可控压力精密柔性板布纤装置及布纤方法

摘要

一种精密机械制造领域的可控压力精密柔性板布纤装置，包括：控制单元以及分别与之相连的放纤机构、转向控制元件、压力控制机构、压轮机构，其中：转向控制元件与压力控制机构相连，压力控制机构与压轮机构相连，压轮机构与放纤机构对应设置。本发明可提高光纤布排的精度，同时可调节光纤的布排速度和布排压力，减少光纤损伤及断裂。

权利要求

1.一种可控压力精密柔性板布纤装置，其特征在于，包括：控制单元以及分别与之相连的放纤机构、转向控制元件、压力控制机构、压轮机构，其中：转向控制元件与压力控制机构相连，压力控制机构与压轮机构相连，压轮机构与放纤机构对应设置，控制单元与放纤机构相连并传输放纤信息，控制放纤机构的放纤速度和放纤长度，控制单元与转向控制元件相连并传输转向控制信息，控制布纤转向角度，控制单元与压力控制机构相连并传输布纤压力信息，控制布纤压力，控制单元与压轮机构相连并传输压轮转速信息，控制布纤速度；控制单元控制放纤元件从光纤储筒释放光纤，并控制放纤长度测量器或编码器测量释放的光纤的长度，光纤经过运纤导轮、限位导轮和光纤位置调节元件，在压轮控制下，粘结在涂覆有粘合剂的柔性板上；

所述的压力控制机构包括：压力传感器和与之相连的导向调节元件；

所述的压轮机构包括：夹持元件、压轮导杆和压轮，其中：夹持元件一端与压力传感器相连，另一端与压轮导杆相连，压轮导杆与压轮相连；

所述的压力传感器检测光纤的布排压力并反馈给控制单元，当布排压力低于压力控制机构的设定值，则控制单元控制压力控制机构中的导向调节元件降低高度，带动夹持元件向着靠近柔性板的一侧移动，压轮随压轮导杆的移动靠近柔性板，布排压力增大；当布排压力超出压力控制机构的设定值，则控制单元控制压力控制机构中的导向调节元件提升高度，带动夹持元件向着远离柔性板的一侧移动，压轮随着压轮导杆的移动远离柔性板，布排压力减小；

所述的放纤机构包括：光纤储筒、放纤元件、运纤导轮和张力传感器，其中：放纤元件与光纤储筒相连，运纤导轮与光纤储筒对应设置，运纤导轮与张力传感器相连；

所述的张力传感器检测光纤布排时光纤承受的张力并反馈给控制单元，控制单元根据张力调节运纤导轮的转速，同时调控节压轮转速，使放纤速度与布纤速度匹配；

所述的放纤信息包括：光纤储筒的转速信息、运纤速度信息、运纤张力信息和放纤长度信息；

所述的布纤压力信息包括：压轮高度信息和压轮压力信息；

所述的转向控制元件设有高精度分度转轴，转向角度误差小于0.001°；

所述的压轮机构对应设有限位导轮和光纤位置调节元件；

所述的光纤位置调节元件设有光纤通过孔；

所述的放纤元件设有放纤长度测量器或编码器；

所述的放纤机构中设有若干个运动导轮。

说明书

可控压力精密柔性板布纤装置及布纤方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是精密机械领域，具体是一种压力可控且转向角度误差小于0.001°的精密柔性板布纤装置及布纤方法。

背景技术

[0002] 现有技术在柔性板光纤布排过程中，存在如下问题：1)布排精度低，特别表现在长距离，比如0.5‐1m，布排光纤时由于运动误差积累而导致疏密不均，以及垂直转向布排后角度误差过大导致的歪曲偏离；2)光纤布排压力不均，光纤在布排到黏性柔性板上后，需施加适当的压力以保证粘黏可靠，现有技术往往无压力调节机构，无法根据布排工况实时调节布排压力，在极端工况下可能出现压力欠缺导致光纤粘结失效或压力过大导致光纤压断；3)在光纤运送布排过程中，由于放纤速度和布排速度不一致，极易导致光纤损伤或断裂；4)在光纤粘结后采用的施压压轮往往由于结构问题导致相邻的光纤遭受二次或二次以上碾压，致使光纤受损或挤压错位。

