專利名稱：玻璃母材的拉伸方法及用于該方法的拉伸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃母材的拉伸方法及用于該方法的拉伸裝置，尤其是玻璃母材的外徑控制。
背景技術(shù)：
以往，將光纖用母材拉伸至所需外徑的方法通常使用如下的方法利用電阻加熱爐等加熱裝置進(jìn)行加熱，使玻璃母材從一端開(kāi)始順序軟化，并施加拉伸應(yīng)力等，而且一邊測(cè)量直徑收縮了的玻璃母材的外徑一邊對(duì)母材施加拉伸應(yīng)力，使獲得的測(cè)量值與目標(biāo)值一致，并控制抓持上述母材的上端和下端的上部抓持裝置和下部抓持裝置的移動(dòng)速度。
于是人們對(duì)外徑控制提出了各種方法。
例如有如下方法對(duì)玻璃物品的尺寸進(jìn)行在線測(cè)量，并測(cè)量拉伸速度的變化和對(duì)于測(cè)量尺寸的變化的影響，從而對(duì)荒廢的時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償(特開(kāi)平7-2539號(hào)公報(bào))。
在該方法中，將玻璃母材拉伸至一定的外徑時(shí)，因?yàn)閷?duì)于外徑小的拉伸體可以提高拉伸速度，所以控制響應(yīng)較快。但是若要獲得30mm左右粗的拉伸體，則由于拉伸速度慢而使得控制響應(yīng)需要很長(zhǎng)時(shí)間，所以存在不穩(wěn)定、達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間長(zhǎng)、廢棄量增多等問(wèn)題。
另外還提出了如下方法為了進(jìn)一步提高拉伸體的外徑精度，在兩處設(shè)置外徑測(cè)量器，根據(jù)在兩處測(cè)量的預(yù)制件的外徑值來(lái)控制拉伸速度(特開(kāi)平10-167745號(hào))。
在該方法中，由于外徑測(cè)量器有兩臺(tái)，所以存在控制參數(shù)復(fù)雜的問(wèn)題。另外由于拉伸開(kāi)始端與中央部分附近的外徑變化的周期不同，所以存在兩處的外徑測(cè)量器之間聯(lián)系困難的問(wèn)題。
如上所述，利用現(xiàn)有的方法很難高效率地對(duì)外徑進(jìn)行高精度的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述實(shí)際情況而提出的，其目的在于提供一種容易實(shí)現(xiàn)高精度的外徑控制的、可靠性高的光纖母材。
本發(fā)明的拉伸方法包括如下工序測(cè)量玻璃母材拉伸部分的外徑；根據(jù)預(yù)先設(shè)定的上述外徑的目標(biāo)值，對(duì)拉伸條件進(jìn)行反饋控制，其特征在于包括如下工序根據(jù)上述外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差和該差的單位時(shí)間的變化值這兩者中的至少一者，至少切換一個(gè)作為測(cè)量對(duì)象的控制項(xiàng)目的控制方式。
即，本方法的特征在于在外徑變化大的部分和小的部分，使用不同的控制方式(控制的方法)。
在拉伸工序中，由于測(cè)量值與目標(biāo)值之差大時(shí)和小時(shí)的拉伸狀態(tài)有很大區(qū)別，所以，可以認(rèn)為進(jìn)行合理的控制所需的參數(shù)也不同。因此，預(yù)先決定兩種或兩種以上的參數(shù)(與控制項(xiàng)目有關(guān)的系數(shù))，根據(jù)測(cè)量值與目標(biāo)值之差或該差的斜率即單位時(shí)間的變化值來(lái)切換它們的控制參數(shù)，就可以在整個(gè)拉伸長(zhǎng)度上進(jìn)行合理的控制。
為了提高完工后的直徑的精度，需要使外徑測(cè)量器的測(cè)量位置盡可能靠近完工外徑，但是在靠近完工外徑的位置進(jìn)行的外徑控制，由于加熱部分與外徑測(cè)量部分的間隔長(zhǎng)而使得響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，從而很難利用外徑控制將外徑調(diào)整到一定的值。但是本發(fā)明的方法不僅采用了基于和與目標(biāo)外徑之差成比例的量的比例控制，還采用了將其與對(duì)應(yīng)于積分量與微分量的控制進(jìn)行組合的PID控制等，通過(guò)選擇合理的控制方式進(jìn)行切換，可以進(jìn)行響應(yīng)性良好的控制。
