La presente invenzione si riferisce alle fibre ottiche, e più in particolare a un procedimento e a un dispositivo per produrre terminazioni di fasci di fibre ottiche, quali ad esempio delle estremità fuse assiemo.
Nella tecnica di produzione dei fasci di fibre ottiche, è noto come realizzare queste terminazioni di fasci di fibre ottiche mediante iniezione di resina epossidica nel fascio di fibre, nel punto in cui una terminazione dove essere ottenuta. La resina epossidica fa presa e costituisce la matrice di fissaggio attorno alle fibre ottiche, allontanando l'aria dagli spazi tra le fibre, consentendo in questo modo di ottenere la terminazione del fascio di fibre per mezzo del loro taglio e della loro lucidatura. La tecnica è semplice e richiede poche capacità da parte dell'operatore che produce queste terminazioni.
Tuttavia, l'utilizzo di resina epossidica presenta degli svantaggi, uno dei quali è dovuto al fatto che questa terminazione presenta dei limiti per quanto riguarda la temperatura di utilizzo; essa non può essere utilizzata con sorgenti di luce di elevata potenza e che generano molto calore. Se la terminazione diventa troppo calda, la resina epossidica fonde e eventualmente si brucia, e ciò rovina la capacità di accoppiamento ottico della terminazione.
Altri svantaggi delle terminazioni ottenute mediante resina epossidica vengono descritte nella descrizione di brevetto inglese N. 1 556 046, questa divulgazione dovendo essere considerata inclusa in questo documento come riferimento. Questo brevetto inglese propone un diverso metodo di produzione di una terminazione di un cavo di fasci di fibre ottiche di vetro, questo procedimento comprende la fase di riscaldamento e di compressione radiale del fascio di fibre, in modo da deformare le singole fibre per eliminare gli spazi di aria tra le fibre, e infine la fase di taglio o lucidatura.
Questo tipo di procedimento per ottenere le terminazioni, è divenuto noto con il termine di fusione a caldo di fibre di vetro, anche se idealmente le fibre di vetro stesse non vengono effettivamente fuse ma semplicemente deformate a partire da una sezione circolare trasversale e assumono una struttura compatta dopo la deformazione. Nella struttura compatta, le fibre, fatta eccezione per quelle esterne, assumono una forma a sezione generalmente esagonale. Nel procedimento descritto nel suddetto brevetto inglese, le fibre ottiche vengono inserite in una ghiera o boccola deformabile la quale viene inserita con forza in direzione assiale, in un foro conico all'interno di un elemento di uno stampo, per comprimere le fibre.
Un ulteriore metodo per ottenere una terminazione con fusione a caldo è descritto nella domanda di brevetto inglese N. GB 2 025 084, nella quale domanda la forza di compressione viene fornita da una cintura avente forma di un anello e che presenta proprietà di memoria di forma e di dimensioni. La sua temperatura viene manipolata ossia regolata in modo da consentire alla cintura, anzitutto di essere "avvitata" sul fascio di fibre ottiche, circondato da una ghiera di vetro, e successivamente di contrarsi sulle parti racchiuse per comprimere le fibre ottiche.
I procedimenti della tecnica nota di fusione a caldo richiedono tuttavia speciali lavorazioni per ciascun diametro del fascio di fibre e non sono idealmente adatte per la produzione di terminazioni, come le estremità fuse, specialmente nel caso di cablaggi per l'illuminazione in fibre ottiche. I cablaggi per I'illuminazione in fibre ottiche sono generalmente dei prodotti progettati per il cliente e atti a fornire luce proveniente da una sorgente centrale di luce, a una pluralità di luoghi separati. Il cablaggio comprenderà una pluralità di fasci di fibre con una serie di estremità collegate in prossimità della sorgente di luce. Il diametro di ciascuno del fasci di fibre ottiche dipenderà dalla quantità di luce che esso dovrà fornire, e inoltre dalla distanza che questa quantità di luce dovrà percorrere prima della sua emissione.
Un altro procedimento della tecnica nota che riguarda la produzione di terminazione di fibre ottiche, viene descritto nel documento brevettuale francese N. A-2 409 802. Questo procedimento non costituisce un procedimento di fusione delle estremità e riguarda l'azione di compressione esercitata da tre rulli sull'esterno di una boccola o ghiera che trattiene le estremità delle fibre del fascio di fibre ottiche. Quando i rulli vengono compressi, essi vengono ruotati per cui essi rotolano sulla ghiera e deformano la stessa mediante una azione di serraggio che fa assumere alle fibre così supportate una configurazione esagonale.
Il dispositivo utilizzato per questo metodo comprende delle componenti a forma di cuneo che mettono a disposizione una pressione radiale esercitata sulla ghiera, ma questo parti a forma di cuneo debbono necessariamente ruotare una rispetto all'altra, e ciò può produrre delle forze di attrito elevate.
La tecnica nota in tutte le sue forme di esecuzione non mette a disposizione un procedimento e un dispositivo utilizzabili per ottenere estremità fuse assieme e utilizzabili anche per produrre terminazioni di fibre ottiche aventi dimensioni relativamente grandi, dell'ordine di 30 mm o più, oppure metodi e dispositivi utilizzabili per dimensioni più piccole delle terminazioni di fibre ottiche dell'ordine di 10 mm o meno. In generale, i procedimenti dell'arte nota sono atti per produrre solamento fasci di fibre ottiche con diametro relativamente piccolo, dell'ordine di 5 mm o meno. Il procedimento e il dispositivo dell'invenzione sono anche utilizzabili per produrre estremità fuse assieme.
Inoltre, le estremità e le terminazioni della presente invenzione non fanno uso di resina epossidica e sono atte a essere utilizzate in degli ambienti nei quali la temperatura può essere maggiore di quella adatta per il funzionamento delle estremità unite mediante resina epossidica. Uno scopo della presente invenzione, secondo un suo aspetto, è quello di mettere a disposizione un procedimento e dei mezzi per produrre terminazioni di fasci di fibre ottiche mediante fusione a caldo, questo procedi mento e questi mezzi non richiedendo lavorazioni particolari per produrre queste terminazioni di fibre con dimensioni differenti dei fasci, rimanendo a disposizione un grado di flessibilità o versatilità per quanto riguarda le dimensioni dei fasci di fibre e delle terminazioni così prodotte.
