气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置的制作方法

气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置
(一)技术领域
1.本发明涉及的是一种气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，属于光纤微加工装置领域。
(二)

背景技术：

2.光纤侧抛是一种侧面抛磨光纤的光纤微加工技术，指从光纤的侧面，将光纤抛磨指定深度。当光纤包层或纤芯被抛磨一定深度后，光纤对纤芯内光场的束缚能力会减弱，使得倏逝场可以透过剩余包层或是直接与侧抛面后的外界环境产生较强的相互作用，如反射、散射、吸收等。据此，可以在光纤侧抛面上进行二次增减材加工，如镀膜以产生spr效应、涂覆环境敏感材料制作传感器、将两根光纤的侧抛面贴合制作耦合器、使用双光子聚合技术或飞秒激光加工技术在侧抛面加工高精度光学结构等。
3.正是由于侧抛光纤是大量光纤器件的前置器件，具有十分广阔的应用前景，所以在保证加工精度的前提下，实现稳定高效批量制备的侧抛光纤，对基于侧抛光纤器件的商业化应用，具体极其重要的意义。
4.目前用于侧抛光纤的方法，主要有两大类，一是固定光纤两端，将砂纸贴在滚轮上进行侧抛。另一类是固定光纤侧抛段，如嵌入槽内或是用环氧树脂固定进行侧抛。第一类方法使用悬臂梁结构的抛磨滚轮，如专利cn111596407b。当滚轮转动时，因该装置没有设置缓冲结构，实际抛磨时，电机抖动不可避免会传递到滚轮和光纤上，影响抛磨质量，而且砂纸固定到抛磨轮上的方式也是影响光纤侧抛质量的重要因素。第二类方法使用槽固定的方法，如专利201920119607.x，其使用宽凹槽固定，并使用悬臂梁式的传动研磨带侧抛。相较于传统的槽固定侧抛法有较大改进，但宽槽不易保证光纤的稳定，固定胶凝固后，容易残余应力，当光纤经侧抛破坏圆柱形结构时，残余应力的释放会导致侧抛段光纤拗断，而且传动研磨带较难严密固定砂纸，如砂纸拼接的接口处会有不平整的情况，从而会影响到侧抛的结果，这种方法也不适用于批量化的光纤侧抛，传动研磨带起伏程度较大，很难同时兼顾多个微型槽的光纤高度，导致光纤侧抛深度不一致。为解决以上技术问题，亟需一种解决抛磨过程中抛磨轮转动不稳定、砂纸更换频繁、光纤难以批量抛磨以及光纤接触砂纸的抛磨压力均匀化问题的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置。
(三)

技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种抛磨轮稳定转动、砂纸无须频繁更换、批量抛磨光纤以及光纤接触砂纸的抛磨压力均匀化，实现稳定高效批量制备凹槽预封装侧抛光纤的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，包括：
7.抛磨装置，用于实现稳定高效的光纤侧向抛磨，包括主体框架、工形双圆盘、抛磨轮、传动轴、中空胶辊、光电门、转动电机、抛磨电机和电动滑台；工形双圆盘以中央设置的
转动轴连接主体框架，工形双圆盘四周分布多个抛磨轮，抛磨轮与传动轴均外套中空胶辊，两个中空胶辊以相互贴合传动，光电门设置在主体框架和工形双圆盘之间，转动电机连接圆盘转轴，抛磨电机使用柔性联轴器连接传动轴，电动滑台承载抛磨装置整体运动。
8.气浮装置，用于光纤夹持装置的气浮，包括外壳、顶部气囊、底部气囊、压力传感器、空气充放装置和光纤凹槽；顶部气囊设置在外壳内部上方，底部气囊设置在外壳内部下方，压力传感器设置在顶部气囊和底部气囊中间，空气充放装置在外壳之外并连接底部气囊，光纤凹槽设置在外壳顶部的镂空中并接触顶部气囊。
9.作为优选的技术方案，抛磨轮是一种末端具有尾柄、头部具有空心柱腔的装置；抛磨轮尾柄通过外套轴承嵌入工形双圆盘；抛磨轮空心柱腔底嵌有单向轴承，抛磨轮头部设置有盖板，单向轴承和盖板约束砂纸辊两端。
