本申請涉及光纖預(yù)制棒制造領(lǐng)域，特別涉及一種vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)在的光纖預(yù)制棒制造工藝，芯棒品質(zhì)決定光纖品質(zhì)，在vad沉積工序中控制好疏松體預(yù)制棒生長表面形狀的穩(wěn)定性和外徑的均勻性對光纖品質(zhì)至關(guān)重要。

2、疏松體預(yù)制棒生長表面形狀的穩(wěn)定性和外徑的均勻性依賴于各種沉積工藝條件，如火焰溫度、沉積端面的溫度、排氣速度、預(yù)制棒提升速度，沉積端面與噴燈相對位置等。

3、而soot沉積表面的溫度對粉棒生長速度也有很大的影響，芯層表面溫度過高會導(dǎo)致粉棒密度增加，降低了沉積速度，同時溫度對geo2的轉(zhuǎn)化率也有非常大的影響，當(dāng)溫度過高時，geo2會分解成geo而導(dǎo)致相對折射率差的降低，通常是通過增加gecl4流量來提高相對折射率差，但會導(dǎo)致成本的增加，同時過高或過低的溫度也會影響粉棒密度，進(jìn)而影響到沉積速率的穩(wěn)定性。

4、一些相關(guān)技術(shù)中，通過激光測距儀連續(xù)檢測芯層直徑，經(jīng)過處理后反饋給plc單元，與設(shè)定的芯層直徑相比較來控制旋轉(zhuǎn)吊桿的提升速度，由此保證沉積預(yù)制棒粉棒的芯層直徑始終均一，但激光測距儀受火焰影響，測量有火焰氛圍的物體，影響測量精度，而且粉棒沉積過程中粉塵較大，會附著在測距儀窗口上影響測距精度。

5、一些相關(guān)技術(shù)中，通過ccd探測器采集外徑的分布圖像輸送至圖像處理組件中，在芯層沉積區(qū)域的面積s1大于預(yù)設(shè)值后，通過pid控制器控制靶棒提升速度加快，但芯層沉積區(qū)域是一個不規(guī)則的區(qū)域，且芯層和中間層分界線受噴燈角度、火焰溫度以及芯層和中間層火焰形狀的影響，形狀是在不斷變化的，面積無法較為準(zhǔn)確的計算，且芯層沉積過程有時間滯后效應(yīng)，所以通過面積作為反饋信號較難精確控制。

6、一些相關(guān)技術(shù)中，通過檢測激光接收端的功率，通過調(diào)節(jié)噴燈的位置，來穩(wěn)定芯棒的生長，保證軸向尺寸的穩(wěn)定。但頻繁調(diào)節(jié)噴燈的位置會導(dǎo)致沉積點(diǎn)位置不斷的變化，沉積位置的變化會改變沉積點(diǎn)的底部形狀，反過來也會造成激光反饋功率的波動，導(dǎo)致噴燈的再次調(diào)節(jié)，整個控制系統(tǒng)不容易達(dá)到穩(wěn)態(tài)，不利于沉積生長速度的穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請實(shí)施例提供一種vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置及方法，從芯層沉積端面溫度以及芯層與噴燈相對位置方面提高提升速度控制穩(wěn)定性，從而提高產(chǎn)品品質(zhì)。

2、第一方面，提供了一種vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其包括：

3、反應(yīng)腔體，其用于進(jìn)行沉積反應(yīng)，其上方設(shè)置有升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)；

4、靶棒，其頂部連接于所述升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)，底部伸入所述反應(yīng)腔體；

5、噴燈機(jī)構(gòu)，其包括噴射口傾斜向上并連接有供料系統(tǒng)的芯層噴燈；

6、圖像拍攝單元，其用于拍攝芯層沉積區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)；

7、視覺系統(tǒng)，其與圖像拍攝單元相連，并用于對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲取沉積角，所述沉積角為芯層沉積最低點(diǎn)與芯層噴燈噴射口的中心之間連線與靶棒軸線之間的夾角；

8、測溫儀，其用于測量芯層沉積端面的溫度；

9、pid控制器，其連接視覺系統(tǒng)、測溫儀、供料系統(tǒng)和升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)，并用于基于沉積角、溫度、供料系統(tǒng)的原料流量和靶棒的提升速度進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

10、一些實(shí)施例中，所述圖像拍攝單元包括工業(yè)相機(jī)、基座、四自由度平臺，所述工業(yè)相機(jī)通過四自由度平臺安裝于所述基座上，以進(jìn)行x、y、z方向和旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)。

11、一些實(shí)施例中，所述反應(yīng)腔體上開設(shè)有兩個觀察窗，所述圖像拍攝單元和測溫儀分別朝向兩個所述觀察窗。

12、一些實(shí)施例中，所述靶棒頂部通過卡盤連接吊桿，所述吊桿連接所述升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

13、一些實(shí)施例中，所述視覺系統(tǒng)還用于對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲取芯層直徑和芯層形狀；

14、所述p?id控制器還用于基于芯層直徑和芯層形狀、供料系統(tǒng)的原料流量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

15、第二方面，提供了一種如上所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，其包括：

16、將所述視覺系統(tǒng)獲取的沉積角與角度閾值進(jìn)行對比，以獲取角度偏差；

17、若角度偏差在第一角度偏差范圍內(nèi)，則不調(diào)整靶棒的提升速度；

18、若角度偏差在第一角度偏差范圍外，且在第二角度偏差范圍內(nèi)，則基于靶棒的提升穩(wěn)定速度、角度影響因素基礎(chǔ)速度、角度影響因素權(quán)重、溫度影響因素基礎(chǔ)速度、溫度影響因素權(quán)重，通過p?id控制器調(diào)整靶棒的提升速度；