Secondo la presente invenzione, e secondo un suo aspetto, viene messo a disposizione un procedimento per ottenere una terminazione di un fascio di fibre ottiche, il procedimento comprendendo l'inserimento del fascio di fibre ottiche all'interno di una ghiera o boccola deformabile, il riscaldamento del fascio di fibre ottiche e la laminazione mediante una superficie di compressione effettuata da mezzi di compressione sulla boccola o ghiera, mentre viene contemporaneamente generata una forza di compressione tra la boccola o i mezzi di compressione, in modo da restringere la boccola e deformare le fibre del faccio di fibre, eliminando sostanzialmente gli spazi tra le fibre del fascio di fibre ottiche.
La superficie di compressione viene preferibilmente tenuta a un angolo determinato rispetto all'asse del fascio di fibre ottiche durante l'operazione di compressione mediante rotolamento.
Preferibilmente, la superficie di compressione viene tenuta a un angolo compreso tra circa 4 DEG e 12 DEG . La superficie di compressione viene preferibilmente tenuta a un angolo di circa 6 DEG .
L'elemento di compressione può essere costituito da una asta o barra e il fascio può spostarsi lungo l'asta durante il rotolamento con compressione.
Preferibilmente, i mezzi di compressione comprendono un primo elemento di compressione e un secondo elemento di compressione, e il fascio di fibre ottiche viene compresso tra detti elementi durante il rotolamento.
Se i mezzi di compressione comprendono un'asta o barra oppure due aste e barre, la ghiera viene preferibilmente fatta ruotare durante il rotolamento. La ghiera o boccola è preferibilmente azionata in modo alternativo e rotativo, prima in un senso e poi nel senso opposto. La boccola o ghiera può essere fatta ruotare attorno al suo asse di un angolo di almeno 180 DEG , e preferibilmente di un angolo di circa 200 DEG in ciascun senso di rotazione.
Nel caso in cui la boccola viene fatta ruotare, i mezzi di compressione possono essere montati in modo da essere liberamente mobili in direzione tangenziale rispetto alla ghiera. Le aste o barre vengono anch'esse azionate, nella direzione di compressione radiale, in modo da mettere a disposizione una forza di compressione eser citata sulla boccola.
Il fascio di fibre e la ghiera deformabile possono essere riscaldati preventivamente in un forno prima della compressione, e ciò rende il procedimento particolarmente adatto ai fasci di fibre di dimensioni relativamente grandi, con diametri compresi tra 5 mm e 30 mm.
L'asta o le aste possono anch'esse essere riscaldate, in maniera controllata con termostato, e lungo una lunghezza sufficiente da assicurare il fatto che nessuna parte fredda di ogni barra giunga a contatto con la ghiera o boccola durante l'operazione di rotolamento con compressione, ciò che potrebbe provocare una distorsione o deformazione dell'estremità finita. Il processo di riscaldamento ammorbidisce le fibre oltre il punto di transizione del vetro, per cui esse divengono abbastanza morbide e fluide, e ciò significa che non sarà necessaria effettivamente una forza di compressione considerevole per restringere la ghiera e per formare un'estremità di fusione.
Dopo che l'estremità è stata ristretta, per evitare crepe sullo fibre durante il loro raffreddamento, il processo di raffreddamento viene controllato con attenzione per garantire che esso non avvenga troppo in fretta.
Anche se la presente invenzione riveste particolare im portanza per l'applicazione alla realizzazione di estremità fuse, essa può essere anche utilizzata quando è necessaria soltanto una compressione senza l'impiego di calore, ossia senza il calore necessario per formare le estremità fuso, e in questo caso ne risulta un altro aspetto dell'invenzione nel quale i mezzi di compressione sono costituiti da detta barra o barre.
Un dispositivo unico nel suo genere è stato sviluppato per realizzare il procedimento della presente invenzione, e secondo un altro aspetto dell'invenzione viene messo a disposizione un dispositivo per ottenere una terminazione su un fascio di fibre ottiche, il dispositivo comprendendo mezzi di riscaldamento per ricevere e riscaldare le estremità del fascio di fibre ottiche inserito nella ghiera, mezzi di supporto per sostenere le estremità del fascio e consentire la sua rotazione attorno all'asse del fascio stesso, e mezzi di compressione per esercitare una forza di compressione sulla ghiera o boccola e per restringere la stessa mentre il fascio viene sostenuto da detti mezzi di supporto, e mezzi di azionamento per provocare un movimento relativo tra la ghiera e detti mezzi di compressione, in cui la ghiera o boccola ruota e i mezzi di compressione rotolano sulla boccola.
Detti mezzi di azionamento preferibilmente sono predi sposti per l'azionamento in avanti e indietro, in maniera tale che la boccola viene ruotata in avanti e indietro e i mezzi di compressione rotolano in avanti e indietro sulla boccola stessa.
l mezzi di azionamento sono preferibilmente predisposti per l'azionamento della boccola, e i mezzi di compressione rotolano come conseguenza dell'azionamento della boccola.
Come nel caso del procedimento sopra descritto, il dispositivo può in alcuni casi essere sprovvisto di mezzi di riscaldamento, e in questo caso il fascio di fibre ottiche può essere reso più compatto solamente dalla forza di compressione.
Se non viene utilizzato del calore, le forze richieste per restringere il fascio saranno maggiori rispetto al caso in cui viene utilizzato del calore.
Una forma di esecuzione della presente invenzione verrà ora descritta a scopo esemplificativo facendo riferimento ai disegni schematici annessi nei quali:
fig. 1 mostra dei mezzi secondo la presente invenzione, per realizzare il procedimento dell'invenzione;
fig. 2 mostra una vista in sezione trasversale di una delle barre di compressione mediante rotolamento mostrate in fig. 1;
fig. 3 mostra, in una vista in pianta, il fascio di fi bre di fig. 1 prima della fusione a caldo;
fig. 4 mostra, in una vista in pianta, il fascio di fibre di fig. 3 dopo la fusione a caldo;
fig. 5 mostra il fascio di fibre di fig. 4 dopo il taglio e la lucidatura dell'estremità del fascio di fibre ottiche; e
fig. 6 mostra in modo schematico, un dispositivo per la realizzazione dei procedimenti della presente invenzione.
