專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺等光纖傳感器中的光纖環(huán)，具體地指一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，可與繞環(huán)機(jī)配合，進(jìn)行光纖環(huán)的繞制。
背景技術(shù)：
光纖陀螺是一種測量姿態(tài)方位的高精度慣性傳感器，由于它具備體積小、精度高、啟動快、動態(tài)范圍大、無機(jī)械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、艦艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈等多種領(lǐng)域。光纖環(huán)作為光纖陀螺的傳感核心部分，直接影響到光纖陀螺的測量精度，因此實(shí)際應(yīng)用中對其提出了很多要求，如消光比要大，互異性要好等。光纖環(huán)的繞制方法有很多種，如平繞、四極對稱繞法、八極對稱繞法等，其中四極對稱繞法發(fā)展得比較成熟，是國際上 的主流繞法。目前，國內(nèi)光纖環(huán)基本上都采用四極對稱繞法，并且大都采用半自動化的方法進(jìn)行繞制，即通過操作人員的實(shí)時(shí)控制，來操縱設(shè)備進(jìn)行光纖環(huán)的繞制。目前，國內(nèi)的光纖環(huán)繞制技術(shù)尚不成熟，設(shè)備也大都結(jié)構(gòu)簡單、功能不夠完善，光纖環(huán)的繞制尚無法脫離人工操作。而對于光纖環(huán)這種精密的器件，一個(gè)輕輕的震動都有可能使光纖環(huán)出現(xiàn)排列不整齊、張力過大、甚至斷纖，因此繞環(huán)的設(shè)備和工藝直接決定了光纖環(huán)的性能。另一方面，根據(jù)光纖陀螺的型號不同，常常還需要制備各種規(guī)格的光纖環(huán)，這就對繞環(huán)的設(shè)備和工藝提出了很高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其自動化程度高，能夠極大的減少因人工操作引入的不良影響，繞制的光纖環(huán)產(chǎn)品品質(zhì)高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，包括一對結(jié)構(gòu)相同的繞環(huán)臂；每一繞環(huán)臂分別包括導(dǎo)輪架及同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)頭、主軸、放纖軸和光纖盤；所述旋轉(zhuǎn)頭為由導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構(gòu)成的齒輪組，導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪同軸布置、互不干擾，用于分別在外接動力設(shè)備的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)；所述導(dǎo)輪架齒輪與相應(yīng)的導(dǎo)輪架固定，放纖軸齒輪與相應(yīng)的放纖軸固定，主軸齒輪與相應(yīng)的主軸固定；所述放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上，用于同放纖軸一起在放纖軸齒輪帶動下繞主軸轉(zhuǎn)動；所述導(dǎo)輪架包括開有大圓孔的導(dǎo)輪架固定座，所述旋轉(zhuǎn)頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設(shè)在導(dǎo)輪架固定座兩邊；一對繞環(huán)臂的主軸同軸布置且端頭相對，用于通過與光纖環(huán)骨架匹配的工裝夾持光纖環(huán)骨架；所述導(dǎo)輪架固定座還連有導(dǎo)輪固定架，導(dǎo)輪固定架位于主軸的一側(cè)并設(shè)有若干導(dǎo)纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導(dǎo)向至光纖環(huán)骨架。上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)輪固定架上還設(shè)有至少一個(gè)張力輪，用于在傳導(dǎo)光纖的同時(shí)傳遞光纖的張力。進(jìn)一步地，所述張力輪連有張力傳感器，用于監(jiān)控光纖張力。