10.作为优选的技术方案，工形双圆盘是一种由两个圆盘及中间转轴套一体加工而成的抛磨轮固定装置；中空胶辊外套于传动轴组成驱动胶辊，中空胶辊外套于抛磨轮尾柄组成从动胶辊，驱动胶辊与从动胶辊相互接触组成传动结构；转动电机连接转动轴驱动工形双圆盘转动，变换与驱动胶辊接触的从动胶辊；抛磨电机和传动轴由柔性联轴器连接，抛磨电机通过传动胶辊驱动抛磨轮转动。
11.作为优选的技术方案，光纤预封装在光纤凹槽内，外壳顶部设置可安装x(x≥2)个光纤凹槽的镂空结构，镂空结构略大于光纤凹槽，使光纤凹槽可流畅上下滑动。
12.作为优选的技术方案，顶部气囊是一个柔性材料制成的方形密闭气囊，底部气囊是一个柔性材料制成的方形充气气囊；空气充放装置向底部气囊充放气并由压力传感器调节挤压顶部气囊的压强大小，使顶部气囊向光纤凹槽提供大小合适、分布均匀的抛磨压力。
13.由于采用了上述技术方案，当装置工作时，经由光电门定位工形双圆盘转动角度，安装有不同粗糙度砂纸的抛磨轮按照抛磨设计依次实现光纤的粗抛、过渡抛、细抛和抛光；在抛磨轮转到预定位置时，主动胶辊接触从动胶辊带动抛磨轮旋转抛磨光纤；同时，由于底部气囊、压力传感器、顶部气囊和光纤凹槽依次首尾接触，使得向底部气囊充放气的空气充放装置和压力传感器协同工作时，可实现光纤凹槽内的光纤和抛磨轮的接触压力可控，且由于光纤凹槽设置在顶部气囊上方，使得当抛磨轮压迫光纤时，x个光纤凹槽按照自身实际所受压力大小向下不同程度挤压顶部气囊的顶部，而由于顶部气囊是柔性密闭方形气囊，所以此时x个光纤凹槽受到的总压力会被均匀分配到每个光纤凹槽；本发明的具体有益效果是：
14.1、多个抛磨轮安装不同粗糙度的砂纸，通过安装双轮盘选择使用，可以解决在抛磨过程中的砂纸更换频繁问题，提高光纤加工效率，减少砂纸损耗。
15.2、砂纸两端固定在砂纸辊上，由抛磨轮头部空心柱腔底设置的单向轴承锁紧在抛磨轮表面，避免砂纸因粘贴或缺失、重叠使得抛磨轮表面起伏较大，导致光纤在抛磨中发生高频率抖动，影响抛磨质量甚至发生光纤断裂的情况，提高成品率。
16.3、抛磨电机使用柔性联轴器驱动驱动胶辊，驱动胶辊通过中空胶辊驱动从动胶辊，从动胶辊带动抛磨轮旋转，多级减震传动的方式可有效避免抛磨电机的抖动传递到抛磨轮和光纤上影响抛磨精度。
17.4、密闭的顶部气囊气浮光纤凹槽，使得光纤和抛磨砂纸实现柔性接触并均匀化抛磨压力，底部气囊控制抛磨压力阶段性变化，二级气囊结构可减缓抛磨压力变化的剧烈程
度，改善抛磨质量和一致性。
18.5、本装置基于凹槽预封装光纤制备侧抛光纤，相较于传统的先侧抛再封装的模式，可有效改善侧抛光纤封装过程中存在的侧抛面偏转，裸纤易断的问题，提高成品率。
(四)附图说明
19.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
20.图1是本发明实施例的整体结构示意图；
21.图2是本发明抛磨装置的示意图；
22.图3是图2的左侧视图；
23.图4是本发明主体框架的示意图；
24.图5是本发明装有从动胶辊的抛磨轮示意图；
25.图6是图5另一视角的示意图；
26.图7是本发明工形双圆盘的示意图；
27.图8是本发明传动结构的示意图；
28.图9是本发明气浮装置外壳的示意图；
29.图10是本发明气浮装置的示意图；
30.图11是本发明外壳和气囊的剖视图；
31.图12是本发明实施例的工作流程图；
32.图13是本发明实施例气浮装置的调节流程图；
33.图中：
34.100-主体框架；101-主体框架一；102-主体框架二；103-主体框架三；104-主体框架四；105-主体框架五；
35.200-抛磨轮部分；201-抛磨轮三；202-盖板；203-砂纸辊；204-砂纸缝；205-单向轴承；206-抛磨轮尾柄；207-从动胶辊三；208-抛磨轮四；209-抛磨轮一；210-抛磨轮二；211-从动胶辊四；212-从动胶辊一；213-从动胶辊二；