Facendo adesso riferimento alla fig. 1, i mezzi della presente invenzione e per realizzare il procedimento della stessa, comprendono delle aste di rotolamento 2 e 4 generalmente rettilinee di forma allungata e parallele, le quali sono montate su mezzi di supporto senza attrito in modo tale che ciascuna di esse è liberamente mobile nella sua direzione assiale. Le barre di rotolamento 2 e 4 sono inoltre supportate in maniera da essere mosse da ingranaggi azionati da motore, nella direzione laterale o trasversale, così che lo spazio tra le aste o barre di rotolamento può essere immediatamente modificato da detti ingranaggi di azionamento.
Le aste o barre di rotolamento 2 e 4 sono realizzate in modo da agire tramite rotolamento su una ghiera o boccola 6 che può essere ottenuta in acciaio inossidabile o ottone oppure altro materiale resistente malloabile. La ghiera o boccola 6 circonda un fascio di fibre ottiche 14 lo quali, anche se non vengono mostrate in fig. 1, sporgono dall'estremità superiore della ghiera o boccola 6 come mostrato in fig. 3. Come si nota in fig. 1, la ghiera o boccola 6 presenta un gradino nel punto 6A per motivi che verranno spiegati in seguito. La boccola o ghiera viene mantenuta in posizione centrale rispetto alle barre di rotolamento 2 e 4 durante il procedimento da descrivere, ed essa viene azionata in modo rotatorio e oscillatorio, alternativamente in sensi opposti ricoprendo angoli di 200 DEG .
Prima che le barre o aste di rotolamento 2, 4 vengano mosse per agire contro la ghiera 6, secondo la disposizione di fig. 1, la ghiera e il fascio di fibre ottiche di vetro contenuto al suo interno vengono riscaldati in un forno in modo da rendere malleabile le fibre di vetro. Il forno può essere regolato ad una temperatura tale da riscaldare il vetro sino a una temperatura di circa 650 DEG C, che è maggiore della temperatura di transizione del vetro delle fibre, anche se una qualsiasi temperatura nella regione di queste temperature può essere adatta.
Facendo riferimento alla fig. 2, viene mostrata una sezione trasversale della barra di rotolamento 4 in cui la barra di rotolamento secondo questa forma di esecu zione presenta tre superfici di compressione 8-12 che agiscono sulla ghiera 6. La superficie di compressione principale 8 è inclinata durante l'utilizzo, di un angolo A, il quale in questa forma di esecuzione è pari a 6 DEG , rispetto all'asse del fascio di fibre che è verticale. Una seconda superficie di compressione 10 è disposta in direzione parallela rispetto all'asse verticale del fascio di fibre ottiche, e una terza superficie di compressione 12 è inclinata di un angolo B rispetto all'asse del fascio di fibre ottiche. L'angolo B in questa forma di esecuzione è pari a 45 DEG .
La superficie di compressione verticale relativamente stretta 10 forma il punto iniziale di contatto tra l'asta di rotolamento 4 e la ghiera 6, e inoltre costituisce la regione di massima pressione di restringimento durante l'operazione di rotolamento. Le inclinazioni delle superfici di compressione 8 e 12 sono scelte in modo da formare una sorta di collo sulla ghiera 6, come mostrato in fig. 4, come risultato dell'azione di rotolamento e compressione.
Le barre di rotolamento 2 e 4 comprimono e rotolano sulla ghiera, e durante la compressione la ghiera viene azionata in modo oscillatorio e rotatorio, e contemporaneamente le barre di rotolamento vengono accostate ossia spostate verso l'intorno per schiacciare la ghie ra, la quale assieme al suo contenuto è stata preventivamente riscaldata.
Quando le barre di rotolamento 2 e 4 giungono inizialmente a contatto con la ghiera 6, la rotazione della ghiera e la resistenza di attrito tra la ghiera 6 e le barre di rotolamento 2 e 4, provocano il moto alternativo delle barre di rotolamento lungo le loro direzioni assiali. Si comprenderà che, d'altra parte, le barre di rotolamento 2 e 4 possono essere azionate in modo da risultare totalmente sfasate nel loro movimento alternativo assiale, mentre la ghiera o boccola può essere montata in modo liberamente girevole, così da reagire al movimento delle barre di rotolamento 2, 4 durante il contatto con quest'ultime.
Il movimento di avvicinamento verso l'interno delle barre di rotolamento, che è graduale, viene arrestato in un istante prefissato. In questo istante, il restringimento della boccola o ghiera è sufficiente per ottenere una fusione efficace tra le fibre di vetro all'interno della boccola, almeno lungo l'area di maggiore restringimento.
Si deve menzionare il fatto che la distanza di avvicinamento tra le barre di rotolamento 2 e 4, è piuttosto piccola, poichè quando le fibre vengono riscaldate a una temperatura elevata oltre la temperatura di transi zione del vetro delle fibre, le fibre diventano piuttosto morbide e fluide e non è necessaria una forza considerevole per raggiungere l'effetto desiderato. Infatti, il movimento verso l'interno delle barre 2, 4 può essere così piccolo da risultare uguale a 1 o 2 mm nel caso di una ghiera di 15 mm e la forza necessaria per effettuare questo movimento può essere molto piccola, ad esempio 10 gms.
Come descritto sopra in relazione alla fig. 1, la ghiera metallica 6 presenta un gradino nel punto 6A, in modo tale che il suo spessore è maggiore in posizione opposta rispetto all'estremità del fascio di fibre ottiche. La diminuzione dello spessore nella direzione dell'estremità del fascio di fibre, che potrebbe anche essere ottenuta ad esempio mediante smussatura della boccola nella direzione opposta a quella del fascio di fibre, è preferibile per ottenere una temperatura sufficientemente elevata in corrispondenza dell'estremità da fondere durante il riscaldamento.
Una ghiera di spessore costante provocherebbe una conduzione eccessiva di calore in direzione opposta alle estremità del fascio di fibre e provocherebbe delle difficoltà per l'ottenimento di un riscaldamento omogeneo in corrispondenza dell'estremità del fascio di fibre.
