專利名稱：一種旋轉繞環機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖陀螺等光纖傳感器中的光纖環，具體地指一種旋轉繞環機構，可與繞環機配合，進行光纖環的繞制。
背景技術：
光纖陀螺是一種測量姿態方位的高精度慣性傳感器，由于它具備體積小、精度高、啟動快、動態范圍大、無機械轉動結構等一系列優點，已經被廣泛應用于機器人、艦艇、飛機、導彈等多種領域。光纖環作為光纖陀螺的傳感核心部分，直接影響到光纖陀螺的測量精度，因此實際應用中對其提出了很多要求，如消光比要大，互異性要好等。光纖環的繞制方法有很多種，如平繞、四極對稱繞法、八極對稱繞法等，其中四極對稱繞法發展得比較成熟，是國際上 的主流繞法。目前，國內光纖環基本上都采用四極對稱繞法，并且大都采用半自動化的方法進行繞制，即通過操作人員的實時控制，來操縱設備進行光纖環的繞制。目前，國內的光纖環繞制技術尚不成熟，設備也大都結構簡單、功能不夠完善，光纖環的繞制尚無法脫離人工操作。而對于光纖環這種精密的器件，一個輕輕的震動都有可能使光纖環出現排列不整齊、張力過大、甚至斷纖，因此繞環的設備和工藝直接決定了光纖環的性能。另一方面，根據光纖陀螺的型號不同，常常還需要制備各種規格的光纖環，這就對繞環的設備和工藝提出了很高的要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種旋轉繞環機構，其自動化程度高，能夠極大的減少因人工操作引入的不良影響，繞制的光纖環產品品質高。為解決上述技術問題，本發明提供的一種旋轉繞環機構，包括一對結構相同的繞環臂；每一繞環臂分別包括導輪架及同軸設置的旋轉頭、主軸、放纖軸和光纖盤；所述旋轉頭為由導輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構成的齒輪組，導輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪同軸布置、互不干擾，用于分別在外接動力設備的驅動下旋轉；所述導輪架齒輪與相應的導輪架固定，放纖軸齒輪與相應的放纖軸固定，主軸齒輪與相應的主軸固定；所述放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上，用于同放纖軸一起在放纖軸齒輪帶動下繞主軸轉動；所述導輪架包括開有大圓孔的導輪架固定座，所述旋轉頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設在導輪架固定座兩邊；一對繞環臂的主軸同軸布置且端頭相對，用于通過與光纖環骨架匹配的工裝夾持光纖環骨架；所述導輪架固定座還連有導輪固定架，導輪固定架位于主軸的一側并設有若干導纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導向至光纖環骨架。上述技術方案中，所述導輪固定架上還設有至少一個張力輪，用于在傳導光纖的同時傳遞光纖的張力。進一步地，所述張力輪連有張力傳感器，用于監控光纖張力。上述技術方案中，所述若干導纖輪中，至少一只導纖輪通過支撐桿與導輪固定架鉸接，支撐桿的活動端與導輪固定架之間連有彈性部件。上述技術方案中，所述導輪架固定座呈方形板狀，導輪架固定座的至少一個側面開有2 4個螺孔，所述導輪固定架與導輪架固定座經上述螺孔螺栓連接。進一步地，所述導輪架固定座的四個側面均開有螺孔，不同側面上，螺孔的設置位置不同，用于調節導輪架的旋轉半徑。
上述技術方案中，所述導輪架、旋轉頭、放纖軸和光纖盤為鋁、鋁合金或工程塑料材質。與現有技術相比，本發明的有益效果在于
(1)采用了結構完全相同的一對繞環臂，能夠確保兩者繞環時的一致性；
(2)本繞環機構采用固定光纖環骨架、轉動一對繞環臂的方式進行光纖繞制，較傳統設備在使用中旋轉光纖環骨架的方式，能夠保證繞環過程的準確和平穩，同時最大程度的減小了光纖環圓周上各點的張力偏差；
(3)導輪架的結構設置，能夠集成張力控制、張力傳感、光纖導向、繞環導纖等功能，有利于實現繞環設備的自動化和小型化；
