协普®绕线机攻克制导光纤线包绕制工艺难题
光纤有很多优点,通信容量大,传输距离远,光纤损耗低,抗电磁干扰,无辐射,寿命长等等,所以在通信领域应用广泛,尤其是.制导通信方面有着极好的应用前景, 但是制导光纤线包由于需要长距离无缺陷绕制,但由于光纤表面比较光滑、性质较脆易断裂,还有就是受残余应力产生的微弯会使信号衰减等,所以较其他纤维更难缠绕,使得长距离无缺陷快速光纤自动缠绕成为一项重大课题.REPOSAL®绕线机作为专业的缠绕工艺解决方案提供商,多年来一直就制导光纤线包精密缠绕开展工艺课题研究.目前已取得较好的成果并落地,REPOSAL®绕线机研发的制导光纤线包专用绕线机可以根据工艺要求,设定可可靠的工艺指令信息,并准确执行控制命令, 最终完成长距离无缺陷制导光纤线包缠绕.在整个课题研究中,我们重点解决了制导光纤线包缠绕系统的三个难题: 张力控制.绕线系统,馈线系统,并展开如下文。
张力控制:光纤表面摩擦力很低,导致非常容易滑动,并且光纤性质较脆,很容易断裂;在缠绕过程中,光纤绕线机需要在是在恒定的张力下进行缠绕的,否则难以按图样缠绕,这样必将在每匝都产生残余拉力,同时在逐层上绕过程中,造成层间向心压力,层数越多,里层绕组所受压压应力会进一步加大,根据光纤受残余应力产生的微弯会使信号衰减的特性,会带来更大的传输损耗.因此,在光纤缠绕过程中只能尽可能使用较低的张力进行控制.所以,张力控制在整个缠绕过程中是非常关键,且是非常困难的.
光纤在缠绕过程中有缠结、绕折而造成光纤损害,这种损害甚至会导致无法完成缠绕,在光纤绕线机缠绕过程中,要使光纤卷取的线速度尽可能保持均匀.这也有利于光纤张力的稳定.光纤线速由光纤绕线机的绕线轴转速确定,光纤绕线机的绕线轴为恒角速度,但是随着光纤逐层卷绕,其实时半径随之增大,所以我们必须据实时半径调整光纤绕线机的角速度来保持光纤卷取的线速度均匀.而馈线轴必须配合绕线轴的线速(圆周速度)来调整自身转速.其线速也由其实时半径和角速度决定.
经过试验分析得出,不同的张力的大小分别的影响如下,如果张力过小,则不能实现正确光纤缠绕; 如果张力过大,则残余应力大,特别是层间向心压力造成信号衰减;所以,只有张力处前两种情况之间,即需要有一定的张力,以实现正确光纤缠绕,又尽可能的将残余应力控制器可接受的范围之内。
还有就是光纤绕组间隙,即光纤绕组匝与匝之间的间隙,最理想的情况当然是匝与匝紧密靠近而无间隙或间隙最小,当光纤匝与匝之间间隙最小时,可防止次一层光纤匝陷及上一层光纤中,此严重缺陷会导致光纤在放线时被卡住直至拉断;同时,当匝与匝紧密靠近而无间隙或间隙最小时,它还可有利于整个光纤缠绕层光滑平整,使第二层光纤绕组不产生微弯缺陷,还可以使绕组致密、体积最小。
但是实际绕制工艺当中,受到光纤制造工艺,光纤绕线机机械及控制精度的制约,显然无法做到,我们的解决方案是,光纤在缠绶时,在馈线点与落线点之间维持一个相对恒定的滞后角,此滞后角需要控制在一个相对比较稳定合理的范围内,滞后角过小,则匝间不够紧密,间隙增大。而滞后角过大,在张力的作用下则容易引起回绕。
滞后角由两个因素确定,第一个因素是馈线点与落线点在轴向的位置的位置差。第二个因素是馈线点与落线在在径向位置的距离。
绕匝逐层绕上绕轴,线径卷绕直径逐层增大,馈线点与落线点的距离也在相应变化,所以我们在设计工艺时,需要馈线点根据逐层上绕相应向后退移。
通过光纤绕线机反复绕制试验表明,要回避回绕现象所容许的最大滞后角很小与张力相关,在张力恒定的情况下,轴向位移精度要求很高.我们采用交流伺服电机来实现这个运动.而滞后角可以采用角度传感器采集,用它来控制调整馈线点相对于落线点的位置以获得稳定的滞后角。
缠绕过程中,绕组的落线点应该保持在固定位置,一般会处于绕组的最顶端.因为上线点的移动实际上是绕线速度的一种变化,但在光纤绕线机实际绕制过程中,我们会发现这个落线点会逐层呈渐开线移动,有一种观点认为这是因为在绕线轴恒角速度的情况下,光纤线速度则在逐层上绕的过程中带来的卷径直径增大,导致线速度变化所致,但实际的情况是,在逐层上绕过程中,落线点同时也上下两层的交叉点,这个交叉点的高度会比周向范围其它导向区高,但是张力作用下,光纤会自然的从高处向低处滑称,所以会形成逐层呈渐开线的落线点。
为了确保光纤绕组的稳定,毎层的两端都要有一定匝数的回缩最,一般为2-3匝.这个动作由绕组轴向运动快速加速实现,当光纤上绕后,绕组立即釉向后退,在绕轴趕 转一周内,倒过滞后角,然后开始第二层缠绕。
馈线部分,由于光纤绕线机在缠绕过程中只能用较低的张力,而供线盘上的光纤是松绕的,解脱时张力变化很大.为了消除这一不利影响配合张力控制系统,馈线部分做如下设计:馈线轴由伺服电机驱动,再由张力传感器根据所测张力,动态适时的调整馈线轴的速度,以维持一个稳定的张力。缠绕过程中的光纤张力作为主要参数,对制导光纤的长距离无差错缠绕至关重要。.
REPOSAL®绕线机作为专业的缠绕工艺解决方案提供商,在制导光纤线包精密缠绕工艺方面不断的摸索与试验,与行业用户密切合作,成功解决上述问题,与行业用户展开深度合作并获得了用户肯定。