Способ изготовления волоконно-оптического соединителя (варианты)

 

Изобретение относится к технологии изготовления разъемных волоконно-оптических соединителей, использующихся в волоконно-оптических системах передачи оптических сигналов. В соединителе с двух сторон изготавливают глухое центральное отверстие для размещения световода с оболочкой, сквозное технологическое отверстие и на его концах зажим цангового типа. Затем на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой из технологического отверстия по программе в направлении к центру изготавливают вначале щель и затем в центре примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенных концов световодов. Ширину щели изготавливают меньше диаметра этого отверстия. В разъемном одномодовом оптическом соединителе оптические потери составляют 0,1-0,15 дБ. Один из вариантов позволяет изготовить соединитель с возможностью плавного изменения размера капиллярного отверстия в широком диапазоне с возможностью быстрого перехода на новый диаметр. Способ обладает универсальностью и открывает широкие возможности удешевления производства волоконно-оптического световода за счет расширения поля допуска их диаметров. Соединитель снижает перенапряжения в кварцевых световодах, обусловленные большим перепадом температуры окружающей среды за счет изготовления термокомпенсаторов. 6 с. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи оптических сигналов и, в частности, к технологии изготовления разъемных волоконно-оптических соединителей.

В последнее десятилетие большое развитие получили волоконно-оптические линии связи, использующиеся в различных областях науки и техники. От качества изготовления входящих в них элементов зависит величина оптических потерь при передаче оптической информации. В наибольшей степени указанные потери возникают в оптических разъемных соединителях. В связи с этим вопросом разработки оптимальных конструкций соединителей и технологии их изготовления посвящено ряд работ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления волоконно-оптического соединителя, при котором производят изготовление центрального отверстия в соединительной втулке с последующей его доводкой (притиркой), изготовление в наконечниках отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия в центре для размещения оголенного конца световода, юстировку торцов световодов с последующей их фиксацией и закрепление наконечников со световодами в соединительной втулке [1].

Этот способ обладает рядом недостатков: - большие (0,2 дБ) оптические потери в стыках сопряженных световодов, обусловленные погрешностью их центровки; - требует высокой точности обработки второстепенных (базовых) поверхностей; - требует применения весьма точного токарного станка с аэро- или гидростатическими опорами, специальной юстировочной оснастки, специальной цанги, в которой "по месту" растачивают базовое посадочное отверстие для наконечника, специального малоразмерного прецизионного инструмента-хона (притира); - не позволяет производить замену световодов, поскольку они крепятся полимерным клеем; Задачей настоящего изобретения (по первому варианту) является обеспечение малых оптических потерь в стыках сопряженных световодов путем повышения точности обработки и сборки и снижение стоимости изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз и на ее концах внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец, в котором выполняют технологическое отверстие на расстоянии от центра, и зажим для закрепления световода с оболочкой, при этом доводку центрального отверстия соединительной втулки осуществляют совместно с наконечниками с двух сторон так, чтобы обеспечить скользящие посадки без зазора, затем совмещают сквозной продольный паз соединительной втулки с технологическими отверстиями фланцев наконечников, осуществляют стыковку торцов наконечников и сборку наконечников с соединительной втулкой с помощью гаек, на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев наконечников и сквозного продольного паза соединительной втулки в обоих наконечниках в направлении в центру изготавливают щель и затем примыкающее к ней капиллярное отверстие, причем ширина щели меньше диаметра капиллярного отверстия.

Принципиальное отличие предложенного способа изготовления волоконно-оптического соединителя от аналога состоит в том, что изготовление капиллярных отверстий в наконечниках осуществляют не с их торцов, а со стороны их боковых поверхностей, а не обычными традиционными способами механической обработки (сверлением и притиркой специальным инструментом-хоном), электроэрозионным способом с использованием непрерывно обновляющегося электрода-проволоки.

Отличие состоит также в том, что в предложенном способе контур (профиль) капиллярного отверстия формируют не в виде полной окружности (как у аналога), а в виде неполной окружности путем захода электрода-проволоки из предварительно им изготовленной щели.

