CN208621786U - 切割定位定焦调芯光纤熔接机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种切割定位定焦光纤熔接机，包括：机械部分，电路部分，热熔炉，和外壳。机械部分采用新型定焦调芯结构，将切割、调芯操作结合为一体；新型定焦调芯结构调芯时保持镜头对熔接光纤焦距不变，保障了调芯过程的最终成像质量；调芯过程中光纤、电极的相对位置不变，进一步保障了放电熔接质量；调芯结构还可衍生出适合特殊光纤熔接的接续平台；本实用新型相对现有光纤熔接技术，减少了作业步骤，提高了熔接质量及其一致性，减少了结构件数量，缩小了体积，增强可携带性，降低了成本。

Description

切割定位定焦调芯光纤熔接机

技术领域

本实用新型涉及光纤熔接机，特别涉及具有光纤显微镜头、图像传感器、光纤V槽、熔接电极、在光纤熔接调芯结构(X/Y/Z轴调芯X/Y/Z轴定义如说明书附图2，本说明书中，下同) 中组合为一整体结构参与调芯作业的光纤熔接机。

本实用新型还涉及同时放置并切割相向的两芯光纤(本说明书所述光纤设定为已剥除了涂覆层的光纤，下同)，切割后不取出光纤，直接推送至光纤V槽调芯，并使用较短行程的位移调整结构即可满足水平方向(Z轴)调整要求的光纤熔接机。

背景技术

光纤熔接机是一种利用一对电极放出电弧形成的高温将两切割完成的光纤端面熔化，同时运用准直原理平缓推进，两端结合在一起，以实现光纤模场的耦合的接续设备，被广泛用于通信工程施工、维护、通信设备生产制造中。

市场上现有光纤熔接机主机主要由机械部分和电路部分组成；

机械部分功能是：

1.对切割后并放置固定好的光纤进行X/Y/Z轴调芯对准。

2.按预定参数对对准后的光纤进行放电熔接。

电路部分功能是：为上述机械功能提供、成像、调整驱动等电路支持，使机械部分能正常作业。

这种具备调芯功能的光纤熔接机的操作程序为：

1.用光纤切割刀切割第一芯待熔接光纤。

2.从光纤切割刀取出该光纤，手工放置到光纤熔接机，目测放置位置后用夹具夹紧。

3.用光纤切割刀切割第二芯待熔接光纤。

4.从光纤切割刀取出第二芯待熔接光纤，手工放置到光纤熔接机，目测放置位置后用夹具夹紧。

5.关闭熔接机防风罩，按键执行自动熔接程序，熔接机根据预设程序完成调芯和光纤熔接。

可以看出，现有的光纤接续，除熔接机主机以外，还需要光纤切割刀，现有光纤熔接机都单独另配了光纤切割刀，光纤熔接作业也必须使用光纤切割刀；在此基础上，为了便于携带，有的设计将光纤切割刀小型化后卡放在熔接机主体设计的凹槽内，可以取出使用，也可以不取出使用，虽然便利了，但操作本质并未改变。

上述市场上现有调芯光纤熔接机机械部分的结构、还具有如下特点及不利处；

1.显微成像结构与机芯座固定为一整体，调芯结构以及光纤V槽相对机芯座在调芯时是运动的；这样，调芯过程就导致光纤和显微成像结构的相对位置变化，造成失焦，成像不准；现有的解决方案要么是继续使用失焦的图像，牺牲对准质量(俗称四马达光纤熔接机)，要么增加一组调焦装置安装在机芯和显微成像结构之间不断调整镜头和图像传感器位置适应位置变化的光纤，保障成像质量和熔接质量(俗称六马达熔接机)；这两种方案的不利处是：要么是牺牲光纤成像接续质量，要么是增加结构件以及机芯复杂程度和整机成本。

2.电极座以及安装在上面的电极与机芯座相对固定，调芯结构及光纤V槽相对机芯在调芯时是运动的，光纤调芯时机芯座不动，电极位置也固定，电极轴线连线也就是固定的，这样，调芯过程就导致光纤对准端面偏移电极轴线连线，也就是电弧位置，不利处是：这种偏移会造成接续损耗的不稳定；目前有研发机构尝试电极在放电时做同步的震动运动，这样可以让电弧在震动过程中形成一个面，补偿光纤调芯带来的偏移，由而改善熔接质量。还有企业采用三个电极安装在圆弧的半径位置，对准圆心同时放电，光纤接续点位于圆心位置，这样设计虽然改善了等离子高温环境，但也使结构更复杂。也还有企业采用“Ω”形状的的石墨丝加热炉或二氧化碳激光来对接续点进行加热，效果虽然好，但这种方案成本较高。

3.按目前的程序操作时需将光纤分别由光纤切割刀切割后取出来，再放置到熔接机主机上进行熔接操作，光纤切割后取出再放置的过程容易损伤光纤端面，沾染环境异物，降低熔接质量；具备调芯结构的光纤熔接机机械主体结构不具备两芯光纤切割定位并直接推送至调芯V槽的功能。

4.现有光纤熔接机，光纤切割后手工取出切割光纤并放置到熔接机夹具，受操作员手工作业精度的限制，放置两根光纤的Z轴间距一般可以控制在3-6mm的距离内，这就要求现有主机的光纤调芯动作Z轴的调整范围要大于这个距离，一般在8mm左右，而由于熔接的需要，Z轴在微调阶段的调整精度要求非常高(微米级)，距离较长(8mm)和高精度调整之间为了达到兼顾目前大多调芯熔接机在Z轴调整方案中选用的是螺杆齿轮配合方式，这种结构结构件较多，对零件的精度要求也高。

5.光纤保护套加热器作为光纤熔接机附件，在加热时由于保护套管标准不一，质量一致性也差，导致加热器表面和热缩保护套管有时不能很好的贴合接触，导致加热效率下降。

针对上述现有光纤熔接机所描述的特点，可参考：中国专利：专利号：201616256571.0名称：光纤熔接机成像装置的调节机构；专利号：201320255910.5名称：光纤熔接机的调芯装置；专利号：201320530912.0名称：一种光纤熔接机十字调芯机构；专利号： 201520429104.4名称：一种光纤熔接机机芯；专利号：200920035694.7名称：光纤熔接机三维自动调芯装置；专利号：201216574969.0名称：光纤熔接机；专利号：200920035693.2名称：光纤熔接机顶杆微动调整机构；专利号：201120210719.X名称：光纤熔接机对芯装置；专利号：201310086300.1名称：光纤熔接机。

发明人专利号为ZL 2012 1 0095313.0、ZL 2012 1 0095323.4、ZL 2012 10095322.X、ZL 2012 1 0095311.1 ZL 2013 2 0010282.4 ZL2013 2 0540553.7的设计虽然改变了切割后手工拿出再放置到熔接机主机的操作模式，能同时切割两芯光纤，并将光纤V槽主动推送到切割后的光纤侧面，单轴成像调整Z轴的单个方向，完成光纤接续；但由于该设计在熔接之前光纤固定在固定式光纤V槽上，这种固定式光纤V槽不能进行光纤的X/Y轴调芯，且受到细微颗粒的粘附后还会影响V槽的精度；因此，也造成了长期使用后光纤接续衰耗的稳定性大幅下降的问题。

实用新型内容

鉴于上述课题，本实用新型的目的在于提供一种能够将光纤切割、调芯、熔接作业在同一机械主体上实现的光纤熔接机，该熔接机减少了作业步骤，缩短了操作时间，提高了对准精度，降低了熔接损耗，提高了接续衰耗的稳定性，并有效减少了结构件数量，降低了结构件加工难度的同时也降低了整机成本。

技术方案

为解决上述课题，本实用新型提供以下结构。

所述光纤熔接机具备：

机械主体，包括：固定、成像、调芯、熔接单元和夹持、切割、Z轴调整单元，两单元组成的机械主体对一对光纤进行切割、调芯和熔接。

所述固定、成像、调芯、熔接单元由调芯主体、光纤V槽、压锤总成、压锤、压锤总成盖、压锤弹簧、压锤总成限位器、显微镜头、图像传感器、背光LED、减速步进电机支持架、减速步进电机、凸轮、电极、电极固定板及连线组成；

所述调芯主体一端在水平面斜线位置同一倾斜面上为较薄两处支撑连接部，以该两处支撑连接部为分界，所述调芯主体分为位于远端位置的上镜头部、位于近端位置的下镜头部和位于远端位置与近端位置之间的凸轮减速步进电机安装部、所述较薄两处支撑连接部分别位于凸轮减速步进电机安装部靠近上镜头部位置和靠近下镜头部位置；所述调芯主体上镜头部、下镜头部、凸轮减速步进电机安装部三部分由支撑连接部连接为一整体位于所述斜面上。