(4)繞環臂內部結構采用螺絲固定，使得本繞環機構的安裝和拆卸都很方便，便于使用和維護；
(5)彈性部件的設置，能夠使光纖在張力過大時有一定的緩沖空間，有效防止了斷纖的發生；
(6)采用了高精度的張力傳感器檢測張力，有利于光纖張力的實時監測和控制；
(7)導輪架固定座四個側面上，螺孔到相應側面的邊緣距離不同，能夠通過導輪固定架與不同側面連接，調節導輪架的旋轉半徑，適于不同型號的光纖環的繞制；
(8)導輪架、旋轉頭、放纖軸和光纖盤采用鋁、鋁合金或工程塑料等輕質材質制作，減輕了移動部件的重量，有利于減小對光纖的移動阻力，提高光纖運動的穩定性。


圖I為本發明一個實施例的結構示意圖。圖2為圖I機構的主視圖。圖3為圖I中左/右導輪架的結構示意圖。圖4為圖3導輪架的后視圖。圖5為圖3導輪架上的光纖走向示意圖。圖中1 一左旋轉頭(其中101—左導輪架齒輪，102—左放纖軸齒輪，103—左軸齒輪)，2—右旋轉頭(其中201—右導輪架齒輪，202—右放纖軸齒輪，203—右軸齒輪)，3—左導輪架，4一右導輪架(401—導輪架固定座，402—大圓孔，403、404—螺孔，405—條形開口，406—導輪固定架，407、410、412、413—導纖輪，409—張力輪，408、411、414、416—支撐桿，415—張力傳感器，417一彈黃，418—螺孔)，5一左主軸，6—右主軸，7一光纖環骨架，8—左放纖軸，9 一右放纖軸，10—左光纖盤，11 一右光纖盤，12—固定環圈。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施例作進一步的詳細描述。
如圖I至圖4所示，本發明的一種旋轉繞環機構，包括一對結構相同的繞環臂，稱為左繞環臂和右繞環臂。以右繞環臂為例，它包括右導輪架4及同軸設置的右旋轉頭2、右主軸6、右放纖軸9和右光纖盤11。右旋轉頭2為由右導輪架齒輪201、右放纖軸齒輪202和右軸齒輪203構成的齒輪組。右導輪架齒輪201、右放纖軸齒輪202和右軸齒輪203同軸布置、互不干擾，可分別在電機等外部動力設備的驅動下正/反方向旋轉。右繞環臂能夠在驅動電機的控制下整體軸向平移，右主軸6還能夠獨立軸向平移。右導輪架齒輪201與右導輪架4固定，右放纖軸齒輪202與右放纖軸9固定，右軸齒輪203與右主軸6固定。右放纖軸9套裝在右主軸6上，可繞右主軸6轉動。右光纖盤11呈工字輪狀，用于存儲和釋放待繞制的光纖，它套在右放纖軸9上，并用固定環圈12旋緊固定，可隨右放纖軸9 一起旋轉。右導輪架4包括呈方形板狀并開有大圓孔402的導輪架固定座401，上述右旋轉頭2、右主軸6、右放纖軸9和右光纖盤11構成的組件穿過該大圓孔402并分設在導輪架固定座401兩邊，其中，導輪架固定座401沿大圓孔402 —周開有螺孔403，右導輪架齒輪201經該螺孔403與導輪架固定座401固定。導輪架固定座401的四個側面分別開有三個螺孔404，且不同側面上，螺孔404的設置位置和間距不同。導輪架固定座401即通過其側面的螺孔404連接導輪固定架406，導輪固定架406的一端設有條形開口 405，條形開口 405與導輪 架固定座401側面的一排螺孔404配合，用于實現二者的螺栓連接；導輪固定架406的工作面位于右主軸6的一側，其上通過四根支撐桿408、411、414、416和若干轉軸設有四個導纖輪407、410、412、413，此外，本實施例還設有張力輪409和張力傳感器415，便于光纖張力的控制。四個導纖輪407、410、412、413和張力輪409 —起，用于無扭轉、無過度彎折的引導光纖。如圖4所示，導纖輪410通過固定的兩根支撐桿411、416與導輪固定架406鉸接，支撐桿416的活動端還與導輪固定架406之間連有彈簧417，在光纖張力過大時，可通過支撐桿411、416的小角度轉動和彈簧417的拉伸起到緩沖作用。左繞環臂則包括左導輪架3及同軸設置的左旋轉頭I、左主軸5、左放纖軸8和左光纖盤10，其結構和右繞環臂完全相同。左主軸5和右主軸6同軸布置且端頭相對，能夠通過與光纖環骨架7匹配的工裝夾持光纖環骨架7。本繞環機構適用的光纖環骨架7，其內部繞纖部分的截面可以是圓形、腰圓形、橢圓形等。如圖5所示，上述導纖輪407、張力輪409、導纖輪410、導纖輪412和導纖輪413分別依次對左、右光纖盤10、11引出的光纖進行導向，至光纖環骨架7。采用本發明繞環機構，利用四級對稱繞法進行光纖環繞制的過程大致為
