CN1267755C - 切割塑料光学纤维的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种切割塑料光学纤维的切割装置，其包括：用于切割塑料光学纤维的切割件；和用于将所述切割件定位于至少一个第一位置和至少一个第二位置的定位装置，在第一位置处对塑料光学纤维进行粗切割，在第二位置处对塑料光学纤维进行精切割。相应的切割方法包括在粗切割状态进行粗切割和在受控的切割状态下进行精切割的多个切割步骤。通过该方法，由于降低了切割时作用于光学纤维的载荷，因而减小了切割后光学纤维传输性能的衰退。

Description

切割塑料光学纤维的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种切割用于光学通信的塑料光学纤维的装置和方法，所述纤维在其外部周围具有包含覆层的涂层。

背景技术

为了将塑料光学纤维固定到光信号插头上，例如，可通过锋利的切刀切压塑料光学纤维，从而利用压力对其进行剪切(参见日本实用新型登记号2573619)，而将用于光学通信的塑料光学纤维的端部切掉。但是，这种强行的切断会在塑料光学纤维的切割平面上形成碎屑和/或裂纹，从而降低了后续的加工塑料光学纤维端面的步骤中的加工精度。为此，JP平7-294748A公开了一种改进的方法，其中，在通过加热提高了切刀和塑料光学纤维的温度的状态下来切割塑料光学纤维，从而避免了在塑料光学纤维的切割平面内出现碎屑和/或裂纹。但是，该方法的另一个问题是，由于提高了温度，除了端面以外还使一部分塑料光学纤维产生变形，并降低了塑料光学纤维的内部光学性能。

在大部分塑料光学纤维(POF)中，将热塑性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为POF的芯部材料，而将氟基树脂作为形成于芯部外周部分的覆层材料。另外，目前可从市场上购买到多种塑料光学纤维，其每一种都是多模型的。

通过将线缆的塑料光学纤维固定到插头上并将插头插入到另一个设备的插孔中，从而将一个设备的塑料光缆连接到另一个设备上，在此情况下要求，即使在用一个新的线缆来替换了旧的线缆的情况下，光学传输性能也不发生变化。图1A是将插头插入到插座中的典型截面图。如图所示，插入插头11中心孔中的塑料光学纤维1的端部形成于一个具有特定半径的球面R内，塑料光学纤维1的端部与设备的光接受元件11c之间的距离“a”设定为一个特定的长度。

图1A所示的结构设计为，即使在用一个新的插头来更换插头11的情况下，插座11b和插头11之间的位置关系也保持恒定。因此，由于塑料光学纤维1的端部球面R到插头11的位置保持恒定，因而用一个新的插头来更换插头11不会影响塑料光学纤维1的光传输性能。

如图1B所示，利用塑料光学纤维1的热塑性来形成塑料光学纤维1的端部表面。具体地说，对在其一端具有特定半径凹形面的成型模11d进行加热，并将其压向固定到插头11上的塑料光学纤维1的端部表面。成型模11d的热量使塑料光学纤维1的端部表面软化，从而就可将成型模11d的凹形面传递给塑料光学纤维1的端部表面，并形成一个凸形面R。

可认为在进行了成型加工之后软化树脂的体积不发生变化。因此，为使图1A所示的距离“a”保持不变，必须将塑料光学纤维1固定在插头11上，从而在形成塑料光学纤维1的凸形面R之前使端部表面到插头11的位置保持恒定。为此，将塑料光学纤维1固定在具有从插头11伸出足够长部分的插头11上，并在与插头11有关的一个特定位置上将塑料光学纤维1切断，从而使在后续步骤中所形成的凸形面R的位置保持恒定。

通常是利用锋利的切割工具例如可从市场上购买到的切刀或剃刀来切割塑料光学纤维。在此情况下，如图1C所示，会在垂直于塑料光学纤维轴线的切割平面上出现形成塑料光学纤维主体的树脂碎屑和/或裂纹。这种碎屑和/或裂纹仍会保留在图1B所示后续步骤中所形成的端部表面上，从而引起会使传输性能发生改变的故障，例如，凸形面发生故障或产生裂纹。

如图1D所示，如果用先前加热的切刀来切割塑料光学纤维，覆层等就会须状伸长，并粘附于在形成POF端部表面时要轧制成凸平面的切割表面上，从而减低了POF的传输性能。

另外，JP昭58-175630A公开了一种利用安装在超声振动激励器上的切割刀片来切割塑料材料的方法，其中，通过切割刀片将超声振动集中于待切割的塑料材料部分上并将力作用于与塑料材料相接触的切割刀片，从而来切割塑料材料。

为了使切割的POF具有所需要的光学传输性能，人们尝试通过利用高频机械振动切割方法或超声振动切割方法来切割POF。即使在采用了这些方法的情况下，也存在着很多的不便。由于覆层及类似的层设置在POF芯部的外圆周表面上，当切割刀片和光学纤维过度受热时(即使是利用高频机械振动激励器来进行加热)，覆层及类似的层通常会须状伸长，且这种伸长的须会粘附在切割平面上，并在形成端部表面时夹带在POF的端部表面上，从而降低POF的传输性能。另外，根据相关技术中的高频机械振动切割方法，很难达到要获得均匀切割平面所需要的最优加工状态，例如，确定POF切断件的长度的状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种切割塑料光学纤维的方法和装置，在切割时可减小作用于塑料光学纤维的载荷，从而降低切割后塑料光学纤维传输性能的衰减。

为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供一种切割塑料光学纤维的切割装置，其包括用于切割塑料光学纤维的切割件和用于将切割件定位于至少一个第一位置和至少一个第二位置的定位装置，在第一位置处对塑料光学纤维进行粗切割，在第二位置处对塑料光学纤维进行精切割；所述切割件包括用于对所述塑料光学纤维进行精切割的第一切割件和用于对所述塑料光学纤维进行粗切割的第二切割件。切割装置还包括用于向与塑料光学纤维相接触的切割件部分作用高频机械振动的振动装置，该振动装置允许切割件对塑料光学纤维的接触部分进行加热和切割。

