СПОСОБ УКЛАДКИ ПАКЕТА СВЕТОВОДОВ Российский патент 2025 года по МПК 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 сложным, многостадийным 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 диаметру от 5 до 15 мкм, 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 жгутов передачи изображения предъявляются более высокие требования, чем к качеству жгутов 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.

Многостадийный метод получения пакета оптических волокон 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.

Известно техническое решение по патенту РФ №2294550, опубликованному 27.02.2007 по индексам МПК: G02B 6/04 и G02B 6/46, в котором заявлен способ укладки пакета световодов, заключающийся в том, что осуществляют постепенную укладку единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по диаметру типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданному диаметру 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.

Данный способ успешно применяется в производстве ГРЖВ. Однако требует усовершенствования для выхода годной продукции при условии устранения загрязнений с поверхности волокон и обеспечения идеальной укладки волокон в собранный из них пакет.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование процесса укладки пакета световодов круглого сечения для получения из него жесткой заготовки жгута волокон, повышение выхода годных ГРЖВ.

Технический результат заключается в качественной укладке пакета волокон с получением регулярной гексагональной структуры по форме поперечного сечения пакета по всей его длине при увеличении равномерности укладки пакета из особо чистых волокон без применения дополнительного механического воздействия, присущего прототипу.

Результат достигается особым способом укладки пакета световодов. Осуществляется равномерная укладка единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по диаметру типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданному диаметру пакета, собранный пакет фиксируют в опорах, затем освобождают его от опор и производят дополнительное уплотнение и упорядочивание уложенной структуры пакета волокон, в котором, в отличие от прототипа, дополнительное уплотнение и упорядочивание пакета волокон осуществляют с помощью ультразвуковой мойки, для чего пакет помещают в колбу с моющим раствором, колбу помещают в ультразвуковую ванну с щелочным раствором и воздействуют высокочастотным ультразвуком.

Целесообразно использование ультразвуковой ванны с частотой 40-80 кГц, а ультразвуковую обработку осуществлять в течение от 1 до 2 часов в зависимости от количества волокон в пакете.

Эффективность процесса укладки световодов достигается за счет того, что волокна во время ультразвуковой мойки равномерно укладываются благодаря процессу кавитации, который происходит под воздействием высокочастотных ультразвуковых волн в моющем растворе. При генерации ультразвуковых волн в жидкости возникают микроскопические пузырьки вакуума за счет изменения давления. Эти пузырьки вибрируют под воздействием ультразвука и могут взрываться, создавая микроскопические точки воздействия на поверхности волокон. При взрыве пузырьков вакуума происходит генерация микроскопических вихрей и ударных волн в моющем растворе. Это создает интенсивное механическое воздействие, которое помогает разрушать и отрывать загрязнения, покрывающие волокна, и одновременно мягко массажирует поверхность, позволяя волокнам более равномерно укладываться.

Воздействие ультразвука и кавитации создает эффект "микроструйной мойки", который помогает удалить загрязнения и частицы с поверхности волокон из стекла, обеспечивая более равномерную очистку и выравнивание поверхности.

Известно, что использование эффекта ультразвуковой кавитации широко используется в машиностроении, химической технологии, биомедицине и многих других областях. Однако количественная характеристика интенсивности ультразвуковой кавитации всегда была трудностью (См. Статья «Экспериментальное исследование интенсивности ультразвуковой кавитации на основе флуоресцентного анализа», Китайский журнал машиностроения, том 36, 103 (2023)). В статье отмечается, что при техническом применении ультразвуковой кавитации количественная характеристика интенсивности кавитации является важной проблемой.

Из уровня техники в настоящее время не выявлены новые технические решения в области усовершенствования технологии изготовления ГРЖВ, особенно на стадии укладки пакета световодов.

В предлагаемом способе экспериментально подобраны специальные процедуры ультразвуковой мойки пакета световодов и соответствующий режим обработки ультразвуком.

В предложенном способе укладки пакетов световодов круглого сечения достигается высокое качество по регулярности укладки.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

Конкретным примером осуществления предложенного способа является использование единичного волокна диаметром 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 оптоволокна 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 диаметра 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. Участок укладки осуществляет контроль в отраженном свете и оперативно устраняет дефектные отрезки 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 помещают пакет в колбу с моющим раствором. Колбу с пакетом помещают в ультразвуковую ванну с щелочным раствором. Осуществляют воздействие ультразвуком порядка 40-80 кГц в течение от 1 до 2 часов. Время обработки зависит от количества собранных в пакет волокон. Так, пакет из 6000 волокон обрабатывается в течение 1 часа, а пакет из 20000 волокон - в течение 2 часов.

По окончании УЗ-обработки колбу с пакетом извлекают из ванны, пакет извлекают из колбы, фиксируют по всей длине волокон специальными нитями из хлопка и отправляют в сушку.

При проверке качества изготовленного пакета световодов выявлена особая чистота волокон, максимальное уплотнение и упорядочивание их укладки в пакете.

Уложенный описанным способом пакет световодов (диаметром 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 с увеличением показателя выхода годных ГРЖВ на 20%.

Заявленная совокупность признаков способа укладки пакета световодов подтверждает новизну и изобретательский уровень изобретения и соответствующую промышленную применимость.

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. Способ включает равномерную укладку единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по диаметру типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданному диаметру пакета, собранный пакет фиксируют в опорах, затем освобождают его от опор и производят дополнительное уплотнение и упорядочивание уложенной структуры пакета волокон, с помощью ультразвуковой мойки, для чего пакет помещают в колбу с моющим раствором, колбу помещают в ультразвуковую ванну с щелочным раствором и воздействуют высокочастотным ультразвуком. Технический результат -усовершенствование процесса укладки пакета волокон с повышенной чистотой их поверхности и равномерности укладки, что способствует повышению выхода годных ГРЖВ. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ укладки пакета световодов, заключающийся в том, что осуществляют равномерную укладку единичных волокон в две одинаковые опоры, имеющие форму втулок с прорезями по диаметру типа разорванного кольца, внутренний диаметр которых соответствует заданному диаметру пакета, собранный пакет фиксируют в опорах, затем освобождают его от опор и производят дополнительное уплотнение и упорядочивание уложенной структуры пакета волокон, отличающийся тем, что дополнительное уплотнение и упорядочивание пакета волокон осуществляют с помощью ультразвуковой мойки, для чего пакет помещают в колбу с моющим раствором, колбу помещают в ультразвуковую ванну с щелочным раствором и воздействуют высокочастотным ультразвуком.

2. Способ по п. 1, в котором используют ультразвуковую ванну 40-80 кГц.

3. Способ по п. 1, в котором ультразвуковую обработку осуществляют в течение от 1 до 2 часов в зависимости от количества волокон в пакете.