CN1347786A - 一种在连接中紧固铁磁性器件的磁性夹具 - Google Patents

Abstract

对自动化的推进,尤其在光纤领域中,已经迫切要求使用那些更适合于机器使用的材料与方法。本发明利用这些材料的磁性,当连接分立器件时,在这些器件之间产生强磁性联结,使用两个独立的可控卡盘,根据设计要求将器件准直,经适当准直后,器件因磁力吸在一起,然后使用许多标准的固定方法中的任何一种,比如焊接,将器件永久地固定起来。在尤其使用于光纤产业的具体设计中,准直过程包括:测量由两个器件发送或反射的光。

Description

一种在连接中紧固铁磁性器件的磁性夹具

技术领域

本发明涉及连接两个器件的装置及其方法，确切地说，涉及在连接两个铁磁性器件时用磁力将其部分紧固的装置及其方法。

发明背景

在光纤产业中，近来对自动化的推进已经迫使制造商重新构想标准的产品与过程，并且考虑更易于实现自动化的其它的材料与方法。通常在纤维光学中使用胶水来固定各种器件，然而粘胶法会使信号强度损失并且难以实现自动化，因而已经发展了其它的有效的粘结方法。有一种粘结方法是焊接，焊接的一个主要的缺陷是在光纤领域要求的精度很难将小器件对准、夹住和焊接。

通常有一些焊接机器使用叉型工具在焊接时将器件固定住。遗憾的是，这些装置不能均匀施力到器件上，这将导致在焊接时有很大的移位，这种失准直的原因还有当熔融金属固化收缩时的焊接后移位，导致两个面互相牵引。

现在已经有人提出一种方法来克服这些问题。Yoichi Oikawa在1月31日1995的美国专利No.5,386,488提出，此方法仍然在焊接时使用叉型夹具来固定器件，但是它克服了先有技术的一些缺点，在钳具和一个器件之间加一个夹具以便使力均匀分布。此发明的缺陷包括：需要大量的焊接将所有的器件固定在一起，以及需要特别设计夹具，每一步焊接将产生小的失准直，这将需要额外地对每一步重新校准，这种延误将大大增加了每个部件的生产成本与时间，使用及制造夹具同样将大大增加生产成本与时间。

本发明为了克服现有技术的缺陷，提供了一种使施加的力相对均匀分布的连接装置，以及一种不再需要额外的固紧步骤的连接方法。

附图的简要描述

本发明将参考附图给出相应的详细描述，每个图对应一个具体装置，其中：

图1是在初始装载阶段根据本发明设计的连接设备的侧视图；

图2是图1中的连接设备在随后的焊接阶段的侧视图；

图3至图5是图1和图2中的待连接器件在连接过程中各种阶段的侧视图；

图6是根据本发明加工设计得到的成品的侧视图。

详细描述

参照图1，根据本发明，该设备包括一个保护第一器件的夹持卡盘1，在一个具体装置中，第一个器件是一个圆柱形的纤维光学中心部件2，它装有一个准直透镜、一个光学滤波器和一个聚焦透镜(没有画出来)，第一个器件包括一个铁磁性连接体，它在该具体装置中是中心部件2的整个外壳3。

另一个夹持卡盘4用于保护另一个器件，在对应的具体装置中，第二个器件是一个圆柱形的纤维光学金属环6，它有一个铁磁性外筒7，里面有一根或多根光纤，第二个器件也包括一个铁磁性连接体，它在该具体装置中是一个圆柱形78082678焊接筒8，该焊接筒8初始时被安置(但没有固定)到铁磁性外筒7上，并且通过一个臂10独立于金属环6被夹持住。

为了准直两个光学器件，两个夹持卡盘1和4必须相对可调。在对应的具体装置中，第二个夹持卡盘4可以在x和y方向上调节，并且可以在θ方向上关于z轴旋转。相应地，第一个夹持卡盘1只需要在z方向上调节。显然，只要所有的需要的自由度是可调的，可以调整其它的想定的调节器，准直两个器件的精确度要求完全依赖于组合器件的最后使用上。当器件是光学耦合装置的器件时，准直的精确性极其重要，需要一个详细的过程。然而，本发明的其它用途可能比较简单，甚至是手动的，可以进行调节。