为实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供一种利用切割装置来切割塑料光学纤维的切割方法，其包括以下的步骤：将切割装置定位于要对塑料光学纤维进行粗切割的第一位置，在第一位置通过切割装置来切割塑料光学纤维，将塑料光学纤维定位于要对塑料光学纤维进行精切割的第二位置，在第二位置通过切割装置来切割塑料光学纤维；

在该切割方法中，在每个切割步骤中，通过高频机械振动来加热切割装置，并对塑料光学纤维进行切割；其还包括以下步骤：

检测所述切割装置的温度是否达到一个特定的温度；

其中，当检测到所述切割装置的温度达到所述特定温度时，对所述塑料光学纤维进行切割。

本发明的用于切割塑料光学纤维的装置和方法具有如下的优点：

由于可对要切下的塑料光学纤维部分进行精确的切割，同时代表切割装置的锋利切割刀片又对其进行加热，因此，大大地降低了切割时作用于塑料光学纤维上的力，从而避免了在塑料光学纤维的切割平面上出现碎屑和/或裂纹，并延长了切割刀片的使用寿命，降低了更换和调整切割刀片所需的费用。由于在精切割步骤中塑料光学纤维切得很薄，因此，可形成准确光滑的塑料光学纤维切割平面，从而提高了后续步骤中塑料光学纤维端面的成型精度，并避免了在此成型步骤中出现故障。

除了上述的基本结构之外，根据本发明的一种优选形式，在精切割步骤中进行最优温度控制。通过这种结构，就可避免出现由于覆层伸长以及软化的塑料光学纤维伸长而引起的不便，且不需要进行任何额外的后处理。

根据本发明的另一种优选形式，切割装置在工作状态下具有较大的柔性。具体地说，切割装置的工作状态可在一个较宽的范围内变化，例如，通过改变基本切割操作组合，例如，代表切割装置的切割刀片沿切割方向的运动，塑料光学纤维沿垂直于切割刀片运动方向的方向的运动和控制高频机械振动对切割刀片的加热程度，从而使其从适合于在服务店少量的切割塑料光学纤维变化到适合于在工厂中大量地切割塑料光学纤维。

根据本发明的另外一种优选形式，切割装置为双片式切割刀片元件，其具有粗切割刀刃和精切割刀刃，双片式切割刀片元件安装在同一个切割柄上。通过这种结构，简化了切割装置和切割加工过程，因此而降低了切割塑料光学纤维的成本。

根据本发明的又一种优选的形式，塑料光学纤维安装到一个插头上，并具有从插头伸出的较长的伸出部分，反复多次地切割塑料光学纤维的伸出部分。通过这种结构，由于反复地对伸出部分进行切割，因而可获得所需的塑料光学纤维切割平面，而且，由于对塑料光学纤维的伸出部分开始的切割是粗切割，因而降低了加工成本，虽然这种切割要反复进行多次。

根据本发明的另一种优选形式，切割装置带有外围设备，例如冷却装置。通过这种结构，切割装置可较为方便地变换成可满足使用者特殊需求的形式。另外，由于切割装置可变换成满足使用者最低特殊需求的形式，因此，其可以较低的代价来满足每个使用者的需求。

附图的简要说明

本发明上述的和其他的目的、特征和优点可从下面结合附图对本发明优选实施例所进行的描述中清楚地得出，其中：

图1A显示了安装有塑料光学纤维的插头插入到插孔中的状态，图1B示出了通过成型模具形成塑料光学纤维端部表面的步骤，图1C和1D显示了在通过相关技术的切割方法来切割塑料光学纤维的端部表面时在塑料光学纤维端部表面出现的影响传输性能的碎屑和裂纹的状态；

图2显示了通过作用了高频振动的切割装置来切割塑料光学纤维的状态；

图3是本发明的塑料光学纤维切割装置的透视图；

图4A和4B分别是图3所示的切割装置的正视图和侧视图；

图5A和5B分别是本发明的塑料光学纤维切割装置的正面和侧面的视图，该装置装有粗加工切割刀片和精加工切割刀片；

图6A是双片式切割刀片元件的结构透视图，图6B是在一次过程中进行粗切割和精切割的方法的视图；

图7A-7E示出了具有不同横截面形状的每个切割刀片相对于塑料光学纤维的安装角和运动方向；

图8是表示在切割塑料光学纤维时塑料光学纤维的覆层须状伸长的透视图；

图9A-9D是为避免覆层须状伸长所进行的测量的视图。

对推荐实施例的说明

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行描述。

首先将结合附图2来对利用超声振动来切割塑料光学纤维(POF)的方法进行简要的描述。图2是表示利用超声切割装置的POF切割方法的透视图。POF1放置在代表机座的一个工作平台16上，通过拨去表皮使POF1从光学线缆1a中露出。POF1包括位于其中部的芯部和位于芯部外周的覆层。可在覆层的外圆周表面上设置用于机械保护POF1的保护层或类似的结构。在说明书中，覆层、保护层及设置在芯部外圆周表面上的类似结构都统称为“涂层”。

代表切割装置的超声切割装置3的结构是这样的，锋利的切割刀片2固定到高频机械振动激励器4上，且切割刀片2与振动激励器4一起安装在切割柄15的前端。切割柄15在图2中给予示出。超声切割装置3支承成使图2中阴影线所表示的切割刀片2的侧表面垂直于工作平台16的工作面，且切割刃线2f平性于工作平台16。当切割刃线2f垂直于POF1布置时，超声切割装置3就沿垂直于工作平台16的方向“g”振动来切割POF1.最好，方向“g”还垂直于切割刃线2f。

当高频电流从电源(未示出)供应给高频机械振动激励器4时，就在切割刀片2的前端产生超声振动。在此情况下，切割刀片2就用作一个悬臂。切割刀片2的切割刃线2f与工作平台16上的POF1相接触，POF1受到超声振动，并因此而被加热和软化。因此，就可很容易地沿垂直于方向“g”的方向将POF1切断。

根据从POF1上切割下的切断件的长度或厚度的不同，POF1的切割平面的状态是不同的。通常，POF1的切断件的长度变短，POF1的切割平面的状态就将变好。其原因是POF1的切断件的长度变长，在切割时作用于切割平面的载荷就变大，从而使切割平面的状态变坏，并增大切割平面的局部缺陷。

