光纤研磨机的发展

光纤研磨机的发展摘要光纤研磨机是一款专门用来研磨光纤产品的研磨设备，主要用来加工光纤产品的光纤端面，如光纤跳线，能量光纤，尾纤，塑料光纤，器件的预埋短插芯等等。其在光通信行业应用非常广泛，常用的方式是几台光纤研磨机和固化炉、端检仪、压接机、测试仪等设备工具共同组成一条或多条生产线，用来生产光纤跳线，尾纤，预埋短插芯等无源器件。本文介绍多功能光纤研磨机的研究背景，设计结构、系统改进、调试及实验研究，特别是气动系统及电路的改进设计和实验调试研究，气动系统主要是得设计个背压来抵抗夹具自重，同时还进一步开发了SCI00控制器的可编程功能，通过编程功能使气动系统和控制电路相联系起来。待改进设计结束且合理，通过多次实验和调试，町论证该改进机器合理性和可行性，因而可以用于实际生产中。关键词：光纤研磨机：系统改进；调试研究1绪论1.1研究的背景及意义二十一世纪是国际网络信息化社会，而信息的传输方式则是决定信息化程度快慢的重阿因素，光纤通讯以其超高频率、高容量、低传输损失、不受电磁干扰等优点已取代了传统线传输。光纤通信的应用非常广泛，光电科技将在信息传输、处理、存储及生物医疗等很多领域中扮演关键角色，是新世纪产业所不可或缺的推动性技术之一。而在光纤通讯中，光纤的处理技术同样举足轻重。光纤的连接对光纤传输性能起着重要作用，因而涉及到连接，不町缺少光纤的端面加工。因而不可忽略光纤的研磨技术。光纤研磨技术是主要用来加工光纤产品的光纤端面，如光纤跳线，尾纤，能量光纤，塑料光纤，器件的预埋短插芯等等。光纤研磨技术集中体现在光纤研磨机上。光纤研磨机有很多种类，根据加压方式的不同，光纤研磨机一般分为两人类：一类是中心加压光纤研磨机;另一类是四角加压光纤研磨机。中心加压研磨机是通过研磨夹具中心位置传导压力、通过调节重锤位置改变研磨压力的一种研磨机器，四角加压光纤研磨机是通过研磨夹具的四个角来施加压力、需要通过调节四个柱子的弹簧压力来实现。光纤研磨机主要是依靠研磨技术的改进得以更进一步的提高生产效率的。这里要改进的研磨机是中心气压研磨机，技术而言，主要是从研磨机的电路和气动系统方面进行改进，从而使该光纤研磨机能得到更进一步的性能改善。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国光纤研磨机市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外光纤研磨机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。光纤连接器等光纤无源器件的制造属于光学零件的超精密制造范畴，与一般机械零件的超精密制造相比，有其特殊的一面，它是制造科学与光学原理相融合的高精度、高难度的特殊制造技术。光纤器件的性能由光学原理、器件结构以及制造原理与工艺所确定，制造方法、制造精度决定着光学原理的实现及器件光学性能的高低，目前对这一基本问题缺乏系统的规律研究。研究光纤器件界面的光波传输与畸变规律、光纤精密制造基本机理以及光纤器件的光波传输界面与制造界面之间的融合分析理论，获得光纤器件功能品质一一制造精度一一制造工艺的相关规律，不仅有助于提高光纤器件的性能，还町为研究开发新的光纤器件的超精密精良制造工艺、技术与成套装备提供理论基础。对光纤器件功能生成原理、制造工艺规律的深层次研究是当前光纤器件制造从技艺走向科学的必需1.2国内外研究现状在当今信息时代，光纤通讯引领着其他各行业飞速的发展，光纤自问世以来，其技术与市场开发已有30多年了。初期由于资讯的需要量及传输速度并不理想，并没有受到过多关注。但近年来，在全球通讯量激增，电视、电话、电脑等通讯的多元化，也间接使通讯量增加。因而光纤在当今世界得到了普遍的关注。同样在中国也得到了广泛的应用从区域分布来看，光纤研磨机在华中地区、华南地区主要是采用中心加压研磨机，华东主要采用四角加压研磨机。光纤端面加工有平面研磨和球面研磨等等。目前我国还没有商品化的光纤端面微感器加工的研磨设备，人多还是采用国外的研磨机研磨光纤来进行研究。很多科研人员还都是在研究提高光源与光纤之间的耦合效率，并没有针对光纤的这种研磨加工系统做深入的研究，如中山人学的王福娟，齐晓玲等人，分析了各种透镜光纤与单模光纤、激光器等器件之间耦合中的作用意义，台湾国立大学的吕显宽、菜斯铭等人则通过ULTRAPOLendandedgepolisheMULTRATEC）研磨机研磨加工了四角锥形、锥式楔形等光纤透镜，并对耦合效率进行了实验分析，得到了较为理想的结果。