例如利用PID控制進(jìn)行拉伸時(shí)，與目標(biāo)值之差大的地方往往是拉伸開(kāi)始端。由于拉伸開(kāi)始端變化大，需要迅速響應(yīng)至目標(biāo)值，因此需要加強(qiáng)微分控制(預(yù)測(cè)外徑變化，盡快向反方向控制)。
相反，若到達(dá)了目標(biāo)值，則拉伸外徑就不太變化。因此，此時(shí)不大需要微分控制。相反，若微分過(guò)強(qiáng)，反而會(huì)對(duì)例如因噪聲而引起的測(cè)量值的變化也進(jìn)行控制，使得變化進(jìn)一步放大，從而使變化無(wú)法收斂，成為引起所謂的擺動(dòng)的原因。
如上所述，對(duì)于拉伸控制來(lái)說(shuō)，從拉伸開(kāi)始端到達(dá)到目標(biāo)值之前為止，變化大，一旦到達(dá)目標(biāo)值就很難變化。本發(fā)明的方法就是考慮到這一點(diǎn)而作出的。
因此，通過(guò)在開(kāi)始時(shí)與到達(dá)目標(biāo)值之后使用不同的控制方式，可以進(jìn)行最合理的控制。
優(yōu)選通過(guò)切換反饋控制的控制運(yùn)算式來(lái)切換控制方式。
即，本發(fā)明的方法是如下的方法利用熱源加熱玻璃母材，對(duì)上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)送入速度、上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉伸速度，以及上述熱源的加熱溫度這三個(gè)控制項(xiàng)目中的至少一個(gè)進(jìn)行控制；設(shè)上述玻璃母材拉伸部分外徑的測(cè)量位置處的外徑目標(biāo)值與測(cè)量值之差為A，A的預(yù)定時(shí)間的積分值為B，A的單位時(shí)間的變化值為C，基于包含A、B、C，且A、B、C的系數(shù)中至少有一個(gè)不是零的式子進(jìn)行控制；在A與C中的至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，至少將上述式子中的系數(shù)A、B、C中的一個(gè)從第一值變更為不同于該第一值的第二值之后控制上述控制項(xiàng)目。
另外，本發(fā)明的方法是如下的方法在預(yù)定位置測(cè)量玻璃母材拉伸部分的外徑，基于下式X=V0+KP(E(t)+1/T1∫0tE(u)du+TDdE(t)/dt)]]>來(lái)對(duì)控制項(xiàng)目進(jìn)行控制，拉伸玻璃母材；在上式中，在上述E(t)和dE(t)/dt中的至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，至少將KP、T1、TD中的一個(gè)從第一值變更為不同于該第一值的第二值；其中，E(t)為上述測(cè)量點(diǎn)的上述外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差，∫0tE(u)du]]>為E(t)的預(yù)定時(shí)間的積分值，dE(t)/dt為E(t)的單位時(shí)間的變化值，X為上述控制項(xiàng)目，即玻璃母材相對(duì)于對(duì)其進(jìn)行加熱的熱源的相對(duì)送入速度、玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉出速度，以及上述熱源的加熱溫度這三者中的任一個(gè)，V0為常數(shù)，KP、T1、TD為系數(shù)，其中至少一個(gè)系數(shù)不是零。
優(yōu)選在測(cè)量外徑與目標(biāo)外徑之差至少在0.1-1.0mm范圍內(nèi)的切換點(diǎn)切換控制參數(shù)。
如此，通過(guò)使切換之差的大小在1mm以內(nèi)，能夠更加高效率地控制母材外徑的變化，可以獲得外徑變化量為±0.2mm的母材。
若小于0.1mm，則因變化太大而難以控制。
若超過(guò)1mm，則分為兩段的意義就變小了。
另外，優(yōu)選在測(cè)量外徑與目標(biāo)外徑之差的單位時(shí)間的變化值至少在0.3-3.0mm/分的范圍內(nèi)的切換點(diǎn)切換控制參數(shù)。