在一般的切割光学纤维线缆的方法中，为了便于加工，POF1从光学纤维线缆表皮中露出的较长，切断POF1，从而来获得所需长度的POF1。由于上述的原因，这种方法不能获得所需的POF1切割平面。为解决这一问题，本发明提供了一种分步切割方法，其包括粗切割步骤和精切割步骤，在粗切割步骤，切割POF1，从而切割下带有仍具有特定厚度的精切断件1d的粗切断件1c，而在精切割步骤，再次切割POF1，并切下精切断件1d，从而抑制了POF1切割平面变坏的发生。本发明经过实验证实，按照上述的包含粗切割步骤和至少一次精切割步骤点分步切割方法，可以以较为精确的切割平面来切割POF1。

应当注意的是，精切割步骤并不限于一次，而是可重复多次。在反复进行精切割的情况下，多个精切断件1d的厚度可以是相同的，或者在每次重复切割时连续地减小其厚度。

在粗精切割步骤中，由于POF1切断件的长度和厚度较大，超声振动也应尽可能地大，从而大大地提高POF1的温度并使其软化，这样就可通过在切割刀片2的刀片平面中部或其附近作用较小的力来切断软化的POF1。在这种情况下来进行粗切割就可在校短的时间内来完成切割。另外，在精切割步骤中，由于POF1的切断件的厚度较小，来控制并减小超声振动，从而使POF1的温度升高得尽可能的小，并在切割刀片2的切割刃上作用较小的力就可将POF1切断。并可更为精细地改变超声振动的强、弱感应组合。

POF1可根据需要有选择地组合上述分步切割方法中的基本步骤来进行切割。分步切割方法还可结合一些辅助的步骤，例如，冷却步骤。这就可能获得所需的不会影响POF1传输性能的POF1切割平面。应当注意，在该实施例中，POF切割方法和装置是作为作用于安装在插头上的POF的方法和装置进行描述的，但它们并不局限于此，其可广泛地应用于作用于不安装在插头上的POF的一般POF切割方法和装置。

下面将结合附图3、4A和4B来对本发明的可半自动地切割安装在插头11上的POF1的塑料光学纤维切割装置进行描述。图3是塑料光学纤维切割装置17的透视图，图4A是切割装置17的侧视图，图4B是切割装置17的正视图。在这些图中，符号X、Y和Z表示参照坐标轴。

通过拨去表皮而使POF1从光学纤维线缆1a中露出，并将POF1以如下的方式安装在插头11上，即，具有足够长度的POF1部分从插头11的前端伸出。

塑料光学纤维切割装置17的结构是这样的，即，其各个元件都设置在一个大致为矩形的代表机座的工作平台16上。代表机座的工作平台16的前表面平行于X-Y平面。矩形的平行六面体插头安装座17a固定在代表机座16的工作平台的特定位置上。平行于Y轴延伸的V形槽形成于插头安装座17a的安装平面上，用于使插头11沿Y方向定位的纵向定位部分17b沿+Y方向形成于V形槽的一端。

矩形平行六面体的POF支承座17c沿-Y方向固定在工作平台16偏离插头安装座17a的位置上。

通过将插头11的本体安装到插头安装座17a的V形槽中，并使插头11位于线缆侧的端面与纵向定位部分17b相接触使插头11沿Y方向定位，从而将插头11安装在插头安装座17a上。将从插头11伸出的POF1的伸出部分放置在POF支承座17c的上表面上。在图5B中(后面将进行描述)，通过板弹簧17k沿+X方向压插头11来使插头11固定就位。

POF支承座17c的上表面为平行于X轴和Y轴的平坦平面，但是，由于用于切割POF1的切割刀片2在切割时沿X方向对POF1作用了力，几乎平行于Y轴延伸的凸起设置在POF支承座17c的上表面，以便由该凸起从+X方向来支承POF1。

从插头11前端伸出的POF1部分在切割刀片2与POF1相接触的位置处由切割刀片2切断，上述位置与插头11的前端间隔一个第一特定距离。如图4B所示，切割刀片2平行于X-Z平面，且切割刃线2f平行于与工作平台16的上表面相垂直的Z轴。这样切割刀片2就从+X方向进刀来切割POF1。

高频机械振动激励器4与切割刀片2相连，从而在与切割刀片2的切割刃线2f相接触的物件上作用超声振动。超声振动使物件被加热并容易切割。切割刀片2和高频机械振动激励器4都固定在切割柄15的前端。切割柄15通过紧固螺钉18a固定在超声切割装置连接器18上。

立柱17d固定在工作平台16上，并可沿Y方向运动。输送螺杆支架17e支承在立柱17d的上表面上。输送螺杆支架侧板6作为输送螺杆支架17e的主要部件大致沿平行于X轴的方向延伸。POF1的切割位置由切割刀片2在Y方向也就是插头11的纵向方向的位置来确定。因此，可通过使立柱17d沿Y方向运动从而使切割刀片2沿Y方向运动来确定POF1的切割位置。换句话说，立柱17d可用作用于确定POF1切割位置的定位装置。

进给马达17f固定在输送螺杆支架17e的右端，引导螺杆17g直接与进给马达17f的转动轴相连，并安装在输送螺杆支架17e内。随着进给马达17f的转动，与引导螺杆17g螺纹连接的螺母18b就可沿X方向运动。沿水平方向开设的槽17h设置在输送螺杆支架的侧板6上，用于将螺母18b连接到超声切割装置连接器18上的连接装置18c安装在槽17h中。因此，超声切割装置连接器18可沿平行于X轴的方向将输送螺杆支架侧板6的表面作为引导表面来进行运动。

可通过松动紧固螺钉18a并使切割柄15向前或向后移动来调节POF1与切割刀片2的切割刃线2f沿Z方向的接触位置。另外，这种调节也可通过改变立柱17d的结构使其可相对于机座16沿Z方向上下伸缩运动来实现。