当第一个光学器件(中心部件2)与第二个光学器件(金属环6)准直时，两个铁磁性连接体之一被磁化从而吸引另一个铁磁性连接体，这样当另一个铁磁性连接体从夹持卡盘中松开时，两个器件将以正确的准直位置互相夹住。在第一个具体装置(图2)中，中心部件外壳3被磁化从而吸引金属环的焊接筒8，后者此时已经粘结到金属环6上，激活一个包住夹持卡盘的电绕盘9，使中心部件2的外壳3磁化，形成的电磁铁以足够的强度产生一个均匀分布的力将两个器件夹在一起，使两个铁磁性连接体固定在一起。更为适宜的是，使用如箭头11所指的激光焊接器将焊接筒8焊接到中心部件外壳3上。

在相应的具体装置中，第二个器件(金属环6)的铁磁性连接体(焊接筒8)开始时没有固定到铁磁性外筒7上，此时，当开始准直时，在金属环6和中心部件2之间特意留下一个间隙x。相应地，当激活电绕盘9时，焊接筒8被第二个夹持卡盘4的臂10释放后，沿着铁磁性外筒7滑动，直到与中心部件外壳3相邻，因而遮住了间隙x。然后将金属环6的铁磁性外筒7焊接到焊接筒8上，接着将焊接筒8焊接到中心部件外壳3上，在两个焊接步之间电绕盘9可以不被激活，同时金属环6与中心部件2重新准直，然后在最后的焊接步重新加电压。

然而，如上所述，下列步骤也在本发明范围内：将第一个器件的铁磁性连接体固定，因此当第一个器件的铁磁性连接体被磁化时，第二个器件沿着其铁磁性连接体被第二个夹持卡盘释放，并且抵到第一个器件。

本发明的方法将参考相应的具体装置进行描述，其中两个器件构成了一个光耦合装置，然而本发明的其它具体装置也可以描述，其中制造了不同的装置，比如带有铁磁性器件的光开关，加工的第一步涉及将中心部件2保护在夹持卡盘1中，以及将金属环6保护在夹持卡盘4中，参照图3，第一个金属环6里面装有两根光纤12与13的尾部，并将连接到中心部件2上，光纤12是输入光纤，光纤13则传输在中心部件2中由光学滤波器反射回来的光。

第二个夹持卡盘4将金属环6降低并接近中心部件2，保持距离为x。为确定两个光学器件是否准直，光从输入光纤12进入，将光纤13中的反射光的强度与给定的域值相比较，对于第一个夹持卡盘1在z方向上进行的每一次调节，第二个夹持卡盘4在x、y和θ方向上进行多次调节。换言之，将金属环6左右、上下移动，并沿其纵轴转动，以便决定其最佳位置。显然这些步骤可以通过计算机进行自动化控制。

当最佳位置找到后，激活电绕盘9，从而磁化中心部件外壳3，然后铁磁性焊接筒8被释放并且由于磁力与外壳3相接触。在其接触点，一个激光焊接器11通过焊接14将焊接筒8固定到金属环的外筒7上。为了确保此焊接步不会造成金属环6与中心部件2之间失准直，电磁铁9停止工作并重新进行准直测试。相应地，第一个和/或第二个夹持卡盘1与4必须进行调节，当器件再次准直时，重新激活电磁铁9，焊接筒8由于磁力与中心部件外壳3相接触，激光焊接器11通过焊接15将焊接筒8固定到中心部件外壳3上。

为确定焊接是否会造成器件之间失准直，需要再次测试。此时，重复施力到金属环6外部自由端的几个位置上，以便确定最佳力的大小与方向，来调节金属环6的位置，使得光纤13中的反射光增强。当最佳位置确定后，进行一个或多个点焊接，产生一个与上述最佳力等效的力，作用到焊接筒8上。

对另一个金属环16(图6)重复上述过程，环里有一根传输光纤，不同的是，为测试金属环16与中心部件2的准直情况，光从输入光纤12发送，在传输光纤17中测量。

Claims (12)