拉伸控制時(shí)，因?yàn)闇y(cè)量外徑與目標(biāo)外徑之差大的時(shí)候(拉伸開(kāi)始端)與小的時(shí)候(尤其是拉伸體(光纖母材)中央附近)的狀態(tài)大不相同，所以，可以認(rèn)為進(jìn)行合理的控制所需的控制參數(shù)不同。
本發(fā)明者們從各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)根據(jù)與目標(biāo)值之差或每單位時(shí)間差的變化值而使用不同的控制參數(shù)進(jìn)行控制，能夠在拉伸體的全長(zhǎng)進(jìn)行合理的控制，結(jié)果可以獲得外徑精度良好的光纖母材。
因?yàn)橹灰鞐l件相同，拉伸的外徑變化的波形周期(時(shí)間)就大致不變，所以與目標(biāo)值之差越大，斜率(單位時(shí)間的差的變化值)就越大。另外，與目標(biāo)值的差相同時(shí)，其變化值越大，越需要迅速地進(jìn)行逆控制。因此，差的斜率的大小(變化值)是和與外徑目標(biāo)值之差同等重要的因素。
因此，作為該控制參數(shù)的切換條件，除了與目標(biāo)外徑之差以外還設(shè)定差的單位時(shí)間的變化值，由此能夠以更好的響應(yīng)性檢測(cè)出拉伸狀態(tài)的變化。
優(yōu)選在至少一種控制方式中使用PID控制方式，這樣不僅能夠根據(jù)對(duì)應(yīng)于與目標(biāo)值之差的比例進(jìn)行控制，還能夠根據(jù)其微分量(單位時(shí)間的變化值)和積分量進(jìn)行控制，從而可以進(jìn)行高速且可靠性高的控制。
另外優(yōu)選在該P(yáng)ID控制方式中，當(dāng)與目標(biāo)外徑之差或上述差的單位時(shí)間的變化值大時(shí)，上述控制系數(shù)的值中與上述差有關(guān)的系數(shù)為10～2000分-1與上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值有關(guān)的系數(shù)大于等于50分，與上述差的單位時(shí)間的變化值有關(guān)的系數(shù)大于等于5分。
按照該結(jié)構(gòu)中，與目標(biāo)外徑之差小時(shí)，相對(duì)于積分項(xiàng)，需要加強(qiáng)微分項(xiàng)的控制。
另外優(yōu)選在PID控制方式中，當(dāng)與目標(biāo)外徑之差或上述差的單位時(shí)間的變化值小于預(yù)定值時(shí)，上述控制系數(shù)的值中與上述差有關(guān)的系數(shù)為10-2000分-1，與上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值有關(guān)的系數(shù)為500分或500分以下，與上述差的單位時(shí)間的變化值有關(guān)的系數(shù)為200分或200分以下。
按照該結(jié)構(gòu)，與目標(biāo)外徑之差大時(shí)，需要加強(qiáng)積分項(xiàng)的控制。
或者，該控制方式包括根據(jù)外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差的比例而進(jìn)行的控制，切換該比例常數(shù)。這樣，在進(jìn)行不需要太快的響應(yīng)的拉伸時(shí)，優(yōu)選不進(jìn)行PID控制，而使用更加簡(jiǎn)單的參數(shù)的控制方式，即比例控制方式。
另外優(yōu)選在上述方法中，用上部抓持裝置和下部抓持裝置保持上述玻璃母材的上下部分進(jìn)行拉伸，至少變更上述上部抓持裝置和下部抓持裝置兩者之一的速度變化量的比例，且至少變更上述玻璃母材的相對(duì)送入速度和上述玻璃母材的相對(duì)拉出速度兩者中的一個(gè)。
此控制方式的特征是變更上部抓持裝置的速度變化量和下部抓持裝置的速度變化量的比例。
根據(jù)該控制方法，利用反饋上部抓持裝置和下部抓持裝置的操作量的方向不同，可以根據(jù)速度的變化量來(lái)營(yíng)造不同的拉伸狀態(tài)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的拉伸裝置包括用于抓持上述玻璃母材兩端的上部抓持裝置和下部抓持裝置；用于對(duì)上述母材進(jìn)行加熱的熱源；用于測(cè)量上述玻璃母材拉伸部分外徑的外徑測(cè)量器；以及控制裝置，該控制裝置根據(jù)由上述外徑測(cè)量器獲得的測(cè)量值與上述玻璃母材拉伸部分的上述外徑目標(biāo)值之差，對(duì)上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)送入速度、上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉出速度、以及上述熱源的加熱溫度這三個(gè)控制項(xiàng)目中的至少一個(gè)進(jìn)行控制，以此來(lái)控制拉伸條件。
