石英玻璃棒弯曲度检验初探.pdf

建瑖璃与工业玻璃
石英豉璃棒弯屾度檢验初探
Study on bending test of quartz glass rod
孔敏隋镁深
(中国建筑材料科学研究总院,北京100024)
摘要:本文采用静压轴承原理,研創开发了弯曲度检测仪,并提出了石英玻璃棒曲度检测工艺
关键词:静压轴承;弯曲度;石英玻璃棒
Abstract In this article, the principle of hydrostatic bearing is used to develop a bending tester, and a quartz glass rod bending
prope
Key words: hydrostatic bearing; bending degree; quartz glass rod
中图分类号:T"Q171文献标识码:B文章编号:1003-8965(201605-004-02
1前言
紧石英棒的一端,卡盘根部与石英棒端面一致,用百分表
指针与石英棒的另一端接触,旋转卡盘一周,百分表显示
石英玻璃把持棒是VAD/OVD光纤预制棒制作及拉丝
最大与最小值之差即是石英棒的弯曲度值。
工艺必不可少的关键配套消耗性材料,我院石英院于上世
纪九十年代末期开始光纤行业用石英玻璃把持棒的开发与
研制。近年来,为满足广大国内外客户的要求,在工艺及
设备等各方面均作了许多重大改进。因石英玻璃把持棒的
卡盘石英棒
百分表指针
使用方法是直接与光纤芯棒及预制棒相连接,这就对其弯
图1检測示意图
曲提出了很高的要求(客户的要求基本都在0.2mm以内)。
在石英玻璃棒的生产过程中,经过毛坯拉制、冷加工和火
弯曲度检测仪研制成功后,用机加工出的标准棒(长
抛光工序后石英棒的规格尺寸、弯曲度完全可达到要求,
度1m,直径40mm,实际弯曲度值<0.02mm)进行两组
但在消除石英玻璃棒热应力的退火过程中,如果炉温偏高
试验,得出測定值见表1、表2。
或者炉内温度场分布不均,均会造成玻璃棒的弯曲超标。
表1弯曲度测定值
以长度1m直径25mm的一批棒材为例,同一退火炉内
0(度)030「60「90120150「180
不同石英棒的弯曲度最大与最小值差为1.5mm。为了保
测定值(mm?0.0710.1110.0210.080.040.1010.06
证提供合格产品,满足客户要求并与用户的使用及检测方
法接轨,更好的扩大国内外市场,针对上述状况,本研究
表2弯曲度测定值
工作从无到有自行研制了弯曲度检测仪,经过一段时间的
e(度)「030「60「90「120150180
试用,它保证了提供数据的准确度,达到了光纤行业用石
则定值{mm)0.0210.1010.0910.060.080.0610.09
英棒弯曲度检测标准。
注:以上表中6值为设任一位置6=0后卡盘与
标准捧的相对转角度)
2弯曲度检测仪结构及工作原理
弯曲度检测仪主要由机体与液压油箱两部分组成。机
A=Ao X cos 0
体主要为前轴承、后轴承、铜瓦以及外边的钢套,前后轴
承分别与卡盘座和手轮相连接,每个铜瓦上各开四个油枪,
图2系统误差值示意图
铜瓦镶在钢套中,外部连接液压油箱。依据静压轴承原理
,工作时液压油被高压打入油枪,依靠液压油将主轴托
起至中心位置(自定心),这样就避免了主轴与轴瓦直接
表1、表2结果表明,同一支棒所夹的初始位置不同,
各测试点的数值就不同。再与标准棒实际弯曲度值进行对
接触,防止轴和瓦的损坏,主轴跳动<0.001mm,保证了
检测精度2。
比后很容易发现两者之间存在较大差距,这说明仪器本身
具有系统误差,经分析表明主要误差来于自定心国产卡盘。
国产卡盘三爪精度一般为0.02-0.04mm,而国外同类
3石英棒弯曲度检测工艺
产品精度可高达0.001-0.002mm,当然费用同比国内
要高十几倍。所以我们要在现有的条件下通过各种试验,
应用弯曲度检测仪进行弯曲度检验的方法是用卡盘夹
万方数
玻璃与工业玻璃
寻找如何才能消除由于仪器本身系统误差对石英棒弯曲度
3.3其他造成弯曲度检测值不正确因素的排除
的影响。
弯曲度检测工艺确定以后,经分析还存在两点因素导
具体理论依据及建立模型如下
致测定值的不正确。
3.1系统误差的确定
3.3.1石英玻璃棒的椭凤度
假设某一样品棒的实际弯曲度值为0,由于弯曲度检
石英玻璃棒的椭园度值是棒直径最大值与最小值之差
测仪具有系统误差,所以样品棒在θ=00时(设定为棒即O=Dmax-Dmin,测定所得的“弯曲度值”实际应为
与卡盘初始接触位置且此位置系统误差值最大)的测定过弯曲度值与椭圆度之和。但石英玻璃棒的生产工艺保证了
程中,样品棒旋转一周百分表指针会出现一最大值Bmax其在退火之前的椭圆度O≤0.02这很容易通过干分尺
和一最小值βmin,系统误差即弯曲度值为:A0=-Bma
测得,所以通过本測定弯曲度工艺清除了椭圆度影响因素
Bmin,样品棒与卡盘相对角度如图2为8角时测定的弯后可以得到可靠的弯曲度值。
曲度值为:A1=max1-3min1。经测定弯曲度A与角6
3.3.2石英玻璃棒的弯曲为近似S或波浪形状
关系如表3所示
在这种情况下,本测定工艺将无法得出石英玻璃棒的
正确弯曲度值。但是在实际生产过程中,生产加工工艺决
表3弯曲度A与角6关系
定了这种状況的出现几率为零,所以此种影响因素被排除。
A0「A1「A2「A3A4A5
0.1410.1210.0910.0610.0110.0610.110.13
4弯曲度检验工艺确定的意义
0「30「4560「90120「150180
石英玻璃棒(直径>20mm)经火抛光后需要放入退火
由表3可以假设出A与0符合数学关系式
炉以消除掉热应力,在对退火产品进行应力检测和弯曲度
A=A0×cos
检测后,可以为退火工艺的完善提供大量的确信数据。多
却系统误差值为此关系式所确定。
次对不同炉次同一炉产品的弯曲度进行逐个检测,通过数
3.2确定实际石英玻璃棒弯曲度的检测工艺
据研究,可以帮助我们找寻出退火炉内温度场的分布状况,
设定一石英棒的实际弯曲度为一定值B.弯曲度检测
达到调节的目的。对于弯曲度不合格的产品,我们可以根
仪测定值为C。
据其值进行有效校正。总之,弯曲度检测仪的研制成功和
在任意一点处的弯曲度测定值即为
检验工艺的确定,不仅对最终产品可以进行检测,而且也
C1 =B+A0cos 0
为各种石英玻璃棒的退火工艺确定提供了大量重要参数。
让石英棒与卡盘相对旋转1800测定值为
C2=B+A0cos0+1800)=B-A0COS 0,
5结语
所以:B=(C1+C2)/2,即石英棒的实际弯曲度值为两
e角相差1800位置处测定值的平均值。
1)通过本工作,成功研制了弯曲度检測仪,并确定了
经过以上论证推理后,测定值与“实际值”基本吻
检测工艺。
如表4所示
2)弯曲度检测仪能够很好完成石英棒的弯曲度检