Nella fase finale, dopo che l'estremità del fascio di fibre è stata raffreddata, la terminazione viene tagliata (attraverso la boccola oppure no), nella regione di restringimento maggiore, come mostrato in fig. 5, e la faccia terminale 16 viene lucidata in modo da formare una superficie di accoppiamento ottico trasparente. Prima della finitura, il vetro delle fibre ottiche fuso, nella condizione mostrata in fig. 4, può essere sottoposto a ricottura per rendere più resistente la terminazione finale.
La fig. 3 mostra il fascio di fibre racchiuse, prima della fusione a caldo, e la fig. 4 mostra lo stesso fascio di fibre dopo la fusione a caldo. Si può notare che la ghiera esterna e le fibre sporgenti 14 hanno assunto l'impronta del profilo delle superfici di compressione 8, 10 e 12, e che l'effetto di rotolamento delle barre di rotolamento garantisce che il fascio di fibre fuse assieme conserva un'assimetria rotazionale.
Anche se il profilo indicato in fig. 2 è preferibile per le barre, esso non è essenziale, e altri profili, compreso quello rettilineo, potrebbero essere utilizzati. Allo stesso modo, la ghiera non deve essere necessariamente a forma di gradino. Essa potrebbe anche avere un lato rettilineo.
Si fà ora riferimento alla fig. 6, la quale mostra una forma di esecuzione della macchina secondo la presente invenzione, che può essere utilizzata per realizzare il procedimento della presente invenzione. La macchina mostrata in fig. 6 comprende un'incastellatura 20 con dei montanti verticali e delle traverse. Le traverse supportano un forno 22 nel quale l'estremità 6 del fascio di fibre ottiche sporge verso l'alto. Il fascio di fibre, indicato da 24, è sostenuto da un mandrino autocentrante 26 girevole, il quale è collegato a un meccanismo di azionamento a motore 28 tramite una catena di azionamento 30, e mediante una scatola di ingranaggi 32 munita di vite senza fine.
La scatola di ingranaggi è associata a un codificatore (encoder) 34, accoppiato nel modo convenzionale a un sistema di comando a semiconduttore 36, sostenuto dal telaio 20.
Il mandrino autocentrante è munito di una coppia di organi di serraggio 36 aventi bracci di serraggio 38 che durante il loro utilizzo vengono ruotati manualmente, come indicato dalle frecce 40, verso una posizione più interna rispetto al mandrino autocentrante 26, in modo da stringere e tenere in posizione il fascio di fibre 24, alla loro estremità comune, all'interno del forno 22, nella posizione corretta rispetto alle barre 2 e 4, come verrà descritto in seguito. Le estremità di coda 42 del fascio di fibre ottiche 24, sono raccolte in una borsa o sacchetto 44 che presenta la sua estremità aperta che è legata nel punto 46 attorno al fascio di fibre ottiche 24, come mostrato.
Si comprenderà il fatto che, quando il fascio di fibre 24 è in posizione, e quando il motore 28 viene avviato, allora il fascio di fibre verrà ruotato attorno al suo asse passante attraverso la ghiera 6. L'azionamento del motore 28 e sotto il controllo del circuito 36.
Al disopra del mandrino autocentrante 26 è disposta una piattaforma 48 che sostiene quattro blocchi 50, due dei quali vengono mostrati, mentre gli altri due sono disposti sull'altro lato del forno 22. Questi blocchi sostengono ciascuno due binari o guide 52, 54 aventi un profilo a strozzamento, e questi binari supportano dei rulli 56, 58 che sono liberi di muoversi lungo i binari 52, 54. Questi rulli 56, 58 (con una simile disposizione su ogni lato del forno 22), sostengono delle staffe 60, 62 e queste staffe 60, 62 a loro volta sono collegate alle barre 2 e 4, le quali si estendono attraverso il forno 22.
I blocchi 50 su ogni lato del forno 22 sono atti a spostarsi in posiziono più vicina oppure a distanziarsi, mediante una vite di alimentazione 64 girevole nei due versi e che è avvitata nei blocchi 50, e che è atta ad essere ruotata tramite un ulteriore motore 66 e un'ul teriore catena di azionamento 68.
Il funzionamento del dispositivo viene controllato automaticamento dal circuito 36, dopo che i parametri desiderati sono stati immessi nel circuito 36 dall'operatore. Come si può notare dalla fig. 6 il circuito 36 presenta un pannello di visualizzazione che indica lo stato momentaneo del procedimento, quando ogni fascio di fibre ottiche viene sottoposto al procedimento della presente forma di esecuzione dell'invenzione.
Il funzionamento della macchina è il seguente:
una volta scelto il fascio di fibre ottiche che deve essere munito di un'estremità di fusione, i parametri del fascio vengono immessi nella macchine e il fascio viene inserito come mostrato in fig. 6, fatta eccezione per il fatto che gli organi di serraggio 36 vengono inoltre spostati verso la posizione di serraggio. Le barre 2, 4 vengono spostate dalla ghiera 6, come mostrato.
L'energia elettrica viene alimentata e il forno inizia a riscaldare le barre o aste 2, 4 nella regione in cui queste ultime attraversano il forno 22. Le estremità delle fibre ottiche e la ghiera 6 vengono anch'esse riscaldate. Per favorire un riscaldamento omogeneo, il motore inizia a ruotare in una direzione solamente a bassa velocità - in modo da effettuare un giro al secondo. Questa condizione permane sino a quando si illumina la luce "pronto" sul pannello del circuito di controllo 36, ciò che indica il fatto che il forno 22 si trova a una temperatura profissata e le barre 2, 4 sono riscaldate sino alla temperatura richiesta per tutta la loro lunghezza. A tale riguardo le barre 2, 4 sono munite di termostati che indicano la temperatura delle stesse, e un segnale indicativo della temperatura delle barre viene alimentato al circuito di comando 36.
La precedente fase è seguita da un periodo di imbevimento durante il quale la ghiera viene portata sino a una temperatura dell'ordine di quella considerata qui.