19、將測溫儀獲取的溫度與溫度閾值進(jìn)行對比，以獲取溫度偏差；

20、若溫度偏差在第一溫度偏差范圍內(nèi)，則不調(diào)整芯層噴燈對應(yīng)的供料系統(tǒng)的原料流量大小；

21、若溫度偏差在第一溫度偏差范圍外，且在第二溫度偏差范圍內(nèi)，則通過p?id控制器調(diào)整氧氣流量大??；

22、若在第二溫度偏差范圍外，則通過p?id控制器調(diào)整氫氣流量大小。

23、一些實(shí)施例中，第一角度偏差范圍為-0.2°～+0.2°；

24、第二角度偏差范圍為-0.5°～+0.5°；

25、第一溫度偏差范圍為-5℃～+5℃；

26、第二溫度偏差范圍為-10℃～+10℃。

27、一些實(shí)施例中，若角度偏差在第二角度偏差范圍外，則進(jìn)行人工干預(yù)。

28、一些實(shí)施例中，若溫度偏差超過設(shè)定的報警溫度，則進(jìn)行人工干預(yù)。

29、一些實(shí)施例中，對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲取芯層直徑和芯層形狀；

30、若芯層形狀與預(yù)設(shè)形狀不一致，則報警，并停機(jī)；

31、若芯層形狀與預(yù)設(shè)形狀一致，則將芯層直徑與預(yù)設(shè)直徑對比；

32、若小于預(yù)設(shè)直徑，則通過p?id控制器進(jìn)行調(diào)整，以增加芯層噴燈對應(yīng)的供料系統(tǒng)的原料流量；

33、若大于預(yù)設(shè)直徑，則通過p?id控制器進(jìn)行調(diào)整，以減少芯層噴燈對應(yīng)的供料系統(tǒng)的原料流量。

34、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果包括：

35、本申請實(shí)施例提供了一種vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置及方法，本申請通過圖像處理功能消除或極大的減弱火焰對圖像拍攝單元所拍攝的圖像數(shù)據(jù)的影響，提高了檢測精度。本申請通過視覺系統(tǒng)檢測芯層沉積最低點(diǎn)和芯層噴燈的夾角，通過測溫儀測量芯層沉積端面的溫度，通過控制芯層沉積最低點(diǎn)和芯層噴燈的夾角，以及控制芯層沉積端面的溫度等多個因素來達(dá)到穩(wěn)定控制提升速度的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定預(yù)制棒生長速率的目標(biāo)，提高生長速率的控制精度，同時控制芯層沉積端面溫度穩(wěn)定性，不僅保證了芯層密度的穩(wěn)定性，減小了密度變化對粉棒生長速度的影響，同時可提高geo2的轉(zhuǎn)換率，實(shí)現(xiàn)了相對折射率差精確控制，保證相對折射率差的穩(wěn)定性，最終提高產(chǎn)品品質(zhì)。

技術(shù)特征：

1.一種vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于，其包括：

2.如權(quán)利要求1所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于：所述圖像拍攝單元(8)包括工業(yè)相機(jī)、基座、四自由度平臺，所述工業(yè)相機(jī)通過四自由度平臺安裝于所述基座上，以進(jìn)行x、y、z方向和旋轉(zhuǎn)方向調(diào)節(jié)。

3.如權(quán)利要求1所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于：所述反應(yīng)腔體(1)上開設(shè)有兩個觀察窗(14)，所述圖像拍攝單元(8)和測溫儀(10)分別朝向兩個所述觀察窗(14)。

4.如權(quán)利要求1所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于：所述靶棒(3)頂部通過卡盤(12)連接吊桿(13)，所述吊桿(13)連接所述升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)(2)。

5.如權(quán)利要求1所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置，其特征在于：

6.一種如權(quán)利要求1所述的vad沉積光纖預(yù)制棒的裝置制備光纖預(yù)制棒的方法，其特征在于，其包括：

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種VAD沉積光纖預(yù)制棒的裝置，反應(yīng)腔體上方設(shè)置有升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)；靶棒頂部連接升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)，底部伸入反應(yīng)腔體；噴燈機(jī)構(gòu)包括噴射口傾斜向上并連接有供料系統(tǒng)的芯層噴燈；圖像拍攝單元拍攝芯層沉積區(qū)域的圖象數(shù)據(jù)；視覺系統(tǒng)與圖像拍攝單元相連，對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲取沉積角，沉積角為芯層沉積最低點(diǎn)與芯層噴燈噴射口的中心之間連線與靶棒軸線之間的夾角；測溫儀測量芯層沉積端面的溫度；PID控制器連接視覺系統(tǒng)、測溫儀、供料系統(tǒng)和升降旋轉(zhuǎn)電機(jī)，并基于沉積角、溫度、供料系統(tǒng)的原料流量和靶棒的提升速度進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。本申請從芯層沉積端面溫度以及芯層與噴燈相對位置方面提高提升速度控制穩(wěn)定性，從而提高產(chǎn)品品質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：宋濤,余志強(qiáng),劉園園,王昌軍,黃興,孫偉光,黎磊,吳悠,張煒岸,朱鵬,李煜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：烽火通信科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6