分別設(shè)定出上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10和下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20。采用這種構(gòu)成形式，可以求出作為拉伸加工過程中母材1形狀的、預(yù)定的錐形部1b錐形形狀，進(jìn)而可以將由相應(yīng)錐形形狀計算出的、位于測定位置P1、P2處的外側(cè)直徑值作為目標(biāo)外側(cè)直徑，從而可以對錐形部1b和拉伸母材1c的外側(cè)直徑進(jìn)行良好的控制。
而且，還可以依據(jù)光纖母材1的組成，分別對上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10和下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20進(jìn)行設(shè)定。采用這種構(gòu)成形式，由于還考慮到拉伸加工過程中的母材1的錐形形狀隨著光纖母材構(gòu)成而變化的情況，所以可以對各外側(cè)直徑進(jìn)行更良好的控制。
下面通過具體的構(gòu)成實(shí)例，對依據(jù)本進(jìn)行形式構(gòu)造的光纖母材拉伸方法和相應(yīng)的拉伸裝置的一種最佳構(gòu)成形式進(jìn)行說明。在下面的說明中，原始母材1a的外側(cè)直徑表示為Da，由母材傳送用組件對原始母材1a進(jìn)行的傳送速度表示為V1，與拉伸母材1c相對的目標(biāo)外側(cè)直徑表示為Dc，由母材牽引用組件對拉伸母材1c進(jìn)行的牽引速度表示為V2。
首先，為了對兩個測定位置P1、P2處的母材1的目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定，可以利用如圖1所示的拉伸裝置對預(yù)先準(zhǔn)備的光纖母材進(jìn)行拉伸加工。在這兒不對外側(cè)直徑的測定時的母材傳送速度和牽引速度進(jìn)行控制，而是在兩者保持為一定速度的條件下進(jìn)行拉伸處理。
將具有外側(cè)直徑Da位于φ65～102毫米(mm)范圍之內(nèi)的規(guī)定外側(cè)直徑且沿縱向方向具有均勻外側(cè)直徑的母材作為原始母材1a而預(yù)備。而且，拉伸條件可以為對母材1進(jìn)行加熱處理用的加熱器15的加熱溫度為1890℃，上部卡盤11側(cè)對原始母材1a的傳送速度V1為3毫米/分，進(jìn)行拉伸處理后的拉伸母材1c的目標(biāo)外側(cè)直徑Dc為φ40毫米。在這時，下部卡盤13側(cè)對拉伸母材1c的牽引速度V2可以由下式求出V2＝(Da/Dc)2×V1依據(jù)上述條件對光纖母材1進(jìn)行拉伸加工，在加工過程中切斷加熱器15并結(jié)束拉伸工序，取出光纖母材1，對處于拉伸加工過程中的錐形部1b的錐形形狀進(jìn)行調(diào)整。所獲得的錐形形狀的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)的一個實(shí)例如圖2所示。在如圖2所示的曲線圖中，橫軸表示沿母材1縱向方向的位置(毫米)，縱軸表示在母材1上各位置處的外側(cè)直徑(毫米)，從而表示出位于錐形部1b處的母材1外側(cè)直徑的變化。
這種光纖母材1中的錐形形狀，比如說其錐形部1b的長度，是與加熱器15的加熱范圍和光纖母材的傳送速度等等相關(guān)的。因此，在對光纖母材實(shí)際進(jìn)行拉伸加工的場合，可以每次在拉伸裝置中對包含錐形部1b的長度在內(nèi)的錐形形狀進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)而依據(jù)這些數(shù)據(jù)，對諸如最佳母材傳送速度、設(shè)置外側(cè)直徑測定組件20、25用的測定位置P1、P2等等進(jìn)行設(shè)定。采用這種構(gòu)成形式，還可以避免由于下流部測定位置P2位于比錐形部1b的結(jié)束終端(或稱下流側(cè))更下側(cè)的位置處，而不能進(jìn)行良好設(shè)定的問題。
而且，對于對錐形部1b的錐形形狀進(jìn)行調(diào)查后的若干個外側(cè)直徑數(shù)據(jù)，在錐形部1b的沿縱向方向上不同位置處的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，同時對這兩個位置處的外側(cè)直徑的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查。依據(jù)這些結(jié)果，可以首先將位于下流側(cè)的下流部測定位置P2設(shè)定在對外側(cè)直徑Da為φ65毫米的、具有最小外側(cè)直徑的原始母材1a進(jìn)行拉伸時成為錐形部1b的終端的位置之前的20毫米位置處。