所述调芯主体在上镜头部和下镜头部分别开孔，显微镜头安装在所述开孔内，所述调芯主体上镜头部和下镜头部显微镜头和开孔的轴线既显微镜头轴线成九十度并相交，相交形成的面与所述调芯主体的主体侧面平行。显微镜头轴线延长线交点与穿过该交点并与上述斜线斜面平行的位置分别安装两个光纤V槽，所述光纤V槽位于两条相交线形成的面两侧，所述光纤V槽“V”型结构底部延长线通过镜头轴线延长线交点并与调芯主体侧面的垂直面平行。所述光纤V槽之间留有安装电极的间隙。

所述调芯主体在显微镜头轴线延长线相交形成的交点两侧安装有两支针型电极，两支电极同轴，且该轴线与光纤V槽安装面平行。所述电极，针尖相对并由电极固定板及连线分别固定在所述调芯主体上镜头部和下镜头部，分别与所述调芯主体上镜头部和下镜头部构成一整体。所述电极固定板及连线为导电材料，所述调芯主体还开有供电极固定板固定的孔和连线穿过的过线孔。

所述调芯主体两个显微镜头轴线交点的另一方向分别安装图像传感器，所述图像传感器与显微镜头位于同一轴线上，图像传感器成像面与显微镜头轴线垂直。

所述调芯主体上镜头部用枢轴方式安装压锤总成，所述压锤总成以开闭方式以枢轴为圆心做圆弧运动，所述压锤总成侧面有凸起，凸起位置安装磁性材料配合压锤总成限位器调整圆弧运动位置。

所述压锤总成开有安装背光LED、压锤的开孔，所述压锤总成与所述调芯主体处于闭合状态时，所述压锤总成上的背光LED开孔轴线和所述调芯主体显微镜头轴线同轴，所述压锤开孔和光纤V槽“V”型结构上表面垂直；所述背光LED安装在所述压锤总成背光LED开孔内；所述压锤安装在所述压锤总成压锤开孔内，所述开孔和压锤处于松配合状态，压锤在所述开孔轴线方向有一定自由移动空间；所述压锤一端安装压锤弹簧，所述压锤弹簧为压簧，使所述压锤在开孔内的移动受所述压锤弹簧作用力控制；所述压锤总成安装有压锤总成盖，所述压锤总成盖安装在压锤总成上，与压锤总成装配后形成用于固定压锤、压锤弹簧、背光LED的腔体空间。

所述调芯主体在所述压锤总成侧面安装压锤总成限位器，所述压锤总成限位器与压锤总成上凸起位置的磁性材料吸合，限制和调整压锤总成的开启闭合位置。

所述调芯主体的凸轮减速步进电机安装部在与V槽安装面平行且垂直于侧面位置安装减速步进电机支持架，所述减速步进电机支持架上安装两个减速步进电机，凸轮安装在减速步进电机上，所述凸轮为螺旋椭圆结构，所述减速步进电机凸轮螺旋椭圆的外圆外侧分别与调芯主体的上镜头部凸起、下镜头部凸起位置保持接触。减速步进电机带动凸轮转动，凸轮外圆外侧通过接触凸起部位分别对调芯主体上镜头部、下镜头部产生推力，在该推力和调芯主体材料本身应力作用下，所述调芯主体上镜头部和下镜头部以较薄支撑连接部为支点做圆弧运动。

所述减速步进电机支持架、减速步进电机、凸轮结构不限于减速步进电机和凸轮的组合，压电微位移结构、电机丝杆结构、液压传动装置同样适用。

所述调芯主体水平面用直线导轨安装有夹持、切割、Z轴调整单元，

所述夹持、切割、Z轴调整单元由切割总成、直线导轨、切割刀片支持座、切割刀片、胶垫、切割臂、击锤、击锤弹簧、左夹具、右夹具、Z轴调整凸轮、Z轴步进电机、夹具弹簧组成。

所述切割总成包含切割凹槽、Z轴步进电机安装腔体、切割臂支撑座，由所述直线导轨安装在所述调芯主体水平面，所述切割总成在直线导轨和外力作用下在调芯主体水平面做直线运动。

所述切割刀片支持座安装在所述调芯主体水平面上，所述切割总成直线运动时切割总成切割凹槽位置通过切割刀片支持座，所述切割刀片支持座底部安装有高度调节螺丝。

所述切割刀片为圆形，外圆为刀片刃口，安装在所述切割刀片支持座上，所述切割刀片刃口形成的圆与所述调芯主体显微镜头轴线形成的面在同一平面。

所述胶垫安装在所述切割总成凹槽两侧，所述切割总成在直线导轨上的运动将所述胶垫推动至光纤V槽两侧，所述胶垫表面与所述光纤V槽“V”型结构底部在同一平面。

所述切割臂安装在切割总成上，切割臂与切割总成之间用切割臂支撑座枢轴结构连接，切割臂能在切割总成上通过枢轴做开启和闭合的圆弧运动，圆弧所在面与所述调芯主体显微镜头轴线面平行；所述切割臂安装有与切割总成胶垫对应的胶垫，所述切割臂闭合时，所述切割臂上的胶垫和所述切割总成上的胶垫两两对应贴合。

所述切割臂胶垫间安装击锤，所述击锤面向切割刀片支持座一端有凸起，另一端安装击锤压簧，在所述切割臂处于闭合状态时，沿所述切割总成直线导轨运动方向击锤和切割总成一起在击锤被切割刀片支持座顶起状态可移动。

所述切割刀片支持座与击锤贴合面沿击锤运动方向在贴合面末端为凹陷结构，击锤凸起运动至支持座凹陷导致击锤弹簧顶起作用力释放时，在击锤弹簧力作用下击锤沿凹陷方向运动。

所述左夹具用直线导轨安装在所述切割总成左侧胶垫外侧，直线导轨运动方向和所述胶垫侧面垂直。

所述左夹具由左夹具盖、左夹具座组成，左夹具座开有凹槽用于夹持熔接光纤，左夹具盖与左夹具座以枢轴方式连接，连接后的左夹具盖以枢轴为圆心开启闭合，闭合时左夹具盖与左夹具座包覆夹紧熔接光纤；所述左夹具座有向下凸起，凸起部分与Z轴调整凸轮外圆接触。所述Z轴调整凸轮安装在Z轴步进电机上，所述Z轴步进电机安装在所述切割总成Z轴步进电机安装腔体内，所述Z轴步进电机连接有控制导线，Z轴步进电机带动Z轴调整凸轮转动，凸轮外圆顶动左夹具座凸起推动左夹具和左夹具上的光纤向右运动；所述左夹具座和切割总成之间安装有夹具弹簧，夹具弹簧作用力和Z轴调整凸轮外圆作用力方向相反。

所述右夹具用直线导轨安装在所述切割总成右侧胶垫外侧，直线导轨运动方向和所述胶垫侧面垂直。

所述右夹具由右夹具盖、右夹具座组成，右夹具座开有凹槽用于夹持熔接光纤，右夹具盖与右夹具座以枢轴方式连接，连接后的右夹具盖以枢轴为圆心开启闭合，闭合右夹具盖与右夹具座包覆夹紧熔接光纤；所述右夹具座有向下凸起，凸起部分与Z轴调整凸轮外圆接触。所述Z轴调整凸轮安装在Z轴步进电机上，所述Z轴步进电机安装在切割总成Z轴步进电机安装腔体内。所述Z轴步进电机连接有控制导线，Z轴步进电机带动Z轴调整凸轮转动，凸轮外圆顶动右夹具座凸起推动右夹具和右夹具上的光纤向左运动；所述右夹具座和切割总成之间安装有夹具弹簧，夹具弹簧作用力和Z轴调整凸轮外圆作用力相反。

