直徑150mm光纖錐錐體成型裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種直徑150mm光纖錐錐體成型裝置及方法。該裝置的加熱爐殼體中部設置有高溫區，該高溫區兩側對稱地設置有中溫區；加熱爐外側兩端依次設置有隔離區和冷卻區。該方法是將直徑150--155毫米，長度170—180毫米的光纖毛坯安裝在拉制卡頭上，采用程序升、降溫，雙向施力形成錐體。直徑150毫米光纖錐毛坯直徑和長度差小，在加熱拉制時，由于熱傳導的作用極易引起兩端變形。本發明主要通過高溫區程序控溫，以及中溫區程序控溫和水冷循環系統的配合，確保拉制時毛坯兩端不變形，降溫時毛坯兩端不炸裂。
【專利說明】直徑150mm光纖錐錐體成型裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及直徑150毫米光纖錐錐體的拉制成型裝置和方法。

【背景技術】
[0002] 光纖錐是一種光學纖維傳像器件，是由大量光學纖維排列、融壓、拉錐成型的可傳 遞二維圖像的光學元件。光纖錐中每根光學纖維都是錐形的，且具有很好的光學絕緣性， 因此每根光學纖維能夠獨立傳光，而不受臨近其它光學纖維的影響，光纖錐做為耦合傳像 器件具有高分辨率、無畸變、傳光效能高等特點、同時由于具有放大和縮小圖像的作用，可 獲得短的物像距離，運用在光電儀器中具有重量輕、便于攜帶、光學和機械性能穩定等優越 性。隨著信息技術的發展，光纖錐與CCD的耦合可以用于仿真機器人的視覺系統，高能射 線的探測、攝影和記錄，在軍事、航天、科研、醫療、工業等領域起著越來越重要的作用。
[0003] 目前基本實現了中小口徑，即直徑50毫米以下光錐的量產。大口徑光錐體積大， 在加熱冷卻制造的過程中，玻璃體積變化較大，內外加熱不均勻，錐體成型困難，同時非常 容易炸裂，制造難度大。


【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種直徑150_光纖錐錐體成型裝置，該裝置能 夠避免毛坯兩端變形。
[0005] -種直徑150mm光纖錐錐體成型裝置，包括加熱爐，所述的加熱爐包括殼體，殼 體內部沿軸向形成爐孔，加熱爐殼體中部設置有高溫區，該高溫區兩側對稱地設置有中溫 區；加熱爐外側兩端依次設置有隔離區和冷卻區；高溫區設有加熱帶，加熱帶包括由鐵鉻 電加熱絲繞成直徑18_19mm的螺旋帶6和固定該螺旋帶的寬度為35-36mm的凹型瓷環；中 溫區設有控溫加熱裝置；隔離區設有石棉隔離套，冷卻區設有水冷循環裝置。
[0006] 由于150_光纖錐是在十分有限的長度上形成較大的錐體，需要中部高溫區的既 有足夠的熱能使毛坯加熱區域軟化，又要使中部高溫區盡量的窄避免毛坯兩端變形，本發 明的加熱帶可以滿足以上要求。此外，本發明在拉制毛坯兩端設置兩套系統，一套是中溫區 的控溫加熱系統，另一套是水冷循環系統，兩套系統的聯合使用確保拉制時毛坯兩端不變 形，降溫時毛坯兩端不炸裂。
[0007] 本發明還提供一種利用以上裝置的直徑150_光纖錐錐體成型方法，該方法是將 直徑150-155毫米，長度170-180毫米的光纖毛坯安裝在拉制卡頭上，采用程序升、降溫， 雙向施力形成錐體； 具體過程如下：高溫區從室溫經過16小時升到650°C，在650°C保溫2小時，再經過4 小時升到800°C，在800°C保溫4小時，再經過5小時升到850°C，在850°C保溫5小時，再經 過6小時升到910°C - 920°C，此時向拉制卡頭加力180公斤，此后每10分鐘加180公斤， 