专利名称：制造光缆带槽杆芯的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种制造光缆带槽杆芯的设备和方法。该带槽杆芯可保护容纳在其中的多条光导纤维。
通常用于光缆的带槽杆芯是如
图1所示的带槽杆芯S(也可称为隔离件)，其上可容纳光导纤维的沟槽G弯弯曲曲地构成所谓的SZ槽以避免过大的张力作用到其容纳的光导纤维上，从而改善了光缆因作分路而对光纤进行缠绕时的施工性能。通常，这种带槽杆芯S是这样加工制造的熔化的树脂经过旋转模具环绕在抗拉元件周围并由一挤压器挤出，所述模具在彼此反向的方向上交替转动，以便在挤压出的树脂层的外圆周上形成上述槽G。
然而在上述方法中，由于旋转模具交替地反向运行(交替地变更旋转方向运行)，抗拉元件L0有可能被扭曲，于是在这种模压带槽杆芯S中的沟槽G的反转角θ(与在旋转模具的一个反转周期内形成的槽相对应的带槽杆芯的横截面上的中心角，所述反转周期即模具在其转动方向上的二次连续反转之间的期间)有可能变得比旋转模具的旋转角度要小(即旋转模具反向旋转一周形成的角)。因此，为了使得沟槽G获得一个理想的反转角度，旋转模具必须有一个大的旋转角，这就给提高加工制造的速度带来了困难。因为该速度取决于交替反向运行的速度。在图2中，P是旋转模具在反转一周时所需的反相节距，它对应了一段距离，该距离是抗拉元件在一个转动周期内(以下称反转节距)通过的距离。
这种已知的有一个旋转模具(其旋转方向是交替地反向旋转)的加工制造设备在日本专利申请NO.3-110509和NO.1-303408中已有揭示。日本专利申请NO.3-110509揭示了一种制造设备，该设备为了限制抗拉元件被扭转，其抗拉元件是在旋转模具的前方被夹紧。而在日本专利申请NO.1-303408所揭示的制造设备中，当抗拉元件在旋转模具的前方被夹紧的状态下，夹紧机构与旋转模具的反转运行同步，从而使得抗拉元件的扭转方向与旋转模具的旋转方向相同。
本发明的目的是要提供一种制造光缆带槽杆芯的设备和方法，它能够减小旋转模具的旋转角度，从而可提高加工效率，并同时减小作用到加工设备上的载荷。
本发明涉及一种制造光缆带槽杆芯的设备和方法。这种带槽杆芯是由中心为抗拉元件并外包一层树脂构成的。在树脂层的外表面上至少要加工出一道沟槽，其中多条光导纤维便可束集在其中。
按照本发明所述的用来制造上述光缆带槽杆芯的设备至少应包括一个抓紧抗拉元件的夹紧装置；一台挤压器，它有一个带有空腔的头部，抗拉元件便穿过它从夹紧装置输出，与此同时将被熔化的树脂注入头部，树脂便从该头部的树脂挤压孔挤出并涂敷到抗拉元件周围。在头部的树脂挤压孔处还安装了一个可旋转的模具。该模具有一个让抗拉元件穿过的通孔，还有若干个突起部分用来在包围在抗拉元件周围的树脂表面上形成沟槽。当树脂被挤出至抗拉元件周围时，所述旋转模具以所述抗拉元件的输出方向为其旋转轴，按抗拉元件的各反转节距交替反转其转向，由此形成如图1所示的带槽的槽杆。
按照本发明所述的设备还包括一个第一驱动系统，它以抗拉元件的输出方向为轴线来旋转夹紧装置，并将抗拉元件按一预定大小的角度扭转。它还包括一个第二驱动系统，用来根据抗拉元件的输出方向驱动安装在头部树脂挤压孔处的可旋转的模具。第一和第二驱动系统由与其相连接的电气控制器驱动和控制。具体地讲，控制器控制第二驱动系统，使旋转模具的旋转方向在抗拉元件的每一个预定节距内交替地反向，同时它还控制第一驱动系统，使抗拉元件在与旋转模具的旋转方向相反的方向上交替地并与旋转模具的旋转同步地扭转。按照这一驱动和控制程序，旋转模具和夹紧装置相互之间总是按相反的方向旋转。
换句话说，在按照本发明所述采用上述设备配置的加工方法中，当上述抗拉元件被引入到挤压器时，在树脂从头部被挤压覆盖到抗拉元件上时，旋转模具以抗拉元件的运动方向为轴线旋转，于是按抗拉元件的每个预定的反转节距，旋转模具交替地反转其旋转方向。抗拉元件是在与旋转模具的旋转方向相反的方向上交替地并与旋转模具的旋转同步地扭转。此间，夹紧装置设置成可施加外力作用，以扭转进入头部的小孔中的抗拉元件。
按照本发明，由于夹紧装置的旋转运行是与旋转模具的旋转运行方向相反，因此旋转模具的旋转角度可用做得很小。结果，即使当加工的线速度增加时，旋转模具也能完全紧紧跟随，这样就可提高在较高的加工线速度时的加工速率。另外，由于旋转模具的驱动载荷能够减小，因此设备也可以做得较小从而可节省制造费用。