采用這種方式，可以將包含在錐形部1b處的兩個測定位置中的下流部測定位置P2，設(shè)定在靠近錐形部1b終端附近的預(yù)定位置處。采用這種構(gòu)成形式，由于下流部測定位置P2可以設(shè)置在盡可能靠近拉伸母材1c的位置處，從而使位于位置P2處的下流部測定外側(cè)直徑D2與拉伸母材1c得到的外側(cè)直徑間具有更強(qiáng)的相關(guān)性，所以可以對拉伸母材1c的外側(cè)直徑進(jìn)行更可靠地控制。
而且，可以參考如圖2所示的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)等等，對位于下流部測定位置P2處的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20進(jìn)行設(shè)定。錐形部1b終端(下流端部)的位置，可以取為大體達(dá)到拉伸母材1c目標(biāo)外側(cè)直徑Dc(在本進(jìn)行形式中為φ40毫米)的縱向方向位置處。
另一方面，上流部測定位置P1可以相對于預(yù)先設(shè)定的下流部測定位置P2，通過對沿縱向方向位于位置P2上流側(cè)的各個位置處的外側(cè)直徑與下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析的方式，將與下流部外側(cè)直徑D2最為相關(guān)的位置選擇并設(shè)定為上流部測定位置P1。采用這種構(gòu)成形式，可以在具有足夠精度的條件下，對拉伸母材1c的外側(cè)直徑進(jìn)行控制。
而且，可以依據(jù)先行設(shè)定的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20、上流部外側(cè)直徑D1和下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系，對位于上流部測定位置P1處的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10進(jìn)行設(shè)定。采用這種構(gòu)成形式，還可以在與上述測定位置的設(shè)定相配合且具有足夠精度的條件下，對拉伸母材1c的外側(cè)直徑進(jìn)行控制。
下面對上流部測定位置P1、上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10和下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20的設(shè)定方式進(jìn)行更具體的說明。如上所述，下流部測定位置P2可以設(shè)定在對外側(cè)直徑Da為φ65毫米的、具有最小外側(cè)直徑的原始母材1a進(jìn)行拉伸時的錐形部1b的下端位置之前的20毫米位置處。
首先，取外側(cè)直徑Da位于φ65～97毫米范圍之內(nèi)的四根原始母材1a，對處于拉伸加工過程中的錐形部1b的錐形形狀及其變化進(jìn)行分析。圖3A～圖3C表示的是位于下流部測定位置P2的上流側(cè)的錐形部1b的不同位置處的外側(cè)直徑與位于下流部測定位置P2處的下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系。在圖3A～圖3C所示的曲線圖中，橫軸表示位于下流部測定位置P2處的下流部外側(cè)直徑D2(毫米)，縱軸表示位于其上流側(cè)不同位置處的外側(cè)直徑(毫米)。
在這些曲線圖中，圖3A表示的是較位置P2位于上流側(cè)50毫米處的母材1外側(cè)直徑與下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系。圖3B表示的是較位置P2位于上流側(cè)100毫米處的母材1外側(cè)直徑與下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系。圖3C表示的是較位置P2位于上流側(cè)150毫米處的光纖母材1外側(cè)直徑與下流部外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系。這些曲線圖示出了綜合測定出的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)、通過直線挖近似方式獲得的外側(cè)直徑相關(guān)直線。
這些外側(cè)直徑數(shù)據(jù)和相應(yīng)的直線近似計算結(jié)果表明，當(dāng)原始母材1a上的外側(cè)直徑Da產(chǎn)生有變化時，與位于下流部測定位置P2處的下流部外側(cè)直徑D2的外側(cè)直徑最為相關(guān)的上流側(cè)位置，即與下流部外側(cè)直徑D2處的外側(cè)直徑間的相關(guān)關(guān)系最接近直線的位置，是較下流部測定位置P2位于上流側(cè)100毫米處的位置(如圖3B所示)。依據(jù)這一結(jié)果，可以將較該位置P2位于上流側(cè)100毫米處的位置設(shè)定為上流部測定位置P1。