并且能夠進(jìn)行設(shè)定，使得在上述差、上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)的系數(shù)不是零的上述控制項(xiàng)目的控制式中，在上述差和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)的系數(shù)不是零的上述控制項(xiàng)目的控制式中，以及在上述差和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)不是零的上述控制項(xiàng)目的控制式中，在上述差和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，將上述式中的至少一個(gè)系數(shù)從第一值變更為不同于第一值的第二值。
該拉伸裝置在外徑變化大的部分和變化小的部分使用不同的控制方式。預(yù)先準(zhǔn)備兩種或兩種以上的系數(shù)，根據(jù)測(cè)量值與目標(biāo)值之差或該差的單位時(shí)間的變化值來(lái)切換這些系數(shù)，從而可以在整個(gè)拉伸長(zhǎng)度上進(jìn)行合理的控制。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的拉伸控制方式的框圖；圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式的拉伸裝置的圖；圖3是表示利用本發(fā)明實(shí)施例1的方法拉伸的玻璃母材的外徑變化的圖；圖4是表示利用比較例1的方法拉伸的玻璃母材的外徑變化的圖；圖5是表示利用比較例2的方法拉伸的玻璃母材的外徑變化的圖；圖6是表示利用比較例3的方法拉伸的玻璃母材的外徑變化的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明光纖母材制造方法的實(shí)施方式。
在本實(shí)施方式中，如圖1所示，由含有以能夠根據(jù)測(cè)量值與目標(biāo)值之差或該差的單位時(shí)間的變化值來(lái)進(jìn)行切換以使外徑變化大的部分和小的部分的控制方式不同的PID方式構(gòu)成的外徑控制用調(diào)節(jié)器12構(gòu)成控制單元，并根據(jù)目標(biāo)值11與外徑測(cè)量器13的測(cè)量值之差，將由調(diào)節(jié)器12計(jì)算出來(lái)的控制輸出值反饋給控制對(duì)象。
在此使用的拉伸裝置包括兩端具有偽棒2、3的玻璃母材1；分別通過(guò)偽棒2、3來(lái)抓持該玻璃母材的上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分4和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分5；作為熱源對(duì)拉伸前玻璃母材進(jìn)行加熱的加熱器6，該拉伸前的母材由安裝在該上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分4和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分5上的未圖示的上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭抓持；測(cè)量該玻璃母材1的拉伸部分1E的外徑的外徑測(cè)量器7；以及控制單元8，它根據(jù)由外徑測(cè)量器7獲得的玻璃母材1的拉伸部分1E的外徑測(cè)量值與該外徑的目標(biāo)值，對(duì)拉伸條件進(jìn)行反饋控制。
在此，該控制單元以能夠根據(jù)外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差和該差的單位時(shí)間的變化值兩者中的一個(gè)來(lái)切換系數(shù)的方式構(gòu)成。