由于旋转模具的旋转角度小，在挤压时作用到树脂上的剪切应力也就比较小，因此，这样制成的带槽杆芯的的表面(特别是槽的底部)就能够做得光滑。而如果表面很粗糙，表面形状不规则，就很有可能将应力作用到光导纤维上，从而有可能影响其传输性能。此外，用于夹紧装置交替反向旋转的机构可以做得比与复杂的挤压机构相匹配的旋转模具的旋转机构更为简单，因而容易实现更高的生产率。
最好是，夹紧装置的旋转角度(即由夹紧装置在其任意二次连续反转之间旋转而成的角度)是这样设定的旋转模具的旋转角度与模压带槽杆芯中槽的反转角度彼此相等。在这种情况下，在旋转模具安装处，也就是在头部的树脂挤压小孔处，通过实施挤压以便在抗拉元件的树脂覆盖层的外圆表面上形成沟槽。事实上这时在被挤压的抗拉元件上并未出现扭转，因此，带槽杆芯能够在一个比较稳定的加工条件下进行加工制造。当线速度较高时，从改善加工效率的角度来看，稳定的加工条件对于加工制造是一个重要的因素。因此，在模压加工带槽杆芯的制造过程中，加工质量就可以期望得到改进。
此外，夹紧装置的旋转角度最好是设定为大于按反方向旋转的旋转模具的旋转角度。在该种情况下，旋转模具的旋转角度就可以做得较小，这样一来就有可能实现较高的线速度。虽然安装在复杂挤压机构中的旋转模具作为一个旋转件它有较大的惯量，但是，也同样是旋转件的夹紧装置，由于实现了结构简化方案其惯量就比较小。因此，具有较大惯性的旋转模具的旋转角度可以做得较小，从而可改善它的高速可跟踪性能。同时，也可相应地增加具有较小惯性的夹紧装置旋转角度。由于夹紧装置的惯性较小，因此即使当它的旋转角度较大时也完全能适应较高的线速度。在头部，旋转模具以相反的方向交替地旋转，特别是在它的树脂挤压小孔处，由于作用到被挤压树脂上的剪切应力可以减小，因而被加工的带槽杆芯的表面就可变得更为光滑。
按照本发明所述的设备还包括一个角度测量机构，它与控制器电气相连接，在树脂完全冷却之后，根据旋转模具在旋转方向上旋转一次所形成的槽的位置与在下一次旋转中得到的位置之间的偏差，角度测量装置测量覆盖所述抗拉元件的树脂表面上形成的槽的反转角，从角度测量机构测量到的结果被输入控制器，控制器便控制第一和第二驱动系统中的至少一个，并修正旋转模具的旋转角度与已形成的沟槽的反转角度之间的角度偏差。
这样的配置可以将实际加工出来的带槽杆芯中的沟槽的反转角度反馈到旋转模具和(或)夹紧装置的旋转控制中，从而可使得沟槽反转角度的精确度进一步得到提高。沟槽反转角对带槽杆芯的质量是至关重要的。为了得到理想的反转角度，在采用了控制器之后，旋转模具和(或)夹紧装置的反转角度便能自动调整。由于实现了自动调整，因此可减少操作人员的数量和材料的消耗，从而可以指望节约资源和劳动力。
按照本发明所述的设备中的驱动系统可以这样配置第一驱动系统有一个第一驱动马达，用来在相反方向上交替地转动夹紧装置；第二驱动系统有一个第二驱动马达，用来在与第一驱动系统的旋转方向向反的方向上交替地转动旋转模具。这里，控制器输出的控制循环信号分别对于第一和第二驱动马达来说彼此是反相的，因此旋转模具和夹紧装置按互相相反方向旋转。
这样一种配置可以在一个比较简单的结构中来实现旋转模具和夹紧装置彼此按相反的方向旋转。由于旋转模具的旋转与夹紧装置的旋转是互相同步的，它们之间的差别仅仅在于它们的旋转角度和旋转方向。因此，如果驱动第一和第二两个驱动马达中之一的控制信号一旦产生，则对于另一驱动马达的控制信号也就很容易地由此而产生。这就是说，当由同一控制信号产生的两个控制信号被送到第一和第二驱动马达时，这两个马达都能最有效地受到控制。
另一方面，按照本发明所述设备的驱动系统还可以这样配置即第二驱动系统有一个用来驱动旋转模具的驱动马达，而第一驱动系统有一个用来将驱动马达的驱动力传送到夹紧装置的传动机构。
在这样一种配置中，旋转模具和夹紧装置实际上是连接到同一个驱动马达上，因此它们按互相相反的旋转方向可以做到彼此完全同步。在这里，旋转模具的旋转与夹紧装置的旋转彼此间的不同之处仅仅在于它们的旋转角度和旋转方向，而它们的旋转角度之间的比率借助于传动机构是很容易改变的。这就是说，一个单独的驱动马达所产生的驱动力可以用来驱动旋转模具和夹紧装置中的一个，而该驱动力通过传动机构又可以很容易地被用来产生另一个驱动力去驱动另一机构。
夹紧装置上有一套机构是用来保持抗拉元件不会由于旋转模具的旋转而被扭曲以及在垂直于抗拉元件输送的方向上夹持抗拉元件，使其在该位置上不会产生摆动。这就是说，夹紧装置可以包含一套沿抗拉元件排列的第一滚轮组以及同样沿抗拉元件排列的第二滚轮组，而后者将抗拉元件与前者夹紧在一起。每一套滚轮组中有多个滚轮，每一个滚轮上都有一个曲面与抗拉元件相接触。
最好是，为了有效地对抗拉元件进行扭转，夹紧机构应安装在头部前侧处与旋转模具尽可能近的位置上。