所述Z轴调整凸轮、Z轴步进电机的组合，不限于步进电机凸轮结构，压电微动结构、电机丝杆、液压传动装置同样适用。

所述光纤熔接机还具备；

电路系统；由控制单元、电源单元、显示单元、按键单元、高压单元、位置传感器单元组成。

所述控制单元由主控制芯片、图像传感器缓存模块、步进电机控制模块、高压控制模块、热熔炉控制模块、X/Y背光控制模块、图像识别/驱动模块组成。

所述主控制芯片调用、接收来自图像传感器缓存模块的光纤图像信号进行数字化处理，利用处理后的结果驱动步进电机控制模块、完成光纤的X/Y/Z调芯、熔接作业。

所述图像传感器缓存模块接收、存储、刷新来自安装在所述机械主体图像传感器的图像信号，该信号被主控制芯片按需求调用。

所述步进电机控制模块接收来自主控制芯片的控制信号，驱动步进电机转动，带动所述调芯主体凸轮和Z轴调整凸轮转动，完成X/Y/Z轴调芯作业。

所述高压控制模块为所述机械主体电极所用高压生成电路，受主控制芯片控制，生成初级电压并控制高压单元。

所述热熔炉控制模块为热熔炉加热片控制电路，受主控制芯片控制，为加热光纤接头保护套的加热片提供电压。

所述X/Y背光控制模块连接两个背光LED，受主控制芯片控制，为所述图像传感器成像提供背光照明。

所述图像识别/驱动模块功能由主控制芯片完成，所述图像/驱动模块将图像信号转变为驱动信号，配合机械主体，完成光纤调芯熔接作业。

所述电源单元由外接电源/充电模块、电池、工作照明LED组成。

所述电源/充电模块连接控制单元，为控制单元供电，并设置有电源开关。

所述电池连接电源/充电模块，并通过该模块为控制单元供电。

所述工作照明LED连接电源/充电模块，为接续作业提供照明。

所述显示单元安装有显示器件，连接控制单元，显示图像文字信号。

所述按键单元安装轻触开关，连接控制单元，配合完成熔接启动/停止、热缩启动/停止、参数调整功能。

所述高压单元安装高压升压器件，连接高压控制单元和电极，向电极提供光纤熔接所需受控的高压电压。

所述位置传感器单元安装光耦器件，安装在所述机械主体和切割总成Z轴步进电机安装腔体内，连接控制单元，反馈切割总成位置状态信号和Z轴步进电机位置信号。

所述光纤熔接机具备接头保护管热缩装置，由热熔炉壳体、热熔炉盖板、发热总成、发热片安装螺栓、发热片底板、热熔炉枢轴结构组成。

所述热熔炉壳体为壳体结构，热熔炉盖板以枢轴方式连接在热熔炉壳体上，热熔炉盖板围绕枢轴开启闭合。

所述发热总成安装在热熔炉壳体内热熔炉盖板下方，所述热熔炉总成装配发热片、发热片支架、发热片支架固定在发热片安装板上，发热片安装板开有孔用于通过安装螺丝，所述安装螺丝一端固定在发热片安装板上，另一端通过发热片底板上的孔，安装螺丝套有发热片弹簧将发热总成往热熔炉盖方向顶出。

所述发热片通过连线连接到发热片安装板，所述发热片安装板通过连线连接到发热片底板，所述发热片底板设有连线接插件连接到电路控制单元。

所述光纤熔接机具备外壳；

所述外壳由主板壳、电源壳、显示器按键壳、主机壳组成。

所述主板壳和电源壳固定在所述调芯主体两侧，所述显示器按键壳开有槽，开槽处跨过所述调芯主体两端分别固定在主板壳和电源壳上。

显示器按键壳开有和显示板、按键板、热熔炉壳体对应的固定开口；

所述主机壳与所述主板壳、电源壳、显示器按键壳贴合，用螺丝固定为一个整体。

本实用新型具有以下有益效果

1.以调芯主体为核心的机械调芯结构不同于现有调芯结构，调芯主体与切割定位融为一体，使光纤的切割、调芯、熔接在一个结构上完成，熔接操作步骤更少，整体结构更简单，结构件更少，作业更快。

2.调芯主体结构中由于图像传感器、显微镜头、光纤V槽固定在一起，因此图像传感器、显微镜头、固定在光纤V槽中的光纤的相对位置，在调芯、熔接过程中始终一致，保持不变，也就是焦距不变，最终成像质量不因调芯动作改变，有效保障最终成像质量，提高调芯精度，降低熔接衰耗过大的可能性。

3.由于电极固定在调芯主体上，光纤在调芯过程中电极棒的尖部是以光纤熔接端面中心为圆心的圆做微小圆弧运动(参考图6)，也就是电极棒的尖与光纤熔接端面的相对距离不发生变化(变化的是夹角)，有效避免了由于光纤调芯带来的相对于电极棒距离变化导致的光纤熔接质量下降。

4.切割定位结构优化了Z轴方向光纤在V槽上的初始间距，由现有依靠操作者手工放置形成的3-6毫米的间距优化到由切割定位同时切割两芯光纤后形成的80微米以内的自然间距，这种微米级的间距使Z轴调整结构在设计时基本上只考虑调整精度而不用过多考虑调整行程和调整精度之间的兼顾，简化了Z轴调整驱动电路，减少Z轴调整作业时间，降低了调整电路成本，提高了可靠性。

5.调芯主体使用杠杆原理调芯，支点、动力臂可根据需求设计在离熔接点更近或更远的距离，由此可进一步提高调芯精度，配合高清显微镜头和图像传感器后，可实现更高的分辨率状态下的对准，由而进一步提高熔接质量，这种可调整性相对于现有熔接机方案体现出了更多可选择性。

6.在现有方案基础上，如果用已切割或研磨好端面的光纤(既现有熔接机操作方式)，X/Y/Z 轴调整结构所在位置有多种选择，可空置熔接光纤两侧空间，为制作特种光纤熔接产品如：光纤光栅传感器、光纤分路器、微型光纤准直器、医用全光纤超小窥镜探头等安装同步检测装置(如光斑测量仪等)提供平台安装空间，所述检测装置(如光斑测量仪)可将在线监测数据同步反馈到熔接控制电路，驱动熔接参数(如放电时间控制)，从而得到特种光纤所需的熔接效果。

7.实际施工中不需要再携带光纤切割刀，整机结构小型化，更便于狭小空间的施工和携带。

8.发热片安装弹簧装置在热缩时保障与热缩管更良好接触，有更好的热传导效率，节省能源，保护器件。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行进一步说明；

图1是切割定位定焦调芯光纤熔接机整机(以下简称熔接机)主视图。

图2是本说明书光纤调芯X/Y/Z方位定义图。

图3是各功能单元在整机中的安装位置剖视图。

图4是机械主体部件侧视图。

图5是机械主体A-A面剖视图，图5-1是A-A面剖视图，图5-2是机械主体A-A剖视位置示意图。图6是机械主体A-A面简化剖视X/Y轴调芯对准说明图，图6-1是机械主体简化A-A面剖视图，图6-2是机械主体简化A-A剖视位置示意图，图6-3是简化机械主体侧视图，图 6-4是图6-1所示“A”区域放大图。

图7是机械主体光纤X/Y调芯对准原理说明图。

图8是机械主体光纤熔接操作第一步：放置两芯光纤及放置部位细节图，图8-1是机械主体光纤熔接操作第一步的整体图，图8-2是图8-1所示“A”区域放大细节图。

图9是机械主体光纤熔接操作第二步：切割光纤两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤未落下)，图9-1是机械主体光纤熔接操作第二步：切割光纤两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤未落下)整体图，图9-2是图9-1所示“A”区域放大细节图。

图10是机械主体光纤熔接操作第二步：切割光纤两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤落下敲断光纤、形成左右两个光纤端面)，图10-1是机械主体光纤熔接操作第二步：切割光纤两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤落下敲断光纤、形成左右两个光纤端面)整体图，图10-2是图10-1所示“A”区域放大细节图。

图11是机械主体光纤熔接操作第三步：继续推动光纤到光纤V槽(合上压锤总成，隐藏了压锤总成和压锤盖)，图11-1是机械主体光纤熔接操作第三步：继续推动光纤到光纤V槽(合上压锤总成，隐藏了压锤总成和压锤盖)整体图，图11-2是图11-1所示“A”区域放大细节图。

图12是机械主体光纤熔接操作第三步：推动光纤到光纤V槽(合上压锤总成，未隐藏压锤总成和压锤盖)，图12-1是机械主体光纤熔接操作第三步：推动光纤到光纤V槽(合上压锤总成，未隐藏压锤总成和压锤盖)整体图，图12-2是图12-1所示“A”区域放大细节图。

图13是机械主体光纤熔接操作第三步：切割总成遮板挡住光耦，进入调芯、熔接待机状态，图13-1是机械主体光纤熔接操作第三步：切割总成遮板挡住光耦，进入调芯、熔接待机状态整体图，图13-2是图13-1所示“A”区域放大细节图。

图14是机械主体光纤熔接操作第三步：透过调芯主体X轴\Y轴镜头安装孔观察待熔接光纤细节图，图14-1是机械主体光纤熔接操作第三步：透过调芯主体X轴镜头安装孔观察待熔接光纤细节图的整体图，图14-2是图14-1所示“A”区域放大细节图，图14-3是机械主体光纤熔接操作第三步：透过调芯主体Y轴镜头安装孔观察待熔接光纤细节图的整体图，图14-4 是图14-3所示“B”区域放大细节图。

图15是机械主体光纤熔接操作第三步：X\Y轴图像传感器在显示屏上的成像情况。

图16是机械主体Z轴调芯构件示意图。

图17是机械主体Z轴调芯构件隐藏了切割组件后示意图。

图18是电路系统功能框图。

图19是调芯、熔接流程图。

图20是接头保护管热缩装置以及工作照明结构图，图20-1是接头保护管热缩装置以及工作照明结构图整体图，图20-2是接头保护管热缩装置以及工作照明结构剖视图。

图21是外壳结构和装配关系图。

图22是机械主体结构调整后用于特殊光纤熔接的结构示意图，图22-1是机械主体结构调整后用于特殊光纤熔接的结构右侧视图，图22-2是机械主体结构调整后用于特殊光纤熔接的左侧视图，图22-3是图22-2所示“A”区域放大细节图。

附图标记说明

光纤熔接机的系统标记：2.电路系统，3.接头保护管热缩装置，4.外壳，5.特殊光纤熔接调芯机械结构。

系统的功能单元标记：10.夹持、切割、Z轴调整单元，11.固定、成像、调芯、熔接单元， 51.左光纤，52.右光纤，53.特殊光纤，54.光斑测量组件，55.吸附型自动上料组件，56.备料盒。