此外，浙江人学的赵发英、清华大学的韦朝灵，查开德，王新宏等人也对光纤进行了研磨加工实验，并且取得了较好的结果。上海深东宝业有限公司LE系列产品是制造标准光纤连接器的保证，所生产的光纤连接器满足TelcordiaGR-326-Core的要求，达到了国际先进技术水平，如图1.1图，以及东旺国际股份有限公司GT系列光纤研磨机，同样在国内也有着一定的地位。图1.1上海深东宝业有限公司LE系列光纤研磨机近年来国际上对光纤端面的研磨抛光技术的研究比较成熟，已经行好几个国家有成型的商品化光纤研磨设备，如美国、德国、口本等，一些公司的研磨机都已经实用化和商业化。图1.3为口本SEIKOHGIKEN公司研发的最新款SFP-55O型光纤研磨机。该机器还有以下特点：可生产出符合IEC标准的几何端面使用精工技研专利行星轨迹研磨方式使用新的I.P.C.夹具（每个插芯可独立加压）技术使工业生产合格率更高， 并且无论是研磨1个或24个连接器，研磨的效果都是一样的。MU和LC连接器最大可研磨24头；SC,FC,ST连接器最大可研磨20头高效快速处理各种类型的连接器使用高品质、热处理过的不锈钢制造，使机器保持了非常高的精确性和耐用性。因采用了防止旋转结构，所以实现了一触式安装。高精密的加工可以实现插芯研磨的长度偏差小。1.3光纤研磨机和连接器的介绍光纤研磨机是一款专门用来研磨光纤产品的研磨设备。光纤研磨机是通过2个电机来分别控制公转和自转，从而达到8字型研磨的效呆（当然市面上也有1个电机同时控制公转和自转的机器，这种机器稳定性就好稍微差点）。根据加压方式的不同，光纤研磨机一般分为两人类：一类是中心加压光纤研磨机；另一类是四角加压光纤研磨机。中心加压研磨机是通过研磨夹具中心位置传导压力、通过调节重锤位置改变研磨压力的一种研磨机器，这种机器比较早期产品代表就是精工电子的0FL-12,现在产品类型也基本上是万变不离其宗，高端产品有美国德边、扇港的PLC控制机器，人众机型国产的比较多，质量做的较好的有畅翔光科技，台湾技田等。中心加压研磨机常用夹具都是12个头，也就是说可以同时研磨12个光纤头，效率相对较四角加压的要低点。四角加压光纤研磨机是通过研磨夹具的四个角来施加压力、需要通过调节四个柱子的弹簧压力来实现，这种机器早期产品代表是精工技研的SFP-550,现在各种类似机型也是很多，高端市场还是由精工技研把持，中低断市场由各中小型生产厂家分割，如畅翔光科技、深东、意伯利等。四角加压研磨机夹具一般都有20个头，生产效率较中心加压机型要高。从区域分布来看，光纤研磨机在华中地区、华南地区主要是采用中心加压研磨机，华东主要采用四角加压研磨机，其他地区光通信相对落后，未做统计。光纤连接器主要用于实现光纤系统中设备与备之间、设备与仪表之间、设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的非永久性固连接，是光纤通信系统中不可或缺的无源器件固。正是由于光纤连接器的使用使得光通道间的可拆式连接成为可能，从而方便了光纤系统的测试与维护，又光纤系统的转接调度更加灵活日巴光纤连接器伴随着光通信技术的发展而发展。现在已经形成了门类齐全、品种繁多的系列产品，称为光纤通信及其它光纤领域不可缺少的、应用最广泛的无源器件之一。2.1.3恒定压力研磨运动机构恒定压力研磨运动主要是通过气动系统来控制的，对光纤采用研磨加工要做到均匀研磨，必须使各光纤受到的压力相同。再研磨过程中的三个不同阶段，光纤和磨具之间的压力的人小爭影响研磨效果的一个重要因素，对于不同的阶段，压力值不同，因此对其压力必须采用恰当的控制方法。其压力研磨过程分为高压研磨和低压研磨。高压研磨是快速的粗磨阶段，此时通过减压阀来对系统压力进行调控，从而使未加工光纤端和研磨盘之间的接触压力能相对的较低，但研磨的速度相对较快；高压研磨是慢速的精磨阶段，此时再次通过减压阀来对系统压力进行高压调控，使刚刚结束的高压研磨变为低压研磨，光纤端和研磨盘河的压力升高。 对光纤采用研磨加工要做到均匀研磨，必须使各光纤受到的压力相同。再研磨过程中的三个不同阶段，光纤和磨具之间的压力的人小事影响研磨效果的一个重要因素，对于不同的阶段，压力值不同，因此对其压力必须采用恰当的控制方法。