通过对照后面的内容以及结合附图所作的详细说明将能对本发明有更充分的了解。这些附图只是用来进行图解说明的，而不应该被认为是对本发明的限制。
通过后面将要给出的详细说明将会使得本发明更深一层的应用范围变得更为明显。然而，应该理解的是，这些详细说明和特定实例(举出发明的推荐实例)只是一种图解说明的方法，因为只有通过这种详细的说明才会使得那些熟悉此项技术的专业人员对于在本发明基本精神范围内的对本发明的各种不同的变更和修改有更为明确的了解。
图1是一透视图，表示出光缆的带槽杆芯，其中心有一条抗拉元件，其外圆表面上有若干沟槽；图2是外圆表面的展开图，用来说明在光缆的带槽杆芯内的一条沟槽的反转角度；图3是光缆内部结构的透视图；图4A,4B是断面图，表示在图3中沿线Ⅰ-Ⅰ截开的光缆的断面结构，以及在图4A中容纳在每一条沟槽内的光导纤维的断面结构；图5是一方框图，它表示出为了制造按照本发明所述的光缆的带槽杆芯而举出的设备实例的配置方框图；图6A是一局部透视图，表示出图5中夹紧装置4的结构；图6B也是透视图，它表示出图6A中滚轮41的结构；图7A和7B均为透视图，它们分别表示出图5中的挤压器5的内部结构以及旋转模具的结构；图8A和8B分别表示出图5中角度测量装置8的结构俯视图和侧剖视图9是为了说明控制信号如何输送到图5中的马达11和12的图解示意图；图10是一示意图，用来说明在图9所示的控制信号的基础上，旋转模具52和夹紧装置4的旋转运行动作；图11是一示意图，用来说明传统制造设备中存在的问题和本发明的原理；图12是一示意图，说明夹紧装置4和旋转模具52的相对安装位置；图13是一方框图，部分展示出为了制造按照本发明所述光缆的带槽杆芯而举出的另一设备实例的结构。
下面将参照图3,4A,4B，图5，图6A至8B，以及图9至13对本发明制造光缆带槽杆芯的设备和方法作一说明。必要时，也将参照图1和图2。在这些图中，彼此间相同的组成部分均用相同的数字或字母标出，因而不再重复地加以说明。
图3是表示包含100条光导纤维的一条光缆的内部结构剖视图。图4A表示出在图3中沿线Ⅰ-Ⅰ截开的断面结构。在光缆100中，包封在保护膜120内的带槽杆芯被包在蒙皮110内。带槽杆芯130由置于其中心的抗拉元件140和环绕在抗拉元件140上的树脂层构成。在树脂层的表面上有若干条沿着抗拉元件140的长度方向上弯弯曲曲延伸的沟槽135。这里，抗拉元件140可以由单股钢缆或多股钢缆构成。每一道沟槽135内可容纳一束光导纤维组150。
在光缆100中，容纳在带槽杆芯130的每一道沟槽135中的光导纤维组150是由一层一层的光导纤维带155a至155d构成，如图4B所示。在这些光导纤维带中每一层都包含有多根光导纤维158(每一根都有一个芯子和一个覆盖层)，每一根纤维都有一个彩色涂层157，在其外面表上再覆盖树脂层156。
现参照图5对具有上述结构的用于制造带槽杆芯的设备实例作一说明。
如图5所示，该设备实例是这样配置的抗拉元件L1从图5的左侧输入，当它向右移动并穿过挤压机2,5等装置时，在抗拉元件L1上便涂敷上第一道涂层而形成抗拉元件L2，从而带槽杆芯便逐渐形成。此后，带槽杆芯就被最后缠绕起来。下面根据这一配置，将从流程的上游一侧开始，按照流程的各个步骤对每一个零部件逐一加以说明。
位于流程上游最前端的是一台缠绕着由钢缆制成的抗拉元件L1的抗拉元件供给器1，它被预定的张紧力拉着输出抗拉元件L1。可以使用的抗拉元件L1除了前面已经提到的钢缆以外还可以使用其他金属缆线，合股钢缆，某种增强型塑料纤维(FRP)等。
安装在紧邻着抗拉元件供给器1的流程下方的是挤压器2，它将第一道树脂层环绕涂敷到被输送过来的抗拉元件L1上。抗拉元件L1在挤压器2的头部处被涂上树脂然后再被输送到下一工序(有如图中被涂上第一道涂层的抗拉元件L2所示)。这里，用来涂敷第一道涂层的树脂是放置在形成沟槽G时所使用的树脂(后面将要对此加以说明)与抗拉元件L1之间，其作用是为了提高两者之间的粘接强度。这第一道树脂涂层还能起到改进被加工的带槽杆芯S的尺寸精确度的作用。
安装在挤压器2流程下方的是注满冷却水的冷却槽3。由于被涂敷的树脂如果尚未完全凝固，抗拉元件L2就不可能被位居流程更下方的夹紧装置4夹持住。而当抗拉元件2通过冷却槽3后附在其上的树脂就可凝固到一定程度从而能被夹紧装置4夹紧。
夹紧装置4位于冷却槽3的流程下方，它有互相对置的多个夹紧滚轮(夹紧滚柱)41，抗拉元件L2就被夹持在这些互相对置的夹紧滚轮41之间。在每一个夹紧滚轮41的外圆面上沿着其圆周方向都加工了凹槽，以便抗拉元件L2很容易被夹紧。这里，在夹紧滚轮41的接触面上可以涂敷橡胶之类的涂物，以避免它们与抗拉元件L2之间发生打滑。