36.300-工形双圆盘；301-工形双圆盘前圆盘；302-轴承孔；303-转轴孔；304-轴承套；305-工形双圆盘后圆盘；306-轴承孔；307-光电门识别缝一；308-驱动胶辊；309-传动轴；310-转动轴；311-光电门识别缝二；312-光电门识别缝三；313-光电门识别缝四；314-初始化识别缝；
37.400-抛磨装置电控部分；401-光电门；402-转动电机；403-抛磨电机；404-电动滑台一；405-联轴器；406-柔性联轴器；
38.500-气浮装置；501-光纤；502-光纤凹槽；503-外壳；504-顶部气囊；505-压力传感器；506-底部气囊；507-空气充放装置；508-充放气管道；509-镂空结构；510-传感器线路孔；511-充放气管道孔；
39.600-计算机。
(五)具体实施方式
40.下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的
方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
41.如图1至图11共同所示的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，抛磨装置的安装方式为：抛磨轮201由抛磨轮尾柄206套入轴承孔302、306中约束在工形双圆盘300上，从动胶辊207固定在抛磨轮尾柄206上，抛磨轮208、209、210以相同的方式固定在工形双圆盘300上，驱动胶辊308固定在传动轴309上，此时抛磨装置如图7所示；转动轴310套入转轴孔303，并通过主体框架一101和主体框架三103将工形双圆盘300约束在主体框架100中，传动轴309通过主体框架三103和主体框架五105约束在主体框架100中；转动电机402由联轴器405连接转动轴310，抛磨电机403由柔性联轴器406连接传动轴309；光电门401固定在主体框架二102上；上述整体安装在电动滑台404上；计算机600连接并控制光电门401、转动电机402、抛磨电机403和电动滑台404。气浮装置的安装方式为：底部气囊506设置在外壳503内部下方，顶部气囊504设置在外壳503内部上方，压力传感器505设置在底部气囊506和顶部气囊504之间由传感器线路孔510穿过外壳503连接计算机600，底部气囊506和空气充放装置507由穿过外壳503上充放气管道孔511的充放气管道508连接，空气充放装置507连接计算机600。
42.砂纸安装结构如图6所示，单向轴承205嵌入抛磨一201头部空心柱腔底，砂纸辊203一端套入单向轴承205，一端由盖板202约束；长条砂纸两端沿砂纸缝204伸入抛磨轮一201空心柱腔内，并粘贴在砂纸辊203上，旋转砂纸辊203即可将砂纸锁紧在抛磨轮一201的表面。由于砂纸没有直接贴在抛磨轮的表面，有效解决因粘胶高度不同、砂纸未能完整环绕或过度环绕抛磨轮表面造成的砂纸高度差问题，可避免该问题导致光纤在抛磨过程中发生抖动影响抛磨质量。
43.多轮结构如图7和图8所示，砂纸按粗糙度递减，依次安装在抛磨一209至抛磨轮四208上，工形双圆盘300转动一周，即可使砂纸依次对光纤完成粗抛、过渡抛、细抛和抛光过程，解决抛磨过程中需要多次升降抛磨轮以更换砂纸的问题。
44.传动结构如图3和图8所示，抛磨电机403由柔性联轴器406驱动传动轴309转动，当驱动胶辊308和从动胶辊三207接触时，传动轴309由驱动胶辊308带动从动胶辊三207转动，从动胶辊三207带动抛磨轮三201转动，实现对光纤抛磨。由于抛磨电机没有直接驱动抛磨轮，可避免电机中心转轴和抛磨轮中心转轴不重合导致抛磨轮偏心转动，此外传动结构使用胶辊吻合的方式，也可以减小电机抖动传递到抛磨轮和光纤上，进而提高抛磨质量。
