CN109932779B - 一种带隔离器的一体化光组件结构及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带隔离器的一体化光组件结构及其加工方法，包括金属前盖、陶瓷套管、压块、陶瓷插芯和隔离器芯片，所述陶瓷套管置于所述金属前盖内，所述陶瓷插芯一端置于所述陶瓷套管内、另一端固定在压块中，所述压块上设置有一插芯定位孔和芯片容纳孔，所述芯片容纳孔设置有至少两个定位角，所述隔离器芯片自带磁性并安装于所述芯片容纳孔内且由所述定位角定位固定；本发明利用同一个压块同时压陶瓷插芯和容纳隔离器芯片并在芯片容纳孔中设置了定位角，使隔离器芯片安装由两次装配变为一次装配，提高了装配精度，降低了装配难度，在保证光路全覆盖的条件下使隔离器芯片面积减小，降低了物料成本，同时提升了光组件的生产效率与加工精度。

Description

一种带隔离器的一体化光组件结构及其加工方法
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其是指一种带隔离器的一体化光组件结构及其加工方法。
背景技术
近年来，随着数据传输的增量提速，传统的电通信已无法满足各个领域的传输需求，而光通信技术弥补了传统电通信技术传输距离短、能耗大、传输速度慢等缺点，如今被广泛应用在各种数据传输中。而在光通信模块中，光从激光器等光源中入射进各种光学元件或者光纤中(或从光学元件或者光纤中射出)时，其部分光线会在各种光学元件或光纤的端面或内部等部位被反射或散射，当这些被反射或折射的光经由原路返回时会对光信号产生干扰，影响光通信的信号质量与稳定性。因此，光组件中的隔离器成为光通信中一种不可或缺的零件组成。
传统光组件的结构如图1所示，由金属前盖1、陶瓷套管2、压块一3、压块二4、陶瓷插芯5、外环6和隔离器7组成，其中隔离器7多为偏振相关的自由空间隔离器(Free SpaceIsolator，简称FSI)，其结构如图2所示：所述隔离器7由磁环71和安装于该磁环71内的隔离器芯片72组成，所述隔离器芯片72由法拉第旋转片722、设置在法拉第旋转片722入射光一侧的起偏器721、设置在法拉第旋转片722另一侧的检偏器723这三个部件组成。当所述法拉第旋转片722位于磁场中时，可将入射光的振动面旋转45°，所述起偏器721和检偏器723均为偏振片，可过滤目标方向以外的光线，从而将射入光组件中的光信号的方向统一，避免产生干扰。但传统光组件中磁环71的安装需通过所述外环6与压块二4相配合，然而磁环71的安装、隔离器芯片72与磁环71的配合以及压块二4与外环6之间的安装都会产生误差，为保证隔离器芯片72对光路的全覆盖，其面积需要足够大以容纳这些安装误差，因此隔离器芯片72的边长(由于切割工艺，法拉第旋转片一般为方形片)需要做到0.5mm左右。但目前法拉第旋转片和偏振片的价格十分昂贵，如何缩小隔离器芯片的面积以减少光组件的制造成本成为了一项极其重要的课题。
同时，目前磁环71上用于安装隔离器芯片72的安装孔都为圆孔设置，而隔离器芯片72往往采用方形切割，二者安装时为了使隔离器芯片72的安装角度固定，需要进行多次的校正，降低装配效率，同时磁环71的圆孔会使得所述隔离器芯片72产生旋转，增加装配难度，使得光组件的生产成本大大增加。
为进一步减少光组件的物料使用以及降低光组件的生产成本，研究人员对此进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明目的在于提供一种带隔离器的一体化光组件结构及其加工方法，以进一步提高隔离器芯片的安装精度、减小隔离器芯片面积以降低光组件的生产成本；本发明的另一目的在于提供一种操作简单、用于加工压块的高效加工工艺。为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案：
(二)技术方案
一种带隔离器的一体化光组件结构，包括金属前盖、陶瓷套管、压块、陶瓷插芯和隔离器芯片，所述陶瓷套管置于所述金属前盖内并由所述压块固定，所述陶瓷插芯一端置于所述陶瓷套管内、另一端固定在所述压块中，所述压块上位于所述金属前盖一侧设置有一用于固定所述陶瓷插芯的插芯定位孔、另一端设置有一芯片容纳孔，所述插芯定位孔与所述芯片容纳孔相连通，所述芯片容纳孔设置有至少两个定位角，所述隔离器芯片由起偏器、磁性法拉第旋转片和检偏器组成并安装于所述芯片容纳孔内且由所述定位角定位固定。