Dopo questo periodo il motore 34, il quale è stato fatto ruotare in una sola direzione, inizia a girare in modo oscillatorio come descritto nel presento brevetto, e il motore 66 viene azionato per provocare l'avvicinamento dei blocchi 50 e ciò provoca anche l'avvicinamento delle barre 2, 4 e lo schiacciamento della ghiera per gli scopi illustrati. Questa è la fase di "schiacciamento". Al termine di questa fase, le barre 2, 4 vengono fatte arretrare e il motore 66 viene arrestato. Dopo lo schiacciamento, il cui periodo viene automaticamente determinato dal circuito 36, il forno viene raffreddato in modo controllato per effettuare la "ricottura" delle fibre, cosicchè queste ultime non formano crepe e il motore 34 viene di nuovo azionato in senso unidirezio nale.
Al termine della fase di ricottura, le fibre vengono raffreddate sino a raggiungere una temperatura di trattamento, tale da consentire alla macchina di essere arrestata e il fascio di fibre viene tolto per effettuare le usuali operazioni di finitura, molatura e lucidatura.
A titolo di esempio, in una lavorazione tipica, l'estremità può avere un diametro di circa 15 mm con 12 "estremità", ciò che significa 12 piccoli fasci che formano il cavo; ciascuna estremità potendo contenere generalmente 5000 fibre, e la temperatura alla quale la ghiera e le fibre vengono riscaldate sarà compresa nella regione di 700/800 DEG C. La velocità dell'oscillazione del mandrino 26 sarà dell'ordine di 1 secondo per ciclo, e la forza richiesta per comprimere la ghiera sarà dell'ordine di 10 gms.
Può essere conveniente garantire il fatto che le aste 2, 4 "galleggino" in senso orizzontale per consentire alle aste o barre stesse di tener conto di qualsiasi irregolarità della ghiera o boccola 6, e a tale scopo la piattaforma 48 può essere montata per effettuare un movimento di "galleggiamento", in cui uno dei due blocchi 50 è fisso in corrispondenza di ciascuna estremità mentre solamente l'altro è mobile su ciascuna estremità, per mezzo della vite di alimentazione 64.
La presente invenzione mette a disposizione un procedimento per realizzare una terminazione di fibre ottiche fuse assieme, che consente di trattare svariati diametri di fasci di fibre ottiche utilizzando solamente un insieme di aste di rotolamento e compressione. La forma a cuneo ottenuta con detto superfici di compressione delle aste di rotolamento, consente di raggiungere diversi gradi di compressione utilizzando dette aste. Altre disposizioni potrebbero essere ideale per comprimere in modo simmetrico il vetro riscaldato in corrispondenza delle terminazioni, ottenendo un effetto simile.
Ad esempio, l'estremità del fascio di fibre potrebbe essere compressa da un insieme di ruote a forma di rullo che ruotano con i loro assi di rotazione paralleli all'asse del fascio di fibre in corrispondenza della sua estremità. Ciascuna di dette ruote o rulli rotanti avrebbero un profilo esterno identico o simile a quello dei rulli lineari 2 o 4, come mostrato in fig. 2.
Anche se è molto probabile che del calore sarà richiesto per ammorbidire le fibre e per la loro compressione, per alcuni tipi di fibre il calore non è richiesto. Si comprenderà che i mezzi di compressione, vale a dire le aste di rotolamento 2 e 4, effettuano un lavoro di compressione quando esse vengono mosse assieme per stringere la boccola o ghiera e il fascio di fibre ottiche in modo da ottenere l'effetto mostrato in fig. 4. Lo spostamento simultaneo delle superfici di compressione può avvenire dopo l'azionamento della boccola, che effettua un moto oscillatorio. Ad esempio, il moto oscillatorio può iniziare prima del contatto con le superfici di compressione. Mentre la boccola esegue il movimento oscillatorio, le superfici di compressione vengono gradualmente avvicinate in modo da stringere e comprimere la stessa e le fibre per far allontanare l'aria.
Il calore normalmente viene trasferito alle estremità del fascio di fibre prima che avvenga questa compressione, ma in alcuni casi, come già menzionato, il calore potrebbe non essere necessario oppure esso potrebbe essere trasferito durante la compressione. lnoltre, quando gli elementi di compressione e le loro superfici costituiscono le componenti azionate, il loro movimento può essere provocato prima che dette componenti vengano effettivamente avvicinate per comprimere la boccola. Qualsiasi sequenza di fasi adeguata può essere realizzata per ottenere l'effetto desiderato.
Un esperto del settore comprenderà che diverse modifiche o aggiunte possono essere fatte alla forma di esecuzione sopra descritta, senza per questo andare oltre il concetto inventivo della presente invenzione o il suo ambito di protezione.
The present invention relates to optical fibers, and more particularly to a method and a device for producing terminations of bundles of optical fibers, such as for example the fused assembly ends.
In the optical fiber bundle manufacturing technique, it is known how to make these optical fiber bundle terminations by injection of epoxy resin into the fiber bundle, at the point where a termination is to be obtained. The epoxy resin sets and forms the fixing matrix around the optical fibers, removing the air from the spaces between the fibers, thus allowing to obtain the termination of the bundle of fibers by means of their cutting and polishing. The technique is simple and requires little skill on the part of the operator who produces these terminations.
However, the use of epoxy resin has disadvantages, one of which is due to the fact that this termination has limits as regards the temperature of use; it cannot be used with high power light sources that generate a lot of heat. If the termination becomes too hot, the epoxy melts and eventually burns, and this ruins the optical coupling capability of the termination.
Other disadvantages of the terminations obtained by epoxy resin are described in the English patent description No. 1 556 046, this disclosure having to be considered included in this document as a reference. This English patent proposes a different method of production of a termination of a cable of glass fiber optic bundles, this process includes the heating and radial compression phase of the fiber bundle, so as to deform the individual fibers to eliminate spaces of air between the fibers, and finally the cutting or polishing phase.
This type of process for obtaining the terminations has become known with the term hot melting of glass fibers, although ideally the glass fibers themselves are not actually melted but simply deformed starting from a circular cross section and take on a structure compact after deformation. In the compact structure, the fibers, except for the external ones, take on a generally hexagonal section shape. In the process described in the aforementioned English patent, the optical fibers are inserted in a deformable ring nut or bushing which is forcefully inserted in an axial direction, in a conical hole inside an element of a mold, to compress the fibers.