夹紧装置4作为一个整体(包括压紧滚轮41)可以插入的抗拉元件L2为轴线旋转。夹紧装置4有一个皮带轮42用来接收从第一驱动马达12传来的动力，并由第一驱动马达12驱动着按彼此不同的方向交替地旋转。用来作为第一驱动马达12的马达可以有各种不同的类型。如像交流伺服马达，这种马达的旋转角度大小，旋转方向和旋转速度都是可以控制的。第一驱动马达12有一个皮带轮121，用来将驱动力传送到夹紧装置4。驱动力的传递可以通过皮带轮42和121以及它们之间的皮带并采用上述方式进行调节来实现。另一种办法是采用齿轮传动机构来代替皮带轮42,121和皮带来传递驱动力。
图6A是一局部透视图，表示了图5所示的夹紧装置4的特殊结构。夹紧装置4包括多个压紧滚轮41，它们被分成第一和二滚轮组，沿着图中用箭头D1所表示的拉动(输出)抗拉元件L2的方向排列，以便将抗拉元件L2夹在两组之滚轮间。每一个压紧滚轮41可绕着它自己的轴线41b转动，如图6B所示。特别是它与抗拉元件L2相接触的接触面41a可与抗拉元件L2的外圆表面相匹配。
第一滚轮组安装在抗拉元件L2的上侧，被支承和夹持在夹板4a和4b之间。而第二滚轮组安装在抗拉元件L2的下侧，被支承和夹持在夹板4c和4d之间。夹板4a,4b和夹板4c,4d由螺栓43a和螺母43b紧固，从而将抗拉元件L2从上下两侧夹紧。作为这种配置的结果，夹紧装置4将抗拉元件L2夹持住使其免受扭曲，并使其与在输出方向D1相垂直的方向上不会出现位置上的摆动。夹紧装置4的皮带轮42通过皮带42a与第一驱动马达12的皮带轮121相连接，当它接收到第一驱动马达12的驱动力后便以方向D1为轴线旋转，于是，抗拉元件L2便按预定的方向扭转。
当夹紧装置4旋转时，被夹紧滚轮41夹持的抗拉元件L2就在被扭转的同时被陆续输送到挤压器5中。虽然在本实例中为了减小作为旋转件的夹紧装置4的惯量，夹紧滚轮41并未被驱动着旋转，但实际上夹紧滚轮41也是可以被驱动着旋转的，以便于强制输出抗拉元件L2。此外，一种皮带绞盘或者其他类似机构也可以用来代替夹紧滚轮41。
在位于夹紧装置4下方的挤压器5，用来为光缆加工出传统的外圆面上有沟槽的带槽杆芯。
图7A是在图5中表示的挤压器5的内部结构的透视示意图。在图7A中，熔化的树脂从孔53a引入到挤压器5的头部51。在头部51上，皮带轮54安装在一个开口部分，涂有第一道树脂层的抗拉元件L2便从开口处引入。一个带有旋转模具52的中空管53被安置在树脂挤压小孔处。在中空管53的侧面上有一通孔53a，已熔化的树脂便通过孔53a进入到由皮带54a传递的驱动力来驱动旋转的管53中，然后经过旋转模具52上的开孔被挤压出去。图7B是旋转模具52的透视图。这里，旋转模具52有一个用来让被挤压的树脂通过的内孔52a以及用来在被挤压的带槽杆芯S的表面上形成沟槽G的若干个突起部位52b。
这就是说，在挤压器5的前端有一个头部51，用来将树脂挤压到插入其中的抗拉元件L2的周围。在头部51的树脂挤压孔处安装着旋转模具52，它的内孔形状与生产出来的带槽杆芯S的横断面形状实际上是相同的。抗拉元件L2便插入到该开孔的中心处。旋转模具52以插入的抗拉元件L2为轴线旋转。
前端带有旋转模具52的管53与通过皮带54a和从第二驱动马达11接收到驱动力的皮带轮54相连接，并由第二驱动马达11驱动着交替地反向旋转。与前面提到的第一驱动马达12一样，各种不同类型的马达都可以用作第二驱动马达11。第二驱动马达11还有一个用来将驱动力传递给旋转模具52的皮带轮111。与前面提到的第一驱动马达12和夹紧装置4一样，齿轮机构也可以用来代替皮带轮54和111以及皮带54a以传递驱动力。
在挤压器5的下方安装了冷却槽6。在冷却槽6的下方安装了缠绕装置7，它以预定的速度将带槽杆芯缠绕起来。在缠绕装置7的下方安装了用来测量模压带槽杆芯S的沟槽G的反转角度的角度测量装置8。如图8A和8B所示，角度测量装置8固定在底板80上。在图8A和8B中，带槽杆芯S是从左侧向右侧输送。
一个导向圆柱81利用直角形支架82被固定到底板80上。在导向圆柱81的通孔前端有一个朝着带槽杆芯S前进方向倾斜的锥面开口，在流程前方的带槽杆芯的振动能被锥面开口吸收。在导向圆柱81的下方，有一个旋转圆筒83，它通过轴承84a和轴承座84可旋转地固定在底板80上。该旋转圆筒83是这样安装定位的即它的轴线与导向圆柱81的轴线彼此相重合。