光纤研磨机有很多种类，根据加压方式的不同，光纤研磨机一般分为两人类：一类是中心加压光纤研磨机；另一类是四角加压光纤研磨机。中心加压研磨机是通过研磨夹具中心位置传导压力、通过调节重锤位置改变研磨压力的一种研磨机器，四角加压光纤研磨机是通过研磨夹具的四个角来施加压力、需要通过调节四个柱子的弹簧压力来实现。通过分析，由于要使光纤达到较高的平面度，在进行研磨过程中要保证各光纤受力相同，才能使得加工出来的光纤具有相同的平面度，又由于光纤的脆性，为了减小工件加工面和磨料间的硬性冲击，因此可以考虑采用浮动机构对其夹具进行中心加压的方式。但是，中心加压的压力源不能由步进电机带动丝•杠旋动而产生，因为这样产生的压力是不稳定的，会影响加工的效果。然而流体加压却是一种比较理想的加压方式,其主要是气体加压和液体加压，液体系统的传动精度比气动高，传动更可靠，但是液体系统要求的坏境高，元件价格相对气压较高，且需要额个设个泵站。光纤是通迅元件，信息传送可靠性要求高，要求其不能被油污染。综合上述，由于气压成本低，污染小，且气动系统的工作介质为空气，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏、传动平稳，加压准确，因此，气压系统比液压系统更适合光纤研磨机的加压方式。本章首先给出了光纤研磨机的整体结构和原工作系统及原理。工作系统原理具有一定的科学性和可行性，但也存在一定的缺陷，有待进一步改进。而其整体结构主要是分为三个部分：研磨盘主运动机构、升降机构及研磨加压机构，各机构的特点是：（1） 研磨盘主运动主要分为主轴的自转运动和研磨盘的公转运动。主轴的设计釆用行星式运动结构，研磨盘固定在行星齿轮上，行星齿轮有两个运动，一个是绕自身的中心转动,另一个是随着杆系的转动，行星齿轮的运动化为绕自身中心自转和绕内齿轮中心公转的两个旋转运动的复合运动，所以行星齿轮的运动就是研磨盘的运动。（2） 升降运动机构主要是通过步进电机的正反转来实现升降台的下行和下行。采用杆系螺母传动步进电机驱动丝杠旋转，升降速度快，定位准确。（3） 加压方式是中心浮动加压方式，夹具上各光纤连接器端面所受压力均匀，无受力冲击；通过气压系统加压，具有阻力小、速度快、反应灵敏、传动平稳，加压准确的特点。光纤最简单的结构是由两个同心的玻璃层组成，里面部分叫做核心外面的部分叫做包层。作用在这个光纤和其包层之间的起保护光纤的叫做塑料涂层。核心部分的折射率比包层部分的折射率人，因此，被引入到光纤里的光就能通过一个自由端实现一个完整的内部反射。这种传播方式存在于核心部分和存在在包层部分中且迅速向零密度边界衰减的非传播衰减区域。而且这个包层由其厚度决定，为实现所有目的，它完全包含这个衰减区域。这个核心部分中的传播方式可能受包层中的衰减区域的干扰。由于这个原因，有用的设备可能被制造在光纤的外部。一个对FOG应用软件特别有用的设备叫做衰减耦合器。这个耦合器依赖光纤中的衰减区域来激发另一个光纤中的传播方式，因而聚集的能量从这个光纤传到另外一个。由于这个衰减区域从这个核心包层很快衰减掉了，它就需要去除掉两个光纤那小块接触面积的人部分包层以至于两都能有相互作用。去除了包层右以通过一个玻璃抛光过程来完成。第一步，在抛光过程会剥去一段长度的光纤中一些缓冲材料。剥离可以通过市场上可以买到的经过加热过的电线剥离器来完成。光纤然后被安装在一个曲面体表面上。这个曲面体表层或基层可能是被加工了的陶瓷块作模板，其一面配置去让这个光纤能被接触上。通过黏结剂可以把光纤粘在这个基片上，例如环氧基树脂。这个光纤基质集装可以升级成抛光机的摇臂。这个机器抛光轮通常都会有一个精金刚石磨料垫片贴着，抛光浆将会滴到垫上并且会分散坏绕着光纤周閑当进行抛光时。当完成这个抛光操作时，光纤将会有一个很光滑的光学表面，由于两个这样的结构结合在这个平面位置就形成了一个耦合器。为了实现一个被给定的耦合的性能，这个抛光过程必须要停止在离光纤核心处有一个特定距离的地方。对于一些特殊的光纤产品，这个核心易于轻微偏离进入包层里。因此，在结束一个固定时间的抛光阶段时这个距离从核心到包层，将会从一个光纤长度变化到另一个光纤长度。而且在结束研磨阶段这个来自核心处的平面距离人约和几微米相似。因此，不仅在上述阶段没法做一个物理的厚度测量而且没法根据研磨时间去提出一个经验主义计划去得到这个准