[0003] 经过对现有技术的检索发现，美国专利US5259051A，公开了一种光纤互连设备及其布纤方法。其特点是该光纤互连设备的布纤装置具有细长的支架，该支架能够与z轴成一定角度转动且能在x‐y平面内进行移动，支架的下部自由端安装有压轮，支架的上部自由端安装有含有光纤的卷盘；卷盘上的光纤通过压轮粘附在涂覆粘合剂的基板上；支架以适当的速度和方向在水平面上移动并带动压轮旋转，藉此对光纤施加一定的张力，促使卷盘上的光纤释放，由此光纤不断粘附在涂覆粘合剂的基板上。该技术与本发明相比，其无法解决的技术问题进一步包括：1)未涉及压力检测及调节机构，即无法检测当前布纤压力，亦无法在此基础上对布纤压力进行实时调节；2)未涉及张力检测机构，其放纤过程是被动的过程，不能实现放纤速度和布纤运动速度的匹配调整；3)未涉及所布排光纤长度检测装置，无法实现精密布排。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种可控压力精密柔性板布纤装置及布纤方法，可提高光纤布排的精度，同时可调节光纤的布排速度和布排压力，减少光纤损伤及断裂。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0006] 本发明包括：控制单元以及分别与之相连的放纤机构、转向控制元件、压力控制机构、压轮机构，其中：转向控制元件与压力控制机构相连，压力控制机构与压轮机构相连，压轮机构与放纤机构对应设置；控制单元与放纤机构相连并传输放纤信息，控制放纤机构的放纤速度和放纤长度；控制单元与转向控制元件相连并传输转向控制信息，控制布纤转向角度；控制单元与压力控制机构相连并传输布纤压力信息，控制布纤压力；控制单元与压轮机构相连并传输压轮转速信息，控制布纤速度。

[0007] 所述的放纤机构包括：光纤储筒、放纤元件、运纤导轮和张力传感器，其中：放纤元件与光纤储筒相连，运纤导轮与光纤储筒对应设置，运纤导轮与张力传感器相连。

[0008] 所述的压轮机构包括：夹持元件、压轮导杆和压轮，其中：夹持元件一端与压力传感器相连，另一端与压轮导杆相连，压轮导杆与压轮相连。

[0009] 所述的压力控制机构包括：压力传感器和与之相连的导向调节元件。

[0010] 所述的放纤信息包括：光纤储筒的转速信息、运纤速度信息、运纤张力信息和放纤长度信息。

[0011] 所述的布纤压力信息包括：压轮高度信息和压轮压力信息。

[0012] 技术效果

[0013] 与现有技术相比，本发明对于柔性板提供一种可控压力的精密布纤装置，具有如下有益效果：1)该装置设置有精密转向控制机构，可控制光纤布排在任意角度的转向定位；2)该装置可根据当前的布排工况，实现布排压力的自主检测，并能通过压力控制机构调节布排压力，以保护光纤；3)该装置可主动检测光纤在布排放送过程中所受的张力，根据张力调节光纤布排速度使之与放纤速度相匹配；4)该装置的压轮仅对当前布排的光纤施加压紧力，不接触或碾压已布排好的光纤，防止相邻的光纤受到挤压错位或碾压损坏。

附图说明

[0014] 图1为本发明装置的结构示意图；

[0015] 图2为本发明装置中压轮与光纤配合示意图；

[0016] 图3为本发明装置中光纤位置调节元件与光纤配合示意图；

[0017] 图中：光纤1、压轮机构2、压轮21、压轮导杆22、夹持元件23、压力控制机构3、压力传感器31、导向调节元件32、转向控制元件4、放纤机构5、光纤储筒51、放纤元件52、运纤导轮53、张力传感器54、控制单元6、限位导轮7、光纤位置调节元件8。

具体实施方式

[0018] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0019] 实施例1

[0020] 如图1所示，本实施例包括：控制单元6和与控制单元6相连的放纤机构5、转向控制元件4、压力控制机构3、压轮机构2，其中：转向控制元件4与压力控制机构3相连，压力控制机构3与压轮机构2相连，压轮机构2与放纤机构5对应设置；