上述技術(shù)方案中，所述若干導(dǎo)纖輪中，至少一只導(dǎo)纖輪通過支撐桿與導(dǎo)輪固定架鉸接，支撐桿的活動端與導(dǎo)輪固定架之間連有彈性部件。上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)輪架固定座呈方形板狀，導(dǎo)輪架固定座的至少一個(gè)側(cè)面開有2 4個(gè)螺孔，所述導(dǎo)輪固定架與導(dǎo)輪架固定座經(jīng)上述螺孔螺栓連接。進(jìn)一步地，所述導(dǎo)輪架固定座的四個(gè)側(cè)面均開有螺孔，不同側(cè)面上，螺孔的設(shè)置位置不同，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)輪架的旋轉(zhuǎn)半徑。
上述技術(shù)方案中，所述導(dǎo)輪架、旋轉(zhuǎn)頭、放纖軸和光纖盤為鋁、鋁合金或工程塑料材質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
(1)采用了結(jié)構(gòu)完全相同的一對繞環(huán)臂，能夠確保兩者繞環(huán)時(shí)的一致性；
(2)本繞環(huán)機(jī)構(gòu)采用固定光纖環(huán)骨架、轉(zhuǎn)動一對繞環(huán)臂的方式進(jìn)行光纖繞制，較傳統(tǒng)設(shè)備在使用中旋轉(zhuǎn)光纖環(huán)骨架的方式，能夠保證繞環(huán)過程的準(zhǔn)確和平穩(wěn)，同時(shí)最大程度的減小了光纖環(huán)圓周上各點(diǎn)的張力偏差；
(3)導(dǎo)輪架的結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠集成張力控制、張力傳感、光纖導(dǎo)向、繞環(huán)導(dǎo)纖等功能，有利于實(shí)現(xiàn)繞環(huán)設(shè)備的自動化和小型化；
(4)繞環(huán)臂內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用螺絲固定，使得本繞環(huán)機(jī)構(gòu)的安裝和拆卸都很方便，便于使用和維護(hù)；
(5)彈性部件的設(shè)置，能夠使光纖在張力過大時(shí)有一定的緩沖空間，有效防止了斷纖的發(fā)生；
(6)采用了高精度的張力傳感器檢測張力，有利于光纖張力的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制；
(7)導(dǎo)輪架固定座四個(gè)側(cè)面上，螺孔到相應(yīng)側(cè)面的邊緣距離不同，能夠通過導(dǎo)輪固定架與不同側(cè)面連接，調(diào)節(jié)導(dǎo)輪架的旋轉(zhuǎn)半徑，適于不同型號的光纖環(huán)的繞制；
(8)導(dǎo)輪架、旋轉(zhuǎn)頭、放纖軸和光纖盤采用鋁、鋁合金或工程塑料等輕質(zhì)材質(zhì)制作，減輕了移動部件的重量，有利于減小對光纖的移動阻力，提高光纖運(yùn)動的穩(wěn)定性。


圖I為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I機(jī)構(gòu)的主視圖。圖3為圖I中左/右導(dǎo)輪架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3導(dǎo)輪架的后視圖。圖5為圖3導(dǎo)輪架上的光纖走向示意圖。圖中1 一左旋轉(zhuǎn)頭(其中101—左導(dǎo)輪架齒輪，102—左放纖軸齒輪，103—左軸齒輪)，2—右旋轉(zhuǎn)頭(其中201—右導(dǎo)輪架齒輪，202—右放纖軸齒輪，203—右軸齒輪)，3—左導(dǎo)輪架，4一右導(dǎo)輪架(401—導(dǎo)輪架固定座，402—大圓孔，403、404—螺孔，405—條形開口，406—導(dǎo)輪固定架，407、410、412、413—導(dǎo)纖輪，409—張力輪，408、411、414、416—支撐桿，415—張力傳感器，417一彈黃，418—螺孔)，5一左主軸，6—右主軸，7一光纖環(huán)骨架，8—左放纖軸，9 一右放纖軸，10—左光纖盤，11 一右光纖盤，12—固定環(huán)圈。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖I至圖4所示，本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，包括一對結(jié)構(gòu)相同的繞環(huán)臂，稱為左繞環(huán)臂和右繞環(huán)臂。