功能单元的组件标记：101.左夹具，102右夹具，104.切割组件，201.主板，211.电源板，220.显示板，230.按键板，240.高压板，250.位置传感器，301.热熔炉壳体，302. 热熔炉盖板，305.发热片底板，306.热熔炉枢轴结构，401.主板壳，402.电源壳，403. 显示器按键壳，404.主机壳，541.光斑测量传感器导轨。

组件的零件标记：1011.左夹具盖，1012.左夹具座，1013.夹具弹簧，1021.右夹具盖， 1022.右夹具座，1031.Z轴调整凸轮，1032.Z轴步进电机，1041.击锤，1042.直线导轨，1043. 胶垫，1044.切割刀片，1045.切割刀片支持座，1046.切割总成，1047.切割臂，1048.击锤弹簧，1111.调芯主体，1112.光纤V槽，1113.压锤总成，1114.压锤，1115.压锤总成盖，1116.压锤弹簧，1117.压锤总成限位器，1121.显微镜头，1122.图像传感器，1123. 背光LED，1131.减速步进电机支持架，1132.减速步进电机，1133.凸轮，1141.电极，1142. 电极固定板及连线，2010.主控制芯片，2011.图像传感器缓存模块，2012.步进电机控制模块，2015.高压控制模块，2016.热熔炉控制模块，2017.X/Y轴背光控制模块，2018. 图像识别/驱动模块，2112.电池，2113.工作照明LED，2501.Z轴左定位光耦，2502.Z 轴右定位光耦，2503.状态切换光耦，3031.发热片，3032.发热片支架，3033.发热片安装板，3041.发热片弹簧，3042.发热片安装螺栓，3051.热熔炉连线插座。

零件上的特征点标记：10121.左夹具座凸起，10221.右夹具座凸起，10311.凸轮凸起， 10411.击锤凸起，10451.击锤贴合面，10452.凹陷结构，10461.切割臂支撑座，10462.Z轴步进电机安装腔体，10464.遮板，11110.较薄支撑连接部，11111.上镜头部，11112凸轮减速步进电机支架安装部，11113.下镜头部，11114.镜头轴线，11115.凸轮弧线，11116.光纤V槽弧线，11117.对准点，11221.显微成像。

具体实施方式

图1是切割定位定焦调芯光纤熔接机整机(以下简称熔接机)主视图；如图示：10.夹持、切割、Z轴调整单元和11.固定、成像、调芯、熔接单元通过1042.直线导轨，连接成了光纤切割、调芯、熔接的机械部分，4.外壳，包覆在机械部分外侧，3.接头保护热缩装置，安装在4.外壳上。

图2是本说明书光纤调芯X/Y/Z方位定义图；当操作者面对主机操作时，51为放置在操者左边的待熔接光纤，52为放置在右边的待熔接光纤；本说明书以及权力要求书所述的光纤及光纤位置说明均与图2方向一致。

图3是各功能单元在整机中的安装位置剖视图也是图1的剖视图。

由图可知，10.夹持、切割、Z轴调整单元和11.固定、成像、调芯、熔接单元，组成熔接机的机械部分，功能为对两芯光纤进行切割、对准、熔接操作，图3所示，2.电路系统被固定在4.外壳里，安装在机械部分的两侧；实际装配中电路系统还有针对电子零件的连接控制线；2.电路系统功能是支持机械部分完成光纤的切割、对准、熔接作业；该过程中所需的图像识别/驱动，步进电机控制，高压产生和高压控制等功能由电路系统提供；3.接头保护管热缩装置固定在主机外壳上，受2.电路系统控制，在光纤接续完成后为光纤接头保护管的热缩提供支持，3.接头保护管热缩装置严格意义上并不属于光纤接续功能的结构，但在现场施工中接续完成后需要对脆弱的接续部分进行热缩管热缩保护，因此，大多数光纤熔接机均配置了这个装置。

图4是机械主体部件侧视图；图5是机械主体A-A面剖视图，图5-1是A-A面剖视图，图 5-2是机械主体A-A剖视位置示意图；图6是机械主体A-A面简化剖视X/Y轴调芯对准说明图，图6-1是机械主体简化A-A面剖视图，图6-2是机械主体简化A-A剖视位置示意图，图 6-3是简化机械主体侧视图，图6-4是图6-1所示“A”区域放大图；图7是机械主体光纤X/Y 调芯对准原理说明图。

如图4、图5-1截面A-A所示，机械部分各结构安装位置，以1111.调芯主体为核心，水平面用1042.直线导轨连接10.夹持、切割、Z轴调整单元，该单元在1042.直线导轨作用下可沿水平面做直线运动(如图4直线箭头所示方向)；安装在1046.切割总成上的1047.切割支臂以10461.切割臂支撑座为支点沿图5-1所示弧线箭头方向做开启闭合动作(图示状态为开启状态)；光纤51、52在1046.切割总成沿1042.直线导轨方向向1113.压锤总成方向推动时，可以同时被切割(切割示意同时参考图16)；因为1042.直线导轨的准直特性，同时切割后光纤51.52的间距固定且微小，将该两芯光纤进一步推送至调芯结构，利用光纤51.52切割后的端面固定且微小的间距作为调芯时Z轴的初始间距即可使Z轴调整结构减少行程，突出调整精度由此简化了Z轴调整结构及其驱动电路，减少Z轴调整作业时间，降低了调整电路成本，提高可靠性。

如图4、图5-1所示，1113.压锤总成，1122.图像传感器，1142.电极固定板及连线，1141. 电极，1112.光纤V槽，分别固定在11111.上镜头部位置，1113.压锤总成通过枢轴结构连接在11111.上镜头部，1113.压锤总成上安装有1114.压锤，和1115.压锤盖，1113.压锤总成通过枢轴结构可在11111.上镜头部如图4弧线箭头所示方向做开启和闭合操作(图4所示状态为开启状态，图5所示状态为闭合状态)；图5-2所示1117.压锤总成限位器安装在11111. 上镜头部，与1113.压锤总成的开启闭合操作配合控制和调整1113.压锤总成的开启闭合的角度与位置。

如图5-2所示，在1046.切割总成上安装有101.左光纤夹具和102.右光纤夹具，在整个接续过程中夹紧和固定光纤51.52，101.左光纤夹具和102.右光纤夹具分别用1042.直线导轨安装在1046.切割总成上，被夹持光纤51、52可以在图5-2箭头所示Z轴方向上运动(同时参考图17)。

如图5-1所示，1111.调芯主体，在与水平面成六十度位置加工成较薄两处11110.支撑连接部，以该两处连接部为分界，调芯主体分为11111.上镜头部、11112.凸轮减速步进电机安装部、和11113.下镜头部；11110.较薄支撑连接部通常用直接加工的方式将调芯主体材料该部位加工出较薄特征，也可采用不同构件铆接、焊接或螺丝固定的方式连接；在外力作用下 1111.调芯主体产生的形变是以该连接支撑部为支点。

图5-1剖面图所示三个椭圆区域由上至下分别为11111上镜头部、11112凸轮减速步进电机安装部、11113下镜头部，区域；所述1111.调芯主体在11111.上镜头部和11113.下镜头部分别开孔，1121.显微镜头安装在开孔内；两个1121.显微镜头开孔的11114.轴线成九十度并相交，相交形成的面与调芯主体的主体侧面(既图示剖面平行面)平行；11114.轴线交点的相反方向垂直于剖面位置安装1122.图像传感器。

如图5-1所示，11114.显微镜头轴线延长线交点与水平面成六十度位置处分别安装两个 1112.光纤V槽，位于两条相交延长线形成的面两侧，1112.光纤V槽之间留有间隙用于安装 1141.电极；1112.光纤V槽V型底部延长线通过镜头轴线延长线交点并与图示剖面垂直；1112. 光纤V槽分别由1111.调芯主体的11111.上镜头部和11113.下镜头部支撑，支撑部为绝缘材料，并分别与11111.上镜头部和11113.下镜头部构成整体；如图4所示，1111.调芯主体，在11114.显微镜头轴线延长线相交形成的面并在交点两侧1112.光纤V槽之间的间隙处安装有两支针型1141.电极，两支1141.电极同轴，且该轴线穿过11114.镜头轴线交点并与水平线成六十度角；1141.电极针尖相对并由1142.电极固定板及连线分别固定在1111.调芯主体 11111.上镜头部和11113.下镜头部，分别与1111.调芯主体11111.上镜头部和11113.下镜头部形成一整体；1142.电极固定板及连线为导电材料；1111.调芯主体还开有供1142.电极固定板上连线穿过的过线孔。

如图4、图5所示，1111.调芯主体，11112.凸轮减速步进电机安装部安装有1131.减速步进电机支持架，1131.减速步进电机支持架两端分别安装有1132.减速步进电机，1133.凸轮安装在1132.减速步进电机上，1133.凸轮外圆外侧分别与11111.上镜头部，和11113.下镜头部的凸起位置保持物理接触