具體構(gòu)成如下在爐心管的內(nèi)部設(shè)置玻璃母材1，通過(guò)該玻璃母材1的兩端露出的偽棒2、3，分別用上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分4和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分5的上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭抓持該玻璃母材1，以下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分5的下降速度高于上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分4的下降速度的方式下降，從而進(jìn)行拉伸。而且在該爐心管內(nèi)形成有根據(jù)需要而導(dǎo)入惰性氣體的惰性氣體導(dǎo)入部分，通過(guò)提供惰性氣體能夠防止氧化。
拉伸后外徑的測(cè)量值與目標(biāo)之差大時(shí)和小時(shí)的拉伸狀態(tài)大不相同，通過(guò)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)適當(dāng)?shù)厍袚Q控制參數(shù)，可以在整個(gè)拉伸長(zhǎng)度上進(jìn)行合理的控制。
該拉伸工序是這樣進(jìn)行的。首先，用上下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭抓持上下端具有偽棒的玻璃母材，將其設(shè)置在拉伸爐中。接著，使加熱器升溫，充分加熱玻璃母材之后，使上下驅(qū)動(dòng)部分以不同的速度下降(使其具有速度差)，從而拉伸母材。
此時(shí)，一邊在小于下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭的下降速度的范圍內(nèi)，根據(jù)外徑測(cè)量器7的測(cè)量輸出、用控制單元8調(diào)整上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭的下降速度，一邊控制拉伸后的玻璃母材的外徑。
另外，此時(shí)也可以用控制單元調(diào)整下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭的下降速度或加熱溫度。
即，在拉伸開(kāi)始端與目標(biāo)外徑的差大的時(shí)點(diǎn)和在拉伸體中央附近與目標(biāo)外徑的差小的時(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)換控制方式，通過(guò)分別使用合理的控制方式來(lái)在整個(gè)拉伸長(zhǎng)度上進(jìn)行合理的控制。
實(shí)施例首先，準(zhǔn)備外徑為80mm的玻璃母材。
接著，將上下部分具有偽棒的玻璃母材安裝在已經(jīng)在上述實(shí)施方式中說(shuō)明了的拉伸裝置中。
在該狀態(tài)下接通加熱器6，將爐內(nèi)溫度從常溫升至1700-2200。
這樣，當(dāng)升至目標(biāo)溫度之后將玻璃母材的拉出速度設(shè)定為40m/分，開(kāi)始拉伸。此時(shí)，測(cè)量拉伸中的外徑，將其與預(yù)先設(shè)定的設(shè)定外徑之差反饋給送入母材的送進(jìn)速度(上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭的速度)Va，如此進(jìn)行外徑控制。
在此，設(shè)定外徑為30.5mm，對(duì)設(shè)定外徑與外徑測(cè)量值之差(E(t))進(jìn)行由式Va=V0+KP(E(t)+1/T1∫0tE(u)du+TDdE(t)/dt)]]>表示的PID控制后，對(duì)送入速度Va進(jìn)行了控制。在此，初始速度V0＝5.5mm/分。
另外，根據(jù)由外徑測(cè)量器測(cè)得的外徑與目標(biāo)外徑之差的大小程度改變上述式中的參數(shù)KP、T1、TD的值。即，外徑差小于0.3mm時(shí)，使KP＝1000分-1、T1＝40分、TD＝10分，在外徑差達(dá)到0.3mm時(shí)，切換上述式中的KP、T1、TD的值，在外徑差大于等于0.3mm時(shí)，KP＝1000分-1、T1＝1000分、TD＝100分。