在进行切割后，将切割刀片2沿Y方向的位置调整到靠近插头11前端的位置处，在此将POF1切断，并使其具有一个第二特定长度的残留部分。此后，通过控制进给马达17f的转动方向和转动速度来使切割刀片2沿X方向反复运动。从而就可连续地进行切割。

切割装置17由控制装置进行控制，该控制装置用于控制代表切割装置的切割刀片2的运动步骤。该控制装置通常由一个被称为定序器的控制单元(未示出)来表示。为了自动地控制切割装置17，需要设置用于检测超声切割装置连接器18在X方向位置的位置检测装置。位置检测装置可包括一个切割起始位置检测开关5b，其代表用于检测切割刀片2在X轴上的切割起始位置的第一位置检测装置，和一个切割终了位置检测开关5a，其代表用于检测切割刀片2在X轴上的切割终了位置的第二位置检测装置。

这些切割终了位置检测开关5a和切割起始位置检测开关5b通常被称为传感器开关。传感器开关的每个元件都安装在输送螺杆支架17e上，用于检测超声切割装置连接器18在X方向的运动位置。根据传感器5所发出的检测信号，通过定序器就可控制作用于高频机械振动激励器4的电流。

总之，当切割刀片2到达位于切割刀片2的切割起始侧的POF1一端时，代表第一位置检测装置的切割起始位置检测开关5b就启动，而当切割刀片2到达位于切割刀片2的切割终了侧的POF1一端时，代表第二位置检测装置的切割终了位置检测开关5a就启动。因此，当切割起始位置检测开关5b启动时，交流电流就通过定序器作用于高频机械振动激励器4，从而通过超声振动进行加热来提高切割刀片2的温度。同时，当切割终了位置检测开关5a启动时，作用于高频机械振动激励器4的交流电流就受到控制，从而将切割刀片2的温度设定为特定的温度或更小的值。

如图4B所示，传感器可以是一个简单的且较便宜的接触式限位开关。从延长使用寿命的角度看，传感器可设计成一个非接触式的光电断路器。可增大传感器的数目以便于精确地控制切割操作的起始和终了位置。为了调节传感器的传感位置，可改变传感器在输送螺杆支架17e上的安装位置，或者改变安装在用于启动传感器5的超声切割装置连接器18上的止动器的位置，尽管其未在图中予以示出。

下面将对使用塑料光学纤维切割装置17的切割操作进行描述。在此假定已确定了切割光学纤维的切割状态且切割刀片2已设定在最佳位置上。准备好作为待切割工件的带有插头11的光学纤维线缆。通过将插头11的本体安装在形成于插头安装座17a上的V形槽中，并使位于线缆侧的插头11的端面与纵向定位部分17b相接触，从而使插头11沿Y方向定位，由此而将插头11定位于插头安装座17a上。然后，再以适当的方式使插头11固定就位。从插头11前端伸出的POF1的伸出部分放置在POF支承座17c的上表面上。

此时，如图4B所示，切割刀片2就位于POF1的前方。通过压下起始开关(未示出)，从而启动切割操作。切割刀片2保持与X-Z平面平行，其切割刃线2f与垂直于工作平台16上表面的Z轴平行。保持这种状态，切割刀片2就沿X方向进给。高频机械振动激励器4通过切割刀片2而将超声振动作用于POF1，从而通过超声振动进行加热来提高POF1的温度。从而就可通过切割刀片2较为容易地来切割POF1。

利用传感器5及类似的装置来控制切割刀片2的运动，并使其返回到起始位置并在此停止。在完成切割之后，将作为工件的带有插头11的光学纤维线缆从切割装置上移去，并将下一个工件固定在切割装置上。由此而完成了第一粗切割步骤。

在多个POF中的每一个经受多次切割操作的情况下，在多个POF进行了第一单切割步骤批处理，例如上述的粗切割步骤之后，就可通过沿Y方向移动代表定位装置的立柱17d的位置来改变切割状态，例如，切割刀片2的切割位置，并对多个POF进行第二单切割步骤批处理，例如精切割步骤。这种切割方法可有效地对多个POF进行多次切割操作。

在一个处理POF的步骤包括多个切割操作例如粗切割操作和精切割操作的情况下，另外，在进行切割操作以外的其它操作例如吹冷却气流的操作的情况下，就需要进行一些测量。从硬件的角度讲，后面将进行完整的描述，其需要提供一个用于吹冷却气雾的喷嘴8a、一个用于检测覆层软化程度的传感器以及类似的装置。在一些情况下，需要提供一个可使切割刀片2沿X方向以外的方向自动运动的机构。另外，从软件角度讲，尽管切割操作在工作场所几乎是手动进行的，而在大批量生产的工厂完全是自动进行的，其需要提供用于在从半自动到全自动这样一个较大的范围内自动满足各种需求的软件。在此情况下，可根据所需的工作范围来确定切割装置的最佳工作状态。

下面将结合附图5A和5B来对本发明切割装置的另一个实施例进行描述，该切割装置包括一个用于精切割的切割柄和一个用于粗切割的切割柄，用于精切割的切割柄具有第一切割刀片，而用于粗切割的切割柄具有第二切割刀片。图5A是该实施例的塑料光学纤维切割装置的侧视图，图5B是该塑料光学纤维切割装置的正视图。与图4A和4B类似，符号X、Y和Z表示参照坐标轴。POF的安装方向和相应部件的结构都与图4A和4B所示的相同。

如图5A和5B所示，两个立柱27a都固定在工作平台16的一端。横截面为槽形的输送螺杆支架27e安装在每个立柱27a的上端，并沿水平方向也就是平行于X轴的方向延伸。粗切割引导螺杆27c安装在一个输送螺杆支架27e内，该引导螺杆由进给马达27f驱动旋转。类似地，精切割引导螺杆27d安装在另一个输送螺杆支架27e内，该引导螺杆由另一个进给马达27f驱动旋转。

位于图5A正视图左侧的、与引导螺杆相啮合的螺母28b通过连接装置28c与超声切割装置连接器28连接成一体，用于精切割的切割柄25d安装在超声切割装置连接器28上。尽管在图中未示出，高频机械振动激励器4包含在切割柄25d内，且用于精切割的切割刀片22d固定在高频机械振动激励器4的前端。超声切割装置连接器28可平行于X轴滑动，同时由输送螺杆支架侧板26d的前表面引导来进行精切割。因此，随着进给马达27f的转动，用于精切割的切割刀片22d通过引导螺杆27d而平行于X轴地移动一个距离，该移动的距离与所述转动角度成比例。

