CN104326309A - 一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置 - Google Patents

Abstract

一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置。包括放线机构、舞蹈轮调节机构、张力检测机构和面板，它是以印制绕组电机作为变张力调节与控制装置的放线电机，通过步进电机驱动微型滚珠丝杠传动副使游码位置在摆杆长度方向上发生精确改变，并采用角度传感器对摆杆进行位置检测，使摆杆在力矩平衡状态下保持在水平位置，通过改变游码位置以及对摆杆水平平衡位置的精密检测与控制，使换层缠绕后的光纤张力达到新的稳定值要求，从而实现了光纤绕组换层缠绕时的变张力调节与控制，可消除光纤绕组层数增加造成的内外层应力和应变差异，并最终实现光纤绕组内外层等应力缠绕，从而显著提高了光纤绕组的信号传输性能和稳定性。

Description

一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置

技术领域

本发明属于光纤精密缠绕技术领域，涉及一种变张力调节与控制装置，尤其是可用于光纤换层缠绕时的变张力调节与控制装置。

背景技术

光纤以其独特的材质和优良品质，在国民经济领域得到广泛应用，尤其在军事方面。光纤制导具有着广阔的应用前景，而光纤精密缠绕是光纤制导中的一项重要技术。光纤精密缠绕就是将光纤以一定的缠绕张力和规定的缠绕图样逐层无缺陷精密地缠绕到绕线管上，最终形成一个满足缠绕精度要求的绕组。在光纤缠绕过程中，缠绕张力过大会造成传输信号的衰减和损耗，缠绕张力过小会影响光纤在绕组上的压紧程度，并影响光纤绕组的稳定性，因此光纤缠绕时对缠绕张力控制要求极为严格。根据光纤直径及产品的不同类型及需求，目前国内普遍采用的缠绕工艺是将缠绕张力控制在80～300克范围内的某一稳定值，且张力控制精度为±5克。

在光纤精密缠绕技术领域，目前公知的技术是采用恒张力控制装置，在光纤精密缠绕过程中由舞蹈轮或固定质量的砝码向光纤施加一定的压力，使光纤以恒定不变的张力逐层进行缠绕。由于光纤绕组由很多层组成，在恒张力缠绕情况下，后缠绕的外层光纤会对已经缠绕好的内层光纤产生明显的径向压缩作用，使得内外层光纤的应力差别很大；随着绕组层数的增加，里层绕组所受的压应力会进一步增大，从而带来更大的信号传输损耗；由于绕组内外层应力和应变存在较大差异，在温度发生变化时更会引起内外层应力的重新分布，极易造成光纤绕组的变形和开裂，极大地影响了光纤绕组的稳定性，因此希望在缠绕时采用由内向外张力由大变小的变张力缠绕方式，以避免或消除光纤绕组层数增加造成的内外层应力和应变差别，进一步提高光纤绕组的信号传输性能和稳定性。

现有光纤缠绕工艺仍普遍采用传统的恒张力控制的缠绕方式。虽然控制方法简单且易于实现，但由于其结构和算法过于简单，无法实现变张力控制的缠绕方式；关于可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置，在公开发表的文献和报道中未见提及。

发明内容

为了克服和弥补现有的光纤恒张力缠绕方式带来的光纤里层绕组所受压应力大，绕组内外层应力和应变存在较大差异，极大影响了光纤绕组的信号传输性能，不能满足光纤绕组稳定性要求的技术不足和缺陷，本发明提供一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置，它是以印制绕组电机作为变张力调节与控制装置的放线电机，通过步进电机驱动微型滚珠丝杠传动副使游码位置在摆杆长度方向上发生精确改变，并采用角度传感器对摆杆进行位置检测，使摆杆在力矩平衡状态下保持在水平位置，通过改变游码位置以及对摆杆水平平衡位置的精密检测与控制，使换层缠绕后的光纤张力达到新的稳定值要求，从而实现了光纤绕组换层缠绕时的变张力自动调节和控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置，包括放线机构、舞蹈轮调节机构、张力检测机构和面板，其特征是：光纤从放线盘放出，经过变向轮1后到达固定轮1；光纤顺序经过固定轮1、舞蹈轮1、固定轮2时完成第一次“8”字形交叉环绕，光纤顺序经过固定轮2、舞蹈轮2、固定轮3时完成第二次“8”字形交叉环绕，光纤顺序经过固定轮3、舞蹈轮3、固定轮4时完成第三次“8”字形交叉环绕；这样光纤顺序经过固定轮1、舞蹈轮1、固定轮2、舞蹈轮2、固定轮3、舞蹈轮3、固定轮4，连续进行3次“8”字形交叉环绕后从固定轮4引出，再经张力检测轮和变向轮2到达收线端，由收线电机驱动缠绕主轴进行收线；