圖3示出了如此進(jìn)行控制后的結(jié)果。
結(jié)果如圖3所示，外徑為30±0.2mm，良好。在此，縱軸表示外徑D、橫軸表示拉伸長(zhǎng)度L。
比較例1在此例中，與上述實(shí)施例1樣，也是利用圖1和圖2所示的拉伸裝置與控制裝置進(jìn)行控制，但是不切換系數(shù)，在整個(gè)拉伸工序中使KP＝1000分-1、T1＝40分、TD＝10分。
圖4示出了如此進(jìn)行控制后的結(jié)果。
結(jié)果如圖4所示，外徑為30±0.5mm，波動(dòng)變大。
比較例2在此例中，與上述實(shí)施例1樣，也是利用圖1和圖2所示的拉伸裝置與控制裝置進(jìn)行控制，但是不切換系數(shù)，在整個(gè)拉伸工序中使KP＝1000分-1、T1＝1000分、TD＝100分。
圖5示出了如此進(jìn)行控制后的結(jié)果。
結(jié)果如圖5所示，外徑為30±0.4mm，波動(dòng)變大。
比較例3在此例中，與上述實(shí)施例一樣，也是利用圖1和圖2所示的拉伸裝置與控制裝置進(jìn)行控制，但是使用了由如下的關(guān)系式所表示的方式作為控制方式進(jìn)行了拉伸。
Va＝V0+K(E(t))在此也沒(méi)有切換系數(shù)，在整個(gè)拉伸工序中使KP＝50分-1、V0＝50分-1。
圖6示出了如此進(jìn)行控制后的結(jié)果。
結(jié)果如圖6所示，外徑波動(dòng)很大。
將上述實(shí)施例1與比較例1至3進(jìn)行比較可知，根據(jù)外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差，至少改變一個(gè)控制項(xiàng)目的系數(shù)，可以進(jìn)行高精度的外徑控制。
上述實(shí)施例是在測(cè)得的外徑與目標(biāo)外徑之差為0.3mm的時(shí)候進(jìn)行切換的，但是通過(guò)各種試驗(yàn)得知，只要在0.1-1.0mm范圍內(nèi)的切換點(diǎn)切換系數(shù)，都能夠進(jìn)行高精度的外徑控制。
另外，不利用外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差，而利用該差的單位時(shí)間的變化值，能夠更加迅速地預(yù)測(cè)變化，因此，也可以根據(jù)該差的單位時(shí)間的變化值的大小來(lái)切換控制方式。利用這種控制能夠以更好的響應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)。
在上述實(shí)施例中，使用了PID控制方式，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行了切換。通過(guò)至少在一個(gè)項(xiàng)目中使用PID，除了根據(jù)對(duì)應(yīng)于外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差的比例之外，還可以根據(jù)其微分量和積分量來(lái)進(jìn)行控制，也能夠進(jìn)行高速且可靠性高的控制。
PID控制方式的參數(shù)也可以有比例常數(shù)、微分時(shí)間、和積分時(shí)間，可以分兩個(gè)階段來(lái)設(shè)定這些設(shè)定值，根據(jù)實(shí)際進(jìn)行拉伸時(shí)的與目標(biāo)值之差和/或該差的單位時(shí)間的變化值的大小來(lái)選擇某一個(gè)設(shè)定值，自動(dòng)進(jìn)行切換。
另外，不限于PID控制，也可以用于更加簡(jiǎn)單的比例控制。此時(shí)不是將PID值，而是將比例常數(shù)分兩個(gè)階段設(shè)定，也可以切換該比例常數(shù)。這種切換包括這種情況在某一時(shí)刻的前后，例如到達(dá)目標(biāo)值附近之后，不進(jìn)行控制，而以固定的條件進(jìn)行拉伸。
優(yōu)選該方式包含根據(jù)外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差的比例進(jìn)行的控制，切換該比例常數(shù)。如此，在進(jìn)行不需要太快的響應(yīng)的拉伸時(shí)，可以不用PID控制，而利用更加簡(jiǎn)單的參數(shù)控制方式即比例控制方式。另外，在外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差或差的單位時(shí)間的變化值小于某一值以后，也可以使系數(shù)為零，即不進(jìn)行控制。