如图5-1所示，1111.调芯主体水平面104.切割组件行程线路上安装1045.切割刀片支持座和1044.切割刀片，1044切割刀片安装在1045.切割刀片支持座上，104.切割组件直线运动时1046.切割总成的凹槽位置通过1045.切割刀片支持座；1045.切割刀片支持座安装有垂直于剖面的高度调节螺丝。

图6，图7进一步说明光纤51、52的调芯动作；

为了便于观察和放大，图6隐藏了调芯以外的结构，光纤51、52如图6-2所示已经通过 1114.压锤，压持在分别连接于11111.上镜头部和11113.下镜头部的两个1112.光纤V槽里，图6-1所示椭圆范围，11111.上镜头部，11113.下镜头部位于11112.凸轮减速步进电机安装部两侧，11111.上镜头部和11113.下镜头部的11114.镜头轴线上由轴线交点开始依次分布：光纤51、52(光纤垂直于剖面)，1121.显微镜头，1122.图像传感器，光纤51、52在1113.压锤总成内LED背光的作用下透过显微镜头将放大后的光纤侧面图像投射到1122.图像传感器上；1122.显微镜头在实际应用中的放大倍数一般设置在60-120倍，也可以根据实际需求增加和减少放大倍数；(参考图14-2\图14-4)。

如图6-2、图6-3，1133.凸轮通过1132.减速步进电机和1131.减速步进电机支持架(该图隐藏)固定在11112.凸轮减速步进电机安装部位置，1133.凸轮的外圆分别与11111.上镜头部和11113.下镜头部凸起位置保持接触，由于11110.较薄支撑连接部的应力作用，可将接触位置调整至有压力一直接触状态，这样的效果是：当1133.凸轮转动时可分别通过凸起位置向1133.凸轮径向方向推动11111.上镜头部和11113下镜头部，推动的距离来自1133.凸轮螺旋椭圆形外圆从长径到短径的差值，在实际应用中该差值一般设置在旋转300度对应100 -200微米，推动的速度和减速步进电机的转速成函数关系，在11110.较薄支撑连接部的应力作用下，1111.调芯主体作为一个整体，11111.上镜头部和11113.下镜头部有与凸轮作用力相反方向的力，在这两组力的作用下，当1132.减速步进电机带动1133.凸轮转动时，以 11112.凸轮减速步进电机安装部为参照点，11111.上镜头部和11113.下镜头部产生如图6-4 放大图所示右侧两个箭头方向的往复位移，此时，以11110.为支撑点分别连接在11111.上镜头部和11113.下镜头部的1112.光纤V槽，则做如图6-4左侧的交叉箭头方向上的往复弧线运动。

进一步简化，如图7所示，当11111.上镜头部和11113.下镜头部分别在1133.凸轮和1111. 调芯主体材料本身应力作用下围绕11110.较薄支撑连接部做11115.凸轮弧线运动时，支点的另一端则同步产生11116.光纤V槽弧线运动，1112.光纤V槽分别带动光纤51、52做相向的 11116.光纤V槽弧线运动，当两个1132.减速步进电机分别受控转动时，1122.图像传感器将光纤51、52的侧面投影11221.显微图像(显微成像参考图15)并传输到2.电路系统，由图 7可知两条弧线会产生且必会产生一个交点11117.对准点，该点就是两芯51、52光纤的对准点；该11117.对准点以及对准过程也就是1132.减速步进电机通过1133.凸轮调芯的过程，被1122.图像传感器同步捕获后，通过对该11221.显微图像的数字化处理、比较后2.电路系统同步生成进一步的对1132.减速步进电机的驱动信号，驱动减速步进电机进一步动作直到 2.电路系统通过11221.显微图像观察到光纤51、52在上下方向上对准(参考图15，图18调芯部分，图19、X轴调整、Y轴调整部分)既完成X\Y轴的调芯。

由上述对X\Y调芯过程的描述可以看出；11111.上镜头部在做调芯动作时安装在上面的 1112.光纤V槽、1141.电极、1121.显微镜头、1122.图像传感器、和光纤52(被1114.压锤压持在1112.光纤V槽里)是作为一个整体参与调芯动作的，在整个调芯过程中，这些器件的相对距离并未发生变化，也就是1121.显微镜头距光纤52的距离，1122.图像传感器距1121. 显微镜头的距离，1141.电极尖部距光纤52的距离均保持一致不产生变化，这样的设计使最终成像质量不因调芯动作而导致焦距变化，有效保障最终成像质量，也不因调芯动作而导致光纤52和1141.电极尖部的相对位置变化，保障了熔接质量的稳定性、一致性，降低熔接衰耗过大的可能性。

可以看出，以1111.调芯主体为核心的机械调芯结构，1111.调芯主体与切割定位融为一体，使光纤51.52的切割、调芯、熔接在一个结构上完成，熔接操作步骤更少，整体结构更简单，结构件更少，作业更快。

Z轴的调芯同样由11221.显微成像驱动，但由10.夹持、切割、Z轴调整单元完成，将在后面描述。

由图7还可以看出，1111.调芯主体调芯支撑点可根据需求设计在离熔接点不同距离，既 11116.光纤V槽弧线距11110.较薄支撑连接部的距离，以及11110.较薄支撑连接部距11115. 凸轮弧线的距离，由此可进一步提高调芯精度，配合高清显微镜头和图像传感器，比现有熔接机方案有更多选择。

图8到图15是机械主体光纤熔接操作说明图，图8是第一步：放置两芯光纤及放置部位细节图；图9是第二步，光纤未切割：切割两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤未落下)；图10是第二步，光纤切割：切割两芯光纤及切割位置细节图(隐藏了右光纤夹具，击锤落下敲断光纤、形成左右两个光纤端面)；图11是第三步：继续推动光纤到光纤V槽(合上压锤总成，隐藏了压锤总成和压锤盖)；图12是第三步：推动光纤到光纤V槽(未隐藏结构件)；

图13是第三步：切割总成遮板挡住光耦进入如调芯、熔接待机状态；图14是第三步：透过调芯主体X轴\Y轴镜头安装孔观察待熔接光纤细节图；图15是第三步，X\Y轴图像传感器在显示屏上的成像情况。

结合图8到图15具体说明机械主体的熔接操作；

如图8-1所示第一步，104.切割组件位于相对1111.调芯主体在1042.直线导轨作用下向外拉出位置，1047.切割臂处于开启状态，1113.压锤总成也处于开启状态；将光纤51，52分别如图8-2放大部分所示放置：光纤51，52分别跨过本侧1043.胶垫至另一侧1043.胶垫表面，但不能超过另一侧1043.胶垫表面，放置至101.左夹具和102.右夹具，并闭合101.左夹具和 102.右夹具，夹持固定住光纤51，52。

如图8-2所示，1045.切割刀片支持座安装在1042.直线导轨行程路线上，1044.切割刀片安装在1045.切割刀片支持座上，1044.切割刀片刀刃所在面与光纤轴线垂直且和1111.调芯主体两条11114.镜头轴线相交形成的面重合，这样就保证切割后的端面和11114.镜头轴线相交面重合或仅有微小位移偏差；10451.击锤贴合面，10452.凹陷结构是1045.切割刀片支持座上的特征点，用于和1047.切割臂上的击锤配合，完成切割所需敲击动作。

如图9所示第二步，落下1047.切割臂，处于闭合状态，此时胶垫两两紧密贴合，夹持住光纤51.52(为了便于观察图5隐藏了102.右光纤夹具和1047.切割臂右侧1043胶垫)，且1045. 切割刀片支持座的10451.击锤贴合面如图9-2箭头方向所示向上顶起1041.击锤的10411击锤凸起，贴合面是被加工为光滑面以减少运动阻力；然后推动104.切割组件向图9-1箭头所示方向运动，过程中，被夹紧的两芯光纤51，52向刀片方向运动并如图9-2放大部分所示两芯光纤51，52通过1044.切割刀片刃口，通过时被1044.切割刀片刃口划伤，且划伤面在1042. 直线导轨直线线性度的保障下在同一直线上；为了保障1044.切割刀片刃口划伤两芯光纤 51，52的划伤口的深度适合，在1045.切割刀片支持座下方安装有高度调节螺丝，可以调整 1045.切割刀片支持座既安装在上面的1044.切割刀片的高度。

如图10-1所示第二步，在1044.切割刀片划伤光纤51，52后继续推动104.切割组件；如图 10-2放大细节所示，1041击锤的10411.击锤凸起滑过1045.切割刀片支持座的10451.击锤贴合面的尽头处至10452.凹陷结构，击锤快速失去1045.切割刀片支持座10451击锤贴合面的支撑，在1048.击锤弹簧(击锤弹簧是安装在1047.切割臂内部该图为示意)作用力下，击锤以箭头方向敲击光纤51，52的划伤面，并以划伤面为基础敲断光纤，完成光纤切割，且切割后的左光纤51待熔接端面和右光纤52的待熔接端面在一个平面上，切割后的残断光纤通过作业面落到放置设备的桌面；实际应用中，由于加工精度、材料应力和夹具夹持力变化等因素的影响，该两根光纤51.52端面在切割后实际上会有微小的位移，该位移范围为正负20 微米左右；经实测这种切割操作后左右光纤51，52在切割后彼此会触碰在一起的情况约占 30％，其余70％切割后端面彼此有一定距离不会触碰在一起。