放线机构包括印制绕组电机、法兰、联轴器1、轴承1、放线轴、轴承压盖1、锥形定心套、放线盘、弹簧、芯轴锁、变向轮1、轴承2、隔套1、螺母1、线挡1、变向轴1、螺母2；在放线机构中，印制绕组电机、联轴器1、放线轴顺序相连；印制绕组电机安装在法兰上，法兰安装在所述的面板上；放线轴由两个轴承1共同支承，两个轴承1均安装在法兰的轴承座孔中；轴承压盖1安装在法兰的小端端面上，可对放线轴进行轴向定位；锥形定心套、放线盘、弹簧、芯轴锁顺序安装在放线轴上；芯轴锁可在公称轴径长度上的任意位置实现锁紧，具有轴向定位功能；芯轴锁在完成轴向定位及锁紧时使弹簧受到压缩，并通过弹簧力将放线盘压紧至锥形定心套的定心锥面上，以实现放线盘的径向及轴向定位；变向轮1的内孔安装了两个轴承2，变向轮1、隔套1、线挡1、螺母1顺序安装在变向轴1上，变向轴1通过螺母2安装在所述的面板上；印制绕制电机属于无铁芯电机，具有时间常数小、机械特性线性度好以及快速响应等优点；由该电机组成的位置伺服系统具有出力大、频带宽、定位精度高等特点，而且在有限的角度内可对负载进行直接驱动，因此选用印制绕制电机作为本变张力调节与控制系统的放线电机；

光纤缠绕是一个收线端主动收线和放线端从动放线的过程，收线电机驱动缠绕主轴转动进行主动收线，同时印制绕组电机带动放线轴转动进行从动放线，使放线盘上的光纤以一定的张力拉出并缠绕到光纤绕组上；光纤在放线盘和光纤绕组之间经过舞蹈轮调节机构和张力检测机构；在舞蹈轮调节机构中，通过对摆杆位置的检测和控制，来建立或调整收线端和放线端之间的光纤张力；在张力检测机构中，通过对光纤张力进行实时监测并将其反馈到控制系统，以实现对张力闭环控制的目的；

舞蹈轮调节机构包括螺母3，固定轮轴，轴承3，固定轮1，隔套2，固定轮2，固定轮3，固定轮4，线挡2，螺母4，隔套3，隔套4，螺母5，舞蹈轮轴，隔套5，线挡3，舞蹈轮3，舞蹈轮2，舞蹈轮1，轴承4，螺母6,固定砝码,丝杠支座，滑座，微型滚珠丝杠，摆杆，丝杠支撑组件，连接座，联轴器2，步进电机，电感式位移传感器1，支架1，U形板，游码，支架2，电感式位移传感器2，螺杆，螺母7，螺母8，微型螺母，角度传感器，连接套，转轴，轴承6，轴承座，轴承压盖2，平键；

在舞蹈轮调节机构中，轴承3共有4对，固定轮1、固定轮2、固定轮3、固定轮4的内孔均安装了一对轴承3；隔套2共有3个，分别位于固定轮1与固定轮2之间、固定轮2与固定轮3之间、固定轮3与固定轮4之间；固定轮1、固定轮2、固定轮3、固定轮4、隔套3、线挡2、螺母4顺序安装在固定轮轴上，固定轮轴通过螺母3安装在所述的面板上；轴承4共有3对，舞蹈轮1、舞蹈轮2、舞蹈轮3的内孔均安装了一对轴承4；隔套5共有2个，分别位于舞蹈轮1与舞蹈轮2之间、舞蹈轮2与舞蹈轮3之间；舞蹈轮1、舞蹈轮2、舞蹈轮3、隔套4、线挡3、螺母5顺序安装在舞蹈轮轴上，舞蹈轮轴通过螺母6安装在所述的摆杆上；

步进电机、联轴器2、微型滚珠丝杠顺序连接，微型滚珠丝杠由丝杠支撑组件和丝杠支座共同支撑，且微型滚珠丝杠的中心线与所述的摆杆的中心线相互平行；丝杠支撑组件和步进电机均安装在连接座上，连接座和丝杠支座均安装在所述的摆杆上；微型滚珠丝杠与微型螺母组成微型滚珠丝杠传动副，微型螺母与游码均安装在滑座上，滑座上的U形孔与所述的摆杆上的两个相互平行且中心对称的削扁平面之间为间隙配合，因此步进电机可通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座沿微型滚珠丝杠的中心线方向发生平移，从而改变游码在所述的摆杆长度方向上的位置；U形板安装在滑座上，电感式位移传感器1通过支架1安装在连接座上，电感式位移传感器2通过支架2安装在丝杠支座上；当步进电机通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座沿微型滚珠丝杠的中心线方向分别向右和向左发生平移时，可分别由电感式位移传感器1和电感式位移传感器2对U形板的右极限位置和左极限位置做出精确检测，从而实现对滑座极限位置的精确设定；固定砝码安装在螺杆上，并由螺母7将固定砝码紧固；螺杆安装在所述的摆杆上，并由螺母8将螺杆紧固；