1)根據光纖環的長度，以及四級對稱繞法原理，計算出左右兩邊繞環需要放置的光纖長度，留足尾纖，并在光纖上作出兩個端點及其中點的標記，三處標記分別為左段光纖終點、右段光纖終點和光纖中點。然后將左右兩邊的光纖分別盤繞在左光纖盤10和右光纖盤11上；
2)將左光纖盤10、右光纖盤11分別套在左放纖軸8和右放纖軸9上，并用固定環圈12固定。將左光纖盤10、右光纖盤11中間的光纖卡在光纖環骨架7背面的凹槽內，然后通過左主軸5、右主軸6及相應的工裝將光纖環骨架7同軸固定。接下來按照圖5所示的光纖走向將左光纖盤10和右光纖盤11上的光纖分別盤繞在左導輪架3和右導輪架4上面，再將光纖以垂直于光纖環骨架7中軸線的方式緊貼其右壁內側，并調整左右光纖長度使光纖中點對準骨架外壁的中點標記；3)開始進行四極對稱法繞環
3. I)控制電機使左導輪架3不動，使左主軸5、右主軸6、右光纖盤11、右導輪架4以相同的角速度按圖2 (下同)的右視逆時針旋轉，左光纖盤10在電機控制下以反饋速度右視逆時針旋轉，左主軸5與右主軸6帶動光纖環骨架7同步旋轉，通過監控光纖環骨架7的光纖環直徑，實時調整左光纖盤10的速度，從而實現左光纖盤10放纖、光纖環骨架7以相同的線速度收纖、右光纖盤11不放纖。將左段光纖以垂直于光纖環骨架7中軸線的方式按右視逆時針方向繞制第一層，直至骨架最左側；
3. 2)控制電機使右導輪 架4不動，使左主軸5、右主軸6、左光纖盤10、左導輪架3以相同的角速度右視順時針旋轉，右光纖盤11在電機控制下以反饋速度右視順時針旋轉，左主軸5與右主軸6帶動光纖環骨架7同步旋轉，通過監控光纖環骨架7的光纖環直徑，實時調整右光纖盤11的速度，從而實現右光纖盤11放纖、光纖環骨架7以相同的線速度收纖、左光纖盤10不放纖。將右段光纖以垂直于光纖環骨架7中軸線的方式按右視順時針方向繞制第二層，直至骨架最左側剩余一匝光纖處；
3. 3)保持步驟3. 2)中的電機轉動方向，將右段光纖以垂直于骨架中軸線的方式按右視順時針方向繞制第三層，直至骨架最右側；
3. 4)按照步驟3. I)的電機旋轉方式，將左段光纖按反方向沿骨架內側壁繞至第三層上方，然后以垂直于骨架中軸線的方式按右視逆時針方向繞制第四層，直至骨架右側剩余一阻光纖處；
3. 5)重復上述步驟3. I)至3. 4)，直至繞制了 4N層光纖，且右段光纖和左段光纖分別繞至右段光纖終點和左段光纖終點；4N層光纖的每一層匝數相等，N為不小于I的整數；
3. 6)將右段光纖和左段光纖的尾纖分別固定在光纖環骨架7側壁上；
3.7)通過電氣控制,松開左主軸5、右主軸6,連同左光纖盤10、右光纖盤11上剩余的尾纖一起取下光纖環骨架7，即完成一個光纖環的繞制工作。本發明的核心在于一對繞環臂及其具體結構的設置，使得結合相應的動力設備后繞環過程的自動化程度高，極大的減少了因人工操作引入的不良影響，繞制的光纖環產品品質高。所以其保護范圍并不限于上述實施例。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變形而不脫離本發明的范圍和精神，例如導纖輪的數量、位置不限于實施例所述，只要能實現光纖盤至光纖環骨架7的可控導向即可；對于張力控制部分，采用金屬彈片等彈性部件代替彈簧417也是可行的等。倘若這些改動和變形屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發明也意圖包含這些改動和變形在內。
權利要求