以右繞環(huán)臂為例，它包括右導(dǎo)輪架4及同軸設(shè)置的右旋轉(zhuǎn)頭2、右主軸6、右放纖軸9和右光纖盤11。右旋轉(zhuǎn)頭2為由右導(dǎo)輪架齒輪201、右放纖軸齒輪202和右軸齒輪203構(gòu)成的齒輪組。右導(dǎo)輪架齒輪201、右放纖軸齒輪202和右軸齒輪203同軸布置、互不干擾，可分別在電機(jī)等外部動力設(shè)備的驅(qū)動下正/反方向旋轉(zhuǎn)。右繞環(huán)臂能夠在驅(qū)動電機(jī)的控制下整體軸向平移，右主軸6還能夠獨(dú)立軸向平移。右導(dǎo)輪架齒輪201與右導(dǎo)輪架4固定，右放纖軸齒輪202與右放纖軸9固定，右軸齒輪203與右主軸6固定。右放纖軸9套裝在右主軸6上，可繞右主軸6轉(zhuǎn)動。右光纖盤11呈工字輪狀，用于存儲和釋放待繞制的光纖，它套在右放纖軸9上，并用固定環(huán)圈12旋緊固定，可隨右放纖軸9 一起旋轉(zhuǎn)。右導(dǎo)輪架4包括呈方形板狀并開有大圓孔402的導(dǎo)輪架固定座401，上述右旋轉(zhuǎn)頭2、右主軸6、右放纖軸9和右光纖盤11構(gòu)成的組件穿過該大圓孔402并分設(shè)在導(dǎo)輪架固定座401兩邊，其中，導(dǎo)輪架固定座401沿大圓孔402 —周開有螺孔403，右導(dǎo)輪架齒輪201經(jīng)該螺孔403與導(dǎo)輪架固定座401固定。導(dǎo)輪架固定座401的四個(gè)側(cè)面分別開有三個(gè)螺孔404，且不同側(cè)面上，螺孔404的設(shè)置位置和間距不同。導(dǎo)輪架固定座401即通過其側(cè)面的螺孔404連接導(dǎo)輪固定架406，導(dǎo)輪固定架406的一端設(shè)有條形開口 405，條形開口 405與導(dǎo)輪 架固定座401側(cè)面的一排螺孔404配合，用于實(shí)現(xiàn)二者的螺栓連接；導(dǎo)輪固定架406的工作面位于右主軸6的一側(cè)，其上通過四根支撐桿408、411、414、416和若干轉(zhuǎn)軸設(shè)有四個(gè)導(dǎo)纖輪407、410、412、413，此外，本實(shí)施例還設(shè)有張力輪409和張力傳感器415，便于光纖張力的控制。四個(gè)導(dǎo)纖輪407、410、412、413和張力輪409 —起，用于無扭轉(zhuǎn)、無過度彎折的引導(dǎo)光纖。如圖4所示，導(dǎo)纖輪410通過固定的兩根支撐桿411、416與導(dǎo)輪固定架406鉸接，支撐桿416的活動端還與導(dǎo)輪固定架406之間連有彈簧417，在光纖張力過大時(shí)，可通過支撐桿411、416的小角度轉(zhuǎn)動和彈簧417的拉伸起到緩沖作用。左繞環(huán)臂則包括左導(dǎo)輪架3及同軸設(shè)置的左旋轉(zhuǎn)頭I、左主軸5、左放纖軸8和左光纖盤10，其結(jié)構(gòu)和右繞環(huán)臂完全相同。左主軸5和右主軸6同軸布置且端頭相對，能夠通過與光纖環(huán)骨架7匹配的工裝夾持光纖環(huán)骨架7。本繞環(huán)機(jī)構(gòu)適用的光纖環(huán)骨架7，其內(nèi)部繞纖部分的截面可以是圓形、腰圓形、橢圓形等。如圖5所示，上述導(dǎo)纖輪407、張力輪409、導(dǎo)纖輪410、導(dǎo)纖輪412和導(dǎo)纖輪413分別依次對左、右光纖盤10、11引出的光纖進(jìn)行導(dǎo)向，至光纖環(huán)骨架7。采用本發(fā)明繞環(huán)機(jī)構(gòu)，利用四級對稱繞法進(jìn)行光纖環(huán)繞制的過程大致為
1)根據(jù)光纖環(huán)的長度，以及四級對稱繞法原理，計(jì)算出左右兩邊繞環(huán)需要放置的光纖長度，留足尾纖，并在光纖上作出兩個(gè)端點(diǎn)及其中點(diǎn)的標(biāo)記，三處標(biāo)記分別為左段光纖終點(diǎn)、右段光纖終點(diǎn)和光纖中點(diǎn)。然后將左右兩邊的光纖分別盤繞在左光纖盤10和右光纖盤11上；
2)將左光纖盤10、右光纖盤11分別套在左放纖軸8和右放纖軸9上，并用固定環(huán)圈12固定。將左光纖盤10、右光纖盤11中間的光纖卡在光纖環(huán)骨架7背面的凹槽內(nèi)，然后通過左主軸5、右主軸6及相應(yīng)的工裝將光纖環(huán)骨架7同軸固定。接下來按照圖5所示的光纖走向?qū)⒆蠊饫w盤10和右光纖盤11上的光纖分別盤繞在左導(dǎo)輪架3和右導(dǎo)輪架4上面，再將光纖以垂直于光纖環(huán)骨架7中軸線的方式緊貼其右壁內(nèi)側(cè)，并調(diào)整左右光纖長度使光纖中點(diǎn)對準(zhǔn)骨架外壁的中點(diǎn)標(biāo)記；3)開始進(jìn)行四極對稱法繞環(huán)