直到2520公斤為止，整個拉制過程需持續12 -15個小時；拉制后完成即刻卸掉拉力，高溫 區開始降溫，降溫速率分別是：40分鐘降到810°C，2小時由810°C降到650°C，再用2小時 由650°C降到600°C，在600°C保溫2小時，接著用96小時由600°C降到200°C，72小時由 200°C降到室溫；高溫區對毛坯開始升溫加熱時，同時啟動中溫區控溫加熱裝置，用15小時 升溫到300°C，毛坯兩端溫度超過300°C時，啟動冷卻區冷卻區水冷循環裝置，使毛坯兩端 溫度保持在300±5°C，一直到拉制結束；然后，高溫區開始降溫，中溫區的控溫加熱裝置 開始升溫，用5小時升溫到600°C，保溫1小時，開始降溫，用160小時降至室溫。
[0008] 常規的光錐拉制體積小，毛坯能保證足夠的長，在拉制時，毛坯兩端的溫度控制主 要是防止炸裂。直徑150毫米光纖錐毛坯直徑和長度差小，在加熱拉制時，由于熱傳導的作 用極易引起兩端變形。本發明所述的方法主要通過高溫區程序控溫，以及中溫區程序控溫 和水冷循環系統的配合，確保拉制時毛坯兩端不變形，降溫時毛坯兩端不炸裂。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明所述的直徑150_光纖錐錐體成型裝置。
[0010] 圖2是加熱帶示意圖。
[0011] 圖3是光纖毛述不意圖。
[0012] 圖4是中溫區的控溫加熱裝置。
[0013] 圖中，1-拉制卡頭，2-高溫區，3-中溫區，4-隔離區，5-冷卻區，6-螺旋帶，7-凹形 瓷環，8-加熱套，9-加熱絲，10-光纖毛坯。

【具體實施方式】
[0014] 以下結合附圖對本發明要求保護的直徑150mm光纖錐錐體成型裝置和方法作進 一步清楚、完整的說明。
[0015] 圖1是直徑150_光纖錐錐體成型裝置的結構示意圖。加熱爐和拉制機配套使用， 加熱爐安裝在拉制機的機座上。拉制機采用的是現有產品，其結構不再贅述。加熱爐包括 殼體，殼體內部沿軸向形成爐孔，光纖毛述10 (圖3)安裝在拉制機的兩個拉制卡頭1之間 并放置于加熱爐的爐孔內。
[0016] 如圖1所示，加熱爐殼體中部設置有高溫區2,該高溫區2兩側對稱地設置有中溫 區3 ;加熱爐外側兩端依次設置有隔離區4和冷卻區5。
[0017] 如圖2所示，高溫區2設有加熱帶，加熱帶包括由鐵鉻電加熱絲繞成直徑18_19mm 的螺旋帶6和固定該螺旋帶的寬度為35-36mm的凹型瓷環7,螺旋帶6嵌入凹型瓷環7圓周 面上的凹槽內，安裝好的光纖毛坯中部在凹形瓷環的縱向截面上。加熱帶可保證既有足夠 的熱能使毛坯加熱區域軟化，又能使中部高溫區盡量的窄避免毛坯兩端變形。
[0018] 如圖4所示，中溫區設有控溫加熱裝置，控溫加熱裝置包括加熱套8和設置在加熱 套8外側的加熱絲9,加熱絲9與公知的控溫裝置連接。
[0019] 如圖1所示，隔離區設有石棉隔離套，石棉隔離套的直徑與拉制卡頭1外徑相近， 兩端的拉制卡頭1的外表面分別與石棉隔離套的內側面連接，目的是阻擋熱量外泄。
[0020] 冷卻區設有水冷循環裝置，配合中溫區的控溫加熱裝置使毛坯兩端溫度維持在 300 °C左右。
[0021] 直徑150mm光纖錐錐體成型方法，是將直徑150-155毫米，長度170-180毫米的 光纖毛坯安裝在拉制卡頭1上，采用程序升、降溫，雙向施力形成大端直徑與小端直徑比最 大為4 :1的錐體。
