CN110587431A - 一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。其特征是:它由下活动夹盘1、上活动夹盘2、旋转调节柱3、夹盘调节柱4、履带调节装置5、带电机的光纤夹具6和光纤夹具7组成;光纤夹具6,7所夹持光纤的轴心与旋转中心重合,进行旋转,并使光纤端与匀速旋转的研磨盘之间接触,从而获得同轴性优良的锥体光纤端。本发明属于特种光纤微加工领域,用于锥体光纤端研磨,可广泛用于各类微米级棒材尾端的加工研磨。

Description

一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置
(一)技术领域
本发明涉及的是一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置,本发明可用于锥体光纤端研磨,属于光纤微加工领域。
(二)背景技术
随着光通讯的迅速发展,器件、工艺、技术的不断成熟,进而衍生出了光纤传感器的研究。光纤自身体积小、重量轻、价格低、灵敏度高、不易燃易爆、不受电磁干扰等优秀特点使得光纤传感器发展迅速,也逐步取代了很多传统的传感器,成为当今主流研究的传感器。普通的圆柱形光纤已经无法满足光纤在多个领域的应用,光纤器件的微加工技术成为促进光纤在多个领域快速发展的重要因素。
研磨抛光是一种相对比较成熟完善的精密微加工方法,已经形成一整套完备的加工工艺,从研磨抛光到测量测试,己经发展出一系列的精密仪器,主要可以用来制作各种锥型、楔型、斜面型等。但主要应用于光纤活动连接器、波导器件的耦合等,可以大大提高耦合效率。国际上近年来对光纤连接器端面的研磨抛光技术的研究比较成熟,已经有几个国家有成型的光纤研磨机。日本,美国,德国的研磨机都已经实用化和商业化,日本的精工电子是最早为客户提供光纤连接器端面研磨机的厂家,截至目前一共推出了三款光纤端面研磨机,受到了客户的欢迎。上述的研磨机是针对光纤端面,主要是针对光纤连接器性能的提高。
在特种光纤领域中,如环形芯光纤、偏心光纤、多芯光纤、悬吊芯光纤、同轴双波导光纤以及同轴三波导光纤。应用光纤微加工技术,将其光纤端研磨加工为锥台形、优化弧形的锥台等各类形状。可以满足各种传感器对光纤特殊形状的加工。在文献《Highly FocusedConical Optical Field for Pico-Newton Scale Force Sensing》以及《Fiber-BasedOptical Gun for Particle Shooting》中提到的光纤,具有锥台形光纤端,其光纤光场通过圆锥体表面的反射在纤端处汇聚,汇聚光斑在微米大小尺度,能量集中,且可以控制汇聚点的大小和位置,可以实现光镊以及光枪的功能。
美国专利US3938895一种光纤的定位方法,可以精确地定位光纤,但不能应用于光纤的选择加工。中国专利CN202066993耦合器生产专用光纤夹具,实现了光纤的二维微调功能,但没有相机在线监测以及选择对心功能。中国专利CN101879659A,选择管线进行微加工的方法及装置,很好的抑制了光纤转动漂移,但并未给出如何校准光纤的中心与旋转中心重合的问题,只是靠机械加工确定光纤夹具与旋转机构同心,无疑给现用的加工精度提出了更高的要求。中国专利CN105750928A公开一种实现光纤沿轴心旋转的机械结构,该发明可以实现,通过精细螺栓的调整及实施校正可以使误差小于几微米,可以应用于光纤的熔融拉锥、雕刻、研磨机多芯螺旋型光纤的制备。但无法同时完成多个锥体光纤端研磨,研磨效率低,资源浪费,生产效率低。提高工作效率,提升成品率及降低成本是目前急需解决的问题。文献《光纤端的研磨加工技术》中设计了一套光纤研磨系统,可实现单根光纤锥体的制作。但仍无法实现多根光纤同时加工,效率低,且对光纤中心与旋转中心的重合问题仍未解决。