旋转圆筒83的内部通孔直径大体上是等于或稍大于插入其中的带槽杆芯S的外径。在旋转圆筒83下游一端的内表面上有一短销83a，它伸进到带槽杆芯S的沟槽G内。与旋转圆筒83上游一侧相连接的是齿轮85，其旋转中心线与旋转圆筒的轴线相重合。这里，为了更容易地克服被测量的带槽杆芯S的外径及沟槽G的宽度偏差带来的影响，旋转圆筒83可以做成包括了两个圆柱体的可伸缩的结构，这样一来，当提供了可更换的内圆柱体时，该结构就能适应各种不同尺寸规格的带槽杆芯S。
在导向圆柱81和旋转圆筒83的侧面，一个旋转译码器86通过直角支架87被固定到底板80上。连接到旋转译码器86的探测轴上的是一个与旋转圆筒83的齿轮85相啮合的齿轮88。这就是说，旋转圆筒83的转动量可被旋转译码器86通过齿轮85和88探测到。于是，带槽杆芯S上的沟槽G的反转角度便能从这个探测到的转动量中获得。这里，也可以使用各种不同类型的传感器去代替旋转译码器86来测量转动量。
安装在角度测量装置8下方的是一缠绕装置9，它陆续地将生产出来的带槽杆芯S缠绕起来。另外，角度测量装置8还与控制器10电气相连，而控制器10又与前述的第一驱动马达12和第二驱动马达11电气相连。控制器10根据角度测量装置8测得的沟槽G的反转角度来控制第一驱动马达12和第二驱动马达11的运转。
特别是，如果由角度测量装置8测得的沟槽G的反转角度大于期望的角度，则第一驱动马达12和(或)第二驱动马达11将接收到控制信号并减小旋转模具52的旋转角度和(或)夹紧装置4的旋转角度，从而将沟槽G的反转角度降低到期望的数值。与此相反，如果由角度测量装置8测得的沟槽G的反转角度小于期望的角度，则第一驱动马达12和(或)第二驱动马达11将接收到控制信号并加大旋转模具52的旋转角度和(或)夹紧装置4的旋转角度，从而将沟槽G的反转角度增加到期望的数值。
现在参照图9对产生的控制信号如何从控制器10送到第一驱动马达12和(或)第二驱动马达11的机制作一说明。由于旋转模具52的旋转与夹紧装置4的旋转是彼此同步的，它们之间实际上的差别仅在于它们的旋转角度和旋转方向。这就是说，如图9中S100所示，控制信号可以用以时间t为横坐标，以旋转模具52或夹紧装置4的旋转角度θ(这里旋转角度的最大幅度便是反转角度)为纵坐标来表示。这里，S110和S120分别表示送到第二驱动马达11和第一驱动马达12的控制信号。这些控制信号S110和S120之间的差别仅在于它们的纵坐标的数值大小(最大旋转角度)。当乘以数值-1后它们的相位将发生改变。换句话说，当纵坐标的数值大小如图9所示发生改变时(或者不需要这样的改变)，如果一个控制信号能够与另一控制信号相重合，就可以认为它们相互间是同步的。
例如，如图9所示，控制器10产生的控制信号S100(这里横坐标和纵坐标分别表示时间t和转角θ)，可被利用来控制信号S110，然后再送到第二驱动马达11(将它作为一个控制信号用于第二驱动马达11)。为了产生控制信号S120并送到第一驱动马达12，纵坐标θ的数值当相位反向时在控制信号S100中会转化。其结果是，从用于一个驱动马达的控制信号出发便能够很容易地派生出用于另一个驱动马达的控制信号。
另一方面，可以产生一个具有常态波形的参考信号。在该参考信号中，纵坐标分量的大小可以改变以便产生用于第二驱动马达的控制信号。并且，在该参考信号中，纵坐标分量的大小还可以转化(比如它的相位总是反向的)，从而产生出每一个单独的控制信号。另外，在利用角度测量装置8测到的带槽杆芯S的实际反转角度的基础上，当使得第一驱动马达12和(或)第二驱动马达11的运转服从反馈控制时，在每一个送入的控制信号中其纵坐标分量的大小将会被调整。
当这种彼此间有相位差的生成控制信号被分别送到驱动马达11和12时，旋转模具52和夹紧装置4便同步旋转起来，但彼此反向，如图10所示。这就是说，当旋转模具52按箭头S1所示方向旋转时，夹紧装置4便按箭头S2所示方向旋转。与此相反，当旋转模具52按箭头P1所示的方向旋转时，夹紧装置4便按箭头P2所示方向旋转。
现在将对使用上述加工设备为光缆制造带槽杆芯的方法的实例作一说明。
如图5所示，抗拉元件L1从抗拉元件供给器1被输送到挤压器2。输送到挤压器2的抗拉元件L1在头部51内被涂敷了第一道树脂。由此得到的抗拉元件L2被送进冷却槽3。在冷却槽3中，抗拉元件L2穿过冷却水，于是涂敷在抗拉元件L1周围的树脂便凝固。周围环绕着已凝固树脂的抗拉元件L2被送到夹紧装置4，从这里它再被送到位于其下游的挤压器5，同时被夹紧滚轮41夹持住。
夹紧装置4作为一个整体由第一驱动马达12驱动着按彼此相反的方向交替地旋转。马达12由来自控制器10的控制信号驱动和控制。虽然夹紧装置4的旋转与旋转模具52的旋转是同步的(后面将要解释)，但它们的旋转方向彼此总是相反的。这样，处在被夹紧滚轮41夹持状态下的抗拉元件L2被扭转，并同时跟随着夹紧装置4一起旋转。