而且，對于這種上流部測定位置P1和下流部測定位置P2，還可以依據(jù)所設(shè)定出的上流部測定位置P1、下流部測定位置P2、作為拉伸對象的原始母材1a的外側(cè)直徑Da、以及由進(jìn)行如上所述的預(yù)備性拉伸加工獲得的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)等等，分別對控制錐形部1b的錐形形狀用的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10和下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20進(jìn)行設(shè)定。
首先，根據(jù)依據(jù)如圖2所示的外側(cè)直徑數(shù)據(jù)等等而求得的原始母材1a的外側(cè)直徑Da和下流部測定外側(cè)直徑D2間的相關(guān)關(guān)系，對與下流部測定位置P2處的錐形部1b的下流部外側(cè)直徑D2相對應(yīng)的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20進(jìn)行設(shè)定。在本進(jìn)行形式中，所求解出的下流部外側(cè)直徑D2與原始母材1a上的外側(cè)直徑Da間的關(guān)系如圖4中的曲線圖所示。
在如圖4所示的曲線圖中，橫軸表示原始母材1a的外側(cè)直徑Da(毫米)，縱軸表示位于錐形部1b中的下流部測定位置P2處的下流部外側(cè)直徑D2(毫米)?？梢詤⒖荚撉€圖所示的相關(guān)關(guān)系，依據(jù)成為拉伸對象的原始母材1a的外側(cè)直徑Da的值，對下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20進(jìn)行設(shè)定。
而且，可以依據(jù)預(yù)先設(shè)定的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20、如圖3B所示的上流部外側(cè)直徑D1與下流部外側(cè)直徑D2間相關(guān)關(guān)系的外側(cè)直徑相關(guān)直線，對與位于上流部測定位置P1處的錐形部1b的上流部外側(cè)直徑D1相對應(yīng)的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10進(jìn)行設(shè)定。
可以利用如上所述的設(shè)定內(nèi)容和設(shè)定方式，取平均外側(cè)直徑Da為88毫米、沿縱向方向具有為約4毫米的外側(cè)直徑變化的母材作為原始母材1a，并且對這種光纖母材進(jìn)行實(shí)際拉伸加工處理。而且，按照如上所述那樣對上流部測定位置P1和下流部測定位置P2進(jìn)行設(shè)定。
位于下流部測定位置P2處的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑D20可以按照如圖4所示相關(guān)曲線，根據(jù)原始母材1a的外側(cè)直徑Da＝88毫米，將下流部目標(biāo)外側(cè)直徑設(shè)定為D20＝40.9毫米。上流部測定位置P1處的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑D10，滿足如圖3B所示的外側(cè)直徑相關(guān)直線的直線近似式D1＝4.9651×D2-155.9將D20＝40.9毫米帶入上式，便可以將上流部目標(biāo)外側(cè)直徑設(shè)定為D10＝47.2毫米。
采用上述的設(shè)定內(nèi)容，可以在加熱器15的加熱溫度為1880℃、對原始母材1a的初始傳送速度為V10＝5毫米/分、對拉伸母材1c的初始引導(dǎo)速度為V20＝23.1毫米/分的拉伸條件下，對光纖母材進(jìn)行拉伸處理。
而且，如果在上流部測定位置P1處測定的上流部測定外側(cè)直徑為D1，在下流部測定位置P2處測定的下流部測定外側(cè)直徑為D2，則可以依據(jù)如上所述的初始速度V10和V20、外側(cè)直徑間的偏差(D1-D10)和(D2-D20)，通過如下所述的控制方程式對光纖母材的傳送速度V1和牽引速度V2進(jìn)行速度控制V1＝V10+A1×(D1-D10)V2＝V20+A2×(D2-D20)在這兒，上述控制等式中的系數(shù)A1和A2為在兩個測定位置P1、P2處的外側(cè)直徑偏差對速度控制的影響系數(shù)。
