一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统及光纤拉制方法与流程

1.本发明属于聚合物光纤器件制备领域，具体涉及一种用于聚合物光纤的可拆分式双导轨牵引系统及其拉制方法。


背景技术：

2.随着光通信技术的迅速发展，聚合物基材料作为聚合物及聚合物中掺杂光学改性材料或其它性质改性材料，已经成为集成光学、光纤、光波导器件制备的重要材料之一。在制备光纤的过程中，聚合物基材料与无机玻璃材料相比具有韧性高、软化点低、易弯曲变形等特点。一般聚合物基光纤多采用挤出法制备，挤出法制备一般得到的芯径较粗，较难获得与无机光纤芯径相差不大的光纤。
3.利用拉制法制备聚合物光纤可以获得与无机光纤芯径相差不大的光纤，不过现有传统圆盘拉制方法和传统垂直拉制方法都存在一定的局限性。首先传统圆盘的拉制方法在必然发生形变的过程中容易产生更多的损耗误差，而传统垂直的拉制方法虽然能够有效的避免弯曲形变，但在拉制长度上常常受限；其次特别是在科研工作中进行掺杂型特殊光纤研究时，一般的挤出工艺和传统的拉纤设备都需要大量的聚合物材料，采用现有拉纤设备去拉制不仅损耗误差多而且易产生大量资源浪费，难以满足少量高质量特殊光纤制备。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统及光纤拉制方法，该系统通过可拆分式机械结构以及垂直空心等结构，可以极大的加长聚合物光纤在垂直拉制方法下的制备长度，同时避免了常规圆盘绕制方法所带来的不可避免的形变误差，极大的改善了聚合物光纤的拉制效果。通过自主调节导轨长度及安装起始位置，能够有效的应对大批量生产，同时可以满足对小批量科研工作的需求，特别是进行掺杂型特殊光纤研究时，使用该系统和方法不仅能够获得用作科学研究的高质量特殊聚合物光纤，还能够有效减少相关聚合物材料资源的浪费，极大地减少了相关领域的科研成本。该系统及方法使用操作起来方便、稳定、实用性强，适用于拉制聚合物基掺杂型特殊光纤。
5.本发明通过如下技术方案实现：
6.一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统，包括pc端主控平台1、控制器驱动系统13及牵引拉制系统14；
7.所述控制器驱动系统13由主控制驱动器3、副控制驱动器2及加热控制驱动器12组成；
8.所述牵引拉制系统14由主步进电机5、副步进电机4、主电机圆形齿轮10、副电机圆形齿轮9、可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及环形加热套11组成；
9.所述pc端主控平台1分别与主控制驱动器3、副控制驱动器2及加热控制驱动器12连接，主控制驱动器3与主步进电机5连接，副控制驱动器2与副步进电机4相连，加热控制驱动器12与环形加热套11相连，主步进电机5与主电机圆形齿轮10相连，副步进电机4与副电机圆形齿轮9相连，可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6滑动连接在牵引拉制系统14的支撑框架上，待加工的聚合物光纤的两端分别固定在可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6上，环形加热套11套在待加工的聚合物光纤上，环形加热套11与牵引拉制系统14的支撑框架连接固定；主电机圆形齿轮10与可拆分式主锯齿垂直空心导轨7齿接，副电机圆形齿轮9与可拆分式副锯齿垂直空心导轨6齿接，pc端主控平台向控制驱动器及加热控制驱动器发送控制指令，控制驱动器及加热控制驱动器接到指令后分别计算出对应的可拆分式主锯齿垂直空心导轨和可拆分式副锯齿垂直空心导轨所需的目标行程和目标速度，以及环形加热套所需的加热温度，并将计算好的指令发送给步进电机和环形加热套；步进电机响应命令之后带动电机圆形齿轮进行转动，从而带动可拆分式主锯齿垂直空心导轨和可拆分式副锯齿垂直空心导轨沿同一垂直方向维持恒定速度差向下移动，实现拉制制备高质量聚合物光纤。
10.进一步地，所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7为内部中空结构，待加工的聚合物光纤的两端穿过可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7的内部中空结构，中空结构的端部设置有自紧式夹头，用于固定待加工的聚合物。
11.进一步地，所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7为圆筒形结构，圆筒形结构的圆周上均匀开有四个凹槽，其中一个凹槽为锯齿凹槽，另外三个为光滑凹槽，主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9的齿轮分别嵌入到可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的锯齿凹槽内，光滑凹槽内布置有导轨支撑轮8，导轨支撑轮8上连接有支撑杆，支撑杆的另一端固定在牵引拉制系统14的支撑框架上。
12.进一步地，所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7位于同一垂直方向上。
13.进一步地，所述牵引拉制系统14的支撑框架上固定有多个支撑杆，环形加热套11通过十字夹与支撑杆固定连接，所述环形加热套11固定在靠近可拆分式主锯齿垂直空心导轨7聚合物固定端一侧。
14.另一方面，本发明还提供了一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的光纤拉制方法，具体步骤如下：
15.步骤一：通过主控制驱动器3和副控制驱动器2对可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6进行目标行程初始化；
16.步骤二：分别将可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的外侧三面光滑凹槽以及一面锯齿凹槽沿主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9以及导轨支撑滑轮8进行同一垂直方向上摆放支撑固定；
17.步骤三：将聚合物光纤分别固定在可拆分式主锯齿垂直空心导轨7顶端一侧和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6底端一侧，同时将聚合物光纤穿过环形加热套11；