3. I)控制電機(jī)使左導(dǎo)輪架3不動，使左主軸5、右主軸6、右光纖盤11、右導(dǎo)輪架4以相同的角速度按圖2 (下同)的右視逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左光纖盤10在電機(jī)控制下以反饋速度右視逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左主軸5與右主軸6帶動光纖環(huán)骨架7同步旋轉(zhuǎn)，通過監(jiān)控光纖環(huán)骨架7的光纖環(huán)直徑，實(shí)時(shí)調(diào)整左光纖盤10的速度，從而實(shí)現(xiàn)左光纖盤10放纖、光纖環(huán)骨架7以相同的線速度收纖、右光纖盤11不放纖。將左段光纖以垂直于光纖環(huán)骨架7中軸線的方式按右視逆時(shí)針方向繞制第一層，直至骨架最左側(cè)；
3. 2)控制電機(jī)使右導(dǎo)輪 架4不動，使左主軸5、右主軸6、左光纖盤10、左導(dǎo)輪架3以相同的角速度右視順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右光纖盤11在電機(jī)控制下以反饋速度右視順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左主軸5與右主軸6帶動光纖環(huán)骨架7同步旋轉(zhuǎn)，通過監(jiān)控光纖環(huán)骨架7的光纖環(huán)直徑，實(shí)時(shí)調(diào)整右光纖盤11的速度，從而實(shí)現(xiàn)右光纖盤11放纖、光纖環(huán)骨架7以相同的線速度收纖、左光纖盤10不放纖。將右段光纖以垂直于光纖環(huán)骨架7中軸線的方式按右視順時(shí)針方向繞制第二層，直至骨架最左側(cè)剩余一匝光纖處；
3. 3)保持步驟3. 2)中的電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，將右段光纖以垂直于骨架中軸線的方式按右視順時(shí)針方向繞制第三層，直至骨架最右側(cè)；
3. 4)按照步驟3. I)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式，將左段光纖按反方向沿骨架內(nèi)側(cè)壁繞至第三層上方，然后以垂直于骨架中軸線的方式按右視逆時(shí)針方向繞制第四層，直至骨架右側(cè)剩余一阻光纖處；
3. 5)重復(fù)上述步驟3. I)至3. 4)，直至繞制了 4N層光纖，且右段光纖和左段光纖分別繞至右段光纖終點(diǎn)和左段光纖終點(diǎn)；4N層光纖的每一層匝數(shù)相等，N為不小于I的整數(shù)；
3. 6)將右段光纖和左段光纖的尾纖分別固定在光纖環(huán)骨架7側(cè)壁上；
3.7)通過電氣控制,松開左主軸5、右主軸6,連同左光纖盤10、右光纖盤11上剩余的尾纖一起取下光纖環(huán)骨架7，即完成一個(gè)光纖環(huán)的繞制工作。本發(fā)明的核心在于一對繞環(huán)臂及其具體結(jié)構(gòu)的設(shè)置，使得結(jié)合相應(yīng)的動力設(shè)備后繞環(huán)過程的自動化程度高，極大的減少了因人工操作引入的不良影響，繞制的光纖環(huán)產(chǎn)品品質(zhì)高。所以其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如導(dǎo)纖輪的數(shù)量、位置不限于實(shí)施例所述，只要能實(shí)現(xiàn)光纖盤至光纖環(huán)骨架7的可控導(dǎo)向即可；對于張力控制部分，采用金屬彈片等彈性部件代替彈簧417也是可行的等。