与用于精切割的切割刀片22d类似，用于粗切割的切割刀片22c由引导螺杆27c的转动而驱动，从而在图5A右侧进行粗切割，并平行于X轴滑动，同时由输送螺杆支架侧板26c的前表面进行引导。与引导螺杆27c相啮合的螺母28b通过连接装置28c与与位于左侧的超声切割装置连接器28成镜像关系的超声切割装置连接器连接成一体，用于粗切割的切割柄25c安装在超声切割装置连接器上。应当注意，在图5A中略去了位于右侧的超声切割装置连接器和用于粗切割的切割柄25c。

如图5A所示，用于精切割的切割刀片22d和用于粗切割的切割刀片22c在垂直于Y轴的同一平面内运动，如图5B所示，切割刀片22d和22c可分别在精切割运动范围LD和粗切割运动范围LC内运动。在进行切割之前，切割柄25d和25c位于左端实线所表示的等待位置，而在进行了切割之后，切割柄25d和25c分别位于右端虚线所表示的离开位置25dx和25cx。根据这种结构，可将切割装置的前侧宽度作得尽可能的小。

在已结束了粗切割操作的粗切割切割柄25c运动到离开位置25cx之后，精切割切割柄25d就运动并由用于精切割的切割刀片22d进行精切割操作。此时，由于切割柄25d不会运动而超过离开位置25dx，用于精切割的切割刀片22d因此而不会与已运动到离开位置25cx的用于粗切割的切割刀片22c发生干涉。应当注意，为了避免两个切割刀片之间发生干涉，如图4A和4B所示，平行于X轴相距一定距离设置两个切割装置保持/移动机构，该距离足够的大以便使设置在切割装置保持/移动机构之间的两个切割刀片不会发生干涉，并可由沿X轴方向运动的Y方向进给装置21(下面将进行描述)移动。在此情况下，需要增大Y方向进给装置21的行程。

上述可沿Y方向运动的Y方向进给装置21设置在机座16上。Y方向进给装置21的进给装置底座21a设置得可使其沿平行于Y轴的方向在机座16的上表面运动，同时由安装在机座16上的两个引导装置进行引导。插头安装座17a和POF支承座17c以与图3所示位置关系相同的方式固定在进给装置底座21a上。通过将插头11安装在插头安装座17a的V形槽中并使插头11的一端与位于V形槽一端的纵向定位部分17b相接触，从而将插头11定位于插头安装座17a上。可通过固定于插头安装座17a上的板弹簧17k来压插头11，从而将插头11保持在插头安装座17a上。

引导螺杆21g由安装在安装座21c上的Y方向进给马达21f进行驱动，从而使与同引导螺杆21g相啮合的螺母(未示出)相连接的进给装置底座21a平行于Y轴运动，由此来改变POF1与用于精切割的切割刀片22d和用于粗切割的切割刀片22c之间沿Y轴方向的位置关系，而上述安装座21c固定在机座16上。

换句话说，POF1相对于每个切割刀片在Y轴方向的运动量与Y方向进给马达21f的转动角度成比例。因此，POF1的切割量，也就是POF1的粗切断件或精切断件的厚度或长度可通过控制Y方向进给马达21f的转动来自由地进行确定。当然，由于每个切割刀片与POF1之间的位置关系是相对确定的，例如可通过相对于机座16来移动立柱27a就可使每个切割刀片的运动平面相对于机座16移动。

下面将描述图5A和5B所示的塑料光学纤维切割装置20的工作过程。假定连续地进行两次粗切割加工和一次精切割加工。可使POF1最终切割平面具有最佳状态的精切断件的长度或厚度可通过实验来确定。第二次粗切断件的长度也可通过实验来确定。因此而确定两次切割加工所形成的第二粗切断件和精切断件的总长度。这样就已经知道了在后续步骤中用于形成POF1的一个端部所需要的POF1的长度。因此，在第一粗切割加工中，切断POF1，而留下具有上述总长度的POF1部分。

根据定位方式的不同，切割位置的设定是本体的。例如，通过规定到插头11后端的距离来设定切割位置。到插头11后端的距离表示成Y方向进给马达21f从初始值所移动的量。将每次粗切割和精切割加工的切割位置输入用于控制切割装置的控制器中，该控制器通常被称为“定序器”。

在开始第一粗切割加工之前，将被选定的用来满足第一粗切割加工所需要求的用于第一粗切割加工的切割刀片的结构、切割刀片的进给速度以及加热状态输入到定序器中。加热状态包括开始激励的时间、结束激励的时间和电流的作用量。对于第二粗切割加工和精切割加工也同样是正确的。而且也设定了在每次切割加工中传感器(在图5A和5B中未示出)不同的传感位置。

下面将描述塑料光学纤维切割装置20的切割步骤。

(1)移动Y方向进给装置21从而将用于粗切割的切割刀片22c定位于POF1的粗切割位置上，并使具有所有切断件总长度的POF部分从插头11的端面伸出。

(2)用于粗切割的切割刀片22c开始沿+X方向，也就是沿切割方向移动到POF1的粗切割起始位置。

(3)通过传感器5检测用于粗切割的切割刀片22c是否沿切割方向已移动到POF1的粗切割起始位置。

(4)根据传感器5所发出的表示用于粗切割的切割刀片22c已到达POF1的粗切割起始位置信号，开始进行高频机械振动加热用于粗切割的切割刀片22c，其还包括以下步骤：

检测所述切割装置的温度是否达到一个特定的温度；

其中，当检测到所述切割装置的温度达到所述特定温度时，对所述塑料光学纤维进行切割。

(5)用于粗切割的切割刀片22c沿切割方向移动来切割POF1并同时对其进行加热。

(6)通过传感器5检测切割刀片22c是否已到达POF1的位于切割刀片22c的切割端部侧的端部位置处。

(7)根据传感器5所发出的信号，停止加热从而结束(第一)粗切割步骤，并使切割柄25c返回到位于左端的等待位置。

改变POF1的切割位置，以特定的次数(在该实施例中是一次)重复包括上述分步骤(1)-(7)在内的粗切割步骤。以特定的次数重复完成所有的粗切割步骤之后，用于粗切割的切割刀片22c离开离开位置25cx。