所述压块分为压块一和压块二，二者之间形成电气间隙，所述压块一与所述金属前盖固定连接，所述插芯定位孔与所述芯片容纳孔设置于所述压块二上。
优选地，所述定位角为直角。
进一步，所述定位角至少有两个呈对角分布。
进一步，所述芯片容纳孔中定位角的数量为四个，并呈四角分布。
进一步，所述芯片容纳孔为正方形。
进一步，所述芯片容纳孔的四个定位角之间通过圆弧面连接。
一种带隔离器的一体化光组件结构的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、备料——选取Φ5.5的圆棒料放进双主轴CNC自动送料机内，切除料头；
步骤二、钻中心孔一——将主轴转速调至2500r/min～3500r/min，保证钻头与机台主轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02～0.03mm/转；
步骤三、钻圆孔——切换成Φ0.35的钻头，保证钻头与主轴的同心度，主轴转速调整为4500r/min～5500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01～0.02mm/转，钻孔深度3.0mm；
步骤四、拉芯片容纳孔——切换成□0.35拉刀，保证拉刀与主轴的同心度，主轴转速调整为300～800r/min，拉刀向机台Z轴方向运动进行方孔加工，拉刀进给量为0.005～0.01mm/转，加工深度1.5mm；
步骤五、粗车外圆——切换成外圆粗车刀，主轴转速调至2000～2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆粗车，进给量0.02～0.03mm/转，预留余量0.1～0.2mm；
步骤六、精车外圆——切换成外圆精车刀，主轴转速调至3000～3500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆精车，进给量0.01～0.02mm/转；
步骤七、切断——切换成切断刀，主轴转速调至2000～2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行切断，进给量0.01～0.02mm/转，预留切断长度0.1mm，切断的时候需副主轴夹持住工件台阶外径处；
步骤八、修断面——副轴转速调至2500～3000r/min，刀具进给量0.01～0.02mm/转，修整切断面；
步骤九、钻中心孔二——将副轴转速调至2500r/min～3500r/min左右，保证钻头与机台副轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02～0.03mm/转；
步骤十、钻插芯定位孔——切换成Φ1.2的钻，保证钻头与副轴的同心度，副轴转速调整为2500r/min～3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01～0.02mm/转，钻孔深度0.7mm；
步骤十一、镗孔——切换成Φ1.24的镗刀，副轴转速调整为2500r/min～3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行镗孔，进给量为0.01～0.02mm/转，镗孔深度0.7mm。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，本发明利用同一个压块同时压陶瓷插芯和容纳隔离器芯片，取消了外环，使隔离器芯片安装所需的两次装配变为一次装配，提高了其装配精度，可在保证光路全覆盖的条件下使隔离器芯片面积减小，大大降低了物料成本；同时，本发明在压块中用于装配隔离器芯片的芯片容纳孔中设置了定位角，使隔离器芯片安装时定位更加准确，无需对其进行复杂的校正，避免了后期隔离器芯片发生旋转，大大降低了隔离器芯片的装配难度，降低了装配成本，提高了生产效率；同时本发明还提供了成本低、操作简单的压块加工工艺，使压块的生产更加高效。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是传统光组件的剖面结构示意图；