Отличие предложенного способа от аналога состоит также и в том, что притирку центрального отверстия в соединительной втулке и внешней поверхности наконечников производят не раздельно, а совместно. Это позволило предварительную обработку функциональных и базовых поверхностей соединителя осуществлять не по супервысокому классу точности, а по 2-3 классу, что существенно удешевляет его изготовление.

Кроме того, отличие способа от аналога состоит в том, что изготовление капиллярных отверстий в наконечниках осуществляют не по отдельности, а совместно одновременно в обоих наконечниках за один прием одним и тем же электродом-проволокой. Вследствие этого размеры капиллярных отверстий в обоих наконечниках абсолютно одинаковы и несоосность относительного их расположения равна нулю, что обуславливает снижение оптических потерь в стыках сопряженных световодов.

Кроме того, способ обеспечивает разъемное соединение световодов без их склейки, что позволяет осуществлять профилактический осмотр соединителя и производить замену волоконно-оптических световодов.

Целью изобретения (по второму варианту) является уменьшение оптических потерь и обеспечение соединения световодов с неодинаковыми размерами диаметров путем изготовления в соединителе капиллярных отверстий с различными размерами.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз и на ее концах внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец, в котором выполняют технологическое отверстие на расстоянии от центра, равном расстоянию сквозного паза соединительной втулки, и зажим для закрепления световода с оболочкой, при этом доводку центрального отверстия соединительной втулки осуществляют совместно с наконечниками с двух сторон так, чтобы обеспечить скользящие посадки без зазора, затем для обеспечения соединения световодов с различными диаметрами поочередно совмещают сквозной продольный паз соединительной втулки с технологическим отверстием фланца каждого наконечника, причем предварительно один из наконечников вытаскивают из втулки, и на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев наконечников и сквозного продольного паза соединительной втулки в обоих наконечниках в направлении к центру изготавливают щель и затем примыкающее к ней капиллярное отверстие.

Задачей изобретения (по третьему варианту) является уменьшение оптических потерь и снижение времени обработки соединителя и стоимости его изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной втулке, на концах соединительной втулки выполняют внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец и зажим для закрепления световода с оболочкой, после сборки наконечников с соединительной втулкой с помощью гаек на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой изготавливают в донышках наконечников технологическое отверстие, из которого изготавливают по направлению к центру щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенного конца световода, затем в наконечники вставляют разрезные втулки, с помощью которых закрывают технологическое отверстие.

Отличие способа от аналога (1) состоит в том, что технологическое отверстие для завода электрода-проволоки изготавливают в тонкостенных донышках наконечников, что существенно сокращает время электроэрозионной обработки щели и примыкающего к ней капиллярного отверстия.

Задачей изобретения (по четвертому варианту) является соединение световодов широкого диапазона диаметров с возможностью перехода на новый путем изготовления в наконечниках капиллярного отверстия с возможностью изменения величины его размера.

Уменьшение оптических потерь и снижение перенапряжений в оголенных от защитных оболочек кварцевых световодах, обусловленных перепадом температуры окружающей среды, получают путем изготовления в соединителе гибких подпружиненных элементов-компенсаторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, в каждом наконечнике изготавливают фланец с технологическим отверстием, внешнюю конусную поверхность и кольцевую канавку, в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз, с двух сторон внутренние конусные поверхности для сопряжения с конусными поверхностями наконечников, на ее концах внутренние цилиндрические поверхности для размещения фланцев наконечников с обеспечением скользящей посадки без зазора и внешнюю резьбу, на электроэрозионном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев и сквозного продольного паза соединительной втулки после сборки наконечников с соединительной втулкой при помощи гаек изготавливают в обоих наконечниках щель, примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенных концов световодов и примыкающие к нему радиальные пазы с выходом за конусную поверхность наконечников для получения гибких элементов наконечников, после чего в сквозной паз втулки с двух сторон вставляют по плотной посадке штифты с обеспечением их скользящей посадки в технологических отверстиях фланцев для предотвращения проворачивания конусных поверхностей наконечников при завинчивании гаек, с помощью которых обеспечивают осевое перемещение наконечников и осуществляют зажим оголенных концов световодов за счет радиального сжатия гибких элементов наконечников.