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于它包括一對結(jié)構(gòu)相同的繞環(huán)臂；每一繞環(huán)臂分別包括導(dǎo)輪架及同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)頭、主軸、放纖軸和光纖盤；所述旋轉(zhuǎn)頭為由導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構(gòu)成的齒輪組，導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪同軸布置、互不干擾，用于分別在外接動力設(shè)備的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)；所述導(dǎo)輪架齒輪與相應(yīng)的導(dǎo)輪架固定，放纖軸齒輪與相應(yīng)的放纖軸固定，主軸齒輪與相應(yīng)的主軸固定；所述放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上，用于同放纖軸一起在放纖軸齒輪帶動下繞主軸轉(zhuǎn)動；所述導(dǎo)輪架包括開有大圓孔的導(dǎo)輪架固定座，所述旋轉(zhuǎn)頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設(shè)在導(dǎo)輪架固定座兩邊；一對繞環(huán)臂的主軸同軸布置且端頭相對，用于通過與光纖環(huán)骨架匹配的工裝夾持光纖環(huán)骨架；所述導(dǎo)輪架固定座還連有導(dǎo)輪固定架，導(dǎo)輪固定架位于主軸的一側(cè)并設(shè)有若干導(dǎo)纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導(dǎo)向至光纖環(huán)骨架。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)輪固定架上還設(shè)有至少一個(gè)張力輪，用于在傳導(dǎo)光纖的同時(shí)傳遞光纖的張力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述張力輪連有張力傳感器，用于監(jiān)控光纖張力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述若干導(dǎo)纖輪中，至少一只導(dǎo)纖輪通過支撐桿與導(dǎo)輪固定架鉸接，支撐桿的活動端與導(dǎo)輪固定架之間連有彈性部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)輪架固定座呈方形板狀，導(dǎo)輪架固定座的至少一個(gè)側(cè)面開有2 4個(gè)螺孔，所述導(dǎo)輪固定架與導(dǎo)輪架固定座經(jīng)上述螺孔螺栓連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)輪架固定座的四個(gè)側(cè)面均開有螺孔，不同側(cè)面上，螺孔的設(shè)置位置不同，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)輪架的旋轉(zhuǎn)半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)輪架、旋轉(zhuǎn)頭、放纖軸和光纖盤為鋁、鋁合金或工程塑料材質(zhì)。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)繞環(huán)機(jī)構(gòu)，包括一對結(jié)構(gòu)相同的繞環(huán)臂；每一繞環(huán)臂分別包括導(dǎo)輪架及同軸設(shè)置的旋轉(zhuǎn)頭、主軸、放纖軸和光纖盤；旋轉(zhuǎn)頭為由導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪和主軸齒輪構(gòu)成的齒輪組，三個(gè)齒輪同軸布置、互不干擾，分別在外接動力設(shè)備的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)輪架齒輪、放纖軸齒輪、主軸齒輪分別與相應(yīng)的導(dǎo)輪架、放纖軸、主軸固定；放纖軸套裝在主軸上，光纖盤固定在放纖軸上；導(dǎo)輪架包括開有大圓孔的導(dǎo)輪架固定座，旋轉(zhuǎn)頭與主軸、放纖軸和光纖盤穿過大圓孔并分設(shè)在導(dǎo)輪架固定座兩邊；一對繞環(huán)臂的主軸同軸布置且端頭相對；導(dǎo)輪架固定座還連有導(dǎo)輪固定架，導(dǎo)輪固定架位于主軸的一側(cè)并設(shè)有若干導(dǎo)纖輪，用于將光纖盤上引出的光纖導(dǎo)向至光纖環(huán)骨架。
文檔編號G01C19/72GK102914300SQ20121036804
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者郭偉華, 楊娟, 李宏, 李家樂, 周紅偉, 曲勇軍, 汪洪海, 皮亞斌 申請人:武漢長盈通光電技術(shù)有限公司