(8)Y方向进给马达21f转动，从而使插头安装座17a运动直到代表精切割装置的用于精切割的切割刀片22d到达相应于POF1的(第一)切割位置的位置时为止，更具体的是，使精切割装置运动到在纵向方向与插头11的前端间隔特定距离的一个位置处。

(9)用于精切割的切割刀片22d沿+X轴方向，也就是沿切割方向运动到精切割起始位置。

(10)通过传感器检测用于精切割的切割刀片22d是否已运动到精切割起始位置。

(11)根据传感器所发出的表示用于精切割的切割刀片22d已到达精切割起始位置的信号，对用于精切割的切割刀片22d作用高频机械振动。

(12)用于精切割的切割刀片22d沿切割方向运动来切割POF1。

(13)通过传感器检测切割是否结束，也就是，用于精切割的切割刀片22d是否已到达POF1的位于切割刀片22d的切割端部侧的一个端部位置处。

(14)根据传感器所发出的表示切割结束的信号，停止高频机械振动，从而完成精切割步骤。

在进行多次精切割加工并同时改变切割长度的情况下，可重复精切割步骤的上述分步骤(8)-(14)特定的次数。在完成特定次数的精切割加工之后，用于精切割的切割刀片22d离开离开位置25dx。

这样就完成了包含多个连续的粗切割和精切割加工的切割过程。在完成切割之后，将插头11从插头安装座17a上卸下。在两个切割柄25c和25d从离开位置25cx和25dx返回到等待位置之后，将下一个工件的插头11放置到插头安装座17a上，然后进行切割。

在上述切割过程中，已用于第一粗切割加工的切割柄在朝离开位置运动之后不需要再返回到等待位置，或者可以直接返回到等待位置而不朝离开位置运动，或者可返回到位于紧接在切割起始位置之前的一个位置上而不返回到等待位置。用于粗切割的切割柄可以离开，直到为缩短切割时间而精确地设定了完成所有的粗切割加工时的离开位置为止。

当切割装置朝切割终了位置运动时，控制高频机械振动使其振动量低于切割过程中的振动量，而不是停止高频机械振动激励。

如上所述，塑料光学纤维切割装置20包括用于精切割和粗切割的两个切割刀片，其中，两个切割刀片相互独立地工作，其最好是用于连续多次的切割一个POF，而插头11仍固定在安装座上。下面将对上述切割装置的一种改进形式进行描述，这种改进的切割装置的成本较低，其中，类似于图4A和4B所示的切割装置17，一个切割柄进给装置使具有双片式切割刀片元件的唯一的一个切割柄运动。

下面将对安装到同一个切割柄上的用于粗切割和精切割加工的双片式切割刀片元件进行描述。在此情况下，粗切割刀片只用于对具有伸长部分的POF进行第一切割加工，精切割刀片用于对POF进行余下次数的切割加工。

首先，将结合附图6A和6B对双片式切割刀片元件的结构进行描述。图6A是双片式切割刀片元件2W的透视图，图6B示出了双片式切割刀片元件2W切割POF1时的状态。在图6B中，包含高频机械振动激励器4和双片式切割刀片元件2W的切割柄15以透视图的形式示出。

双片式切割刀片元件2W的两个切割刀片的两个切割刃线2f相互平行延伸。与图4A和4B所示的单片式切割刀片类似，切割柄15沿垂直于切割刃线2f的方向运动。双片式切割刀片元件2W的两个切割刀片用作粗切割刀片2c和精切割刀片2d。这些粗切割刀片2c和精切割2d以使其相互间隔开一个特定间隙的方式安装在同一个高频机械振动激励器4上。与粗切割刀片2c和精切割刀片2d相接触的POF1可由高频机械振动激励器4所产生的高频机械振动通过这些切割刀片2c和2d来进行加热。

在此情况下，为了调节POF1的加热度，切割刀片2c和2d沿切割刃线2地就是沿Z轴方向相互偏离，从而使粗切割刀片2c的中间部分与POF1的粗切割位置相对应，精切割刀片2d的前端与POF1的精切割位置相对应。安装切割刀片2c和2d使得其切割刃线2f沿切割柄15的前进方向(垂直于图6A和6B所示的X轴方向的Y轴方向)相互偏离。通过这种安装，在粗切割略微超过之后或刚好结束之后，开始进行精切割。

利用双片式切割刀片元件2W，可一次从POF1上切下具有较长伸长长度的粗切断件1c和具有特定伸长长度的精切断件1d。在此情况下，可利用双片式切割刀片元件2W的最佳部分也就是其每个切割刀片的中部和前端来切割POF1。通过适当的选择双片式切割刀片元件2W的结构使两个切割刀片沿竖直方向也就是Z轴方向或者沿横向也就是Y轴方向偏离开，位于插头前端的POF1的切割平面就会成为所需要的精切割平面1g。

假定双片式切割刀片元件2W的两个切割刀片之间的间隙表示为“d”，如果进行切割使切下的精切断件1d薄于该间隙“d”，粗切割刀片2c就不会与POF1相接触，也就是，粗切割刀片2c不用于切割操作。因此，在每次切割过程中，在切下的精切断件薄于间隙“d”的情况下，通过反复多次切割POF1，就可获得与利用单片式切割刀片所获得的效果相同的效果。

双片式切割刀片2W可安装到图5A所示的塑料光学纤维切割装置20的一个切割装置安装部分上，或者安装到附设于图4A所示切割装置上的用于使POF1沿Y轴方向移动的Y方向进给装置上。通过这种结构，可有效地利用该双片式切割刀片2W。

垂直于切割刃线2f的、用于切割POF1的切割刀片的横截面形状对精切割平面1g的精切割状态产生很大的作用。总之，从刀刃平面的形状看，包含切割刀片的手动切割工具被分成单刃式的和双刃式的。图7A-7E示出了每个单刃式切割刀片或双刃式切割刀片是如何相对于POF1的轴线倾斜的。