连接座与转轴的一端通过平键连接；转轴由一对安装于轴承座内孔中的轴承6支承，轴承压盖2安装在轴承座的有轴承安装孔一侧的端面上，可对转轴进行轴向定位；轴承座安装在所述的面板上；角度传感器通过连接套安装在转轴的另一端；

舞蹈轮调节机构本身所受的重力作用使所述的摆杆有绕转轴逆时针转动的趋势，光纤对舞蹈轮1、舞蹈轮2和舞蹈轮3的拉力作用使所述的摆杆有绕转轴顺时针转动的趋势；当张力稳定时，所述的摆杆达到力矩平衡状态并处于水平位置；当缠绕速度、外界干扰等因素引起张力突变时，所述的摆杆的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆将绕转轴的中心转动；角度传感器可精确检测出所述的摆杆的摆动角度和摆动方向，并将所述的摆杆的角度变化信号作为张力变化信息及时反馈给控制系统，由控制系统通过模糊PID控制算法，输出控制量修正所述的印制绕组电机的放线速度，使所述的摆杆恢复到原来的水平平衡位置，从而将张力控制在精度要求范围内；另外，舞蹈轮调节机构对大范围张力跳变具有吸收和缓冲功能，尤其在缠绕主轴加减速时有很好的缓冲和平稳作用，并容易实现高速切换；

张力检测机构包括张力检测轮，张力传感器，端盖，套筒，螺母9，变向轴2，轴承6，变向轮2，螺母10；在张力检测机构中，张力检测轮安装在张力传感器的检测轴上，张力传感器安装在端盖上，端盖安装在套筒的小端端面上，套筒安装在所述的面板上；变向轮2的内孔中安装了两个轴承6，两个轴承6安装在变向轴2上，两个轴承6通过螺母10进行预紧；变向轴2通过螺母9安装在所述的面板上；光纤通过张力检测轮对张力传感器的检测轴施加负载，使张力传感器的敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值，并将此张力检测值转换成张力信号反馈给控制系统；通过张力传感器对光纤张力的实时监测，可使控制系统及时处理张力变化信息以实现张力闭环控制；

在光纤缠绕过程中，当所述的摆杆在水平位置处于力矩平衡状态时，光纤张力便可达到一个稳定值；稳定值的大小主要与固定砝码的质量、游码的质量以及游码在所述的摆杆长度方向上的位置有关；光纤绕组开始缠绕时是以初始张力稳定值进行恒张力缠绕的，但不同产品初始张力稳定值的大小是有区别的；固定砝码主要用于对初始张力稳定值进行预设；通过改变固定砝码和游码的质量，并辅以改变游码在所述的摆杆长度方向上的位置，并使所述的摆杆在水平位置重新处于力矩平衡状态，便可根据要求使初始张力稳定值在80～300克范围内达到某一精确值；当光纤换层缠绕时，通过准确改变游码在所述的摆杆长度方向上的位置，并使所述的摆杆在水平位置重新处于力矩平衡状态，即可使光纤张力在新层缠绕时达到新的稳定值要求，并以新的稳定值进行恒张力缠绕；

当光纤缠绕完一层，即将进入下一层缠绕时，收线电机转速降为零，缠绕主轴停止旋转；当所述的摆杆处于水平平衡状态时，步进电机通过微型滚珠丝杠传动副驱动游码，使游码沿所述的摆杆长度方向向步进电机一侧发生精确位移，所述的摆杆所受的逆时针转动力矩减小，所述的摆杆的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆绕转轴的中心发生顺时针转动；角度传感器将所述的摆杆的角度变化信号反馈给控制系统，控制系统输出控制量驱动印制绕组电机进行放线，使所述的摆杆绕转轴的中心发生逆时针转动，直到所述的摆杆恢复到原来的水平平衡位置，此时光纤张力便可减小到一个新的稳定值，并满足新层缠绕时的张力预设值要求，光纤将以新的张力稳定值进行新层缠绕，至此完成光纤换层缠绕时的变张力调节与控制。

本发明的有益效果是，可实现光纤绕组换层缠绕时的变张力自动调节和控制，可消除由于光纤绕组层数增加造成的内外层应力和应变差异，并最终实现光纤绕组内外层等应力缠绕，从而显著提高了光纤绕组的信号传输性能和稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一个具体实施例。