上述切割原理和现有使用合金圆形刀片的光纤切割刀的切割原理是一样的，所不同点在于现有光纤切割刀一次在一侧放置一芯光纤切割，然后取出，而本实用新型是一次在两侧同时分别放置一芯光纤同时切割，切割后不取出，并利用左右两芯光纤切割后端面留下的自然间隔作为下一步接续调芯操作的Z轴初始间距使用；如上所述，这样的初始间距非常小，为了避免30％彼此触碰的情况，在切割后左右光纤还需利用Z轴调整结构向外拉一段距离，这样即可保障光纤51，52的初始间距是彼此不接触状态且端面间距在80至200微米范围内；这个初始位置切割定位的方法优化了Z轴方向光纤在V槽上的初始间距；和现有依靠手工放置形成的3-6毫米的距离相比，这种微米级的间距使Z轴调整结构在设计时几乎只考虑调整精度而不用过多考虑调整行程和调整精度之间的兼顾，简化了Z轴调整驱动电路，减少Z轴调整作业时间，降低了调整电路成本，提高了可靠性。

如图11-1所示第三步，如图上方弧线箭头方向抬起1047.切割臂后，以图下方箭头方向继续推动104.切割组件，将已经切割好的光纤51，52推送至1112.光纤V槽，并落下1113.压锤总成。

图11隐藏了1113.压锤总成和1115.压锤总成盖以便于观察到安装在里面的1114.压锤结构件。

如图11-2细节放大图所示，1114.压锤在1116.压锤弹簧的作用力下分别将切割后的光纤 51，52压持在左右1112.光纤V槽的V槽型结构里；两个1123.背光LED位于11114.镜头轴线上，为光纤51，52成像提供背光照明；1141.电极垂直于光纤51，52轴线且电极轴线和熔接端面连接轴线相交。

图12-1，图12-2所示为第三步，未隐藏1113.切割总成和1115.切割总成盖的状态。

图13-1，图13-2为第三步，如图示，位于1111.调芯主体上的2503.位置传感器被1046. 切割总成上的特征点10464.遮板在推动1042直线导轨到位后挡住，阻断了光耦的光信号， 2.电路系统捕获该信号后，光纤切割状态结束，整机进入成像\调芯\熔接状态。

图14-1、图14-2分别是在成像\调芯\熔接状态，以X轴平面也就是1122.图像传感器的安装面为参考面，观察到的光纤51，52，同时还可以观察到1121.显微镜头和1141电极。

图14-3、图14-4分别是在成像\调芯\熔接状态，以Y轴平面也就是1122.图像传感器的安装面为参考面，观察到的光纤51，52，同时还可以观察到1121.显微镜头和1141电极。

图15，是观察到的图像成像情况，11221.光纤成像，上图为X轴成像，下图为Y轴成像，上图像的单侧图像上下移动为X轴调芯过程，下图像的单侧图像上下移动为Y轴的调芯过程，图像的左右移动为Z轴的调芯过程；实际执行过程中X\Y\Z轴的调芯过程相互配合，分时或同时进行。

图16、图17是机械主体Z轴调芯构件示意图；结合该图对Z轴调芯进行说明。

如图16所示，101.左光纤夹具、102.右光纤夹具、1043.胶垫1047.切割臂、1042.直线导轨安装在1046.切割总成上；其中101.左光纤夹具，102，右光纤夹具分别由1011.左光纤夹具盖1012.左光纤夹具座，1021.右光纤夹具盖，1022.右光纤夹具座组成；盖座之间为枢轴连接方式，可开启闭合夹持光纤51，52；1046.切割总成特征点10461.切割臂支撑座，用于以枢轴方式安装切割臂，10462.Z轴步进电机安装腔体位于1046.切割总成内侧，用于安装 1032.Z轴步进电机，Z轴步进电机上安装1031.Z轴调整凸轮，1032.Z轴步进电机上有连线连接到2.电路系统，1032.Z轴步进电机受电路系统控制；

如图17所示，隐藏了1046.切割总成和切割臂相关件后，可以看到1032.Z轴步进电机的安装位置位于1046切割总成的内侧10462.Z轴步进电机安装腔体内；1031.Z轴调整凸轮安装固定在1032.Z轴步进电机上，1031.Z轴调整凸轮的外圆和10221.右夹具座凸起保持一直接触，另一侧的1031.Z轴调整凸轮外圆和10121.左夹具座凸起保持一直接触，1013.夹具弹簧向外也就是1031.Z轴调整凸轮方向作用力，和1031.Z轴调整凸轮转动时径向向外的作用力形成一对平衡合力作用在安装于直线导轨上的夹具上，夹具夹持光纤51，52；当1031.Z轴调整凸轮转动时由于外圆半径的变化合力平衡被打破，夹具在1013.弹簧力和1031.Z轴调整凸轮外圆半径变化的作用下移动，由此带动夹具上的光纤移动，如图17箭头方向示；达到了用两个1031.Z轴调整凸轮分别控制左光纤51，右光纤52的Z轴移动的目的，10311.为Z轴调整凸轮上的凸起，为该器件的特征点，该凸起转动遮住2501.Z轴左定位光耦、2502.Z轴右定位光耦时，可完成左右夹具的初始位置定位，在开机或熔接完成拉出1046.切割总成时，需要执行一次该定位程序。1031.Z轴调整凸轮半径差形成的精度也完全满足应用需求。图18、是电路系统功能框图，

图18是电路系统功能框图(虚线框内为201.主板)，如图示：1122.图像传感器选用cmos 器件，显微成像后(参考图15)将图像数据不断写入2011.图像传感器缓存模块(FIFO)，2010. 主控制芯片可随时根据需要调用该数据，这样的设计可保障图像数据的刷新率，而不需相对复杂和成本较高的专用图像处理系统；图像经2010.主控制芯片二值化处理后在所述X轴，Y轴，Z 轴(X\Y\Z轴空间位置对应的显示位置如图2和图15及其描述)形成调芯驱动信号，具体而言，以X轴为例：如图15上部左侧光纤51，与右侧光纤52，二值化图像不在同一水平位置时(水平位置有差值)，2010控制芯片输出修正这个差值的步进电机驱动信号至2012.步进电机控电路，控制1132.减速步进电机带动1133.凸轮转动调整X轴(具体调芯过程参考前述图4、图5、图6、图7的说明)，调整后的X轴新的图像经上述逻辑再次被2010.主控制芯片调用，计算给出新的修正差值，进一步调整X轴的对准位置，直至所述差值符合系统设定要求，此时X 轴对准；1132.减速步进电机的正反转对应X轴不同的修正方向；同样的逻辑调整Y轴的对准； Z轴对准参考和X\Y轴对准参考不同，为左光纤51，和右光纤52，之间的水平位置间距，产生的驱动信号为2012.Z轴步进电机控制信号用于控制1032.Z轴左右电机带动1031.Z轴调整凸轮(Z轴调整凸轮调节Z轴过程参考前述对图16、图17的说明)。

本实用新型采用1032.Z轴步进电机带动1031.Z轴调整凸轮控制的原因是该结构简单、稳定、精度高、寿命长，但行程较短，因此本实用新型Z轴控制系统也可选用精度和行程兼顾的步进电机加精密螺杆、凸轮、齿轮配合的系统或压电器件、液压器件结构来完成，控制电路也可作出对应的改变；

220.显示板安装固定在403.显示器按键壳上，与201.主板相连，在光纤切割\参数调整状态时配合230.按键板完成熔接参数的设定和调整，在成像\调芯\熔接状态时，显示光纤图像以及配合的文字说明；两个状态之间的切换通过2503.位置传感器来完成(参考图13)；2501.Z 轴左定位光耦和2502.Z轴右定位光耦定位Z轴位置的归零信号，2015.为高压控制模块，功能为：产生和控制熔接所需高压，为了避免高压对201.主板的干扰，240.高压板(含高压变压器)与201.主板分离，高压板向上连接201.主板对应控制部分，向下连接1141.电极；2016. 热熔炉控制模块在201.主板上为热熔炉提供可控的3031.发热片驱动电压；2017.X\Y背光控制模块安装在1113.压锤总成里，向上受201.主板控制，向下连接两个1123.背光LED，在成像\调芯\熔接状态为成像提供背光照明；2018.图像识别/驱动模块在主板上，功能是根据光纤的图像生成驱动下级线路的调芯驱动信号；211.电源板为整机供电，211电源板上设置有开关；2112.电池透过211.为整机供电，211也可外接电源为2112.电池充电；2113.为工作照明LED，开机既亮，为操作提供照明。