首先，简要地对单刃式切割刀片和双刃式切割刀片的差别进行描述。假定切割刀片的两个前后刀刃平面在切割刃线2f处相互交叉而形成切割刃。同时，如图7A、7B和7C所示，通过在特定厚度的矩形板部分上形成刀刃部分来制造出切割刀片，其中，阴影线所表示的切割刀片矩形板的前表面平行于其后表面，两者之间的距离作为切割刀片矩形板的厚度。如果切割刀片的两个刀刃平面中的一个由与阴影线所表示的前表面相对的矩形板后表面构成，那么该切割刀片就被称为“单刃式切割刀片”。在该单刃式切割刀片中，由后表面构成的刀刃平面被称为“刀背”，与阴影线所表示的前表面倾斜相交的刀刃平面被称为“刀面”。

如果前后刀刃平面都不平行于阴影线所表示的切割刀片矩形板的前表面，更具体地说，如果前刀刃平面以某一角度与阴影线所表示的前表面倾斜相交，且后刀刃平面也以同样的角度与后表面倾斜相交，那么这种切割刀片就被称为“双刃式切割刀片”。如果双刃式切割刀片具有均衡的前后刀刃平面，那么，切割刀片的切割刃线2f就位于切割刀片矩形板沿厚度方向的中间位置。这种双刃式切割刀片通常可从市场上购买到，其适合于作为切割装置安装到高频机械振动激励器上。

在利用图7A所示的单刃式切割刀片13的情况下，其刀背可用作切割刀刃平面。在此情况下，切割刀刃平面平行于POF1的切割平面。通过沿竖直方向进给切割刀片13，而平行于阴影线所表示的前表面的刀背保持与POF1的轴线相垂直，由此来对POF1进行切割。通过使切割刀片13保持上述的状态来切割POF1，由于POF1的待切平面垂直于POF1的轴线，因此，就可获得一个较为理想的POF1切割平面。

如果用图7B所示的双刃式切割刀片14来代替上述单刃式切割刀片13，并且保持单刃式切割刀片13相同的状态来进行进给切割，如图7B的夸大所示，由于后刀刃平面与垂直于POF1轴线的平面不平行而是倾斜的，因此，POF1的切割平面就以某一角度相对于垂直于POF1轴线的平面倾斜。这种POF1的倾斜切割平面就会对后续步骤中要进行加工的POF1的质量造成恶劣的影响。应当注意的是，倾斜的角度等于两个刀刃平面所形成的角度的一半。

通过图7C所示的方式进行切割就可消除由上述倾斜切割平面造成的不便，其中，切割柄15绕切割刃线2f转过一个角度，该角度等于两个刀刃平面所形成的夹角的一半，切割刃线2f的位置和方向保持不变。通过这种布置，与图7A所示的单刃式切割刀片刀背所形成的切割刀刃平面类似，双刃式切割刀片的后切割刀刃平面的方向保持与垂直于POF1轴线的平面平行，因此，POF1的切割平面就相应地与垂直于POF1轴线的平面平行。在此情况下，即使在利用双刃式切割刀片14进行切割的情况下，通过适当的转动切割柄15，与利用单刃式切割刀片13所获得的切割平面相比，可获得更好的切割平面。

为了精确地调节超声振动所产生的加热程度和切割平面的切割状态，通过使切割刀刃平面再转过一个所谓的后角或切削角的切割刀片来切割POF1。即使切割刀片的刀背保持与垂直于POF1轴线的平面平行，如图7A和7C所示，由于POF1的切割起始部分与切割刀片相接触，并长于POF的切割终了部分，因此，POF1的切割起始部分的加热程度要大于POF1的切割终了部分。为解决这一问题，可将切割刀片的状态设定成使切割刀片的其它部分而不是切割刃线2f后退，也就是离开，从而在切割过程中只有切割刃线2f与POF1的要切下的部分相接触。

图7D和7E示出了切割刀片，其每一个都具有这样的一个后角，也就是，切削角。图7D所示的切割刀片是单刃式切割刀片，其与图7A所示的单刃式切割刀片13相同，图7E所示的切割刀片是双刃式切割刀片，其与图7C所示的切割刀片14相同，其中，切割刀刃平面转过一个特定的角度，该角度等于后角。

如上所述，通过利用超声振动切割刀片，就可有效地避免在切割过程中对构成POF中部的芯部所带来的不利影响，例如，由于碎屑或裂纹从余下的精切割平面延伸到芯部内而对芯部造成损害。

如上所述，POF的涂层材料与芯部材料是不同的，涂层呈环形形成于芯部的外圆周面上。更具体地说，覆层形成于芯部的外圆周面上，保护层形成于覆层上。在切割POF时，涂层被软化而伸长成须状，即所谓的“覆层须”。必须进行特殊的测量来处理覆层须。由于超声振动使POF的受热程度增大，从而提高了POF芯部的切割平面的状态，POF涂层的软化程度增大，从而更容易形成覆层须。如上所述，覆层须可裹绕在芯部，从而对POF的传输性能造成恶劣的影响。因此，需要进行单独的测量以避免产生这种覆层须。

图8是光学纤维线缆1a的透视图，其示出了切割状态和产生覆层须的状态。如该图所示，在切割刀片对POF进行粗切割时，在粗切割平面1f处出现了大量的覆层须10，其中，覆层须沿平行于切割方向的方向延伸，也就是，沿切割刀片的前进运动方向延伸。尽管数量很少，但覆层须10还可出现在精切割平面1g处。

下面将结合附图9A-9D对可将覆层须10减少到在实际中可忽略的程度的各种方法进行描述。图9A-9D是采用可减少覆层须10发生的切割方法来切割POF所形成的切割平面的截面图。为进行比较，在图9A中示出了在采用不能减少覆层须10发生的普通切割方法来切割POF时所产生的覆层须10的状态。