45.气浮装置如图9至11所示，充气过程增加抛磨压力，空气充放装置507通过充放气管道508向底部气囊506充气，底部气囊506顶面则向上膨胀并挤压顶部气囊504，由于光纤凹槽502是直接接触顶部气囊504，因此也会上升；当光纤凹槽502接触抛磨轮时，因无法继续上升，则向下挤压顶部气囊504使其顶面形变，由于顶部气囊504使用柔性材料制成，故使顶部气囊504发生形变所需的力相对于顶部气囊504对光纤凹槽502的支持力可忽略不计，又顶部气囊504对光纤凹槽502的支持力是由顶部气囊504内的空气压强提供，而顶部气囊504的顶面是个平坦面，顶部气囊504内的空气压强对此平坦面各处的压力近似相等，进而多个光纤凹槽502在外壳503的镂空结构509中接触抛磨轮时，不同的接触高度尽管会向下使顶部气囊504的顶部发生不同程度的轻微形变，但顶部气囊504对多个光纤凹槽502仍会
施加相同的支持力。放气过程减少抛磨压力，空气充放装置507通过充放气管道508向底部气囊506抽气，底部气囊506顶面则向下塌缩并减小挤压顶部气囊504程度，此时光纤凹槽502会下降或是减小与抛磨轮的抛磨压力。压力传感器505向计算机600传递压力大小，该压力为抛磨总压力。所以通过气浮装置充放气过程，可实现调控并平衡各光纤凹槽的抛磨压力，改善抛磨质量和一致性。
46.气浮装置的调节流程如图13所示，根据接触光纤的抛磨轮和砂纸粗糙度的不同，划分为粗抛阶段、过渡抛阶段、细抛阶段和抛光阶段，每个阶段设置不同的抛磨压力范围，使用气浮装置500和计算机600共同实现抛磨压力调节。“开始抛磨压力调节”，压力传感器505向计算机600传递压力数值，当该数值大于预设压力范围时，计算机600会控制空气充放装置507向底部气囊506充气，直至该数值在预设压力范围内；当该数值小于预设压力范围时，计算机600会控制空气充放装置507向底部气囊506抽气，直至该数值在预设压力范围内；当计算机600结束该阶段抛磨时，“结束抛磨压力调节”，并进行下一阶段抛磨或结束抛磨流程。
47.抛磨流程如图1、图11和图12所示，“开始光纤抛磨”，计算机600控制转动电机402和抛磨电机403旋转，转动电机402带动工形双圆盘300旋转，当光电门401由初始化识别缝314获得激励，向计算机600发送停止信号，计算机600控制转动电机402停止转动，完成“装置初始化”；
48.将x个光纤501预封装在x个光纤凹槽502中，再将光纤凹槽502安装在外壳503的顶部镂空结构509中，完成“安装光纤凹槽”；
49.计算机600控制气浮装置500使用粗抛阶段的抛磨压力范围调节抛磨压力。控制转动电机402转动，转动电机402带动工形双圆盘300旋转，当抛磨轮一209转动到最低点时，驱动胶辊308和从动胶辊一212接触，并带动抛磨轮一209旋转，抛磨轮一209接触光纤501，此时光电门401由光电门识别缝一307获得激励，向计算机600发送停止信号，计算机600控制转动电机402停止转动，并使电动滑台404开始往复带动抛磨轮209抛磨光纤501，按照预设抛磨时间，完成“抛磨轮一抛磨光纤”，实现光纤粗抛；
50.随后计算机600控制电动滑台404停止运动，控制气浮装置500使用过渡抛阶段的抛磨压力范围调节抛磨压力，并带动工形双圆盘300旋转，当抛磨轮二210转动到最低点时，驱动胶辊308和从动胶辊二213接触，并驱动抛磨轮二210旋转，抛磨轮二210接触光纤501，此时光电门401由光电门识别缝二311获得激励，向计算机600发送停止信号，计算机600控制转动电机402停止转动，并使电动滑台404开始往复带动抛磨轮二210抛磨光纤501，按照预设抛磨时间，完成“抛磨轮二抛磨光纤”，实现光纤过渡抛；
51.随后计算机600控制电动滑台404停止运动，控制气浮装置500使用细抛阶段的抛磨压力范围调节抛磨压力，并带动工形双圆盘300旋转，当抛磨轮三201转动到最低点时，驱动胶辊308和从动胶辊三207接触，并驱动抛磨轮三201旋转，抛磨轮三201接触光纤501，此时光电门401由光电门识别缝三312获得激励，向计算机600发送停止信号，计算机600控制转动电机402停止转动，并使电动滑台404开始往复带动抛磨轮三201抛磨光纤501，按照预设抛磨时间，完成“抛磨轮三抛磨光纤”，实现光纤细抛；
52.随后计算机600控制电动滑台404停止运动，控制气浮装置500使用抛光阶段的抛磨压力范围调节抛磨压力，并带动工形双圆盘300旋转，当抛磨轮四208转动到最低点时，驱
