СПОСОБ УКЛАДКИ ПАКЕТА СВЕТОВОДОВ Российский патент 2007 года по МПК G02B6/04 G02B6/46 

Изобретение относится к производству волоконно-оптических изделий, а именно к технологии получения гибких регулярных жгутов волокон (ГРЖВ) с различной степенью разрешения для использования в оптических и электронно-оптических системах для передачи и трансформации изображения, в частности в эндоскопах.

Производство ГРЖВ является достаточно сложным технологическим процессом, в котором достижение необходимого результата связано со множеством четких, тонких операций на всех стадиях изготовления изделий. В основе структуры готовых ГРЖВ находится множество оптических волокон с исходными параметрами по толщине от 5 до 15 мкм в диаметре, а количество таких волокон для изготовления жгута обычно составляет от 3500 до 25000. Размеры готовых изделий, как правило, могут быть от 0,5 до 2,0 мм в диаметре поперечного сечения и длиной до 3,5 м.

Следует отметить, что к качеству волоконно-оптических кабелей передачи изображения предъявляются более высокие требования, чем к качеству кабелей для передачи света, что требует организации более сложной технологии изготовления первых. Основными стадиями технологического процесса изготовления ГРЖВ являются:

- получение единичных волокон, вытянутых из комплекта составляющих его стекол;

- сборка пакета из единичных волокон для получения жесткой заготовки волоконно-оптического жгута;

- перетяжка жесткой заготовки пакета в заготовку жгута ГРЖВ;

- вытравливание растворимых прослоек стекла из жесткой заготовки жгута для придания ему гибкости и превращение в конечный продукт.

Важнейшей задачей является сборка пакета из множества единичных волокон с заданными размерами, которые должны быть уложены регулярно с целью получения правильной гексагональной структуры требуемого размера по сечению пакета. Такая структура должна быть зафиксирована и проконтролирована по всей рабочей длине пакета.

Проблема регулярной укладки тысяч единичных волокон малых размеров представляет собой весьма сложную задачу. Большинство производителей оптоволоконных изделий используют многостадийный метод формирования волоконной структуры, который включает стадию вытяжки единичных волокон, их укладку в пакеты, как правило, шестиугольной формы сечения, перетяжку в многожильные стержни, которые также укладывают в пакеты шестиугольной формы сечения, и последующую их перетяжку в сверхмногожильные стержни, которые имеют требуемое заданное разрешение.

Многостадийные методы используются в основном для изготовления волоконно-оптических элементов, таких как микроканальные пластины, волоконно-оптические пластины, поворотники изображения, жгуты для передачи изображения.

Многостадийные методы характеризует повышенная сложность и трудоемкость, сопровождаемая естественными потерями по качеству конечного изделия, связанными с увеличением различных загрязнений, в том числе увеличением соприкосновений стекла с пылью, а также ограниченная возможность получения годных жестких заготовок более 2-х метров длиной.

В предлагаемом изобретении используется одностадийный метод вытяжки сверхмногожильного световода из единожды уложенного пакета множества единичных волокон.

Известны различные способы получения многожильных световодов. В патенте Японии №05-224035, G 02 B 6/06, опубл. 03.09.1993, описан способ производства волокон для передачи изображения, в котором процесс создания регулярной структуры волокон является многостадийным, когда пакеты шестиугольной формы сечения укладывают, плотно связывают и перетягивают неоднократно.

В патенте Японии №2003-029075, G 02 B 6/24, опубл. 29.01.2003, заявлено устройство, обеспечивающее сборку волокон в пакеты шестиугольной формы сечения с использованием склеивания волокон и с применением оправы для удержания пакетов при их сборке.

Такие технические решения, как сказано выше, относятся к многостадийным методам перетяжки пакетов волокон и требуют при укладке каждого пакета применения шестигранной формы, что ухудшает эксплуатационные характеристики гибких жгутов для передачи изображения, увеличивает их поперечное сечение, что приводит к увеличению габаритов приборов, в которых они используются.