A further method for obtaining a hot melt termination is described in the British patent application No. GB 2 025 084, in which the compression force is provided by a belt having the shape of a ring and which has shape memory properties. and in size. Its temperature is manipulated or regulated so as to allow the belt, first of all to be "screwed" on the bundle of optical fibers, surrounded by a glass ring, and then to contract on the enclosed parts to compress the optical fibers.
However, the processes of the prior art of hot melting require special processes for each diameter of the fiber bundle and are not ideally suited for the production of terminations, such as the melted ends, especially in the case of cabling for fiber optic lighting. Fiber optic cabling is generally a product designed for the customer and designed to provide light from a central light source to a plurality of separate places. The wiring will comprise a plurality of fiber bundles with a series of ends connected near the light source. The diameter of each of the fiber optic bundles will depend on the amount of light that it will have to provide, and also on the distance that this quantity of light must travel before its emission.
Another method of the prior art which concerns the production of optical fiber termination, is described in the French patent document No. A-2 409 802. This method does not constitute a process of melting the ends and concerns the compression action exerted by three rollers on the outside of a bush or ring which holds the ends of the fibers of the bundle of optical fibers. When the rollers are compressed, they are rotated so that they roll on the ring nut and deform the same by means of a tightening action which causes the fibers thus supported to assume a hexagonal configuration.
The device used for this method comprises wedge-shaped components which provide radial pressure exerted on the ring nut, but these wedge-shaped parts must necessarily rotate with respect to each other, and this can produce high frictional forces.
The prior art in all its embodiments does not provide a method and a device which can be used to obtain ends melted together and can also be used to produce optical fiber terminations having relatively large dimensions, in the order of 30 mm or more, or methods and devices usable for smaller dimensions of fiber optic terminations in the order of 10 mm or less. In general, the methods of the prior art are suitable for producing optical fiber bundles with relatively small diameter, of the order of 5 mm or less. The method and device of the invention can also be used to produce ends cast together.
Furthermore, the ends and the terminations of the present invention do not use epoxy resin and are suitable for use in environments where the temperature can be higher than that suitable for the operation of the ends joined by epoxy resin. An object of the present invention, according to one aspect thereof, is to provide a method and means for producing terminations of bundles of optical fibers by hot melting, this process and these means not requiring particular processes for producing these terminations of fibers with different bundle sizes, while a degree of flexibility or versatility remains available with regard to the dimensions of the bundles of fibers and the terminations thus produced.
According to the present invention, and according to one aspect thereof, a method is provided for obtaining a termination of a bundle of optical fibers, the method comprising the insertion of the bundle of optical fibers inside a deformable ferrule or bushing, the heating of the bundle of optical fibers and lamination by means of a compression surface carried out by compression means on the bush or ring nut, while a compression force is simultaneously generated between the bush or the compression means, so as to shrink the bush and deform the fibers of fiber optics, substantially eliminating the spaces between the fibers of the fiber optic bundle.
The compression surface is preferably held at a determined angle with respect to the axis of the optical fiber bundle during the compression operation by rolling.
Preferably, the compression surface is held at an angle between about 4 DEG and 12 DEG. The compression surface is preferably held at an angle of about 6 DEG.
The compression element can consist of a rod or bar and the beam can move along the rod during rolling with compression.
Preferably, the compression means comprise a first compression element and a second compression element, and the bundle of optical fibers is compressed between said elements during rolling.
If the compression means comprise a rod or bar or two rods and bars, the ring nut is preferably rotated during rolling. The ring nut or bush is preferably operated alternatively and rotatively, first in one direction and then in the opposite direction. The bush or ring nut can be rotated around its axis by an angle of at least 180 DEG, and preferably by an angle of about 200 DEG in each direction of rotation.
In the case in which the bush is rotated, the compression means can be mounted so as to be freely movable in a tangential direction with respect to the ring nut. The rods or bars are also operated, in the radial compression direction, so as to make available a compression force exerted on the bush.
The fiber bundle and the deformable ring nut can be heated beforehand in an oven before compression, and this makes the process particularly suitable for relatively large fiber bundles, with diameters between 5 mm and 30 mm.
The rod or rods can also be heated, in a controlled manner with a thermostat, and along a length sufficient to ensure that no cold part of each bar comes into contact with the ring nut or bush during the rolling operation with compression, which could cause distortion or deformation of the finished end. The heating process softens the fibers beyond the glass transition point, so they become quite soft and fluid, which means that considerable compression force will not actually be needed to shrink the ferrule and form a fusion end.
After the end has been narrowed, to avoid cracks on the fibers during their cooling, the cooling process is carefully checked to ensure that it does not happen too quickly.
Although the present invention is of particular importance for application to the realization of molten ends, it can also be used when only compression is required without the use of heat, i.e. without the heat necessary to form the molten ends, and in this case results in another aspect of the invention in which the compression means are constituted by said bar or bars.
A unique device of its kind has been developed to carry out the process of the present invention, and according to another aspect of the invention a device is provided for obtaining a termination on a bundle of optical fibers, the device comprising heating means for receiving and heating the ends of the bundle of optical fibers inserted in the ferrule, support means for supporting the ends of the bundle and allowing its rotation around the axis of the bundle itself, and compression means for exerting a compression force on the ferrule or bushing and to restrict the same while the beam is supported by said support means, and actuation means to cause a relative movement between the ring nut and said compression means, wherein the ring nut or bush rotates and the compression means roll on the bush.
Said actuation means are preferably arranged for actuation forward and backward, so that the bushing is rotated forward and backward and the compression means roll forward and backward on the bushing itself.
The actuation means are preferably arranged for the actuation of the bushing, and the compression means roll as a consequence of the actuation of the bushing.
As in the case of the method described above, the device can in some cases be devoid of heating means, and in this case the bundle of optical fibers can be made more compact only by the compression force.
If heat is not used, the forces required to narrow the beam will be greater than when heat is used.