图2是图1的A—A剖视图。

图3是图1的B—B剖视图。

图4是图1的I处放大图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的D—D剖视图。

图7是图4的E—E剖视图。

图8是图4的F—F剖视图。

图9是图4的G—G剖视图。

图10是图1的C—C剖视图。

图中：1.印制绕组电机，2.法兰，3.联轴器1，4.轴承1，5.放线轴，6.面板，7.轴承压盖1，8.锥形定心套，9. 放线盘，10.弹簧，11.芯轴锁，12.光纤，13.变向轮1，14.轴承2，15.隔套1，16.螺母1，17.线挡1，18.变向轴1，19.螺母2，20.螺母3，21.固定轮轴，22.轴承3，23.固定轮1，24.隔套2，25.固定轮2，26.固定轮3，27.固定轮4，28.线挡2，29.螺母4，30.隔套3，31.隔套4，32.螺母5，33.舞蹈轮轴，34.隔套5，35.线挡3，36.舞蹈轮3，37.舞蹈轮2，38.舞蹈轮1，39.轴承4，40.螺母6，41.固定砝码，42.丝杠支座，43.滑座，44.微型滚珠丝杠，45.摆杆，46.丝杠支撑组件，47.连接座，48.联轴器2，49.步进电机，50.电感式位移传感器1，51.支架1，52.U形板，53.游码，54.支架2，55. 电感式位移传感器2，56.螺杆，57.螺母7，58.螺母8，59.微型螺母，60.角度传感器，61.连接套，62.转轴，63.轴承5，64.轴承座，65.轴承压盖2，66.平键；67.张力检测轮，68.张力传感器，69.端盖，70.套筒，71.螺母9，72.变向轴2，73.轴承6，74.变向轮2，75.螺母10。

具体实施方式

在图1和图3中，光纤（12）从放线盘（9）放出，经过变向轮1（13）后到达固定轮1（23）；光纤（12）顺序经过固定轮1（23）、舞蹈轮1（38）、固定轮2（25）时完成第一次“8”字形交叉环绕，光纤（12）顺序经过固定轮2（25）、舞蹈轮2（37）、固定轮3（26）时完成第二次“8”字形交叉环绕，光纤（12）顺序经过固定轮3（26）、舞蹈轮3（36）、固定轮4（27）时完成第三次“8”字形交叉环绕；这样光纤（12）顺序经过固定轮1（23）、舞蹈轮1（38）、固定轮2（25）、舞蹈轮2（37）、固定轮3（26）、舞蹈轮3（36）、固定轮4（27），连续进行3次“8”字形交叉环绕后从固定轮4（27）引出，再经张力检测轮（67）和变向轮2（74）到达收线端，由收线电机驱动缠绕主轴进行收线；

在图1和图2中，放线机构包括印制绕组电机（1）、法兰（2）、联轴器1（3）、轴承1（4）、放线轴（5）、轴承压盖1（7）、锥形定心套（8）、放线盘（9）、弹簧（10）、芯轴锁（11）、变向轮1（13）、轴承2（14）、隔套1（15）、螺母1（16）、线挡1（17）、变向轴1（18）、螺母2（19）；在放线机构中，印制绕组电机（1）、联轴器1（3）、放线轴（5）顺序相连；印制绕组电机（1）安装在法兰（2）上，法兰（2）安装在所述的面板（6）上；放线轴（5）由两个轴承1(4)共同支承，两个轴承1(4)均安装在法兰（2）的轴承座孔中；轴承压盖1（7）安装在法兰（2）的小端端面上，可对放线轴（5）进行轴向定位；锥形定心套（8）、放线盘（9）、弹簧（10）、芯轴锁（11）顺序安装在放线轴（5）上；芯轴锁（11）可在公称轴径长度上的任意位置实现锁紧，具有轴向定位功能；芯轴锁（11）在完成轴向定位及锁紧时使弹簧（10）受到压缩，并通过弹簧力将放线盘（9）压紧至锥形定心套（8）的定心锥面上，以实现放线盘（9）的径向及轴向定位；变向轮1（13）的内孔安装了两个轴承2（14），变向轮1（13）、隔套1（15）、线挡1（17）、螺母1（16）顺序安装在变向轴1（18）上，变向轴1（18）通过螺母2（19）安装在所述的面板（6）上；印制绕制电机（1）属于无铁芯电机，具有时间常数小、机械特性线性度好以及快速响应等优点；由该电机组成的位置伺服系统具有出力大、频带宽、定位精度高等特点，而且在有限的角度内可对负载进行直接驱动，因此选用印制绕制电机（1）作为本变张力调节与控制系统的放线电机；

光纤缠绕是一个收线端主动收线和放线端从动放线的过程，收线电机驱动缠绕主轴转动进行主动收线，同时印制绕组电机（1）带动放线轴（5）转动进行从动放线，使放线盘（9）上的光纤（12）以一定的张力拉出并缠绕到光纤绕组上；光纤（12）在放线盘（9）和光纤绕组之间经过舞蹈轮调节机构和张力检测机构；在舞蹈轮调节机构中，通过对摆杆（45）位置的检测和控制，来建立或调整收线端和放线端之间的光纤张力； 在张力检测机构中，通过对光纤张力进行实时监测并将其反馈到控制系统，以实现对张力闭环控制的目的；