В заявке РФ №97115320, С 03 В 37/023, опубл. 27.06.1999, заявлен модуль с рядами оптических волокон и способ его изготовления, где предложено формирование пучка волокон с помощью плоской подложки с множеством отверстий, с помощью которых упорядочивают соответствующее множество оптических волокон, применяя также формовку для фиксации волокон в отверстиях. Такой процесс создания пучка может быть особенно трудоемок, хотя скорее всего должен обеспечить хороший результат по созданию регулярной структуры волокон.

В заявке РФ №93043961, С 03 В 37/012, опубл. 20.01.1996, описан способ регулярной укладки пакета светопроводящих волокон и устройство для его осуществления. Здесь заявлена укладка пакета круглого сечения, для чего используются четыре опоры в виде втулок-колец, установленных по одной направляющей. В опоры укладывают волокна, каждую порцию волокон выравнивают при помощи груза, проводимого по ним по всей длине, и перемещением опор вдоль направляющей, а также поворотом опор относительно направляющей. Таким перемещением опор скорее всего осуществляется встряхивание уложенных волокон для уплотнения собранного количества.

Данному методу присущ недостаток, связанный с недостаточной регулярностью укладки собранных в пакет волокон по всей длине пакета, т.к. механическое воздействие грузом и поворот опор может привести к некоторым перекосам по толщине пакета и нарушению отдельных элементов укладки, что приведет к сбоям гексагональности структуры жгута.

Последнее техническое решение по заявке РФ 93043961 принято за прототип предлагаемого изобретения.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование процесса укладки пакета световодов круглого сечения для получения из него жесткой заготовки жгута волокон. Технический результат заключается в качественной укладке пакета волокон с получением регулярной гексагональной структуры по форме поперечного сечения пакета по всей его длине при относительной простоте процесса и повышении его технологичности.

Технический результат достигается в способе укладке пакета световодов, заключающемся в том, что осуществляют укладку единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по толщине типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданной толщине пакета. Опоры установлены на жесткой горизонтальной направляющей на расстоянии друг от друга и с возможностью их снятия с направляющей. Единичные волокна укладывают преимущественно в центральной зоне между опорами через прорези в опорах методом раскатывания, в отраженном свете, при постоянном контроле качества укладываемых волокон по чистоте их наружной поверхности. При укладке определенной порции волокон производят их вибрацию с помощью стеклянной палочки, а после заполнения всего рабочего пространства, соответствующего внутреннему сечению опор, собранный пакет плотно обвязывают в нескольких местах по его длине, снимают вместе с опорами с горизонтальной направляющей, затем освобождают от одной или обеих опор и укрепляют на виброустановке в вертикальном положении, где подвергают вибрации, дополнительно уплотняя и упорядочивая уложенную структуру пакета световодов.

В предложенном способе укладки пакетов световодов круглого сечения достигается высокое качество по регулярности укладки. Наличие двух одинаковых опор, например, в виде металлических втулок с заданными размерами их внутренних отверстий и необходимых технических параметров по ширине и толщине, а также прорезей, через которые укладывают волокна, оптимально подходит для осуществления поставленной задачи изобретения при соблюдении тщательных действий по выравниванию и уплотнению множества волокон в процессе укладки каждой порции со строгим постоянным контролем каждого укладываемого единичного волокна. При этом выравнивание и уплотнение укладываемых волокон удобно осуществлять стеклянной палочкой. Укладка волокон в отраженном свете необходима для осуществления одновременной укладки и отбраковывания дефектных волокон.

Дополнительное уплотнение волокон в пакете и регулярность их укладки обеспечиваются уже на виброустановке в вертикальном положении обвязанного пакета. Эта операция устраняет последние пустоты между волокнами, обеспечивает строгую сотовую структуру укладки, которая хорошо видна при проверке с помощью приборов, например лупы, микроскопа. Такую проверку осуществляют, как правило, перед закреплением пакета на виброустановке, а также после обработки на ней.