本发明公开了一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。可以同时实现多个锥体光纤端的加工,实现倾斜角度同时调节,并且实现光纤轴心与旋转机构中心校准。该装置由一个或多个带电机的光纤夹具6通过履带传动方式带动所有光纤夹具7,完成光纤端研磨。可应用于各类特种光纤的研磨。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、操作容易、高效率的、可实现光纤沿轴心旋转且同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。
本发明的目的是这样实现的:
一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置是由下活动夹盘1、上活动夹盘2、旋转调节柱3、夹盘调节柱4、履带调节装置5、带电机的光纤夹具6和光纤夹具7组成;光纤夹具6,7所夹持光纤的轴心与旋转中心重合,进行旋转,并使光纤端与匀速旋转的研磨盘之间接触,从而获得同轴性优良的锥体光纤端。所述系统中下活动夹盘1和上活动夹盘2连接并固定光纤夹具6,7,通过转动夹盘调节柱4改变下活动夹盘1与上活动夹盘2之间的距离,实现光纤夹具6,7倾斜角度的同时调节;光纤夹具6,7每两个之间均使用履带连接,同时每段履带与履带调节装置5连接,用以在光纤夹具6,7的倾角改变时使得履带保持紧绷。
夹盘调节柱4与下活动夹盘1连接且可自由旋转,夹盘调节柱4与上活动夹盘2通过螺纹连接,旋转夹盘调节柱4即可调节上活动夹盘2与下活动夹盘1之间的距离。
光纤夹具6,7下端连接处与下活动夹盘1连接固定,上端连接处固定在上活动夹盘2的直线型卡槽2-1轨道中。光纤夹具6,7上下两组连接处之间的距离固定,当上活动夹盘2与下活动夹盘1距离改变时,光纤夹具7和带电机的光纤夹具6的倾斜角度随之改变,由于上活动夹盘1和下活动夹盘2无法完全重合,两盘之间的厚度限制倾斜角度有一个最小角度,本专利所示装置图中由于厚度限制,如图11所示,最小角度为γ。倾斜角度的调整范围在γ至90度之间。通过调节a的大小,可获得γ的最小值。
带电机的光纤夹具6由通孔电机带动自转。
光纤夹具6,7每两个之间均通过履带连接,在履带的传动作用下旋转,6-2和7-2为凹槽。
履带在相邻的光纤夹具6,7之间相互连接,同时为确保在光纤夹具6,7之间倾斜角度改变时履带保持绷紧,每段履带需与履带调节装置5连接。履带通过5-1、6-2和7-2的凹槽连接。
履带调节装置5置于上活动夹盘2上端且可活动,用以调节履带的张驰度。
旋转调节柱3上端有凸起且带弹簧的小球,用于与光纤研磨夹具固定装置9连接。同时保证光纤研磨装置可旋转,每次旋转均以弹簧小球转动到下一个卡槽为基准(如图7所示),以方便对光纤同轴性的调节,同轴性是指光纤在电机转动的过程中,光纤的中心与旋转中心的重合程度,同轴性越好,光纤中心与旋转中心的重合度程度越高。
光纤夹具6,7的尾端采用一种可置入多个精细螺栓的尾管,通过精细螺栓的微调实现同轴性的调节。
本装置通过两种旋转相互结合的研磨方式,以获得优良的锥形光纤端。其一是由带电机的光纤夹具6,通过履带传动的方式带动所有光纤夹具的自转,从而实现光纤沿轴心旋转的目的;其二是研磨盘的旋转,用以对光纤端的研磨。两种旋转方式相结合,可以获得锥形优良的光纤端。
(四)附图说明
图1是光纤研磨装置示意图,一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置是由下活动夹盘1、上活动夹盘2、旋转调节柱3、夹盘调节柱4、履带调节装置5、带电机的光纤夹具6和光纤夹具7组成。
图2是下活动夹盘1以及旋转调节柱3,旋转调节柱3上端采用的是一圈带弹簧的小球,用于与整体支架的连接,方便转换(如图7所示)。
图3是上活动夹盘2和夹盘调节柱4,2-1是直线型卡槽,用于固定光纤夹具6,7的上端连接处。
图4是带电机的光纤夹具6及其构造视图。6-1是光纤固定夹具,用于控制装置中光纤的长度。6-2凹槽用于履带的连接;6-3是中间芯;6-4用于光纤夹具7与上活动夹盘和下活动夹盘的连接;6-5是轴承珠,由6-4和6-5于6-3上下两端连接处构成轴承结构;6-6用于同轴性的微调,其上有4排螺纹孔;6-7是通孔电机。