Высоту конуса соединительной втулки выполняют больше высоты конуса наконечников на величину Δ, которую определяют по выражению: где d₁, d₂, h - диаметры и высота усеченного конуса наконечника, d_δ - диаметр капиллярного отверстия в наконечнике, d_с - диаметр световода,
b - ширина кольцевой канавки в наконечнике.

При изготовлении трех радиальных пазов в наконечнике их ширину определяют по выражению:
d = (d_δ-d_c)cos30^o,
d_δ - диаметр капиллярного отверстия в наконечнике,
d_с - диаметр световода.

Принципиальное отличие этого способа изготовления волоконно-оптического соединителя от аналога состоит в том, что размеры изготовленных в наконечниках капиллярных отверстий можно независимо друг от друга плавно изменять в широком диапазоне, что позволяет осуществлять стыковку световодов как с равными, так и с разными размерами диаметров с возможностью быстрого перехода на новый диаметр. Другими словами, способ обладает универсальностью, поскольку охватывает весь диапазон применяемых в промышленности оптических световодов.

Кроме того, соединители, изготовленные этим способом, снижают перенапряжения в кварцевых световодах, обусловленных перепадом температуры окружающей среды за счет изготовления гибких подпружиненных элементов-термокомпенсаторов.

Задачей изобретения (по пятому варианту) является уменьшение оптических потерь и упрощение способа и снижение его стоимости путем исключения от применения наконечников в соединителе.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление соединительной втулки, двух соосно расположенных глухих цилиндрических отверстий и капиллярного отверстия для размещения оголенных концов световодов, в соединительной втулке изготавливают зажимы для фиксации световодов с оболочкой, глухие цилиндрические отверстия изготавливают в соединительной втулке, в перегородке между которыми выполняют технологическое отверстие, из которого на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой изготавливают в направлении к центру щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенных концов световодов, затем в соединительную втулку вставляют разрезные втулки для размещения световодов с оболочкой, с помощью которых закрывают технологические отверстия.

Отличием этого способа изготовления волоконно-оптического соединителя от аналога (1) является то, что изготовление технологического отверстия, щели и капиллярного отверстия осуществляется непосредственно в соединительной втулке, что существенно упрощает его реализацию.

Задачей изобретения (по шестому варианту) является уменьшение оптических потерь и обеспечение соединения световодов с различными размерами диаметров путем изготовления капиллярных отверстий независимо друг от друга.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического соединителя, включающем изготовление соединительной втулки, двух соосно расположенных глухих цилиндрических отверстий и капиллярного отверстия для размещения оголенных концов световодов, соединительную втулку выполняют в виде двух полувтулок с зажимами для фиксации световодов с оболочкой, при этом одну полувтулку устанавливают в другой по скользящей посадке без зазора, изготовление глухого цилиндрического отверстия осуществляют в каждой полувтулке, в донышке каждой полувтулки выполняют технологическое отверстие, из которого на электроэрозионном станке электродом-проволокой в направлении к центру изготавливают щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие, затем в полувтулки вставляют разрезные втулки, с помощью которых закрывают технологические отверстия.

Отличие этого способа изготовления волоконно-оптического соединителя от аналога (1) состоит в том, что он позволят изготовить соединитель с капиллярными отверстиями не только одинакового размера, но и разного.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая реализацию предложенных способов изготовления волоконно-оптического соединителя по первому и второму вариантам.

На фиг. 2 представлен второй вариант изготовления продольного сквозного паза Т-образного вида в соединительной втулке.

На фиг. 3 и 4 в качестве примера показаны различные контуры капиллярных отверстий.

Фиг. 5 поясняет реализацию способа по третьему варианту.