An embodiment of the present invention will now be described by way of example with reference to the attached schematic drawings in which:
Fig. 1 shows the means according to the present invention, for carrying out the process of the invention;
Fig. 2 shows a cross sectional view of one of the compression bars by rolling shown in fig. 1;
Fig. 3 shows, in a plan view, the bundle of fibers of fig. 1 before hot melting;
Fig. 4 shows, in a plan view, the bundle of fibers of fig. 3 after hot melting;
Fig. 5 shows the bundle of fibers of fig. 4 after cutting and polishing the end of the fiber optic bundle; is
Fig. 6 schematically shows a device for carrying out the processes of the present invention.
Referring now to FIG. 1, the means of the present invention and for carrying out the process thereof, comprise generally straight and parallel rolling rods 2 and 4, which are mounted on support means without friction so that each of them is freely movable in its axial direction. The rolling bars 2 and 4 are also supported so as to be moved by gears driven by the motor, in the lateral or transverse direction, so that the space between the rods or rolling bars can be immediately modified by said drive gears.
The rods or rolling bars 2 and 4 are made in such a way as to act by rolling on a ring nut or bushing 6 which can be obtained in stainless steel or brass or other resistant material that can be cast. The ring nut or bush 6 surrounds a bundle of optical fibers 14 which, even if they are not shown in fig. 1, protrude from the upper end of the ring nut or bush 6 as shown in fig. 3. As can be seen in fig. 1, the ring nut or bush 6 has a step at point 6A for reasons which will be explained later. The bush or ring nut is kept in a central position with respect to the rolling bars 2 and 4 during the procedure to be described, and it is actuated in a rotational and oscillatory way, alternately in opposite directions covering angles of 200 DEG.
Before the rolling bars or rods 2, 4 are moved to act against the ring nut 6, according to the arrangement of fig. 1, the ring nut and the bundle of glass optical fibers contained inside it are heated in an oven so as to make the glass fibers malleable. The oven can be regulated at a temperature such as to heat the glass up to a temperature of about 650 DEG C, which is higher than the transition temperature of the fiber glass, even if any temperature in the region of these temperatures can be suitable.
Referring to fig. 2, a cross section of the rolling bar 4 is shown wherein the rolling bar according to this embodiment has three compression surfaces 8-12 which act on the ring nut 6. The main compression surface 8 is inclined during use , of an angle A, which in this embodiment is equal to 6 DEG, with respect to the axis of the fiber bundle which is vertical. A second compression surface 10 is arranged parallel to the vertical axis of the optical fiber bundle, and a third compression surface 12 is inclined by an angle B with respect to the axis of the optical fiber bundle. The angle B in this embodiment is 45 DEG.
The relatively narrow vertical compression surface 10 forms the initial point of contact between the rolling rod 4 and the ring nut 6, and also constitutes the region of maximum shrinking pressure during the rolling operation. The inclinations of the compression surfaces 8 and 12 are chosen so as to form a sort of neck on the ring nut 6, as shown in fig. 4, as a result of the rolling and compression action.
The rolling bars 2 and 4 compress and roll on the ring nut, and during compression the ring nut is operated in an oscillatory and rotatory way, and at the same time the rolling bars are brought together or moved towards the surroundings to crush the ghie, which together its contents have been previously heated.
When the rolling bars 2 and 4 initially come into contact with the ring nut 6, the rotation of the ring nut and the friction resistance between the ring nut 6 and the rolling bars 2 and 4, cause the reciprocating motion of the rolling bars along their axial directions. It will be understood that, on the other hand, the rolling bars 2 and 4 can be operated so as to be totally out of phase in their axial reciprocating movement, while the ring nut or bushing can be mounted in a freely rotatable way, so as to react to the movement of the rolling bars 2, 4 during contact with the latter.
The approaching movement of the rolling bars towards the interior, which is gradual, is stopped at a predetermined instant. At this time, the shrinkage of the bush or ring nut is sufficient to obtain an effective fusion between the glass fibers inside the bush, at least along the area of greatest shrinkage.
It should be mentioned that the approach distance between the rolling bars 2 and 4 is rather small, since when the fibers are heated to a high temperature beyond the transition temperature of the fiber glass, the fibers become rather soft and fluid and considerable force is not required to achieve the desired effect. In fact, the inward movement of the bars 2, 4 can be so small as to be equal to 1 or 2 mm in the case of a 15 mm ring nut and the force required to carry out this movement can be very small, for example 10 gms .
As described above in connection with fig. 1, the metal ring nut 6 has a step at point 6A, so that its thickness is greater in the opposite position with respect to the end of the bundle of optical fibers. The decrease in thickness in the direction of the end of the fiber bundle, which could also be obtained for example by chamfering the bush in the direction opposite to that of the fiber bundle, is preferable to obtain a sufficiently high temperature at the end to be melted during heating.
A ring nut of constant thickness would cause excessive heat conduction in the opposite direction to the ends of the fiber bundle and would cause difficulties in obtaining homogeneous heating at the end of the fiber bundle.
In the final phase, after the end of the fiber bundle has been cooled, the termination is cut (through the bushing or not), in the region of major shrinkage, as shown in fig. 5, and the end face 16 is polished to form a transparent optical coupling surface. Before finishing, the glass of the melted optical fibers, in the condition shown in fig. 4, can be annealed to make the final termination more resistant.
Fig. 3 shows the bundle of enclosed fibers, before hot melting, and fig. 4 shows the same bundle of fibers after hot melting. It can be noted that the outer ring nut and the protruding fibers 14 have taken on the shape of the profile of the compression surfaces 8, 10 and 12, and that the rolling effect of the rolling bars ensures that the bundle of fibers fused together retains a rotational asymmetry.
Although the profile shown in fig. 2 is preferable for the bars, it is not essential, and other profiles, including the straight one, could be used. Likewise, the ferrule does not have to be step-shaped. It could also have a straight side.
Reference is now made to FIG. 6, which shows an embodiment of the machine according to the present invention, which can be used to carry out the process of the present invention. The machine shown in fig. 6 comprises a frame 20 with vertical uprights and crosspieces. The crosspieces support an oven 22 in which the end 6 of the bundle of optical fibers protrudes upwards. The fiber bundle, indicated by 24, is supported by a rotatable self-centering mandrel 26, which is connected to a motor drive mechanism 28 by means of a drive chain 30, and by means of a gear box 32 equipped with a worm screw.