另外優(yōu)選如下方式不僅改變控制方式，還改變控制對(duì)象，其特征是改變上側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭速度的變化量和下側(cè)驅(qū)動(dòng)部分夾頭速度的變化量的比例。
雖然參照特定的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，能夠在不脫離本發(fā)明的思想和范圍的前提下進(jìn)行各種變更和改動(dòng)。
本發(fā)明是基于2002年6月19日提出申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)(特愿2002-178372)的發(fā)明，將其內(nèi)容作為參照寫(xiě)進(jìn)了這里。
產(chǎn)業(yè)效果如上所述，在進(jìn)行拉伸控制時(shí)，由于拉伸開(kāi)始端與拉伸后玻璃母材中央附近的狀態(tài)大不相同，因此根據(jù)不同的時(shí)機(jī)使用不同的參數(shù)進(jìn)行控制，使其成為合理的控制所需的控制參數(shù)，由此可以在玻璃母材的全長(zhǎng)進(jìn)行合理的控制。
另外，作為控制參數(shù)的切換條件，除了測(cè)量值與目標(biāo)值之差以外，通過(guò)設(shè)定單位時(shí)間的差的變化值，由此能夠以更好的響應(yīng)性來(lái)檢測(cè)拉伸狀態(tài)的變化，從而可以進(jìn)行高速且可靠性良好的控制。
由于本發(fā)明的拉伸裝置具備切換裝置，能夠根據(jù)測(cè)量值與目標(biāo)值之差以及單位時(shí)間的差的變化值中的至少一個(gè)，切換成為測(cè)量對(duì)象的控制項(xiàng)目中的至少一個(gè)，使外徑變化大的部分與小的部分的控制方式不同，所以能夠在整個(gè)拉伸長(zhǎng)度上進(jìn)行合理的控制。
權(quán)利要求
1.一種玻璃母材的拉伸方法，包括下列步驟利用熱源加熱玻璃母材；對(duì)上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)送入速度、上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉出速度、以及上述熱源的加熱溫度中的至少一個(gè)控制項(xiàng)目進(jìn)行控制；設(shè)上述玻璃母材拉伸部分的外徑測(cè)量位置的外徑的目標(biāo)值與測(cè)量值之差為A、A的預(yù)定時(shí)間的積分值為B、A的單位時(shí)間的變化值為C，基于包含系數(shù)A、B、C，且A、B、C中至少一個(gè)不為零的式子進(jìn)行控制；在A與C中的至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，至少將上述式子中的系數(shù)A、B、C中的一個(gè)從第一值變更為不同于該第一值的第二值之后控制上述控制項(xiàng)目。
2.一種玻璃母材的拉伸方法，在預(yù)定位置測(cè)量玻璃母材拉伸部分的外徑，基于下式X=V0+KP(E(t)+1/T1∫0tE(u)du+TDdE(t)/dt)]]>來(lái)對(duì)控制項(xiàng)目進(jìn)行控制，拉伸玻璃母材；在上式中，在上述E(t)和dE(t)/dt中的至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，至少將KP、T1、TD中的一個(gè)從第一值變更為不同于該第一值的第二值；其中，E(t)為上述測(cè)量點(diǎn)的上述外徑的測(cè)量值與目標(biāo)值之差， 為E(t)的預(yù)定時(shí)間的積分值，dE(t)/dt為E(t)的單位時(shí)間的變化值，X為上述控制項(xiàng)目，即玻璃母材相對(duì)于對(duì)其進(jìn)行加熱的熱源的相對(duì)送入速度、玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉出速度，以及上述熱源速度中的某一個(gè)，V0為常數(shù)，KP、T1、TD為系數(shù)，其中至少一個(gè)系數(shù)不是零。