图2是传统光组件中隔离器7的结构示意图；
图3是本发明的光组件结构剖面图；
图4是本发明中使用的隔离器芯片50的结构示意图；
图5是压块二32的剖面图；
图6是实施例一中隔离器芯片50的安装示意图；
图7是实施例二中隔离器芯片50的安装示意图。
附图标号说明：
1、金属前盖 2、陶瓷套管
3、压块一 4、压块二
5、陶瓷插芯 6、外环
7、隔离器 71、磁环
72、隔离器芯片 721、起偏器
722、法拉第旋转片 723、检偏器
10、金属前盖 20、陶瓷套管
30、压块 31、压块一
32、压块二 321、芯片容纳孔
321a、定位角 322、插芯定位孔
40、陶瓷插芯 50、隔离器芯片
51、起偏器 52、磁性法拉第旋转片
53、检偏器
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。
请参阅图3至图7所示，一种带隔离器的一体化光组件结构，包括金属前盖10、陶瓷套管20、压块30、陶瓷插芯40和隔离器芯片50，其中，
所述陶瓷套管20置于所述金属前盖10内并由所述压块30固定，所述陶瓷插芯40一端置于所述陶瓷套管20内、另一端固定在所述压块30中，所述压块30上位于所述金属前盖10一侧设置有一用于固定所述陶瓷插芯40的插芯定位孔322、另一端设置有一芯片容纳孔321，所述插芯定位孔322与所述芯片容纳孔321相连通；所述隔离器芯片50由起偏器51、磁性法拉第旋转片52和检偏器53组成，使所述隔离器芯片50自带磁性；由于目前的隔离器芯片50多为方形裁切，使其形状为正方形，因此，为在所述隔离器芯片50安装时对其精确定位，保证其安装角度在预计范围内，同时防止所述隔离器芯片50在安装时和安装后发生旋转偏移而产生安装误差，所述芯片容纳孔321设置有至少两个定位角321a，将所述隔离器芯片50的至少两个角固定，降低装配难度，提高装配精度。
作为一种较佳的实施例，所述压块30分为压块一31和压块二32，二者之间形成电气间隙，所述压块一31与所述金属前盖10固定连接，所述插芯定位孔322与所述芯片容纳孔321设置于所述压块二32上。
为更好的配合方形的隔离器芯片50，所述定位角321a为直角；进一步，为更好地防止所述隔离器芯片50在安装过程中发生旋转偏移，所述定位角321a至少有两个呈对角分布。
为加工方便且更进一步固定所述隔离器芯片50，所述芯片容纳孔321中定位角321a的数量为四个，并呈四角分布，对此，本发明提供两个实施例以说明其形状，但本发明所提出的实施例并未对该芯片容纳孔321的具体形状做出限定，仅为提出较佳的实施例，因此实际生产中所述芯片容纳孔321的形状在具有至少两个定位角321a的基础上可以是任意的，即各个定位角之间的连接面可以是单个平面、多个平面，也可以是圆弧面甚至是多曲面的：
实施例一、
如图6，在所述插芯定位孔322底部开有芯片容纳孔321，其为正方形，此时该正方形的四个角即为定位角321a，该芯片容纳孔321的尺寸比所述隔离器芯片50略大，可使所述隔离器芯片50的安装角度偏移保持在±8°以内。
实施例一中的误差讨论：综合加工工艺与成本，所述芯片容纳孔321的边长为0.35mm±0.02mm，假设当其在极限误差的情况下，使该芯片容纳孔321向一侧偏移0.02mm，由于相比于传统结构，本专利取消了外环6，利用同一个压块30同时压陶瓷插芯40和容纳隔离器芯片50，且无磁环71，因此0.02mm为隔离器芯片50安装时的单边误差。
传统误差分析：传统光组件的外环6安装入压块二4中的同轴度误差要求为◎0.06mm，所述压块二4与所述陶瓷插芯5之间的同轴度误差要求为◎0.02mm，若再加上隔离器芯片72装入磁环71中、磁环71装入外环6中的误差，可使隔离器芯片72的安装误差达到单边0.08mm。
结果比较：本发明提供的一体化光组件结构的误差较传统光组件在激光入射端的误差大大减小，使隔离器中心与光路偏离距离缩小，从而使所需隔离器的边长减小至0.3mm，相比于现有结构，隔离器芯片面积大大减小，大大降低了隔离器的制造成本以及光组件的装配难度。