Фиг. 6 поясняет реализацию способа по четвертому варианту.

На фиг. 7 приведена схема положений гибких элементов трехлепесткового наконечника в исходном состоянии.

На фиг. 8 приведена схема зажима световода.

На фиг. 9, 10, 11 приведены схемы зажима различных тел с помощью четырехлепесткового и трехлепесткового наконечника.

На фиг. 12 приведена схема конусного наконечника с принятыми обозначениями, использованными при расчете перемещений наконечника.

На фиг. 13 представлена схема, поясняющая реализацию способа по пятому варианту.

На фиг. 14 представлена схема, поясняющая реализацию способа по шестому варианту.

Способ по первому варианту осуществляют следующим образом.

Предварительно (фиг. 1) в наконечниках 1 и 1' изготавливают, например, сверлением чистовые цилиндрические отверстия 2 и 2', предназначенные для размещения световодов с оболочкой 3 и 3', с заходными конусами 4 и 4' с обеспечением соосности расположения относительно наружной поверхности наконечников и величины донышек 5 и 5' в пределах 0,5-2 мм. В наконечниках изготавливают фланцы 6 и 6', в которых изготавливают, например, сверлением технологические отверстия 7 и 7' и зажимы, например, цангового типа 8 и 8'. В соединительной втулке 9 на внешней поверхности с двух сторон изготавливают резьбу и в центре черновое сквозное отверстие (на фигуре непоказано), например, сверлением. Изготовление чистового центрального отверстия 10 во втулке осуществляют на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой следующим образом. Вначале электрод-проволоку 11 выверяют относительно втулки по известной в практике методике. Сущность ее заключается в том, что электрод-проволоку 11 устанавливают параллельно базовой внешней цилиндрической поверхности втулки 9 и определяют координаты ее центра при малом напряжении на электродах станка в воздушной среде с обеспечением равномерного проскакивания искр между поверхностью втулки и электродом-проволокой (современные станки такую выверку позволяют производить в автоматическом режиме). После этого электрод-проволоку обрывают, протаскивают его сквозь черновое отверстие втулки и устанавливают его в центре втулки. Далее во втулке по программе изготавливают чистовое центральное отверстие 10 и продольный сквозной паз 12 типа щель- отверстие или паз 13 Т-образного вида (фиг. 2). При этом входные щели 14 и 14' изготавливают за один проход электрода-проволоки, что обеспечивает минимальный их размер, облегчающий установку изготовленных наконечников во втулке при профилактической разборке. Размеры диаметра отверстия паза 12 или квадрата паза 13 изготавливают равными по величине диаметру отверстий 7 и 7'. Размер центрального чистового отверстия 10 во втулке изготавливают несколько меньше наружного диаметра наконечников, то есть оставляют технологический припуск (0,05...0,06 мм) для доводки (притирки). Чистовое центральное отверстие 10 притирают совместно с наконечниками 1 и 1' с помощью ультрадисперсного абразивного материала с двух сторон одновременно или поочередно так, что обеспечивают скользящие посадки без зазора, стыковку наконечников в середине соединительной втулки и совмещение технологических отверстий 7 и 7' фланцев наконечником с пазом 12 (или 13) соединительной втулки 9. Для облегчения процесса притирки внешние поверхности 15 и 15' наконечников изготавливают с небольшой конусностью. В качестве материала для втулки и наконечников используют нержавеющую сталь 40Х13. Перед притиркой наконечники подвергают закалке до твердости 42...45HRC. В процессе притирки происходит последовательный по глубине съем материала в основном со втулки. Вследствие этого сопряженные поверхности становятся конусными, не адекватными друг другу, что обусловлено погрешностью изготовления конусных наконечников и самого процесса притирки. Поскольку точность обработки и сборки должна находиться в пределах десятых и сотых долей микрон, то при разборке и последующей сборке (профилактический осмотр состояния при эксплуатации соединителя) не рекомендуется менять местами наконечники. С этой целью, по крайней мере, один из наконечников и соответствующий ему конец соединительной втулки маркируют, например, нитроэмалью. После притирки сборку устанавливают на электроэрозионном станке так, что совмещенные отверстия 7 и 7' фланцев и паза 12 (или 13) втулки и центр сборки совпадали с одним из координатных перемещений станка, и вновь производят выверку электрода-проволоки относительно внешней (базовой) поверхности соединительной втулки по вышеописанной методике. После этого электрод-проволоку обрывают и протаскивают его через совмещенные технологические отверстия 7 и 7' фланцев наконечников и сквозного паза 12 (или 13) соединительной втулки 9. Затем включают рабочий режим электроэрозионного станка и согласно управляющей программе электрод-проволоку перемещают к центру сборки. При этом в обоих наконечниках на боковых поверхностях изготавливают щель 16, а затем в центре капиллярно отверстие 17 с контуром в виде неполной окружности. Ширину щели 16 изготавливают меньше величины диаметра отверстия 17. Для предотвращения выскакивания наконечников из втулки как во время электроэрозионной их обработки, так и в период эксплуатации сборки используют гайки 18 и 18'. От проворачивания наконечников в процессе эксплуатации соединителя дополнительно используют штифты (на фигуре не показаны), которые вставляют с двух сторон в технологические отверстия 7 и 7' фланцев наконечников и сквозного паза 12 (или 13) соединительной втулки, оголенные концы световодов 19 и 19' вставляют в отверстие 17 с двух сторон и световоды с оболочкой 3 и 3' фиксируют с помощью разрезных втулок 20 и 20', изготовленных из пластичного материала (медь, латунь, полимер), цанговыми зажимами 8 и 8. Применение втулок 20 и 20' обусловлено следующим. Как правило, размер диаметра световода с оболочкой лежит в пределах 0,2-0,5 мм. Изготовить отверстия 2 и 2' с такими размерами не представляется возможным. Поэтому отверстия 2 и 2' изготавливают с размерами диаметра 1,5...2 мм, и для фиксации световодов с оболочкой используют вышеуказанные разрезные втулки.