挤压器5处在夹紧装置4的流程下游。当抗拉元件L2被输送到挤压机5的头部51时被交替地在相反方向扭转。当抗拉元件L2贯穿头部51，且当树脂从头部51挤出并处在围绕抗拉元件L2的状态时，带槽杆芯S便被模压挤成。另一方面，安装在头部51的树脂挤压小孔处的是旋转模具52，它使得带槽杆芯S在其外圆表面上形成沟槽G。旋转模具52是在与夹紧装置4的旋转同步以及在与夹紧装置4的旋转方向相反的状态下旋转。
现在将对旋转模具52和夹紧装置4的旋转角度加以说明。在上述设备中，夹紧装置4的旋转角度是这样设定的即使得旋转模具52的旋转角度与最后得到的带槽杆芯S上的每一个沟槽G的反转角度相等。当这样设定后，在头部51处被挤压成形的带槽杆芯S实际上是没有被扭转，因此，带槽杆芯能够在一个稳定的加工条件下进行加工制造。
另一方面，将夹紧装置4的旋转角度设定为大于旋转模具52的旋转角度对提高线速度是有效的。在这种情况下，具有大惯量的旋转模具52的旋转角度是小的，从而改善了它的高速可跟踪性。并由此可以相应地增加具有小惯量的夹紧装置4的旋转角度。这样一来，即使当沟槽的反转角度增加时，它也能充分地适应较高的线速度。此外，在头部51内，作用到树脂上的剪切应力也可能减小，因而最后得到的带槽杆芯S的表面就能变得更为光滑。
随后，其周围已形成了沟槽G的带槽杆芯S在冷却槽6内冷却并凝固下来。在已充分冷却和凝固的下游一侧，通过上述各步骤依次得到的抗拉元件L1-抗拉元件L2-带槽杆芯S被图中右方的缠绕器7缠绕起来。接着，最后得到的带槽杆芯S被送进位于下游的角度测量装置8。角度测量装置8探测带槽杆芯S的实际反转角度，并将测量结果(电信号)送到控制器10。然后，带槽杆芯S被位于角度测量装置8下游的缠绕装置9缠绕起来。当沟槽G的实际反转角度信号被送到控制器10后便与沟槽G反转角度的预设定值进行比较，如果它超出了允许范围，则从控制器10送到第一驱动马达12和(或)第二驱动马达11的控制信号S110,S120便要进行调节，于是一个反馈信号将起作用，使得沟槽G的实际反转角度落到允许范围以内。
在利用上述设备和方法加工制造带槽杆芯S的情况下，当夹紧装置4与旋转模具52的旋转方向相反时，旋转模具52的旋转角度就可以比较小，这样就允许采用较高的线速度，从而可提高加工效率。此外，旋转模具52的驱动部分也可以有较小的容量，因此其加工制造设备的尺寸也可以做得较小而节省费用。
用来使夹紧装置4按彼此不同的方向交替旋转的机构可以有比用来使旋转模具52按彼此不同的方向交替地旋转的机构更简单和更轻巧的结构。因此，高速反转就能容易实现。此外，由于旋转模具52的旋转角度和(或)夹紧装置4的旋转角度是按照由角度测量装置8测得的沟槽G的实际反转角度进行调节的，因此最后得到的带槽杆芯S的沟槽G的反转角度的精度就可以进一步提高，从而节省了人力和资源。
旋转模具52的旋转角度与沟槽G的反转角度之间的差别是由图11所示的效应产生的。这就是说，即使在这种情况下即当抗拉元件L2在图5中夹紧装置4内最接近挤压器5的滚轮的位置(图5中A表示的位置)上的参考坐标与抗拉元件在制造出的带槽杆芯S已被缠绕的位置(图5中B表示的位置)上的带槽杆芯S内的参考坐标彼此相重合时，当旋转模具52按(比如)图中箭头Q1所表示的方向旋转时，抗拉元件在旋转模具52位置(图5中C表示的位置)上的参考坐标将按箭头Q2所示的方向转动。
因此，在日本专利申请NO.3-110509所揭示的加工制造设备中，由于用来夹紧抗拉元件的夹紧装置与旋转模具之间即使当抗拉元件在A点被限制扭转时它也会产生扭转，因此即使当旋转模具的旋转角度可以被减小到某种程度，旋转模具的旋转角仍然必须做得大于沟槽的反转角。另一方面，由日本专利申请NO.1-303408所揭示的加工制造设备是着重于在加工期间减少作用到带槽杆芯上的扭转力。由于它并没有减小旋转模具的旋转角度，因此仍然不能提高生产效率。
相反地，在本发明中，当抗拉元件L2被朝着与旋转模具52的旋转方向相反的方向扭转时，与旋转模具52一起旋转的参考坐标将能退回到初始状态(其坐标在图中由虚线表示出)。结果，形成在带槽杆芯S表面上的沟槽G的反转角度就能被正确地控制。此外，如果抗拉元件L2被扭转到最低程度以便于参考坐标能退回到它们的初始状态，在这种情况下，即使当旋转模具52的旋转角度较小时，一个具有理想反转角度的沟槽也能形成。
这里，为了有效地扭转抗拉元件L2，夹紧装置4最好是安装在这样的位置上即在所述头部前侧尽可能靠近旋转模具处。如图12所示，这里，距离L是由旋转模具52的内端面与夹紧装置4中其位置最接近旋转模具52的滚轮的中心(或者是该滚轮与抗拉元件L2之间的接触点)之间的距离来确定的。
