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CN107216030A - 一种用于mcp光纤拉丝机的拉丝系统及其拉丝方法 - Google Patents

一种用于mcp光纤拉丝机的拉丝系统及其拉丝方法 Download PDF

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CN107216030A
CN107216030A CN201710461346.5A CN201710461346A CN107216030A CN 107216030 A CN107216030 A CN 107216030A CN 201710461346 A CN201710461346 A CN 201710461346A CN 107216030 A CN107216030 A CN 107216030A
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CN
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servo
wire drawing
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computer
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CN201710461346.5A
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钱芸生
钱鑫
张益军
黄贤斌
李�杰
于岳辰
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Nanjing University of Science and Technology
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Nanjing University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开一种用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统其拉丝方法，该系统包括激光测径仪、计算机、PCI总线控制器卡与端子板、第一伺服驱动器与第一伺服电机、第二伺服驱动器与第二伺服电机、第一减速机与第二减速机、拉丝组件，其中激光测径仪连接计算机，计算机连接PCI总线控制器卡，PCI总线控制器卡连接端子板，端子板连接第一伺服驱动器与第二伺服驱动器，第一伺服驱动器与第二伺服驱动器分别连接第一伺服电机与第二伺服电机，第一伺服电机与第二伺服电机上分别设置第一减速机与第二减速机，第一减速机与第二减速机连接拉丝组件。本发明降低了光纤椭圆度，提高了拉丝精度和横截面形状的稳定性。