The gearbox is associated with an encoder 34, coupled in the conventional way to a semiconductor control system 36, supported by the frame 20.
The self-centering chuck is equipped with a pair of clamping elements 36 having clamping arms 38 which during their use are manually rotated, as indicated by the arrows 40, towards a more internal position with respect to the self-centering chuck 26, so as to tighten and hold in position the bundle of fibers 24, at their common end, inside the oven 22, in the correct position with respect to the bars 2 and 4, as will be described below. The tail ends 42 of the bundle of optical fibers 24 are collected in a bag or bag 44 which has its open end which is tied at point 46 around the bundle of optical fibers 24, as shown.
It will be understood that when the fiber bundle 24 is in position, and when the motor 28 is started, then the fiber bundle will be rotated about its axis passing through the ring nut 6. The drive of the motor 28 and under the circuit check 36.
A platform 48 is arranged above the self-centering mandrel 26 which supports four blocks 50, two of which are shown, while the other two are arranged on the other side of the oven 22. These blocks each support two tracks or guides 52, 54 having a choke profile, and these rails support rollers 56, 58 which are free to move along rails 52, 54. These rollers 56, 58 (with a similar arrangement on each side of the oven 22), support brackets 60, 62 and these brackets 60, 62 are in turn connected to the bars 2 and 4, which extend through the oven 22.
The blocks 50 on each side of the oven 22 are adapted to move to a closer position or to distance themselves, by means of a feeding screw 64 which can be rotated in both directions and which is screwed into the blocks 50, and which is adapted to be rotated by means of a further motor 66 and a further drive chain 68.
The operation of the device is controlled automatically by circuit 36, after the desired parameters have been entered into circuit 36 by the operator. As can be seen from fig. 6 the circuit 36 has a display panel which indicates the momentary state of the process, when each bundle of optical fibers is subjected to the process of the present embodiment of the invention.
The operation of the machine is as follows:
once the bundle of optical fibers which must be equipped with a fusion end has been chosen, the beam parameters are entered into the machine and the beam is inserted as shown in fig. 6, except that the clamping members 36 are also moved to the clamping position. The bars 2, 4 are moved by the ring nut 6, as shown.
Electricity is fed and the oven starts heating the bars or rods 2, 4 in the region in which they pass through the oven 22. The ends of the optical fibers and the ring nut 6 are also heated. To encourage homogeneous heating, the motor starts to rotate in one direction only at low speed - in order to make one revolution per second. This condition persists until the "ready" light on the control circuit 36 panel lights up, which indicates that the oven 22 is at a fixed temperature and the bars 2, 4 are heated to the required temperature for the whole their length. In this regard, the bars 2, 4 are equipped with thermostats which indicate their temperature, and a signal indicative of the temperature of the bars is fed to the control circuit 36.
The previous phase is followed by a period of soaking during which the ring nut is brought up to a temperature in the order of that considered here.
After this period the motor 34, which has been rotated in one direction, starts to rotate in an oscillatory way as described in the present patent, and the motor 66 is activated to cause the blocks 50 to approach and this also causes the approaching the bars 2, 4 and pressing the ring nut for the illustrated purposes. This is the "crushing" phase. At the end of this phase, the bars 2, 4 are retracted and the motor 66 is stopped. After the crushing, the period of which is automatically determined by the circuit 36, the oven is cooled in a controlled manner to carry out the "annealing" of the fibers, so that the latter do not form cracks and the motor 34 is again driven in a unidirectional direction.
At the end of the annealing phase, the fibers are cooled to reach a treatment temperature, such as to allow the machine to be stopped and the bundle of fibers is removed to carry out the usual finishing, grinding and polishing operations.
By way of example, in a typical process, the end can have a diameter of about 15 mm with 12 "ends", which means 12 small bundles that form the cable; each end being able to generally contain 5000 fibers, and the temperature at which the ring nut and the fibers are heated will be within the region of 700/800 DEG C. The oscillation speed of the spindle 26 will be of the order of 1 second per cycle, and the force required to compress the ring nut will be of the order of 10 gms.
It may be convenient to ensure that the rods 2, 4 "float" horizontally to allow the rods or bars themselves to take into account any irregularity of the ring nut or bush 6, and for this purpose the platform 48 can be mounted to carry out a movement of "floating", wherein one of the two blocks 50 is fixed at each end while only the other is movable on each end, by means of the feeding screw 64.
The present invention provides a method for realizing a termination of optical fibers fused together, which allows to treat various diameters of bundles of optical fibers using only a set of rolling and compression rods. The wedge shape obtained with said compression surfaces of the rolling rods allows different degrees of compression to be achieved by using said rods. Other arrangements could be ideal for symmetrically compressing the heated glass at the ends, obtaining a similar effect.
For example, the end of the fiber bundle could be compressed by a set of roller-shaped wheels which rotate with their axes of rotation parallel to the axis of the fiber bundle at its end. Each of said rotating wheels or rollers would have an external profile identical or similar to that of the linear rollers 2 or 4, as shown in fig. 2.
Although it is very likely that heat will be required to soften the fibers and to compress them, heat is not required for some types of fibers. It will be understood that the compression means, i.e. the rolling rods 2 and 4, perform a compression work when they are moved together to tighten the bushing or ferrule and the bundle of optical fibers so as to obtain the effect shown in fig. 4. Simultaneous movement of the compression surfaces can take place after the bushing is actuated, which performs an oscillatory motion. For example, the oscillatory motion can begin before contact with the compression surfaces. While the bush performs the oscillating movement, the compression surfaces are gradually brought closer so as to tighten and compress the same and the fibers to make the air move away.
Heat is normally transferred to the ends of the fiber bundle before this compression occurs, but in some cases, as already mentioned, heat may not be necessary or it may be transferred during compression. Furthermore, when the compression elements and their surfaces constitute the driven components, their movement can be caused before said components are actually brought together to compress the bush. Any suitable phase sequence can be implemented to achieve the desired effect.
One skilled in the art will understand that various modifications or additions can be made to the embodiment described above, without thereby going beyond the inventive concept of the present invention or its scope of protection.