通常，在切割POF时，覆层须出现在POF的位于切割刀片的切割端侧的边缘位置处，并沿切割方向伸出。其原因是POF在切割端的温度最高。因此，通过将POF切割端侧冷却到使其不能对切割状态造成不利影响的程度，就可避免产生覆层须。而且还可在切割之前有效地将靠近切割位置部分处的涂层去除掉一些。

图9B示出了一种可减少覆层须10发生的方法，其中，将一片浸渍有冷却剂的棉花或海绵状的垫放置在POF的外圆周面附近或与其相接触，从而通过热传导或热辐射将来自POF外圆周面的热量耗散掉。冷却剂可以是液体状或胶状的冷却剂。代替垫或类似物，可直接将固体冷却剂放置在覆层附近或与其相接触。

图9C示出了另一种方法，其中，通过向靠近切割端侧的POF覆层部分喷射雾化冷却剂来达到冷却效果。冷却剂并不局限于液体的，其也可是气体的。在此情况下，可喷射或注射气体冷却剂。应当注意的是，图4B中就示出了用于喷射冷却剂的喷嘴8a。在此情况下，通过将气体、液体或固体形式的冷却剂放置在位于切割刀片切割端侧的覆层部分附近或与其相接触，从而将在POF的上述覆层部分处产生的热量耗散掉，就可将产生的覆层须10减少到在实际中可忽略不计的程度。

图9D示出了另外的一种方法，其中，在切割之前或在切割过程中，采用一个带状的砂纸或线打磨器来打磨覆层9，从而将覆层9部分去除掉。在此方法中，为避免产生覆层须10，可减小覆层9的厚度。可从市场上购买到很多种砂纸或线打磨器，可以较为容易地从其中选择出一种适当的砂纸或线打磨器。

尽管上面已通过实施例和各种的具体应用实例对本发明的塑料光学纤维切割装置进行了描述，但说明书仅仅是出于示意的目的，应当理解，在不脱离本发明宗旨或范围的情况下，本发明还可作出各种的变化和变型。

例如，在上述每个实施例中，描述了通过将光学纤维固定到一个插头上并在光学纤维从插头伸出特定长度的位置处进行切割的切割装置，但是，本发明也可用于切割两个不固定到插头上的单个光学纤维，并将其相互连接在一起。即使在这种情况下，也可获得较好的光传输性能。在此情况下，在特定位置处来对光学纤维进行精切割，该特定位置不是到插头端部具有特定距离的精切割位置，而是需要进行连接的精切割位置，并在到精切割位置具有特定距离的一个位置上进行粗切割。

Claims (15)

1.一种切割塑料光学纤维的切割装置，其包括：

用于切割塑料光学纤维的切割件，所述切割件包括用于对所述塑料光学纤维进行精切割的第一切割件和用于对所述塑料光学纤维进行粗切割的第二切割件；和

用于将所述切割件定位于至少一个第一位置和至少一个第二位置的定位装置，在第一位置处对塑料光学纤维进行粗切割，在第二位置处对塑料光学纤维进行精切割；

用于向与所述塑料光学纤维相接触的所述切割件部分作用高频机械振动的振动装置，该振动装置允许所述切割件对所述塑料光学纤维的接触部分进行加热和切割。

2.如权利要求1所述的切割装置，其还包括：

用于改变所述切割件与所述塑料光学纤维之间的距离的距离改变装置。

3.如权利要求1所述的切割装置，其还包括：

用于控制所述振动装置所产生的振动的控制装置。

4.如权利要求3所述的切割装置，其中，所述控制装置根据所述塑料光学纤维的切割位置来控制所述振动装置产生的振动。

5.如权利要求4所述的切割装置，其还包括：

用于检测所述塑料光学纤维和所述切割件之间距离的距离检测装置；

其中，所述控制装置根据所述距离检测装置的检测结果来控制所述振动装置产生的振动。

6.如权利要求5所述的切割装置，其中，控制所述振动装置，以便在判断出所述切割装置到达靠近所述塑料光学纤维的部分时将振动量设定为适合于切割的值，而在判断出所述切割装置到达切割终了位置时将振动量设定为小于所述适合于切割的值的值。

7.如权利要求3所述的切割装置，其还包括：

用于检测由所述切割装置加热而引起的所述塑料光学纤维的温度升高的温度检测装置；

其中，所述控制装置根据所述温度检测装置的检测结果来控制待切割部分的温度。

8.如权利要求3所述的切割装置，其中，所述控制装置根据要求对所述切割装置所作用的振动时间来控制所述塑料光学纤维的待切割部分的温度。

9.如权利要求3所述的切割装置，其中，所述控制装置根据作用于所述振动装置的电流来控制所述塑料光学纤维的待切割部分的温度。

10.如权利要求1所述的切割装置，其还包括：

用于使所述切割装置运动到每个切割位置的移动装置。

11.如权利要求1所述的切割装置，其中，所述塑料光学纤维带有需要与用于同光通信数据进行通信的设备相连接的插头，进行精切割的所述第二位置位于所述插头附近。

12.如权利要求1所述的切割装置，其还包括：

用于冷却位于切割位置附近的由所述切割装置进行切割的所述塑料光学纤维部分的冷却装置。

13.如权利要求12所述的切割装置，其中，所述冷却装置通过喷射雾化液体冷却剂来冷却所述塑料光学纤维的需要进行冷却的部分。

14.一种利用切割装置来切割塑料光学纤维的切割方法，其包括以下的步骤：

将所述切割装置定位于要对所述塑料光学纤维进行粗切割的第一位置；

在所述第一位置通过所述切割装置来切割所述塑料光学纤维；

将所述塑料光学纤维定位于要对所述塑料光学纤维进行精切割的第二位置；

在所述第二位置通过所述切割装置来切割所述塑料光学纤维；

其中，在所述每个切割步骤中，通过高频机械振动来加热所述切割装置，并对所述塑料光学纤维进行切割；

其还包括以下步骤：

检测所述切割装置的温度是否达到一个特定的温度；

其中，当检测到所述切割装置的温度达到所述特定温度时，对所述塑料光学纤维进行切割。

15.如权利要求14所述的切割方法，其还包括以下步骤：

在将所述切割装置定位于所述第二位置之前，使所述切割装置从所述第一位置移动到所述第二位置。

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