1.一种连接两个器件的方法，包括下列步骤：

将带有第一个铁磁性连接体的第一个器件固定在第一个夹持装置中；

将带有第二个铁磁性连接体的第二个器件固定在第二个夹持装置中，在上述第一及第二夹持装置中至少有一个是可移动的以调节上述第一及第二器件的相对位置；

通过移动上述第一及第二夹持装置中的至少一个来调节第一及第二器件的相对位置，使第一及第二器件定位在所需要的位置；

磁化第一及第二铁磁性连接体之一以吸引另一个铁磁性连接体；

将带有未被磁化铁磁性连接体的器件从夹持装置中松开，以至第一及第二铁磁性连接体之间的磁力将第一及第二器件维持在一起；以及

将第一及第二器件固定在一起。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征是，第一个铁磁性连接体被磁化，第二个铁磁性连接体是在第二个器件上初始可以滑动的套筒，该套筒固定于第三个夹持装置中，在将第二个器件从第二个夹持装置中松开之前，将套筒从第三个夹持装置中松开，该套筒因磁力而与第一个器件接触，并且固定到第二个器件上。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征是，第一及第二器件是一个光耦合装置的器件，该装置至少有一个输入波导并至少有一个输出波导，调节步骤包括：确保至少有一个输入波导光耦合到至少一个输出波导上。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征是，第一个器件是一个包括光滤波器的波分复用器的中心部件，该中心部件位于一个铁磁性外壳之内，第二个器件是一个光纤毛细管，它以一个铁磁性焊接筒作为其铁磁性连接体，该铁磁性焊接筒相对于上述光纤毛细管可以初始移动，该焊接筒初始被第三个夹持装置夹住，调节步骤包括确定毛细管与中心部件之间的适当的间距，磁化步骤包括将中心部件磁化，在松开光纤毛细管之前，将焊接筒从第三个夹持装置中松开，焊接筒因磁力而与中心部件接触，固定步骤包括：a)将毛细管焊接到焊接筒上；b)将焊接筒焊接到中心部件的一端上。

5.按照权利要求4所述的方法，其中在固定步骤a)和b)之间还包括：

使中心部件退磁；

重新调节毛细管与中心部件；

磁化中心部件。

6.按照权利要求5所述的方法，其中在固定步骤b)之后还包括：将毛细管相对于中心部件重新调准，具体通过确定用于提高光耦合效率的毛细管的角度偏差，并通过对焊接筒进行至少一次偏心焊接以充分达到所需的角度偏差。

7.按照权利要求4所述的方法，其特征是，光纤毛细管里面装有第一根输入光纤的尾部和第二根光纤的尾部，第二根光纤传输由滤波器反射回来的光，调节步骤包括：测量从第一根光纤传输到第二根光纤的光，并确定传输到第二根光纤中的光的强度是否超过给定的域值。

8.按照权利要求1至7中的任一要求所述的方法，其特征是，第一个夹持装置在x，y和θ方向上可调，第二个夹持装置在z方向上可调，调节装置包括：对于第二个夹持装置在z方向上进行的每一次调节，对第一个夹持装置在x，y和θ方向上进行调节。

9.一种连接两个器件的装置，包括：

用于固定第一个器件的第一个夹持装置，该器件有第一个铁磁性连接体；

用于固定第二个器件的第二个夹持装置，该第二个器件有第二个铁磁性连接体，第一及第二夹持装置中至少有一个相对另一个可以移动；

调节装置，用于移动上述第一及第二夹持装置中的至少一个来调节第一及第二器件的相对位置，使第一及第二器件定位在所需要的位置；

磁化装置，用于磁化第一及第二铁磁性连接体之一以吸引另一个铁磁性连接体；

固定装置，将第一及第二器件固定在一起；

当使用调节装置将两个器件对准时，磁化装置被启动，将带有未被磁化铁磁性连接体的器件从夹持装置中松开，当固定装置将两个器件固定在一起时，第一及第二铁磁性连接体之间的磁力将第一及第二器件维持在一起。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征是，第一个铁磁性连接体被磁化，第二个铁磁性连接体是在第二个器件上初始可以滑动的套筒，该套筒固定于第三个夹持装置中，在将第二个器件从第二个夹持装置中松开之前，将套筒从第三个夹持装置中松开，因磁力而与第一个器件接触，并且固定到第二个器件上。

11.按照权利要求9所述的装置，其特征是，第一及第二器件是一个光耦合装置的器件，该装置至少有一个输入波导并至少有一个输出波导，调节步骤包括：确保在启动磁化装置之前，至少有一个输入波导光耦合到至少一个输出波导上。

12.按照权利要求9、10或11所述的装置，还包括：重新调节装置，此装置用于调节第一及第二器件固定之后的准直，具体通过确定用于提高第一及第二器件之准直的第二个器件的角度偏差，并通过对第二个铁磁性连接体进行至少一次偏心焊接以充分达到所需的角度偏差。

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