Пример конкретного осуществления предложенного способа. Из единичного волокна толщиной 200 мкм, изготовленного из химически стойких стекол жилы и светоизолирующей оболочки и кислоторастворимого стекла наружной оболочки методом перетяжки соответствующего комплекта штабик-трубка-трубка, путем нарезки подготавливают до 20000 отрезков длиной 400 мм, которые укладывают в две одинаковые опоры-втулки, укрепленные симметрично на жесткой горизонтальной направляющей длиной до 500 мм. Размер внутреннего диаметра втулок от 10 до 30 мм в зависимости от заданного размера толщины пакета. Ширина прорези втулки-кольца, через которую производят укладку волокон, равна 5-10 мм.

Производят постепенную укладку небольших порций волокон преимущественно в центральной зоне между опорами методом раскатывания стеклянной палочкой. На участке укладки создают отраженный свет, обеспечивая постоянный контроль и оперативное устранение дефектных отрезков волокон. После заполнения волокнами рабочего пространства в отверстиях опор пакет плотно обвязывают в нескольких местах по всей длине и снимают с направляющей вместе с опорами, проверяют уложенную структуру со стороны торцов с помощью лупы. Затем аккуратно снимают опоры и подвешивают пакет в вертикальном положении на виброустановке, закрепляют его на стойке и подвергают вибрации, после чего производят контроль структуры уплотненного пакета с помощью лупы или микроскопа. При необходимости повторяют процедуру вибрации и опять проверяют структуру.

Уложенный описанным способом пакет световодов толщиной 30 мм помещают в печь и методом перетяжки изготавливают жесткую заготовку жгута длиной 3000 мм с диаметром поперечного сечения 2 мм. После герметизации торцов жесткой заготовки полировочной смолой ее помещают в кювету с раствором кислоты, где происходит удаление растворимых прослоек, а затем жгут извлекают из кюветы и надевают на него защитную силиконовую оболочку, наклеивают торцевые втулки и полируют торцы. Полученное готовое изделие поступает на контроль. Использованный метод укладки пакета световодов показал высокое качество готовых изделий по всем требуемым параметрам.

Способ заключается в осуществлении постепенной укладки единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по толщине типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданной толщине пакета, установленные на расстоянии друг от друга на жесткой горизонтальной направляющей с возможностью снятия с нее опор. Причем постепенную укладку единичных волокон осуществляют при постоянном визуальном контроле качества укладываемых волокон по чистоте их наружной поверхности в отраженном свете, при этом производят регулярное выравнивание и уплотнение путем вибрации уложенной части волокон с помощью стеклянной палочки, а после заполнения всего рабочего пространства собранный пакет плотно обвязывают в нескольких местах по его длине, снимают вместе с опорами с горизонтальной направляющей, освобождают от опор и укрепляют на виброустановке в вертикальном положении. Технический результат заключается в получении регулярной гексагональной структуры пакета единичных волокон круглого сечения с помощью технологичного и относительно простого способа укладки пакета световодов.

Способ укладки пакета световодов, заключающийся в том, что осуществляют постепенную укладку единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по толщине типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданной толщине пакета, установленные на расстоянии друг от друга на жесткой горизонтальной направляющей с возможностью снятия с нее опор, причем постепенную укладку единичных волокон осуществляют при постоянном визуальном контроле качества укладываемых волокон по чистоте их наружной поверхности в отраженном свете, при этом производят регулярное выравнивание и уплотнение путем вибрации уложенной части волокон с помощью стеклянной палочки, а после заполнения всего рабочего пространства, соответствующего внутреннему сечению опор, собранный пакет плотно обвязывают в нескольких местах по его длине, снимают вместе с опорами с горизонтальной направляющей, освобождают от опор и укрепляют на виброустановке в вертикальном положении, где подвергают вибрации, дополнительно уплотняя и упорядочивая уложенную структуру пакета волокон.