[0021] 所述的放纤机构5、转向控制元件4、压力控制机构3和压轮机构2均设有与控制单元6相连的信息处理模块；

[0022] 所述的控制单元6与放纤机构5的信息处理模块相连并传输光纤储筒的转速信息、运纤速度信息、运纤张力信息和放纤长度信息，控制放纤机构5的放纤速度和放纤长度；控制单元6与转向控制元件4的信息处理模块相连并传输转向控制信息，控制布纤转向角度；控制单元6与压力控制机构3的信息处理模块相连并传输压轮压力信息和压轮高度信息，通过调节压轮高度控制布纤压力；控制单元6与压轮机构2相连并传输压轮转速信息，控制布纤速度。

[0023] 所述的放纤机构5包括：光纤储筒51、放纤元件52、运纤导轮53和张力传感器54，其中：放纤元件52与光纤储筒51相连，运纤导轮53与光纤储筒51对应设置，张力传感器54与运纤导轮53相连。

[0024] 所述的放纤元件52设有放纤长度测量器或编码器，用于精确测量放出的光纤1的长度，以满足布纤精度要求。

[0025] 所述的压轮机构2包括：夹持元件23、压轮导杆22和压轮21，其中：夹持元件23的一端与压力传感器31相连，另一端与压轮导杆22相连，压轮导杆22与压轮21相连，压轮21可绕轴线自转。

[0026] 所述的压轮导杆22根据不同的压轮尺寸进行更换，方便压轮21的安装和夹持。

[0027] 所述的转向控制元件4设有高精度分度转轴，转向角度误差小于0.001°。

[0028] 如图2所示，所述的压轮21设有压槽，其中：压槽的宽度小于所布排的光纤1的直径，曲率小于所排布的光纤1的曲率，防止布排时，碾压到已经布排好的相邻光纤。

[0029] 所述的压力控制机构3包括：压力传感器31和与之相连的导向调节元件32，其中：导向调节元件32可对压轮机构2在垂直方向的位置进行导向和调节。

[0030] 所述的导向调节元件32设有丝杠、导轨和步进电机。

[0031] 所述的压轮机构2对应设有限位导轮7和光纤位置调节元件8，用于调校光纤1在进入压轮21之前的位置精度，实现对布排精度的进一步控制，并可防止光纤1从压轮21的侧面滑出。

[0032] 如图3所示，所述的光纤位置调节元件8设有光纤通过孔，光纤位置调节元件8用于调整光纤1与光纤通过孔之间的间隙，从而校准光纤1和压轮21之间的相对位置。

[0033] 所述的光纤位置调节元件8优选为弹簧滚珠结构。

[0034] 所述的光纤1的直径范围为0.05‐2.0mm。

[0035] 本发明装置的工作状态如下：

[0036] 根据所要布排的光纤1的直径，选取具有相应压槽的压轮21；

[0037] 通过机架将本装置安装在具有X、Y、Z方向运动进给功能的机床或机构上；

[0038] 控制单元6控制放纤元件52从光纤储筒51释放光纤1，并控制放纤长度测量器或编码器测量释放的光纤1的长度，光纤1经过运纤导轮53、限位导轮7和光纤位置调节元件8，在压轮21控制下，粘结在涂覆有粘合剂的柔性板上；

[0039] 压力传感器31检测光纤1的布排压力并反馈给控制单元6，若布排压力低于压力控制机构3的设定值，则控制单元6控制压力控制机构3中的导向调节元件32降低高度，带动夹持元件23向着靠近柔性板的一侧移动，压轮21随压轮导杆22的移动靠近柔性板，布排压力增大；若布排压力超出压力控制机构3的设定值，则控制单元6控制压力控制机构3中的导向调节元件32提升高度，带动夹持元件23向着远离柔性板的一侧移动，压轮21随着压轮导杆22的移动远离柔性板，布排压力减小；

[0040] 张力传感器54检测光纤布排时光纤1承受的张力并反馈给控制单元6，控制单元6根据张力调节运纤导轮53的转速，同时控调节压轮转速，使放纤速度与布纤速度匹配。