图5是光纤夹具7及其构造视图。7-1是光纤固定夹具,用于控制装置中光纤的长度。7-2凹槽用于履带的连接;7-3是中间芯;7-4用于光纤夹具7与上活动夹盘和下活动夹盘的连接;7-5是轴承珠,由7-4和7-5于7-3上下两端连接处构成轴承结构;7-6用于同轴性的微调,其上有4排螺纹孔,置入精细螺栓调节同轴性。
图6履带调节装置5及其构造视图,5-1用于履带连接;5-2是轴承珠;5-3用于活动固定于上活动夹盘。
图7是一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置工作时的示意图,前方放置一个置于三维位移调节平台上的竖直向上的相机8-1,用于调节光纤同轴性;同时在研磨机的侧面放置一个置于三维位移调节平台的水平正对研磨盘的相机8-2用于观测调节光纤夹角。
图8是一根同轴双波导光纤的锥体研磨步骤及研磨之后的效果图,图8(d)中的角度θ代表研磨的锥角角度。
图9是光纤与光纤夹具的装配图。
图10是光纤置入光纤夹具6,7的示意图,11是光纤,12-1是毛细钢管,12-2是毛细钢管外的一个柱形体,装入光纤夹具6,7后恰好在光纤夹具6,7的尾管处,尾管的精细螺栓的调节可以实现光纤中心的微调,13是陶瓷插芯,与毛细钢管12连接。
图11是光纤研磨的最小角度示意图。
(五)具体实施方式
下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。
图7给出了一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置,其正下方放置研磨机。前方放置一个置于三维位移调节平台上的竖直向上的相机8-1,用于调节光纤同轴性;同时在研磨机的侧面放置一个置于三维位移调节平台的水平正对研磨盘的相机8-2用于观测调节光纤夹角。
图10是研磨前的准备工作,首先准备所需研磨光纤,尾端剥去涂覆层,在切割并用酒精擦拭后置于陶瓷插芯13中,陶瓷插芯13与不锈钢毛细管12连接,光纤其余部分穿过不锈钢毛细管,最后置于光纤夹具6,7中,效果如图9所示。
转动夹盘调节柱4,由于下活动夹盘1和上活动夹盘2之间的距离发生变化,故倾斜的光纤夹具6,7随之变化,直到竖直向下即停止,调节相机8-1位置。使得相机8-1与某一光纤夹具6,7的旋转中心处于同一直线上。此时通过相机8-1观察此光纤夹具6,7自转时光纤的同轴性,通过调节尾管6-6,7-6的精细螺栓,直至光纤轴心时与旋转中心一直,完成光纤同轴性调节。
完成第一个光纤夹具6,7的调节后,图7的放大图中所示,转动旋转调节柱3,使得下一个光纤夹,6,7处于相机8-1的正上方,重复上述步骤,完成所有光纤同轴性调节。
当完成同轴性的调节之后,启用侧面放置的相机8-2,通过旋转夹盘调节柱4调节光纤倾斜角度。随后降低光纤研磨装置整体的高度,在相机8-2画面中观测,使得光纤端与研磨盘平面充分接触,完成以上工作之后开启研磨机,研磨流程如图8所示。最终将获得多个角度相等且同轴性好的具有锥台形尾端的光纤。

Claims (4)

1.一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置。其特征是:它由下活动夹盘1、上活动夹盘2、旋转调节柱3、夹盘调节柱4、履带调节装置5、带电机的光纤夹具6和光纤夹具7组成;光纤夹具6,7所夹持光纤的轴心与旋转中心重合,进行旋转,并使光纤端与匀速旋转的研磨盘之间接触,从而获得同轴性优良的锥体光纤端。
2.一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置,可实现多根光纤锥角同时调节和多根光纤端的研磨,同时获得多根锥体角度相同的光纤。
3.一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置可使用多种比例的光纤夹具7和带电机的光纤夹具6的组合,实现锥体光纤端的研磨。
4.一种可同时完成多个锥体光纤端研磨的光纤研磨装置的光纤夹具6,7,在光纤夹具6,7的尾端采用一种可置入多个精细螺栓的尾管,通过精细螺栓的微调实现同轴性的调节。
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