Достоинством этого способа является то, что изготовление капиллярных отверстий осуществляют не по отдельности, а совместно одновременно в обоих наконечниках за один прием одним и тем же электродом-проволокой. Вследствие этого размеры капиллярных отверстий в обоих наконечниках абсолютно одинаковы и несоосность относительного расположения этих отверстий равна нулю, что обуславливает снижение оптических потерь в стыках сопряженных световодов.

Кроме того, изготовление в наконечниках фланца с технологическим (вспомогательным) отверстием, не выходящим за пределы его диаметра, обеспечивает необходимую жесткость конструкции наконечников (несмотря на разрезку их до центра) за счет сохранения цельности фланца, исключающей деформацию капиллярных отверстий в радиальном направлении и сохраняющей их высокую точность обработки, несмотря не тонкостенное поперечное сечение наконечников.

Способ по второму варианту осуществляют следующим образом. Все операции, предшествующие электроэрозионной обработке наконечников, выполняют так же, как у аналога (по первому варианту). После притирки чистового центрального отверстия 10 совместно с наконечниками 1 и 1' один из них, например наконечник 1, вытаскивают из втулки 9, а во втором наконечнике 1' на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой 11 из совмещенных сквозного паза 12 (или 13) втулки и технологического отверстия 7' фланца изготавливают по программе в направлении к центру щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие. При этом изготовление капиллярных отверстий в наконечниках можно осуществить двумя способами. Первый наиболее оптимальный из них является следующий. Во втором наконечнике 1' изготавливают капиллярное отверстие большего размера и его после обработки не вытаскивают из втулки, электрод-проволоку 11 выводят в совмещенные отверстия (отверстие 7' и паз 12) в начало программы, обрывают его, во втулку 9 вставляют наконечник 1, электрод-проволоку 11 протаскивают через отверстия 7 и 7' и паз 12, и по другой программе в том же направлении к центру в наконечнике 1 изготавливают щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие меньшего размера. При этом электрод-проволока свободно проходит через щель и капиллярное отверстие в наконечнике 1.