图19为调芯、熔接流程图，框内有文字说明，左侧所配置图像对应图像右侧文字说明，为右侧文字说明状态时显示屏的光纤成像\调芯\接续情况。

图20是接头保护管热缩装置以及工作照明结构图，图20-1是接头保护管热缩装置以及工作照明结构图整体图；3.接头保护管热缩装置安装位置如图21所示安装在403.显示器按键壳上；301.热熔炉壳体上用306.枢轴结构方式安装有302.热熔炉盖板，302.热熔炉盖板上有透明的观察片；2113.工作照明LED安装在301.热熔炉壳体右侧，并向下倾斜形成更好照明角度，LED连线连接在305.发热片底板上，3051.热熔炉连线插座，安装在305.发热片底板上，该连线连接主板和电源板为3031.发热片和照明供电。

图20-2是接头保护管热缩装置以及工作照明结构剖视图；3031.发热片、3032.发热片支架、 3033.发热片安装板连接成整体，该整体通过3042.安装螺栓3041.发热片弹簧如图示方式穿过305.发热片底板和3033.发热片安装板安装，3041.发热片的电气连线连接到305.发热片底板上，3033.发热片安装板连接成的整体在3041.发热片弹簧和加热热缩管压力作用下可做如图示箭头方向的上下移动，这种移动的效果是发热片发热表面和热缩管表面充分紧密接触，盖上302.热熔炉盖板后，放置在3031.加热片上的热缩套管在弹簧作用力下始终保持和发热片发热面的充分紧密接触，可提高发热传导效率。

图21是外壳结构和装配关系图；401.主板壳，402.电源壳固定在1111.调芯主体两侧，电池放置固定在电源壳内，403.显示器按键壳跨接在401.主板壳和402电源壳之间，并与1111. 调芯主体之间留有一定间隙，这样设计的目的是外壳结构不干扰调芯动作运动的空间；220. 显示板和230.按键板安装在403.显示器按键壳上；404.主机壳为整机的封装外壳，和401. 主板壳，402电源壳装配成一个主机的整体，404.主机壳设有安装电源插座和开关的开孔。

图22是机械主体结构调整后用于特殊熔接的结构示意图；该结构为本实用新型除上述熔接机整机方案外的另一种应用举例；既所述机械主体调芯结构也可用于对已切割或研磨好端面的光纤或特殊光纤(直径不规则光纤、超短光纤、光纤侧面、斜面等)进行调芯熔接或拉锥熔接；为制作和量产特种光纤产品如：光纤分路器、微型光纤准直器、医用全光纤超小窥镜探头、光纤传感器等产品安装同步检测装置(如光斑测量仪、光功率计等)、自动加料装置等提供平台；所述检测装置(如光斑测量仪、光功率计)可将在线监测数据同步反馈到电路控制系统，实现同步控制熔接参数(如放电强度、放电时间等)，从而得到特种光纤所需的熔接或拉锥效果。

所述自动加料装置与所述机械主体配合完成自动上料功能；图22是以54.光斑测量组件和 55.吸附型自动上料组件为例简单说明；如图22-1所示1131.减速步进电机支持架安装在调芯主体右侧，102.光纤夹具也调整到右侧；该结构取消了光纤切割单元，增加了自动上料和光斑检测单元；调芯结构和光纤夹具设计位置的变化除保持了调芯原理和功能外，最大限度的空置了5.特殊光纤熔接调芯机械结构的左侧空间，将此结构固定在平台上后，平台的左侧安装54.光斑测量组件，该组件可沿541.光斑测量传感器导轨做在箭头方向运动，以便找到焦点成像测量，当该组件处于即时扫描状态时，扫描数据反馈至电路控制系统控制光纤的接续参数；以达到所需最佳熔接效果(该熔接效果不一定是指低插入损耗)；55.吸附型自动上料组件安装在调芯主体Y轴调芯体上，该组件为半圆结构，55.吸附型自动上料组件自带旋转驱动步进电机，工作时在电机驱动下沿图22-2图22-3示弧线箭头方向运动，配合吸附功能完成抓料和放料功能，该组件外圆设置有吸附光纤用的半圆型凹槽，凹槽结构底部有细孔，细孔通过导管和负压泵产生负气压吸住56.备料盒内光纤(备料盒内光纤已经过光纤端面处理)并在做箭头所示弧线运动时将该物料送至接续部位，与另一端人工放置的光纤进行调芯和熔接，图22-3为将53.特殊光纤推送至熔接位置后的细节(图22-2，符号“A”圈定部分) 放大图，左侧是54.光斑测量组件结构，53.特殊光纤被吸附在55.吸附型自动上料组件上；本例结构适合批量接续长度在0.5至3毫米的特种超短光纤，这种光纤往往是传感器、小型准直器、隔离器的探头部分，目前采用的方案大多是在现有光纤熔接机的基础上配置各种复杂的夹具然后由人工在显微镜下装夹进行熔接，熔接完成后再用光斑扫描仪进行筛选，无法实现自动装夹以及同步光斑检测，程序多，工期长，废品率高，成本也高，本例在本实用新型的基本原理基础上做了新的设计完成了自动上料以及同步检测功能，为这些特殊器件的制作和量产提供了良好基础。

Claims (5)

1.一种光纤熔接机，其特征在于；

所述光纤熔接机具备：

机械主体，包括：固定、成像、调芯、熔接单元和夹持、切割、Z轴调整单元，两单元组成的机械主体对一对光纤进行切割、调芯和熔接；

所述固定、成像、调芯、熔接单元由调芯主体、光纤V槽、压锤总成、压锤、压锤总成盖、压锤弹簧、压锤总成限位器、显微镜头、图像传感器、背光LED、减速步进电机支持架、减速步进电机、凸轮、电极、电极固定板及连线组成；

所述调芯主体一端在水平面斜线位置同一倾斜面上为较薄两处支撑连接部，以该两处支撑连接部为分界，所述调芯主体分为位于远端位置的上镜头部、位于近端位置的下镜头部和位于远端位置与近端位置之间的凸轮减速步进电机安装部、所述较薄两处支撑连接部分别位于凸轮减速步进电机安装部靠近上镜头部位置和靠近下镜头部位置；所述调芯主体上镜头部、下镜头部、凸轮减速步进电机安装部三部分由支撑连接部连接为一整体位于所述斜面上；

所述调芯主体在上镜头部和下镜头部分别开孔，显微镜头安装在所述开孔内，所述调芯主体上镜头部和下镜头部显微镜头和开孔的轴线既显微镜头轴线成九十度并相交，相交形成的面与所述调芯主体的主体侧面平行；显微镜头轴线延长线交点与穿过该交点并与上述斜线斜面平行的位置分别安装两个光纤V槽，所述光纤V槽位于两条相交线形成的面两侧，所述光纤V槽“V”型结构底部延长线通过镜头轴线延长线交点并与调芯主体侧面的垂直面平行；所述光纤V槽之间留有安装电极的间隙。

所述调芯主体在显微镜头轴线延长线相交形成的交点两侧安装有两支针型电极，两支电极同轴，且该轴线与光纤V槽安装面平行；所述电极，针尖相对并由电极固定板及连线分别固定在所述调芯主体上镜头部和下镜头部，分别与所述调芯主体上镜头部和下镜头部构成一整体；所述电极固定板及连线为导电材料，所述调芯主体还开有供电极固定板固定的孔和连线穿过的过线孔；

所述调芯主体两个显微镜头轴线交点的另一方向分别安装图像传感器，所述图像传感器与显微镜头位于同一轴线上，图像传感器成像面与显微镜头轴线垂直；

所述调芯主体上镜头部用枢轴方式安装压锤总成，所述压锤总成以开闭方式以枢轴为圆心做圆弧运动，所述压锤总成侧面有凸起，凸起位置安装磁性材料配合压锤总成限位器调整圆弧运动位置；

所述压锤总成开有安装背光LED、压锤的开孔，所述压锤总成与所述调芯主体处于闭合状态时，所述压锤总成上的背光LED开孔轴线和所述调芯主体显微镜头轴线同轴，所述压锤开孔和光纤V槽“V”型结构上表面垂直；所述背光LED安装在所述压锤总成背光LED开孔内；所述压锤安装在所述压锤总成压锤开孔内，所述开孔和压锤处于松配合状态，压锤在所述开孔轴线方向有一定自由移动空间；所述压锤一端安装压锤弹簧，所述压锤弹簧为压簧，使所述压锤在开孔内的移动受所述压锤弹簧作用力控制；所述压锤总成安装有压锤总成盖，所述压锤总成盖安装在压锤总成上，与压锤总成装配后形成用于固定压锤、压锤弹簧、背光LED的腔体空间；