1.一種旋轉繞環機構，其特征在于它包括一對結構相同的繞環臂；每一繞環臂分別包括導輪架及同軸設置的旋轉頭、主軸、放纖軸和光纖盤；所述旋轉頭為由導輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構成的齒輪組，導輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪同軸布置、互不干擾，用于分別在外接動力設備的驅動下旋轉；所述導輪架齒輪與相應的導輪架固定，放纖軸齒輪與相應的放纖軸固定，主軸齒輪與相應的主軸固定；所述放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上，用于同放纖軸一起在放纖軸齒輪帶動下繞主軸轉動；所述導輪架包括開有大圓孔的導輪架固定座，所述旋轉頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設在導輪架固定座兩邊；一對繞環臂的主軸同軸布置且端頭相對，用于通過與光纖環骨架匹配的工裝夾持光纖環骨架；所述導輪架固定座還連有導輪固定架，導輪固定架位于主軸的一側并設有若干導纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導向至光纖環骨架。
2.根據權利要求I所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述導輪固定架上還設有至少一個張力輪，用于在傳導光纖的同時傳遞光纖的張力。
3.根據權利要求2所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述張力輪連有張力傳感器，用于監控光纖張力。
4.根據權利要求I所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述若干導纖輪中，至少一只導纖輪通過支撐桿與導輪固定架鉸接，支撐桿的活動端與導輪固定架之間連有彈性部件。
5.根據權利要求I至4中任一權利要求所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述導輪架固定座呈方形板狀，導輪架固定座的至少一個側面開有2 4個螺孔，所述導輪固定架與導輪架固定座經上述螺孔螺栓連接。
6.根據權利要求5所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述導輪架固定座的四個側面均開有螺孔，不同側面上，螺孔的設置位置不同，用于調節導輪架的旋轉半徑。
7.根據權利要求I至4中任一權利要求所述的一種旋轉繞環機構，其特征在于所述導輪架、旋轉頭、放纖軸和光纖盤為鋁、鋁合金或工程塑料材質。
全文摘要
一種旋轉繞環機構，包括一對結構相同的繞環臂；每一繞環臂分別包括導輪架及同軸設置的旋轉頭、主軸、放纖軸和光纖盤；旋轉頭為由導輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構成的齒輪組，三個齒輪同軸布置、互不干擾，分別在外接動力設備的驅動下旋轉；導輪架齒輪、放纖軸齒輪、主軸齒輪分別與相應的導輪架、放纖軸、主軸固定；放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上；導輪架包括開有大圓孔的導輪架固定座，旋轉頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設在導輪架固定座兩邊；一對繞環臂的主軸同軸布置且端頭相對；導輪架固定座還連有導輪固定架，導輪固定架位于主軸的一側并設有若干導纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導向至光纖環骨架。
文檔編號G01C19/72GK102914300SQ20121036804
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者郭偉華, 楊娟, 李宏, 李家樂, 周紅偉, 曲勇軍, 汪洪海, 皮亞斌 申請人:武漢長盈通光電技術有限公司