[0022] 具體過程如下：高溫區2從室溫經過16小時升到650°C，在650°C保溫2小時，再 經過4小時升到800°C，在800°C保溫4小時，再經過5小時升到850°C，在850°C保溫5小 時，再經過6小時升到910°C - 920°C，此時向拉制卡頭加力180公斤開始拉制，此后每10 分鐘加180公斤，直到2520公斤為止，整個拉制過程需持續12 -15個小時。拉制后完成即 刻卸掉拉力，高溫區2開始降溫，降溫速率分別是：40分鐘降到810°C，2小時由810°C降到 650°C，再用2小時由650°C降到600°C，在600°C保溫2小時，接著用96小時由600°C降到 200°C，72小時由200°C降到室溫。高溫區對毛坯開始升溫加熱時，同時啟動中溫區3控溫 加熱裝置，用15小時升溫到300°C，保溫，隨著升溫拉制時間的延長，溫度向中心傳播的同 時，也向毛坯兩端傳播，由于毛坯長度受限，毛坯兩端溫度就會超過300°C。毛坯兩端溫度超 過300°C時，啟動冷卻區5冷卻區水冷循環裝置，使毛坯兩端溫度保持在300±5°C，一直到 拉制結束，關閉水冷循環裝置，然后，高溫區2開始降溫，中溫區3的控溫加熱裝置開始升 溫，用5小時升溫到600°C，保溫1小時，開始降溫，用160小時降至室溫，這樣毛坯兩端既不 發生炸裂也不發生變形。
【權利要求】
1. 一種直徑150mm光纖錐錐體成型裝置，包括加熱爐，所述的加熱爐包括殼體，殼體內 部沿軸向形成爐孔，其特征在于： 加熱爐殼體中部設置有高溫區（2)，該高溫區（2)兩側對稱地設置有中溫區（3);加熱 爐外側兩端依次設置有隔離區（4)和冷卻區（5);高溫區（2)設有加熱帶，加熱帶包括由鐵 鉻電加熱絲繞成直徑18_19mm的螺旋帶（6)和固定該螺旋帶的寬度為35-36mm的凹型瓷環 (7);中溫區（3)設有控溫加熱裝置；隔離區（4)設有石棉隔離套，冷卻區（5)設有水冷循環 裝直。
2. -種直徑150mm光纖錐錐體成型方法，其特征在于：是將直徑150-155毫米，長度 170-180毫米的光纖毛坯安裝在拉制卡頭（1)上，采用程序升、降溫，雙向施力形成錐體； 具體過程如下：高溫區（2)從室溫經過16小時升到650°C，在650°C保溫2小時，再經 過4小時升到800°C，在800°C保溫4小時，再經過5小時升到850°C，在850°C保溫5小時， 再經過6小時升到910°C - 920°C，此時向拉制卡頭（1)加力180公斤開始拉制，此后每10 分鐘加180公斤，直到2520公斤為止，整個拉制過程需持續12 -15個小時；拉制后完成即 刻卸掉拉力，高溫區（2)開始降溫，降溫速率分別是：40分鐘降到810°C，2小時由810°C降 至lj 650°C，再用2小時由650°C降到600°C，在600°C保溫2小時，接著用96小時由600°C降 到200°C，72小時由200°C降到室溫；高溫區（2)對毛坯開始升溫加熱時，同時啟動中溫區 (3)控溫加熱裝置，用15小時升溫到300°C，毛坯兩端溫度超過300°C時，啟動冷卻區（5)冷 卻區水冷循環裝置，使毛坯兩端溫度保持在300±5°C，一直到拉制結束；然后，高溫區（2) 開始降溫，中溫區（3)的控溫加熱裝置開始升溫，用5小時升溫到600°C，保溫1小時，開始 降溫，用160小時降至室溫。
【文檔編號】C03B37/029GK104150761SQ201410343583
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】王玲玲, 陳鋼, 薛睿斌, 董運宏, 劉貞文 申請人:山西長城微光器材股份有限公司