在本進(jìn)行例的這一具體實(shí)例中，是按照A1＝5(/分)、A2＝50(/分)進(jìn)行控制的。在這時，進(jìn)行拉伸加工而制作出的拉伸母材1c，沿縱向方向的外側(cè)直徑變化大約為0.08毫米，這表明拉伸制作出具有非常均勻外側(cè)直徑的拉伸母材1c。而且，通過將位于如上所述的上流部測定位置P1處的外側(cè)直徑偏差(D1-D10)反饋給位于上方處的母材傳送速度V1，通過將位于如上所述的下流部測定位置P2處的外側(cè)直徑偏差(D2-D20)反饋給位于下方處的母材牽引速度V2，從而進(jìn)一步減小時間滯后，能夠?qū)ν鈧?cè)直徑進(jìn)行響應(yīng)良好的控制。
在這兒，當(dāng)如上所述的控制方程式中的控制系數(shù)A1、A2的值分別超過50、500時，將會超出速度控制幅度，使制作出的拉伸母材1c的外側(cè)直徑不均勻。因此，這兩個系數(shù)A1、A2的值最好分別位于50(/分)以下、500(/分)以下的范圍之內(nèi)。
考慮進(jìn)行拉伸加工的原始母材1a的外側(cè)直徑Da、拉伸母材1c的目標(biāo)外側(cè)直徑Dc、加熱器15的加熱溫度、加熱器15的長度等等的拉伸加工條件的情況下，按照獲得最佳控制條件的方式，對這兩個系數(shù)A1、A2的值和相應(yīng)的組合進(jìn)行設(shè)定。而且，進(jìn)一步考慮對母材的傳送速度V1和牽引速度V2進(jìn)行控制時的相互影響的情況下對其進(jìn)行設(shè)定。
對于處于拉伸加工過程中的光纖母材上的錐形部，設(shè)置若干個外側(cè)直徑測定組件并對外側(cè)直徑進(jìn)行控制的拉伸方法，已經(jīng)公開在日本特開平5-147971號公報、日本特開平8-91861號公報中，然而采用這些文獻(xiàn)公開的拉伸方法，并不能獲得足夠的拉伸加工精度。
如果具體的說就是，由日本特開平5-147971號公報公開的拉伸方法，是通過對錐形部在剛開始處的外側(cè)直徑和結(jié)束之前的外側(cè)直徑進(jìn)行測定，并且由剛開始時的外側(cè)直徑的測定值求解出結(jié)束之前的外側(cè)直徑的目標(biāo)值的方式，進(jìn)行外側(cè)直徑控制的。因此，如果采用這種方法，當(dāng)錐形部處的目標(biāo)外側(cè)直徑不是固定值時，其控制方法將會復(fù)雜化。而且，難以消除錐形部由剛開始時的位置至結(jié)束之前的位置間的時間滯后影響。
由日本特開平8-91861號公報公開的拉伸方法，是通過設(shè)置在錐形部處的若干個外側(cè)直徑測定組件分別對外側(cè)直徑進(jìn)行測定，同時利用直線近似表示錐形部的錐形形狀，并且按照直線的斜率保持為一定的方式，進(jìn)行外側(cè)直徑控制的。因此，當(dāng)實(shí)際母材上錐形部的錐形形狀不是直線時，采用這種假定錐形形狀為直線形狀的控制方法，將不能進(jìn)行高精度的外側(cè)直徑控制。而且，雖然可以依據(jù)在兩個位置測定的外側(cè)直徑絕對值獲取出外側(cè)直徑的平均值進(jìn)行控制，然而即使如此，對于錐形形狀不是直線形狀的場合也難以進(jìn)行精度良好的外側(cè)直徑控制。
與此相對應(yīng)的是，依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的拉伸方法和拉伸裝置，對相對錐形部設(shè)定的兩個測定位置預(yù)先設(shè)定一定的目標(biāo)外側(cè)直徑，并且依據(jù)上流部外側(cè)直徑和下流部外側(cè)直徑分別對母材的傳送速度和牽引速度進(jìn)行控制的。采用這種構(gòu)成形式，可以最大限度地減小對拉伸母材進(jìn)行外側(cè)直徑控制所需要的時間滯后，從而可以進(jìn)行響應(yīng)良好且精度優(yōu)良的外側(cè)直徑控制。
對于作為拉伸加工對象的原始母材沿縱向方向的外側(cè)直徑有變化的場合，處于拉伸加工過程中的母材的錐形部處的外側(cè)直徑分布也會產(chǎn)生有變化。在這時，為了使所制作出的拉伸母材的外側(cè)直徑保持均勻而將錐形部的外側(cè)直徑分布保持一定是非常重要的。因此，應(yīng)該采用對錐形部的各位置處的外側(cè)直徑全部進(jìn)行測定并對外側(cè)直徑進(jìn)行控制的方式。然而，這在實(shí)際生產(chǎn)中會受到設(shè)備構(gòu)成等等方面的制約而難以實(shí)現(xiàn)。
與此相對應(yīng)的是，依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的拉伸方法和拉伸裝置，為了對錐形部的外側(cè)直徑分布進(jìn)行的控制而以使之成為最佳組合地設(shè)定出兩個測定位置，并且可以在上流部測定位置和下流部測定位置處分別對外側(cè)直徑進(jìn)行測定，從而可以實(shí)現(xiàn)高效率地外側(cè)直徑控制。