3.如權(quán)利要求1或2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，上述外徑的目標(biāo)值與上述外徑的測(cè)量值之差的上述預(yù)定值在0.1-1.0mm的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，上述外徑的目標(biāo)值與上述外徑的測(cè)量值之差的上述預(yù)定值在0.3-3.0mm/分的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在上述外徑的目標(biāo)值與上述外徑的測(cè)量值之差或上述差的單位時(shí)間的變化值大于上述預(yù)定值時(shí)，在上述控制系數(shù)的上述第二值中，與上述差有關(guān)的系數(shù)為10～2000分-1，與上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值有關(guān)的系數(shù)為50分或50分以上，與上述差的單位時(shí)間的變化值有關(guān)的系數(shù)為5分或5分以上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，在上述外徑的目標(biāo)值與上述外徑的測(cè)量值之差或上述差的單位時(shí)間的變化值小于上述預(yù)定值時(shí)，在上述控制系數(shù)的上述第二值中，與上述差有關(guān)的系數(shù)為10～2000分-1，與上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值有關(guān)的系數(shù)為500分或500分以下，與上述差的單位時(shí)間的變化值有關(guān)的系數(shù)為200分或200分以下。
7.如權(quán)利要求1所述的玻璃母材的拉伸方法，其中，用上部抓持裝置與下部抓持裝置抓持上述玻璃母材的上下部分進(jìn)行拉伸；至少變更上述上部抓持裝置的速度變化量和上述下部抓持裝置速度變化量的比例中的一個(gè)，至少變更上述玻璃母材的相對(duì)送入速度和上述玻璃母材的相對(duì)拉出速度中的一個(gè)。
8.一種玻璃母材的拉伸裝置，包括用于抓持上述玻璃母材兩端的上部抓持裝置和下部抓持裝置；用于對(duì)上述母材進(jìn)行加熱的熱源；用于測(cè)量上述玻璃母材拉伸部分外徑的外徑測(cè)量器；以及控制裝置，該控制裝置根據(jù)由上述外徑測(cè)量器獲得的測(cè)量值與上述玻璃母材拉伸部分的上述外徑目標(biāo)值之差，對(duì)上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)送入速度、上述玻璃母材相對(duì)于上述熱源的相對(duì)拉出速度、以及上述熱源的加熱溫度中的至少一個(gè)控制項(xiàng)目進(jìn)行控制，以此來(lái)控制拉伸條件，所述拉伸裝置能夠進(jìn)行設(shè)定，使得在上述差、上述差的預(yù)定時(shí)間的積分值、和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)的系數(shù)不是零的上述控制項(xiàng)目的控制式中，當(dāng)上述差和上述差的單位時(shí)間的變化值中至少一個(gè)超過(guò)預(yù)定值時(shí)，將上述式中的至少一個(gè)系數(shù)從第一值變更為不同于第一值的第二值。
全文摘要
為了以短時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度的外徑控制，以提供可靠性高的光纖母材，測(cè)量玻璃母材拉伸部分的外徑。在根據(jù)該外徑的目標(biāo)值和測(cè)量值對(duì)拉伸條件進(jìn)行反饋控制時(shí)，根據(jù)上述測(cè)量值和目標(biāo)值之差以及每單位時(shí)間該差的變化值中的至少一個(gè)來(lái)轉(zhuǎn)換至少一個(gè)正在測(cè)量的控制項(xiàng)目的控制方式。
文檔編號(hào)C03B37/012GK1656030SQ03812529
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者川崎希一郎, 星野壽美夫 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社