在图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9中，舞蹈轮调节机构包括螺母3（20），固定轮轴（21），轴承3（22），固定轮1（23），隔套2（24），固定轮2（25），固定轮3（26），固定轮4（27），线挡2（28），螺母4（29），隔套3（30），隔套4（31），螺母5（32），舞蹈轮轴（33），隔套5（34），线挡3（35），舞蹈轮3（36），舞蹈轮2（37），舞蹈轮1（38），轴承4（39），螺母6（40）,固定砝码（41）,丝杠支座（42），滑座（43），微型滚珠丝杠（44），摆杆（45），丝杠支撑组件（46），连接座（47），联轴器2（48），步进电机（49），电感式位移传感器1（50），支架1（51），U形板（52），游码（53），支架2（54），电感式位移传感器2（55），螺杆（56），螺母7（57），螺母8（58），微型螺母（59），角度传感器（60），连接套（61），转轴（62），轴承6（63），轴承座（64），轴承压盖2（65），平键（66）；

在图3中，轴承3（22）共有4对，固定轮1（23）、固定轮2（25）、固定轮3（26）、固定轮4（27）的内孔均安装了一对轴承3（22）；隔套2（24）共有3个，分别位于固定轮1（23）与固定轮2（25）之间、固定轮2（25）与固定轮3（26）之间、固定轮3（26）与固定轮4（27）之间；固定轮1（23）、固定轮2（25）、固定轮3（26）、固定轮4（27）、隔套3（30）、线挡2（28）、螺母4（29）顺序安装在固定轮轴（21）上，固定轮轴（21）通过螺母3（20）安装在所述的面板（6）上；轴承4（39）共有3对，舞蹈轮1（38）、舞蹈轮2（37）、舞蹈轮3（36）的内孔均安装了一对轴承4（39）；隔套5（34）共有2个，分别位于舞蹈轮1（38）与舞蹈轮2（37）之间、舞蹈轮2（37）与舞蹈轮3（36）之间；舞蹈轮1（38）、舞蹈轮2（37）、舞蹈轮3（36）、隔套4（31）、线挡3（35）、螺母5（32）顺序安装在舞蹈轮轴（33）上，舞蹈轮轴（33）通过螺母6（40）安装在所述的摆杆（45）上；

在图4、图5、图6、图7及图8中，步进电机（49）、联轴器2（48）、微型滚珠丝杠（44）顺序连接，微型滚珠丝杠（44）由丝杠支撑组件（46）和丝杠支座（42）共同支撑，且微型滚珠丝杠（44）的中心线与所述的摆杆（45）的中心线相互平行；丝杠支撑组件（46）和步进电机（49）均安装在连接座（47）上，连接座（47）和丝杠支座（42）均安装在所述的摆杆（45）上；微型滚珠丝杠（44）与微型螺母（59）组成微型滚珠丝杠传动副，微型螺母（59）与游码（53）均安装在滑座（43）上，滑座（43）上的U形孔与所述的摆杆（45）上的两个相互平行且中心对称的削扁平面之间为间隙配合，因此步进电机（49）可通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座（43）沿微型滚珠丝杠（44）的中心线方向发生平移，从而改变游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置；U形板（52）安装在滑座（43）上，电感式位移传感器1（50）通过支架1（51）安装在连接座（47）上，电感式位移传感器2（55）通过支架2（54）安装在丝杠支座（42）上；当步进电机（49）通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座（43）沿微型滚珠丝杠（44）的中心线方向分别向右和向左发生平移时，可分别由电感式位移传感器1（50）和电感式位移传感器2（55）对U形板（52）的右极限位置和左极限位置做出精确检测，从而实现对滑座（43）极限位置的精确设定；固定砝码（41）安装在螺杆（56）上，并由螺母7（57）将固定砝码（41）紧固；螺杆（56）安装在所述的摆杆（45）上，并由螺母8（58）将螺杆（56）紧固；

在图4、图5及图9中，连接座（47）与转轴（62）的一端通过平键（66）连接；转轴（62）由一对安装于轴承座（64）内孔中的轴承6（63）支承，轴承压盖2（65）安装在轴承座（64）的有轴承安装孔一侧的端面上，可对转轴（62）进行轴向定位；轴承座（64）安装在所述的面板（6）上；角度传感器（60）通过连接套（61）安装在转轴（62）的另一端；