依據(jù)本發(fā)明的光纖母材拉伸方法和拉伸裝置，并不僅限于如上所述的進(jìn)行形式和進(jìn)行例，還可以呈種種不同變形的構(gòu)成形式。如果舉例來說，對于測定位置P1、P2和目標(biāo)外側(cè)直徑D10、D20的設(shè)定方式，除了如上所述的進(jìn)行例之外，還可以按照與拉伸裝置的具體條件相對應(yīng)的拉伸方法進(jìn)行設(shè)定。而且，依據(jù)測定外側(cè)直徑與目標(biāo)外側(cè)直徑間的偏差進(jìn)行的反饋型控制，在上述進(jìn)行例中僅以一個實(shí)例給出了一種控制方式，然而還可以采用其它控制形式。
正如上面所詳細(xì)說明的那樣，依據(jù)本發(fā)明的光纖母材拉伸方法和拉伸裝置，是一種能夠提高光纖母材的拉伸加工精度，并且能夠提高生產(chǎn)效率的光纖母材拉伸方法和拉伸裝置。換句話說就是，對于進(jìn)行拉伸加工處理的光纖母材上的錐形部，可以在上流部測定位置和下流部測定位置的兩個位置處測定其外側(cè)直徑并設(shè)定出相應(yīng)的目標(biāo)外側(cè)直徑，進(jìn)而可以依據(jù)在上流部測定位置和下流部測定位置處的外側(cè)直徑偏差，分別對光纖母材的傳送速度和牽引速度進(jìn)行控制，所以如果采用這種光纖母材拉伸方法和拉伸裝置，可以減小對拉伸母材外側(cè)直徑進(jìn)行控制所需要的時間滯后，從而可以對外側(cè)直徑進(jìn)行高精度地控制。
如果采用這種構(gòu)成形式，即使對于為提高光纖和光纖母材的生產(chǎn)效率而使光纖母材大型化的場合，也可以在具有足夠拉伸加工精度的條件下，對光纖母材進(jìn)行拉伸加工，從而可以降低光纖母材的制造成本，提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種光纖母材拉伸方法，利用加熱組件對由母材傳送組件傳送出的原始母材的一個端部進(jìn)行加熱軟化并進(jìn)行拉伸從而使之成為所需要的外側(cè)直徑，并利用母材牽引組件對所獲得的拉伸母材進(jìn)行牽引，其特征在于相對于沿縱向方向外側(cè)直徑有變化的所述原始母材及所述拉伸母材中間的錐形部，設(shè)定包含在所述錐形部的上流部測定位置，以及包含在所述錐形部的、沿所述縱向方向較所述上流部測定位置更下流側(cè)的下流部測定位置；對于所述上流部測定位置處的所述錐形部的上流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的上流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材傳送組件對所述原始母材的傳送速度；對于所述下流部測定位置處的所述錐形部的下流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的下流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材牽引組件對所述拉伸母材的牽引速度。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖母材拉伸方法，其特征在于依據(jù)所述原始母材的外側(cè)直徑和對于所述拉伸母材的目標(biāo)外側(cè)直徑，分別對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑和所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖母材拉伸方法，其特征在于依據(jù)所述光纖母材的組成，分別對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑和所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖母材拉伸方法，其特征在于所述下流部測定位置設(shè)定在所述錐形部終端附近的預(yù)定位置處，而且相對于預(yù)先設(shè)定的所述下流部測定位置，依據(jù)與所述下流部測定位置相比位于沿所述縱向方向更上流側(cè)的各位置處的外側(cè)直徑和所述下流部外側(cè)直徑間的相關(guān)關(guān)系，對所述上流部測定位置進(jìn)行設(shè)定。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖母材拉伸方法，其特征在于依據(jù)預(yù)先設(shè)定的所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑、以及所述上流部外側(cè)直徑與所述下流部外側(cè)直徑間的相關(guān)關(guān)系，對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