动胶辊308和从动胶辊四211接触，并驱动抛磨轮四208旋转，抛磨轮三208接触光纤501，此时光电门401由光电门识别缝四313获得激励，向计算机600发送停止信号，计算机600控制转动电机402停止转动，并使电动滑台404开始往复带动抛磨轮四208抛磨光纤501，按照预设抛磨时间，完成“抛磨轮四抛磨光纤”，实现光纤抛光；
53.随后完成“装置初始化”，取下光纤凹槽，即可“结束光纤抛磨”，得到一批抛磨深度相同、侧抛面平整的凹槽预封装侧抛光纤。
54.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，其特征在于，包括：抛磨装置，用于实现稳定高效批量的光纤侧向抛磨，包括工形双圆盘、抛磨轮、砂纸辊、转动轴、传动轴、中空胶辊、光电门、转动电机、抛磨电机和电动滑台；多个抛磨轮均匀分布在工形双圆盘四周，工形双圆盘以中央设置的转动轴连接主体框架，主体框架下部固定传动轴，抛磨轮的尾柄与传动轴均外套中空胶辊；光电门设置在主体框架和工形双圆盘之间，转动电机连接转动轴，抛磨电机使用柔性联轴器连接传动轴，电动滑台承载整体运动；气浮装置，用于气浮光纤夹持装置，包括外壳、顶部气囊、底部气囊、压力传感器、空气充放装置和光纤凹槽；顶部气囊设置在外壳内部上方，底部气囊设置在外壳内部下方，压力传感器设置在顶部气囊和底部气囊中间，空气充放装置在外壳之外并连接底部气囊，光纤凹槽设置在外壳顶部的镂空中并接触顶部气囊。2.根据权利要求1所述的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，其特征在于：抛磨轮是一种末端具有尾柄、头部具有空心柱腔的装置；抛磨轮尾柄通过外套轴承嵌入工形双圆盘；抛磨轮空心柱腔底嵌有单向轴承，抛磨轮头部设置有盖板，单向轴承和盖板约束砂纸辊两端。3.根据权利要求1所述的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，其特征在于：工形双圆盘是一种由两个圆盘及中间转轴套一体加工而成的抛磨轮固定装置；中空胶辊外套于传动轴组成驱动胶辊，中空胶辊外套于抛磨轮尾柄组成从动胶辊，驱动胶辊与从动胶辊相互接触组成传动结构；转动电机连接转动轴驱动工形双圆盘转动，变换与驱动胶辊接触的从动胶辊；抛磨电机和传动轴由柔性联轴器连接，抛磨电机通过传动胶辊驱动抛磨轮转动。4.根据权利要求1所述的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，其特征在于：光纤预封装在光纤凹槽内，外壳顶部设置可安装x(x≥2)个光纤凹槽的镂空结构，镂空结构略大于光纤凹槽，使光纤凹槽可流畅上下滑动。5.根据权利要求1所述的气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，其特征在于：顶部气囊是一个柔性材料制成的方形密闭气囊，底部气囊是一个柔性材料制成的方形充气气囊；空气充放装置向底部气囊充放气并和压力传感器通过挤压的方式调节顶部气囊内的压强大小，使顶部气囊向光纤凹槽提供大小合适、分布均匀的抛磨压力。

技术总结
本发明公开了一种气浮式凹槽预封装光纤侧面抛磨装置，包括：抛磨装置和光纤装载装置。抛磨装置包括主体框架、工形双圆盘、抛磨轮、传动轴、中空胶辊、光电门、转动电机、抛磨电机和电动滑台；气浮装置包括外壳、顶部气囊、底部气囊、压力传感器和空气充放装置。本发明通过解决抛磨过程中的抛磨轮转动不稳定、砂纸更换频繁、光纤难以批量抛磨、以及多个光纤接触砂纸的抛磨压力均匀化的问题，实现凹槽预封装侧抛光纤的稳定高效批量制备，属于光纤微加工装置领域。领域。领域。


技术研发人员：苑立波 徐致远 王洪业 杨世泰 冯程成
受保护的技术使用者：南宁桂电电子科技研究院有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/8/24