18.步骤四：在pc端主控平台1中输入可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯
齿垂直空心导轨6目标行程所需时间以及环形加热套11的目标温度，由pc端主控平台1向主控制驱动器3、副控制驱动器2以及加热控制驱动器12发送指令，由主控制驱动器3和副控制驱动器2计算可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6所需的移动速度，加热控制驱动器12处理传来的控制指令，主步进电机5、副步进电机4以及环形加热套11收到指令后开始执行相应动作；
19.步骤五：可拆分式主垂直空心导轨7和可拆分式副垂直空心导轨6到达目标行程终点后，系统自动停止运行；如需继续拉制聚合物光纤可在系统停止运行之后将可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6沿主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9以及导轨支撑轮8导出，并回到步骤一继续按顺序操作，实现根据生产及科研的不同需求制备高质量聚合物光纤。
20.与现有技术相比，本发明的优点如下：
21.本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统及光纤拉制方法，解决了在聚合物光纤拉制过程中容易产生不规则形变，长度受限等问题，该系统和方法在于可拆分式锯齿垂直空心导轨的机械结构所带来的灵活性，通过独特的可拆分式机械结构以及垂直空心等结构可以极大的加长聚合物光纤在垂直拉制方法下的制备长度，同时避免了常规圆盘绕制方法所带来的不可避免的形变误差，极大的改善了聚合物光纤的拉制效果；
22.通过自主调节导轨长度及安装起始位置，能够有效的应对大批量生产，同时可以满足对小批量科研工作的需求，特别是进行掺杂型特殊光纤研究时，使用该系统和方法不仅能够获得用作科学研究的高质量特殊聚合物光纤，还能够有效减少相关聚合物材料资源的浪费，极大的减少了相关领域的科研成本。该系统及方法使用操作起来方便、稳定、实用性强，适用于拉制聚合物基掺杂型特殊光纤。
附图说明
23.图1：本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的结构示意图；
24.图2：本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的拉制系统的3d结构示意图；
25.图3：本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的拉制系统的俯视图；
26.图4：本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的拉制系统的侧视图；
27.图5：本发明的一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的拉制系统的正视图；
28.图中：pc端主控平台1、副控制驱动器2、主控制驱动器3、副步进电机4、主步进电机5、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6、可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、导轨支撑滑轮8、副电机圆形齿轮9、主电机圆形齿轮10、环形加热套11、加热控制驱动器12、控制器驱动系统13、牵引拉制系统14。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描
述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
30.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
31.实施例1
32.如图1所示，本实施例提供了一种面向聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统，包括pc端主控平台1、副控制驱动器2、主控制驱动器3、副步进电机4、主步进电机5、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6、可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、导轨支撑滑轮8、副电机圆形齿轮9、主电机圆形齿轮10、环形加热套11、加热控制驱动器12、控制器驱动系统13及牵引拉制系统14；
33.其中，所述控制器驱动系统13由主控制驱动器3、副控制驱动器2、加热控制驱动器12组成；
34.所述牵引拉制系统14由主步进电机5、副步进电机4、主电机圆形齿轮10、副电机圆形齿轮9、导轨支撑轮8、可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及环形加热套11组成；
35.所述pc端主控平台1分别与主控制驱动器3、副控制驱动器2及加热控制驱动器12连接，主控制驱动器3与主步进电机5连接，副控制驱动器2与副步进电机4相连，加热控制驱动器12与环形加热套11相连，主步进电机5与主电机圆形齿轮10相连，副步进电机4与副电机圆形齿轮9相连，可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6滑动连接在牵引拉制系统14的框架上，待加工的聚合物光纤的两端分别固定在可拆分式主锯齿垂直空心导轨7、可拆分式副锯齿垂直空心导轨6上，环形加热套11套在待加工的聚合物光纤上，牵引拉制系统14的支撑框架上固定有多个支撑杆，环形加热套11通过十字夹与支撑杆固定连接，所述环形加热套11固定在靠近可拆分式主锯齿垂直空心导轨7聚合物固定端一侧；主电机圆形齿轮10与可拆分式主锯齿垂直空心导轨7齿接，副电机圆形齿轮9与可拆分式副锯齿垂直空心导轨6齿接，pc端主控平台向控制驱动器及加热控制驱动器发送控制指令，控制驱动器及加热控制驱动器接到指令后分别计算出对应的可拆分式主锯齿垂直空心导轨和可拆分式副锯齿垂直空心导轨所需的目标行程和目标速度，以及环形加热套所需的加热温度，并将计算好的指令发送给步进电机和环形加热套；步进电机响应命令之后带动电机圆形齿轮进行转动，从而带动可拆分式主锯齿垂直空心导轨和可拆分式副锯齿垂直空心导轨沿同一垂直方向维持恒定速度差向下移动，实现拉制制备高质量聚合物光纤。