Description

一种用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统及其拉丝方法
技术领域：
本发明涉及一种拉丝技术，特别是涉及一种用于拉制高精度单丝与复丝的拉丝系统及其拉丝方法。
背景技术：
单丝与复丝的拉丝精度直接影响MCP的空间分辨率，因此使用MCP光纤拉丝机拉制单丝与复丝是MCP工艺流程的核心工艺。MCP光纤拉丝机由送料系统、温控系统、拉丝系统、切丝系统等子系统构成，拉丝系统对拉丝精度影响最大。
现有的拉丝系统通过单片机芯片控制单伺服驱动器，控制单伺服电机驱动拉丝组件进行拉丝。采用单电机驱动主动轮、再通过传动带带动从动轮一起转动这种同步联动控制方式，由于摩擦阻力，以及传送带与动轮齿的咬合不均，从动轮与主动轮转速并非完全相等，这增大了所拉制光纤的椭圆度，使得光纤横截面变形且边缘粗糙；而且应用单片机芯片控制伺服驱动器时，单片机本身易受干扰，特别是在电机等大功率用电设备较多的拉丝车间里，电磁干扰更大，极大影响了单片机控制伺服驱动器效果，降低了拉丝精度。由上可知，现有的拉丝系统在拉制高精度单丝与复丝时难以保证拉丝精度。生产经验也表明，现有的拉丝系统在拉制直径0.95mm以上单丝与复丝时光纤直径误差尚能保证在±4μm之内，而在拉制直径0.88mm以下单丝与复丝时光纤直径误差只能保证在±5μm之内。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统及其拉丝方法，系统的抗干扰能力更强，拉丝精度更高。
实现本发明目的的解决方案为：一种用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，包括激光测径仪、计算机、PCI总线控制器卡与端子板、第一伺服驱动器与第一伺服电机、第二伺服驱动器与第二伺服电机、第一减速机与第二减速机、拉丝组件，其中激光测径仪连接计算机，计算机连接PCI总线控制器卡，PCI总线控制器卡连接端子板，端子板连接第一伺服驱动器与第二伺服驱动器，第一伺服驱动器与第二伺服驱动器分别连接第一伺服电机与第二伺服电机，第一伺服电机与第二伺服电机上分别设置第一减速机与第二减速机，第一减速机与第二减速机连接拉丝组件。
所述拉丝组件采用双电机驱动浮动式履带挤压结构，包括镜像分布的第一拉丝子组件和第二拉丝子组件，每个拉丝子组件包括一个主动轮、两个从动轮和设置在主动轮与从动轮外侧的同步带，主动轮和从动轮呈三角形排布，三角形靠近中轴线的边与地面垂直，第一拉丝子组件和第二拉丝子组件与地面垂直的边相互配合实现对光纤的挤压。
所述主动轮和从动轮呈等腰三角形排布，其中底边与地面垂直。
所述第一减速机和第二减速机采用1:50减速比。
基于上述拉丝系统的拉丝方法，包括如下步骤：
步骤1、激光测径仪测量光纤直径，并将测得的光纤直径传输给计算机；
步骤2、计算机显示光纤直径实时曲线图，接收操作员根据光纤直径设置的第一伺服电机和第二伺服电机的转速控制信号，并将接收的转速控制信号传输给PCI总线控制器卡；
步骤3、PCI总线控制器卡对转速控制信号进行译码得到电机的控制脉冲信号，控制脉冲信号经过连接端子板和伺服驱动器后驱动两台伺服电机反向同速转动；
步骤4、伺服电机的转动经过第一减速机与第二减速机减速后分别带动第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的主动轮、从动轮和同步带运动；
步骤5、第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的同步带挤压光纤，并通过同步带与光纤的摩擦力拉动光纤实现拉丝操作。
步骤1的激光测径仪每隔150ms测量一次光纤直径，并通过RS232串口与计算机数据通信。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明通过计算机结合PCI总线控制器卡和端子板控制双伺服电机，并配合减速器共同驱动拉丝组件，降低了光纤椭圆度，提高了拉丝精度和横截面形状的稳定性。
附图说明
图1为MCP光纤拉丝机的拉丝系统的原理图。
图2为MCP光纤拉丝机拉丝系统的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为左示意图。
图3为本发明实施例拉制0.66mm复丝时的实时丝径曲线图。
图4为本发明实施例拉制光纤的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明方案做进一步描述。
如图1所示的用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，包括激光测径仪、计算机、PCI总线控制器卡与端子板、第一伺服驱动器与第一伺服电机、第二伺服驱动器与第二伺服电机、第一减速机与第二减速机、拉丝组件，其中激光测径仪连接计算机，计算机连接PCI总线控制器卡，PCI总线控制器卡连接端子板，端子板连接第一伺服驱动器与第二伺服驱动器，第一伺服驱动器与第二伺服驱动器分别连接第一伺服电机与第二伺服电机，第一伺服电机与第二伺服电机上分别设置减速比为1:50的第一减速机与第二减速机，第一减速机与第二减速机连接拉丝组件。其中重要连接方式与结构组成具体为：
(1)激光测径仪通过RS232串口与计算机相连接，采用ZUMBACH ASCII协议与计算机进行通信，并将测得的光纤直径传输给计算机；
(2)PCI总线控制器卡放置在计算机主机的PCI卡槽内，并通过数据传输线与端子板相连。
(3)端子板分别与第一伺服驱动器与第二伺服驱动器相连，由于端子板为四轴端子板，可以通过CN4、CN10、CN16、CN22四个相同的端口区同时连接和控制四台伺服驱动器。第一伺服驱动器与第二伺服驱动器的CN1口的7、8端口分别连接端子板CN4与CN10端口区的9、8端口，用以发送伺服电机转速脉冲信号；第一伺服驱动器与第二伺服驱动器的CN1口的11、12端口分别连接端子板CN4与CN10端口区的7、6端口，用以发送伺服电机转动方向脉冲信号；第一伺服驱动器与第二伺服驱动器的CN1口的47、40端口分别连接端子板CN4与CN10端口区的1、11端口吗，用以发送伺服电机开关信号；
(4)如图2所示，拉丝组件采用双电机驱动浮动式履带挤压结构，包括镜像分布的第一拉丝子组件3和第二拉丝子组件4，每个拉丝子组件包括一个主动轮5、两个从动轮6和设置在主动轮5与从动轮6外侧的同步带，主动轮5和从动轮6呈等腰三角形排布，底边靠近中轴线且与地面垂直，第一拉丝子组件3和第二拉丝子组件4的底边与地面垂直。拉丝时，第一伺服电机1与第二伺服电机2首先驱动第一拉丝子组件3和第二拉丝子组件4靠近，挤压光纤，然后驱动主动轮转动，进而带动从动轮和同步带运动，通过同步带与光纤的摩擦实现拉丝操作。
基于上述拉丝系统的拉丝方法，包括如下步骤：
步骤1、激光测径仪每隔150ms测量一次光纤直径，并将测得的光纤直径数值通过RS232串口传输给计算机；
步骤2、计算机根据光纤直径实时绘制丝径曲线图，给出电机转速建议值，并接收操作员根据实时丝径曲线图和电机转速建议值设置的第一伺服电机和第二伺服电机的实际转速控制信号，并将接收的实际转速控制信号传输给PCI总线控制器卡。其中，电机转速建议值s的计算式为：s＝5D2S/(12πrd2)，式中D为原料直径、S为送料速度、r为主动轮半径、d为光纤直径，操作员以计算机给出的电机转速建议值为基础，并结合实时丝径曲线图所显示的丝径变化趋势，利用低、中、高三个调速档位进行微调，从而设置实际转速并实时调整；
步骤3、PCI总线控制器卡对转速控制信号进行译码得到电机的控制脉冲信号，控制脉冲信号经过连接端子板和伺服驱动器后驱动两台伺服电机反向同速转动；
步骤4、伺服电机的转动经过第一减速机与第二减速机减速50倍后分别带动第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的主动轮、从动轮和同步带运动；
步骤5、第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的同步带挤压光纤，并通过同步带与光纤的摩擦力拉动光纤实现拉丝操作。
图3是利用本发明系统和方法拉制0.66mm复丝的实时丝径曲线图，图4是所拉制的正六边形光纤横截面在显微镜下的效果图，可以看出，本发明系统和方法拉丝精度高，光纤直径误差保持在目标丝径的±3μm之内，且光纤横截面为标准正六边形，不存在横截面的变形现象。