实施例二、
如图7，所述芯片容纳孔321的四个定位角321a之间通过圆弧面连接，即在圆孔的基础上形成四个定位角321a。所述定位角321a的直边长度需保证所述隔离器芯片50在旋转8°后仍位于四个定位角321a之间，而不会接触到圆弧面。这种结构加工简单、定位方便，在保证所述隔离器芯片50的安装角度偏移在±8°以内的同时降低所述芯片容纳孔321的加工难度与加工成本，进一步提高生产效率、降低光组件的生产成本。
由于本发明中压块尺寸极小，如何在其上加工出符合精度要求的芯片容纳孔321与插芯定位孔322成为难点，同时光组件的产量通常极大，其单个零件的生产时间很大程度上决定了光组件的产能，因此，压块的加工还必须高效。
对此本发明提供了一种带隔离器的一体化光组件结构的加工方法，采用双主轴CNC车床加工方式，以解决传统加工中效率低、精度低等问题，具体包括以下步骤：
步骤一、备料——选取Φ5.5的圆棒料放进双主轴CNC自动送料机内，切除料头；
步骤二、钻中心孔一——将主轴转速调至2500r/min～3500r/min，保证钻头与机台主轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02～0.03mm/转；
步骤三、钻圆孔——切换成Φ0.35的钻头，保证钻头与主轴的同心度，主轴转速调整为4500r/min～5500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01～0.02mm/转，钻孔深度3.0mm；
步骤四、拉芯片容纳孔——切换成□0.35拉刀，保证拉刀与主轴的同心度，主轴转速调整为300～800r/min，拉刀向机台Z轴方向运动进行方孔加工，拉刀进给量为0.005～0.01mm/转，加工深度1.5mm；
步骤五、粗车外圆——切换成外圆粗车刀，主轴转速调至2000～2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆粗车，进给量0.02～0.03mm/转，预留余量0.1～0.2mm；
步骤六、精车外圆——切换成外圆精车刀，主轴转速调至3000～3500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆精车，进给量0.01～0.02mm/转；
步骤七、切断——切换成切断刀，主轴转速调至2000～2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行切断，进给量0.01～0.02mm/转，预留切断长度0.1mm，切断的时候需副主轴夹持住工件台阶外径处；
步骤八、修断面——副轴转速调至2500～3000r/min，刀具进给量0.01～0.02mm/转，修整切断面；
步骤九、钻中心孔二——将副轴转速调至2500r/min～3500r/min左右，保证钻头与机台副轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02～0.03mm/转；
步骤十、钻插芯定位孔——切换成Φ1.2的钻，保证钻头与副轴的同心度，副轴转速调整为2500r/min～3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01～0.02mm/转，钻孔深度0.7mm；
步骤十一、镗孔——切换成Φ1.24的镗刀，副轴转速调整为2500r/min～3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行镗孔，进给量为0.01～0.02mm/转，镗孔深度0.7mm。