所述调芯主体在所述压锤总成侧面安装压锤总成限位器，所述压锤总成限位器与压锤总成上凸起位置的磁性材料吸合，限制和调整压锤总成的开启闭合位置；

所述调芯主体的凸轮减速步进电机安装部在与V槽安装面平行且垂直于侧面位置安装减速步进电机支持架，所述减速步进电机支持架上安装两个减速步进电机，凸轮安装在减速步进电机上，所述凸轮为螺旋椭圆结构，所述减速步进电机凸轮螺旋椭圆的外圆外侧分别与调芯主体的上镜头部凸起、下镜头部凸起位置保持接触；减速步进电机带动凸轮转动，凸轮外圆外侧通过接触凸起部位分别对调芯主体上镜头部、下镜头部产生推力，在该推力和调芯主体材料本身应力作用下，所述调芯主体上镜头部和下镜头部以较薄支撑连接部为支点做圆弧运动；

所述减速步进电机支持架、减速步进电机、凸轮结构不限于减速步进电机和凸轮的组合，压电微位移结构、电机丝杆结构、液压传动装置同样适用。

2.根据权利要求1所述光纤熔接机，其特征在于；

所述调芯主体水平面用直线导轨安装有夹持、切割、Z轴调整单元，

所述夹持、切割、Z轴调整单元由切割总成、直线导轨、切割刀片支持座、切割刀片、胶垫、切割臂、击锤、击锤弹簧、左夹具、右夹具、Z轴调整凸轮、Z轴步进电机、夹具弹簧组成；

所述切割总成包含切割凹槽、Z轴步进电机安装腔体、切割臂支撑座，由所述直线导轨安装在所述调芯主体水平面，所述切割总成在直线导轨和外力作用下在调芯主体水平面做直线运动；

所述切割刀片支持座安装在所述调芯主体水平面上，所述切割总成直线运动时切割总成切割凹槽位置通过切割刀片支持座，所述切割刀片支持座底部安装有高度调节螺丝；

所述切割刀片为圆形，外圆为刀片刃口，安装在所述切割刀片支持座上，所述切割刀片刃口形成的圆与所述调芯主体显微镜头轴线形成的面在同一平面；

所述胶垫安装在所述切割总成凹槽两侧，所述切割总成在直线导轨上的运动将所述胶垫推动至光纤V槽两侧，所述胶垫表面与所述光纤V槽“V”型结构底部在同一平面；

所述切割臂安装在切割总成上，切割臂与切割总成之间用切割臂支撑座枢轴结构连接，切割臂能在切割总成上通过枢轴做开启和闭合的圆弧运动，圆弧所在面与所述调芯主体显微镜头轴线面平行；所述切割臂安装有与切割总成胶垫对应的胶垫，所述切割臂闭合时，所述切割臂上的胶垫和所述切割总成上的胶垫两两对应贴合；

所述切割臂胶垫间安装击锤，所述击锤面向切割刀片支持座一端有凸起，另一端安装击锤压簧，在所述切割臂处于闭合状态时，沿所述切割总成直线导轨运动方向击锤和切割总成一起在击锤被切割刀片支持座顶起状态可移动；

所述切割刀片支持座与击锤贴合面沿击锤运动方向在贴合面末端为凹陷结构，击锤凸起运动至支持座凹陷导致击锤弹簧顶起作用力释放时，在击锤弹簧力作用下击锤沿凹陷方向运动；

所述左夹具用直线导轨安装在所述切割总成左侧胶垫外侧，直线导轨运动方向和所述胶垫侧面垂直；

所述左夹具由左夹具盖、左夹具座组成，左夹具座开有凹槽用于夹持熔接光纤，左夹具盖与左夹具座以枢轴方式连接，连接后的左夹具盖以枢轴为圆心开启闭合，闭合时左夹具盖与左夹具座包覆夹紧熔接光纤；所述左夹具座有向下凸起，凸起部分与Z轴调整凸轮外圆接触；所述Z轴调整凸轮安装在Z轴步进电机上，所述Z轴步进电机安装在所述切割总成Z轴步进电机安装腔体内，所述Z轴步进电机连接有控制导线，Z轴步进电机带动Z轴调整凸轮转动，凸轮外圆顶动左夹具座凸起推动左夹具和左夹具上的光纤向右运动；所述左夹具座和切割总成之间安装有夹具弹簧，夹具弹簧作用力和Z轴调整凸轮外圆作用力方向相反；

所述右夹具用直线导轨安装在所述切割总成右侧胶垫外侧，直线导轨运动方向和所述胶垫侧面垂直；

所述右夹具由右夹具盖、右夹具座组成，右夹具座开有凹槽用于夹持熔接光纤，右夹具盖与右夹具座以枢轴方式连接，连接后的右夹具盖以枢轴为圆心开启闭合，闭合右夹具盖与右夹具座包覆夹紧熔接光纤；所述右夹具座有向下凸起，凸起部分与Z轴调整凸轮外圆接触；所述Z轴调整凸轮安装在Z轴步进电机上，所述Z轴步进电机安装在切割总成Z轴步进电机安装腔体内；所述Z轴步进电机连接有控制导线，Z轴步进电机带动Z轴调整凸轮转动，凸轮外圆顶动右夹具座凸起推动右夹具和右夹具上的光纤向左运动；所述右夹具座和切割总成之间安装有夹具弹簧，夹具弹簧作用力和Z轴调整凸轮外圆作用力相反；

所述Z轴调整凸轮、Z轴步进电机的组合，不限于步进电机凸轮结构，压电微动结构、电机丝杆、液压传动装置同样适用。

3.根据权利要求1或2所述光纤熔接机，其特征在于；

所述光纤熔接机还具备；

电路系统；由控制单元、电源单元、显示单元、按键单元、高压单元、位置传感器单元组成；

所述控制单元由主控制芯片、图像传感器缓存模块、步进电机控制模块、高压控制模块、热熔炉控制模块、X/Y背光控制模块、图像识别/驱动模块组成；

所述主控制芯片调用、接收来自图像传感器缓存模块的光纤图像信号进行数字化处理，利用处理后的结果驱动步进电机控制模块、完成光纤的X/Y/Z调芯、熔接作业；

所述图像传感器缓存模块接收、存储、刷新来自安装在所述机械主体图像传感器的图像信号，该信号被主控制芯片按需求调用；

所述步进电机控制模块接收来自主控制芯片的控制信号，驱动步进电机转动，带动所述调芯主体凸轮和Z轴调整凸轮转动，完成X/Y/Z轴调芯作业；

所述高压控制模块为所述机械主体电极所用高压生成电路，受主控制芯片控制，生成初级电压并控制高压单元；

所述热熔炉控制模块为热熔炉加热片控制电路，受主控制芯片控制，为加热光纤接头保护套的加热片提供电压；

所述X/Y背光控制模块连接两个背光LED，受主控制芯片控制，为所述图像传感器成像提供背光照明；

所述图像识别/驱动模块功能由主控制芯片完成，所述图像/驱动模块将图像信号转变为驱动信号，配合机械主体，完成光纤调芯熔接作业；

所述电源单元由外接电源/充电模块、电池、工作照明LED组成；

所述电源/充电模块连接控制单元，为控制单元供电，并设置有电源开关；

所述电池连接电源/充电模块，并通过该模块为控制单元供电；

所述工作照明LED连接电源/充电模块，为接续作业提供照明；

所述显示单元安装有显示器件，连接控制单元，显示图像文字信号；

所述按键单元安装轻触开关，连接控制单元，配合完成熔接启动/停止、热缩启动/停止、参数调整功能；

所述高压单元安装高压升压器件，连接高压控制单元和电极，向电极提供光纤熔接所需受控的高压电压；

所述位置传感器单元安装光耦器件，安装在所述机械主体和切割总成Z轴步进电机安装腔体内，连接控制单元，反馈切割总成位置状态信号和Z轴步进电机位置信号。

4.根据权利要求1或2所述光纤熔接机，其特征在于；

所述光纤熔接机具备接头保护管热缩装置，由热熔炉壳体、热熔炉盖板、发热总成、发热片安装螺栓、发热片底板、热熔炉枢轴结构组成；

所述热熔炉壳体为壳体结构，热熔炉盖板以枢轴方式连接在热熔炉壳体上，热熔炉盖板围绕枢轴开启闭合；

所述发热总成安装在热熔炉壳体内热熔炉盖板下方，所述热熔炉总成装配发热片、发热片支架、发热片支架固定在发热片安装板上，发热片安装板开有孔用于通过安装螺丝，所述安装螺丝一端固定在发热片安装板上，另一端通过发热片底板上的孔，安装螺丝套有发热片弹簧将发热总成往热熔炉盖方向顶出；

所述发热片通过连线连接到发热片安装板，所述发热片安装板通过连线连接到发热片底板，所述发热片底板设有连线接插件连接到电路控制单元。

5.根据权利要求1或2所述光纤熔接机，其特征在于；

所述光纤熔接机具备外壳；

所述外壳由主板壳、电源壳、显示器按键壳、主机壳组成；

所述主板壳和电源壳固定在所述调芯主体两侧，所述显示器按键壳开有槽，开槽处跨过所述调芯主体两端分别固定在主板壳和电源壳上；

显示器按键壳开有和显示板、按键板、热熔炉壳体对应的固定开口；

所述主机壳与所述主板壳、电源壳、显示器按键壳贴合，用螺丝固定为一个整体。