已经证实，旋转模具52的旋转角度是可以减小的，而通过利用上述方法和设备，一种理想的带槽杆芯已经被加工制造出来了。
一种多股钢缆(每股直径为1.4毫米共7股绞在一起的钢缆)已被用作抗拉元件L1。当树脂被挤压到它的周围后便形成了一条直径为8毫米的抗拉元件L2。此后，当抗拉元件L2被挤压的树脂再次包围时，四条沟槽便形成，从而可得到一条直径为15.5毫米的带槽杆芯S。抗拉元件L2在夹紧装置4中被夹紧的位置是在旋转模具52的前方600毫米处。用于反转旋转模具52旋转方向的反转节距P被设定为470毫米，旋转模具52以360°的旋转角度按照彼此相反的方向交替地旋转。同时，夹紧装置4也按照与旋转模具52的旋转方向相反的方向以120°的旋转角度旋转。因此，在实际生产出来的带槽杆芯S中的每一个沟槽的G的反转角度为361°，从而使得旋转模具52的旋转角度与沟槽G的反转角度实际上是彼此相等的。
另一方面，有一种带槽杆芯S是在与上述条件相同的条件下制成的，但有一点除外，就是将夹紧装置4的旋转运行停止，从而不将反向扭转加到抗拉元件L2上。在这种情况下，在实际制造的带槽杆芯S中的沟槽G的反转角度则为275°，它比旋转模具52的旋转角度要小。因此，按照本发明所述的方法和设备，旋转模具52的旋转角度可以做得较小。此外，在上述条件下，当旋转模具52的旋转角度设定为120°，夹紧装置4的旋转角度(与旋转模具52的旋转方向相反)设定为240°时，在实际生产出来的带槽杆芯S中的沟槽G的反转角度便是262°。因此，可以确信，旋转模具52的旋转角度可以做成小于沟槽G的反转角度。
图13表示了按照本发明所述的用来为光缆制造带槽杆芯的另一设备实例。因为这一实例设备所具有的结构与前述图5中的设备基本相同，所以除了要对与图5所示设备在结构上的不同之处作详细说明以外，对与图5所示设备在结构上相同或等效的部分就不再重复说明了。
在另一实例的设备中，一个单一的驱动马达13用来交替地驱动旋转模具52和夹紧装置4，使按照彼此相反的方向交替地旋转。另外，一个传动机构14安装在驱动马达13和夹紧装置4之间。驱动马达13有一个用来向旋转模具52传递驱动力的皮带轮131，而传动机构14有一个用来将驱动力从驱动马达13传递到夹紧装置4的皮带轮141。在该设备中，旋转模具52与夹紧装置4相互之间以不同的方向旋转可做到彼此完全同步，这是因为它们实际上都是连接到同一个马达13上。这里，旋转模具52的旋转与夹紧装置4的旋转之间的差别仅仅在于它们的旋转角度和旋转方向，因此，从单一驱动马达13传出的驱动力能够很方便地通过传动机构14来转换。另外，也可以与图13所示设备的情况相反，夹紧装置4由一个马达直接驱动，而让旋转模具52通过传动机构来驱动。
虽然在上述实施例中所使用的抗拉元件L2是由钢缆或同类材料制成的抗拉元件L1加上其外围涂上一道以提高粘接性能为目的树脂构成，但是钢缆或同类材料也可以直接用作抗拉元件。此外，在挤压器5中，用一道模具挤压工序施加树脂的目的在于改善与抗拉元件L1的粘接性能，且模具挤压工序可用来同时形成沟槽G。
如前所述，在按照本发明所述的为光缆制造带槽杆芯的方法中，在旋转模具的流程前方是一个夹紧装置，它在抗拉元件被夹紧的状态下能够以抗拉元件为其旋转轴线按照互相相反的方向交替地旋转。该夹紧装置的旋转与旋转模具旋转是同步的，其旋转方向与旋转模具的旋转方向相反，因此，旋转模具的旋转角度可以较小。而结果是，当施加到加工制造设备上的负荷减轻时，其加工效率还能够提高。
按照本发明所述的为光缆制造带槽杆芯的设备包括一个挤压器，用来将树脂挤压到按直线方向输出的抗拉元件的表面周围；一个安装在挤压器头部的旋转模具，它以抗拉元件为其旋转轴线按彼此相反的方向交替地旋转；以及一个安装在旋转模具前方的夹紧装置，当它夹持着被输出的抗拉元件时，它的旋转与旋转模具的旋转同步，而旋转方向与旋转模具的旋转方向相反；因此旋转模具的旋转角度可以较小，于是在其加工效率得到提高的同时作用到头部的负荷还能减轻。
从本发明的这些说明中，可以很明显地看出，所举实例在许多方面都可以作不同形式的改变。但所有这些变化都应该被认为是没有超出本发明的精神和范围。而所有的修改预计都已包括在下面权利要求书所规定的范围内，这些对于熟悉本专业技术的人员来讲应该是明白无疑的。
权利要求