舞蹈轮调节机构本身所受的重力作用使所述的摆杆（45）有绕转轴（62）逆时针转动的趋势，光纤（12）对舞蹈轮1（38）、舞蹈轮2（37）和舞蹈轮3（36）的拉力作用使所述的摆杆（45）有绕转轴（62）顺时针转动的趋势；当张力稳定时，所述的摆杆（45）达到力矩平衡状态并处于水平位置；当缠绕速度、外界干扰等因素引起张力突变时，所述的摆杆（45）的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆（45）将绕转轴（62）的中心转动；角度传感器（60）可精确检测出所述的摆杆（45）的摆动角度和摆动方向，并将所述的摆杆（45）的角度变化信号作为张力变化信息及时反馈给控制系统，由控制系统通过模糊PID控制算法，输出控制量修正所述的印制绕组电机（1）的放线速度，使所述的摆杆（45）恢复到原来的水平平衡位置，从而将张力控制在精度要求范围内；另外，舞蹈轮调节机构对大范围张力跳变具有吸收和缓冲功能，尤其在缠绕主轴加减速时有很好的缓冲和平稳作用，并容易实现高速切换；

在图1及图10中，张力检测机构包括张力检测轮（67），张力传感器（68），端盖（69），套筒（70），螺母9（71），变向轴2（72），轴承6（73），变向轮2（74），螺母10（75）；在张力检测机构中，张力检测轮（67）安装在张力传感器（68）的检测轴上，张力传感器（68）安装在端盖（69）上，端盖（69）安装在套筒（70）的小端端面上，套筒（70）安装在所述的面板（6）上；变向轮2（74）的内孔中安装了两个轴承6（73），两个轴承6（73）安装在变向轴2（72）上，两个轴承6（73）通过螺母10（75）进行预紧；变向轴2（72）通过螺母9（71）安装在所述的面板（6）上；光纤（12）通过张力检测轮（67）对张力传感器（68）的检测轴施加负载，使张力传感器（68）的敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值，并将此张力检测值转换成张力信号反馈给控制系统；通过张力传感器（68）对光纤张力的实时监测，可使控制系统及时处理张力变化信息以实现张力闭环控制；

在光纤缠绕过程中，当所述的摆杆（45）在水平位置处于力矩平衡状态时，光纤张力便可达到一个稳定值；稳定值的大小主要与固定砝码（41）的质量、游码（53）的质量以及游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置有关；光纤绕组开始缠绕时是以初始张力稳定值进行恒张力缠绕的，但不同产品初始张力稳定值的大小是有区别的；固定砝码（41）主要用于对初始张力稳定值进行预设；通过改变固定砝码（41）和游码（53）的质量，并辅以改变游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置，并使所述的摆杆（45）在水平位置重新处于力矩平衡状态，便可根据要求使初始张力稳定值在80～300克范围内达到某一精确值；当光纤换层缠绕时，通过准确改变游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置，并使所述的摆杆（45）在水平位置重新处于力矩平衡状态，即可使光纤张力在新层缠绕时达到新的稳定值要求，并以新的稳定值进行恒张力缠绕；

当光纤（12）缠绕完一层，即将进入下一层缠绕时，收线电机转速降为零，缠绕主轴停止旋转；当所述的摆杆（45）处于水平平衡状态时，步进电机（49）通过微型滚珠丝杠传动副驱动游码（53），使游码（53）沿所述的摆杆（45）长度方向向步进电机（49）一侧发生精确位移，所述的摆杆（45）所受的逆时针转动力矩减小，所述的摆杆（45）的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆（45）绕转轴（62）的中心发生顺时针转动；角度传感器（60）将所述的摆杆（45）的角度变化信号反馈给控制系统，控制系统输出控制量驱动印制绕组电机（1）进行放线，使所述的摆杆（45）绕转轴（62）的中心发生逆时针转动，直到所述的摆杆（45）恢复到原来的水平平衡位置，此时光纤张力便可减小到一个新的稳定值，并满足新层缠绕时的张力预设值要求，光纤（12）将以新的张力稳定值进行新层缠绕，至此完成光纤换层缠绕时的变张力调节与控制。

Claims (1)

1.一种可用于光纤精密缠绕的变张力调节与控制装置，包括放线机构、舞蹈轮调节机构、张力检测机构和面板（6），其特征是：光纤（12）从放线盘（9）放出，经过变向轮1（13）后到达固定轮1（23）；光纤（12）顺序经过固定轮1（23）、舞蹈轮1（38）、固定轮2（25）时完成第一次“8”字形交叉环绕，光纤（12）顺序经过固定轮2（25）、舞蹈轮2（37）、固定轮3（26）时完成第二次“8”字形交叉环绕，光纤（12）顺序经过固定轮3（26）、舞蹈轮3（36）、固定轮4（27）时完成第三次“8”字形交叉环绕；这样光纤（12）顺序经过固定轮1（23）、舞蹈轮1（38）、固定轮2（25）、舞蹈轮2（37）、固定轮3（26）、舞蹈轮3（36）、固定轮4（27），连续进行3次“8”字形交叉环绕后从固定轮4（27）引出，再经张力检测轮（67）和变向轮2（74）到达收线端，由收线电机驱动缠绕主轴进行收线；