Claims (6)

1.一种用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，其特征在于，包括激光测径仪、计算机、PCI总线控制器卡与端子板、第一伺服驱动器与第一伺服电机、第二伺服驱动器与第二伺服电机、第一减速机与第二减速机、拉丝组件，其中激光测径仪连接计算机，计算机连接PCI总线控制器卡，PCI总线控制器卡连接端子板，端子板连接第一伺服驱动器与第二伺服驱动器，第一伺服驱动器与第二伺服驱动器分别连接第一伺服电机与第二伺服电机，第一伺服电机与第二伺服电机上分别设置第一减速机与第二减速机，第一减速机与第二减速机连接拉丝组件。
2.根据权利要求1所述的用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，其特征在于，所述拉丝组件采用双电机驱动浮动式履带挤压结构，包括镜像分布的第一拉丝子组件和第二拉丝子组件，每个拉丝子组件包括一个主动轮、两个从动轮和设置在主动轮与从动轮外侧的同步带，主动轮和从动轮呈三角形排布，三角形靠近中轴线的边与地面垂直，第一拉丝子组件和第二拉丝子组件与地面垂直的边相互配合实现对光纤的挤压。
3.根据权利要求2所述的用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，其特征在于，所述主动轮和从动轮呈等腰三角形排布，其中底边与地面垂直。
4.根据权利要求1所述的用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，其特征在于，所述第一减速机和第二减速机采用1:50减速比。
5.基于权利要求1‐4任意一项所述的拉丝系统的拉丝方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、激光测径仪测量光纤直径，并将测得的光纤直径传输给计算机；
步骤2、计算机显示光纤直径实时曲线图，接收操作员根据光纤直径设置的第一伺服电机和第二伺服电机的转速控制信号，并将接收的转速控制信号传输给PCI总线控制器卡；
步骤3、PCI总线控制器卡对转速控制信号进行译码得到电机的控制脉冲信号，控制脉冲信号经过连接端子板和伺服驱动器后驱动两台伺服电机反向同速转动；
步骤4、伺服电机的转动经过第一减速机与第二减速机减速后分别带动第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的主动轮、从动轮和同步带运动；
步骤5、第一拉丝子组件和第二拉丝子组件的同步带挤压光纤，并通过同步带与光纤的摩擦力拉动光纤实现拉丝操作。
6.根据权利要求1所述的用于MCP光纤拉丝机的拉丝系统，其特征在于，步骤1中激光测径仪每隔150ms测量一次光纤直径，并通过RS232串口与计算机数据通信。
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