本发明的设计要点在于利用同一个压块同时压陶瓷插芯和容纳隔离器芯片，取消了外环，采用自带磁性的隔离器芯片，使隔离器芯片安装所需的两次装配变为一次装配，提高了其装配精度，可在保证光路全覆盖的条件下使隔离器芯片面积减小，大大降低了物料成本；同时，本发明在压块中用于装配隔离器芯片的芯片容纳孔中设置了定位角，使隔离器芯片安装时定位更加准确，避免了隔离器芯片在安装后发生旋转，无需对其进行复杂的校正，大大降低了隔离器芯片的装配难度，降低了装配成本，提高了生产效率；本发明还提供了一种带隔离器的一体化光组件结构的加工方法，采用双主轴CNC车床与拉刀相配合，一次装夹即可完成整个压块的加工，使光组件的加工效率和精度都得到提高，适用于大规模的光组件生产当中。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种带隔离器的一体化光组件结构，其特征在于：包括金属前盖、陶瓷套管、压块、陶瓷插芯和隔离器芯片，所述陶瓷套管置于所述金属前盖内并由所述压块固定，所述陶瓷插芯一端置于所述陶瓷套管内、另一端固定在所述压块中，所述压块上位于所述金属前盖一侧设置有一用于固定所述陶瓷插芯的插芯定位孔、另一端设置有一芯片容纳孔，所述插芯定位孔与所述芯片容纳孔相连通，所述芯片容纳孔设置有定位角，所述隔离器芯片由起偏器、磁性法拉第旋转片和检偏器组成并安装于所述芯片容纳孔内且由所述定位角定位固定，所述压块分为压块一和压块二，二者之间形成电气间隙，所述压块一与所述金属前盖固定连接，所述插芯定位孔与所述芯片容纳孔设置于所述压块二上，所述定位角为直角；所述芯片容纳孔中定位角的数量为四个，并呈四角分布；所述芯片容纳孔的四个定位角之间通过圆弧面连接；所述芯片容纳孔的边长为0.35mm±0.02mm。
2.一种用于权利要求1所述的带隔离器的一体化光组件结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、备料——选取Φ5.5的圆棒料放进双主轴CNC自动送料机内，切除料头；
步骤二、钻中心孔一——将主轴转速调至2500r/min ~3500r/min，保证钻头与机台主轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02~0.03mm/转；
步骤三、钻圆孔——切换成Φ0.35的钻头，保证钻头与主轴的同心度，主轴转速调整为4500r/min ~5500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01~0.02mm/转，钻孔深度3.0mm；
步骤四、拉芯片容纳孔——切换成Φ0.35拉刀，保证拉刀与主轴的同心度，主轴转速调整为300~800r/min，拉刀向机台Z轴方向运动进行方孔加工，拉刀进给量为0.005~0.01mm/转，加工深度1.5mm；
步骤五、粗车外圆——切换成外圆粗车刀，主轴转速调至2000~2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆粗车，进给量0.02~0.03mm/转，预留余量0.1~0.2mm；
步骤六、精车外圆——切换成外圆精车刀，主轴转速调至3000~3500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行外圆精车，进给量0.01~0.02mm/转；
步骤七、切断——切换成切断刀，主轴转速调至2000~2500r/min，车刀向机台X轴方向运动进行切断，进给量0.01~0.02mm/转，预留切断长度0.1mm，切断的时候需副主轴夹持住工件台阶外径处；
步骤八、修断面——副轴转速调至2500~3000r/min，刀具进给量0.01~0.02mm/转，修整切断面；
步骤九、钻中心孔二——将副轴转速调至2500r/min~3500r/min，保证钻头与机台副轴的同心度，用3.0定心钻向机台Z轴方向运动进行中心孔定位，钻头进给量为0.02~0.03mm/转；
步骤十、钻插芯定位孔——切换成Φ1.2的钻，保证钻头与副轴的同心度，副轴转速调整为2500r/min~3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行钻孔，进给量为0.01~0.02mm/转，钻孔深度0.7mm；
步骤十一、镗孔——切换成Φ1.24的镗刀，副轴转速调整为2500r/min~3500r/min，钻头向机台Z轴方向运动进行镗孔，进给量为0.01~0.02mm/转，镗孔深度0.7mm。
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