36.如图2-图5所示，所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7为内部中空结构，待加工的聚合物光纤的两端穿过可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7的内部中空结构，中空结构的端部设置有自紧式夹头，用于固定待加工的聚合物。
37.所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7为圆筒形结构，圆筒形结构的圆周上均匀开有四个凹槽，其中一个凹槽为锯齿凹槽，另外三个为光滑凹槽，主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9的齿轮分别嵌入到可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的锯齿凹槽内，光滑凹槽内布置有导轨支撑轮8，导轨支撑轮8上连接有支撑杆，支撑杆的另一端固定在牵引拉制系统14的支撑框架上。
38.所述可拆分式副锯齿垂直空心导轨6及可拆分式主锯齿垂直空心导轨7位于同一
垂直方向上。
39.所述pc端主控平台1分别与主控制驱动器3、副控制驱动器2及加热控制驱动器12相连，主控制驱动器3与主步进电机5相连，副控制驱动器2与副步进电机5相连，加热控制驱动器12与环形加热套11相连，主步进电机5与主电机圆形齿轮10相连，副步进电机4与副电机圆形齿轮9相连，分别将主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9齿轮侧嵌入到可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的锯齿凹槽一侧进行支撑连接，同时分别在可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6另外三侧的光滑凹槽侧由导轨支撑轮8进行稳定支撑连接；
40.所述主控制驱动器3和副控制驱动器2进行主步进电机5和副步进电机4有效行程初始化，通过pc端主控平台1操作界面图2向主控制驱动器3、副控制驱动器2和加热控制驱动器12发送控制指令，主控制驱动器3、副控制驱动器2和加热控制驱动器12接到指令后分别计算出对应的可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6所需的目标行程和目标速度，以及环形加热套11所需的加热温度，并将计算好的指令发送给主步进电机5、副步进电机4和环形加热套11；
41.所述主步进电机5和副步进电机4响应命令之后带动主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9进行转动，从而带动可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6沿同一垂直方向维持恒定速度差向下移动，实现拉制制备高质量聚合物光纤；
42.实施例2
43.本发明还提供了一种聚合物基材料的可拆分式双导轨牵引系统的光纤拉制方法，具体步骤如下：
44.步骤一：通过主控制驱动器3和副控制驱动器2对可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6进行目标行程初始化，可拆分式主锯齿垂直空心导轨7的目标行程初始化为1000mm，可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的目标行程初始化为500mm；
45.步骤二：分别将可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的外侧三面光滑凹槽以及一面锯齿凹槽沿主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9以及导轨支撑滑轮8进行同一垂直方向上摆放支撑固定；
46.步骤三：选取长度约为650mm半径约为1mm的待拉制掺杂型聚合物光纤，将聚合物光纤分别固定在可拆分式主锯齿垂直空心导轨7顶端一侧和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6底端一侧，同时将聚合物光纤穿过环形加热套11；
47.步骤四：在pc端主控平台1操作界面图输入可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6目标行程所需时间以及环形加热套11的目标温度，分别为1300s、1300s和175℃，由pc端主控平台1向主控制驱动器3、副控制驱动器2以及加热控制驱动器12发送指令，主控制驱动器3和副控制驱动器2计算可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6所需的移动速度，计算可得可拆分式主锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6的运行速度分别为0.77mm/s和0.38mm/s，加热控制驱动器12处理传来的控制指令，主步进电机5、副步进电机4以及环形加热套11收到指令后开始执行相应动作；
48.步骤五：可拆分式主垂直空心导轨7和可拆分式副垂直空心导轨6到达目标行程终点后，系统自动停止运行。如需继续拉制聚合物光纤可在系统停止运行之后将可拆分式主
锯齿垂直空心导轨7和可拆分式副锯齿垂直空心导轨6沿主电机圆形齿轮10和副电机圆形齿轮9以及导轨支撑轮8导出，并回到步骤一继续按顺序操作，并在步骤4调节对应参数可实现根据生产及科研的不同需求制备高质量聚合物光纤。
49.据初始化条件及相关参数，本实例通过拉制长度为650mm，半径为1mm的掺杂型聚合物光纤，拉制结束后得到了长度为1150mm，半径为0.75mm的掺杂型聚合物光纤；通过专用光功率计及光谱仪测量得到制备出的掺杂型聚合物光纤插入损耗为-1db/cm，相对增益为6db，相关性能指标良好，通过本系统及方法制备得到的掺杂型聚合物光纤适用于相关领域的科学研究及应用开发等。
50.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
51.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
52.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。