1．一种制造光缆带槽杆芯的设备，所述的设备包括一个用来夹住抗拉元件的夹紧装置，所述的夹紧装置有一个用来限制所述的抗拉元件被扭转的机构，以及一个限制所述的抗拉元件在垂直于其输送方向的位置发生摆动的机构；一个第一驱动系统，用来驱动所述的夹紧装置以所述的抗拉元件的输出方向为轴线旋转，于是，所述的抗拉元件将被扭转一预定大小的角度；一个具有带一定空间的头部的挤压器，通过该空间，所述的抗拉元件从所述的夹紧装置穿过并输出，与此同时，熔化的树脂被注入到所述头部，并通过所述头部上的一个树脂挤压小孔将所述的树脂挤压并环绕涂敷到所述的抗拉元件上；一个安装在所述头部的所述挤压小孔处的旋转模具，在所述的旋转模具上有一通孔用来让所述的抗拉元件由此通过，还有至少一个突起部位用来在环绕所述抗拉元件的树脂表面上形成至少一个沟槽；一个第二驱动系统，用来驱动所述的旋转模具以所述的抗拉元件的输出方向为轴线旋转；以及一个与所述的第一和第二驱动系统电气连接的控制器，所述的控制器控制所述的第二驱动系统，它使得所述旋转模具的旋转方向在所述抗拉元件的每一个预定的反转节距内交替地反转，它还控制第一驱动系统，使得所述的抗拉元件的旋转与所述的旋转模具的旋转同步，并使得所述的抗拉元件在与所述的旋转模具的旋转方向相反的方向上被交替地扭转。
2．按照权利要求1所述的设备还包括一个与所述的控制器电气相连接的角度测量装置，所述的角度测量装置的测量涉及到从挤压器输出的覆盖在所述抗拉元件表面上的树脂表面形成的沟槽，它根据所述的旋转模具在其一次旋转形成的一个槽的位置与当所述的旋转方向再次发生改变时所形成的槽的位置之间的差值来测量所述沟槽的反转角度。
3．按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第一驱动系统有一个用来使所述的夹紧装置旋转的第一驱动马达，而所述的第二驱动系统有一个用来使所述的旋转模具旋转的第二驱动马达；以及其另一特征在于，所述的控制器输出的控制信号分别对于所述的第一和第二驱动马达来说是彼此反相的。
4．按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第二驱动系统有一个用来驱动所述的旋转模具的驱动马达，而所述的第一驱动系统有一个用来将所述的驱动马达的驱动力传递给所述的夹紧装置的传动机构。
5．按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的夹紧装置包括沿着所述的抗拉元件排列的第一滚轮组，所述的滚轮组包括若干滚轮，每一个滚轮都有一个曲面与所述的抗拉元件相接触；以及沿着所述的抗拉元件排列的第二滚轮组，它将所述的抗拉元件与所述的第一滚轮组夹在一起，所述的第二滚轮组含有若干滚轮，每一个滚轮都有一个曲面与所述的抗拉元件相接触。
6．本发明涉及一种制造光缆带槽杆芯的方法，所述的方法包括下列各步骤将一条抗拉元件引入到挤压器中；所述的挤压器有一个带空腔的头部，当所述的抗拉元件贯穿它时，被熔化的树脂就注入其中，在所述头部的树脂挤压小孔处还有一个可旋转的模具；以及当覆盖所述的抗拉元件的树脂从所述的头部被挤压时，所述的旋转模具便以所述的抗拉元件的移动方向为轴线旋转，对于每一个所述抗拉元件的预定反转节距，所述的旋转模具交替地反转其旋转方向，并与所述的旋转模具的旋转同步地、按照与所述的旋转模具的旋转方向相反的旋转方向交替地扭转所述的抗拉元件。
7．按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的抗拉元件是在所述的外力作用的位置上，按与所述的旋转模具的旋转方向相反的方向被扭转，其扭转程度与从所述的挤压器输出的覆盖在所述的抗拉元件表面的树脂内已形成的沟槽有关，而所述沟槽的反转角度是由所述的旋转模具在其旋转方向发生改变时的一个表面的位置与所述的旋转方向再次发生改变并与所述旋转模具的旋转角相重合时的该表面的位置之间的差值来确定。
8．按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述抗拉元件的扭转角度大于所述旋转模具的旋转角度。
全文摘要
本发明涉及制造光缆带槽杆芯的设备和方法,它不仅提高了加工效率,同时还减轻了作用到设备上的负荷。在本发明中,一个用来在抗拉元件的树脂表面覆盖层上形成沟槽的可旋转模具绕着以该抗拉元件的移动方向为轴线旋转。对于抗拉元件的每一个预定的反转节距,旋转模具交替地反转其旋转方向。抗拉元件在与旋转模具的旋转相同步的情况下,按照与旋转模具的旋转方向相反的旋转方向被交替地扭转。
文档编号G02B6/44GK1212378SQ9811968
公开日1999年3月31日 申请日期1998年9月22日 优先权日1997年9月22日
发明者末森茂, 冈田武彦, 安井繁骑 申请人:住友电气工业株式会社