放线机构包括印制绕组电机（1）、法兰（2）、联轴器1（3）、轴承1（4）、放线轴（5）、轴承压盖1（7）、锥形定心套（8）、放线盘（9）、弹簧（10）、芯轴锁（11）、变向轮1（13）、轴承2（14）、隔套1（15）、螺母1（16）、线挡1（17）、变向轴1（18）、螺母2（19）；在放线机构中，印制绕组电机（1）、联轴器1（3）、放线轴（5）顺序相连；印制绕组电机（1）安装在法兰（2）上，法兰（2）安装在所述的面板（6）上；放线轴（5）由两个轴承1(4)共同支承，两个轴承1(4)均安装在法兰（2）的轴承座孔中；轴承压盖1（7）安装在法兰（2）的小端端面上，可对放线轴（5）进行轴向定位；锥形定心套（8）、放线盘（9）、弹簧（10）、芯轴锁（11）顺序安装在放线轴（5）上；芯轴锁（11）在完成轴向定位及锁紧时使弹簧（10）受到压缩，并通过弹簧力将放线盘（9）压紧至锥形定心套（8）的定心锥面上，以实现放线盘（9）的径向及轴向定位；变向轮1（13）的内孔安装了两个轴承2（14），变向轮1（13）、隔套1（15）、线挡1（17）、螺母1（16）顺序安装在变向轴1（18）上，变向轴1（18）通过螺母2（19）安装在所述的面板（6）上；

收线电机驱动缠绕主轴转动进行主动收线，同时印制绕组电机（1）带动放线轴（5）转动进行从动放线，使放线盘（9）上的光纤（12）以一定的张力拉出并缠绕到光纤绕组上；光纤（12）在放线盘（9）和光纤绕组之间经过舞蹈轮调节机构和张力检测机构；在舞蹈轮调节机构中，通过对摆杆（45）位置的检测和控制，来建立或调整收线端和放线端之间的光纤张力； 在张力检测机构中，通过对光纤张力进行实时监测并将其反馈到控制系统，以实现对张力闭环控制的目的；

舞蹈轮调节机构包括螺母3（20），固定轮轴（21），轴承3（22），固定轮1（23），隔套2（24），固定轮2（25），固定轮3（26），固定轮4（27），线挡2（28），螺母4（29），隔套3（30），隔套4（31），螺母5（32），舞蹈轮轴（33），隔套5（34），线挡3（35），舞蹈轮3（36），舞蹈轮2（37），舞蹈轮1（38），轴承4（39），螺母6（40）,固定砝码（41）,丝杠支座（42），滑座（43），微型滚珠丝杠（44），摆杆（45），丝杠支撑组件（46），连接座（47），联轴器2（48），步进电机（49），电感式位移传感器1（50），支架1（51），U形板（52），游码（53），支架2（54），电感式位移传感器2（55），螺杆（56），螺母7（57），螺母8（58），微型螺母（59），角度传感器（60），连接套（61），转轴（62），轴承6（63），轴承座（64），轴承压盖2（65），平键（66）；

在舞蹈轮调节机构中，轴承3（22）共有4对，固定轮1（23）、固定轮2（25）、固定轮3（26）、固定轮4（27）的内孔均安装了一对轴承3（22）；隔套2（24）共有3个，分别位于固定轮1（23）与固定轮2（25）之间、固定轮2（25）与固定轮3（26）之间、固定轮3（26）与固定轮4（27）之间；固定轮1（23）、固定轮2（25）、固定轮3（26）、固定轮4（27）、隔套3（30）、线挡2（28）、螺母4（29）顺序安装在固定轮轴（21）上，固定轮轴（21）通过螺母3（20）安装在所述的面板（6）上；轴承4（39）共有3对，舞蹈轮1（38）、舞蹈轮2（37）、舞蹈轮3（36）的内孔均安装了一对轴承4（39）；隔套5（34）共有2个，分别位于舞蹈轮1（38）与舞蹈轮2（37）之间、舞蹈轮2（37）与舞蹈轮3（36）之间；舞蹈轮1（38）、舞蹈轮2（37）、舞蹈轮3（36）、隔套4（31）、线挡3（35）、螺母5（32）顺序安装在舞蹈轮轴（33）上，舞蹈轮轴（33）通过螺母6（40）安装在所述的摆杆（45）上；