6.一種光纖母材拉伸裝置，利用加熱組件對由母材傳送組件傳送出的原始母材的一個端部進(jìn)行加熱軟化并進(jìn)行拉伸從而使之成為所需要的外側(cè)直徑，并利用母材牽引組件對所獲得的拉伸母材進(jìn)行牽引，其特征在于具有相對于沿縱向方向外側(cè)直徑有變化的所述原始母材及所述拉伸母材中間的錐形部，在包含在所述錐形部的上流部測定位置處，對所述錐形部的上流部外側(cè)直徑進(jìn)行測定用的上流部外側(cè)直徑測定組件；在包含在所述錐形部的、與上流部測定位置相比位于沿縱向方向更下流側(cè)的下流部測定位置處，對所述錐形部的下流部外側(cè)直徑進(jìn)行測定用的下流部外側(cè)直徑測定組件；對于所述上流部測定位置處的所述錐形部的上流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的上流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的上流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材傳送組件對所述原始母材的傳送速度用的傳送速度控制組件；對于所述下流部測定位置處的所述錐形部的下流部外側(cè)直徑，將設(shè)定出的下流部目標(biāo)外側(cè)直徑與測定出的下流部測定外側(cè)直徑進(jìn)行比較，并依據(jù)其偏差控制所述母材牽引組件對所述拉伸母材的牽引速度用的牽引速度控制組件。
7.如權(quán)利要求6所述的光纖母材拉伸裝置，其特征在于依據(jù)所述原始母材的外側(cè)直徑和對于所述拉伸母材的目標(biāo)外側(cè)直徑，分別對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑和所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
8.如權(quán)利要求6所述的光纖母材拉伸裝置，其特征在于依據(jù)所述光纖母材的組成，分別對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑和所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
9.如權(quán)利要求6所述的光纖母材拉伸裝置，其特征在于所述下流部測定位置設(shè)定在所述錐形部終端附近的預(yù)定位置處，而且相對于預(yù)先設(shè)定的所述下流部測定位置，依據(jù)與所述下流部測定位置相比位于沿所述縱向方向更上流側(cè)的各位置處的外側(cè)直徑和所述下流部外側(cè)直徑間的相關(guān)關(guān)系，對所述上流部測定位置進(jìn)行設(shè)定。
10.如權(quán)利要求6所述的光纖母材拉伸裝置，其特征在于依據(jù)預(yù)先設(shè)定的所述下流部目標(biāo)外側(cè)直徑、以及所述上流部外側(cè)直徑與所述下流部外側(cè)直徑間的相關(guān)關(guān)系，對所述上流部目標(biāo)外側(cè)直徑進(jìn)行設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種光纖母材拉伸方法以及相應(yīng)的拉伸裝置,可以相對于處于拉伸加工過程中的光纖母材(1)上的錐形部(1b),在上流部測定位置(P1)和下流部測定位置(P2)這兩個位置處設(shè)置外側(cè)直徑測定組件(20)、(25),并且分別對其設(shè)定出為一定的目標(biāo)外側(cè)直徑(D10)、(D20)。而且,可以依據(jù)在測定位置(P1)處與測定外側(cè)直徑(D1)間的偏差(D1－D10)對原始母材(1a)的傳送速度V1進(jìn)行控制,依據(jù)在測定位置(P2)處與測定外側(cè)直徑(D2)間的偏差(D2－D20)對拉伸母材(1c)的牽引速度V2進(jìn)行控制。采用這種構(gòu)成形式可以減少對拉伸母材(1c)進(jìn)行外側(cè)直徑控制所需要的時間滯后,從而可以對其外側(cè)直徑進(jìn)行響應(yīng)良好且精度良好的外側(cè)直徑控制。因此,本發(fā)明能夠提供出一種可以提高光纖母材拉伸精度、提高生產(chǎn)效率的光纖母材拉伸方法,以及相應(yīng)的拉伸裝置。
文檔編號G02B6/00GK1385385SQ0212519
公開日2002年12月18日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者橫山佳生, 大石敏弘, 大賀裕一 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社