步进电机（49）、联轴器2（48）、微型滚珠丝杠（44）顺序连接，微型滚珠丝杠（44）由丝杠支撑组件（46）和丝杠支座（42）共同支撑，且微型滚珠丝杠（44）的中心线与所述的摆杆（45）的中心线相互平行；丝杠支撑组件（46）和步进电机（49）均安装在连接座（47）上，连接座（47）和丝杠支座（42）均安装在所述的摆杆（45）上；微型滚珠丝杠（44）与微型螺母（59）组成微型滚珠丝杠传动副，微型螺母（59）与游码（53）均安装在滑座（43）上，滑座（43）上的U形孔与所述的摆杆（45）上的两个相互平行且中心对称的削扁平面之间为间隙配合，因此步进电机（49）可通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座（43）沿微型滚珠丝杠（44）的中心线方向发生平移，从而改变游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置；U形板（52）安装在滑座（43）上，电感式位移传感器1（50）通过支架1（51）安装在连接座（47）上，电感式位移传感器2（55）通过支架2（54）安装在丝杠支座（42）上；当步进电机（49）通过微型滚珠丝杠传动副驱动滑座（43）沿微型滚珠丝杠（44）的中心线方向分别向右和向左发生平移时，可分别由电感式位移传感器1（50）和电感式位移传感器2（55）对U形板（52）的右极限位置和左极限位置做出精确检测，从而实现对滑座（43）极限位置的精确设定；固定砝码（41）安装在螺杆（56）上，并由螺母7（57）将固定砝码（41）紧固；螺杆（56）安装在所述的摆杆（45）上，并由螺母8（58）将螺杆（56）紧固；

连接座（47）与转轴（62）的一端通过平键（66）连接；转轴（62）由一对安装于轴承座（64）内孔中的轴承6（63）支承，轴承压盖2（65）安装在轴承座（64）的有轴承安装孔一侧的端面上，可对转轴（62）进行轴向定位；轴承座（64）安装在所述的面板（6）上；角度传感器（60）通过连接套（61）安装在转轴（62）的另一端；

当张力稳定时，所述的摆杆（45）达到力矩平衡状态并处于水平位置；当缠绕速度、外界干扰等因素引起张力突变时，所述的摆杆（45）的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆（45）将绕转轴（62）的中心转动；角度传感器（60）可精确检测出所述的摆杆（45）的摆动角度和摆动方向，并将所述的摆杆（45）的角度变化信号作为张力变化信息及时反馈给控制系统，由控制系统通过模糊PID控制算法，输出控制量修正所述的印制绕组电机（1）的放线速度，使所述的摆杆（45）恢复到原来的水平平衡位置，从而将张力控制在精度要求范围内；

张力检测机构包括张力检测轮（67），张力传感器（68），端盖（69），套筒（70），螺母9（71），变向轴2（72），轴承6（73），变向轮2（74），螺母10（75）；在张力检测机构中，张力检测轮（67）安装在张力传感器（68）的检测轴上，张力传感器（68）安装在端盖（69）上，端盖（69）安装在套筒（70）的小端端面上，套筒（70）安装在所述的面板（6）上；变向轮2（74）的内孔中安装了两个轴承6（73），两个轴承6（73）安装在变向轴2（72）上，两个轴承6（73）通过螺母10（75）进行预紧；变向轴2（72）通过螺母9（71）安装在所述的面板（6）上；光纤（12）通过张力检测轮（67）对张力传感器（68）的检测轴施加负载，使张力传感器（68）的敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值，并将此张力检测值转换成张力信号反馈给控制系统；通过张力传感器（68）对光纤张力的实时监测，可使控制系统及时处理张力变化信息以实现张力闭环控制；

固定砝码（41）主要用于对初始张力稳定值进行预设；通过改变固定砝码（41）和游码（53）的质量，并辅以改变游码（53）在所述的摆杆（45）长度方向上的位置，并使所述的摆杆（45）在水平位置重新处于力矩平衡状态，便可根据要求使初始张力稳定值在80～300克范围内达到某一精确值；

当光纤（12）缠绕完一层，即将进入下一层缠绕时，收线电机转速降为零，缠绕主轴停止旋转；当所述的摆杆（45）处于水平平衡状态时，步进电机（49）通过微型滚珠丝杠传动副驱动游码（53），使游码（53）沿所述的摆杆（45）长度方向向步进电机（49）一侧发生精确位移，所述的摆杆（45）所受的逆时针转动力矩减小，所述的摆杆（45）的力矩平衡状态被破坏，所述的摆杆（45）绕转轴（62）的中心发生顺时针转动；角度传感器（60）将所述的摆杆（45）的角度变化信号反馈给控制系统，控制系统输出控制量驱动印制绕组电机（1）进行放线，使所述的摆杆（45）绕转轴（62）的中心发生逆时针转动，直到所述的摆杆（45）恢复到原来的水平平衡位置，此时光纤张力便可减小到一个新的稳定值，并满足新层缠绕时的张力预设值要求，光纤（12）将以新的张力稳定值进行新层缠绕，至此完成光纤换层缠绕时的变张力调节与控制。