Второй менее предпочтительный вариант состоит в следующем. В наконечнике 1' изготавливают отверстие меньшего размера, затем его вытаскивают из втулки 9, вставляют в нее наконечник 1 и в нем изготавливают отверстие большего размера, после чего наконечник 1' вставляют во втулку 9 и совмещают ранее изготовленную в нем щель 16 с входной щелью 14 сквозного паза 12, что обеспечивает высокую точность совмещения отверстий в наконечниках. Несмотря на то, что по второму варианту требуется вытаскивать оба наконечника из втулки, он иногда может использоваться в практике. Это имеет место в том случае, когда разность размеров капиллярных отверстий в наконечниках составляет единицы микрон. Поэтому, чтобы не портить профиль и размеры уже изготовленного в наконечнике капиллярного отверстия большего размера из-за повторного проскакивания искр между электродом-проволокой и поверхностью отверстия (режим электроэрозионной шлифовки), обработанный наконечник вытаскивают из втулки.

Предложенными способами можно изготовить капиллярные отверстия с размерами, равными номинальным значениям оголенных концов световодов. Это достигают следующим образом. Рабочая управляющая программа проверяется на заготовке толщиной, равной суммарной толщине донышков наконечников, изготовленной из аналогичного материала. Если после измерений оказалось, что размер отверстия не вписывается в поле допуска, то программу корректируют на необходимую величину. Если после повторного изготовления отверстия его размер вновь вышел за пределы поля допуска, то производят некоторое изменение (на 30-50 В) величины импульсного напряжения на электродах электроэрозионного станка и/или скорости разрезания. Как правило, за 2-3 таких приема достигается желаемый результат.

Наличие щелей, сопряженных с капиллярными отверстиями, не сказывается отрицательно на качестве центровки световодов, поскольку щель изготавливают размером меньше размера капиллярного отверстия.

Способы позволяют также изготавливать капиллярные отверстия не только с круглым, но и с многоугольным контуром (фиг. 3 и 4), который может обеспечить наилучшую центровку световодов. Причем изготовление таких отверстий осуществляют с угла многоугольника, примыкающего к щели. Аналоги, как известно, не позволяют изготовить такие отверстия.

Способ изготовления волоконно-оптического соединителя по третьему варианту осуществляют следующим образом. В соединительной втулке 9 (фиг. 5) на ее концах изготавливают резьбу и внутри ее чистовое центральное отверстие (на фигуре не показано), которое притирают совместно с наконечниками 1 и 1', в которых предварительно изготавливают фланец 6 и 6', резьбу 27 и 27, цанговый зажим 8 и 8' и в центре глухое цилиндрическое отверстие 2 и 2' с заходным конусом 4 и 4'. После сборки наконечников 1 и 1' с соединительной втулкой 9 при помощи гаек 18 и 18' в донышках наконечников 1 и 1' изготавливают технологическое отверстие 9, которое изготавливают на электроэрозионном копировально-прошивочном станке электродом стержнем диаметром 0,6... 0,8 мм вблизи цилиндрической поверхности отверстия 2 и 2'. Электрод-проволоку 11 протаскивают через технологическое отверстие 9 и изготавливают щель 16 и примыкающее к ней капиллярное отверстие 17. Размер щели 16 изготавливают меньше размера капиллярного отверстия 17. Затем в отверстия 2 и 2' вставляют разрезные втулки 20 и 20', изготовленные из пластичного материала (латунь, медь, алюминий, полимер), с помощью которых закрывают технологическое отверстие 7 и тем самым предотвращают ошибочное размещение оголенных концов световодов 19 и 19'. Световоды с оболочкой 3 и 3' зажимают с помощью втулок 20 и 20', цанговых зажимов 8 и 8' и гаек 21 и 21'.

Достоинство этого способа состоит в следующем. Электроэрозионной обработке в данном случае подвергают только донышки наконечников, образованные на их торцах. При этом донышко можно изготовить толщиной 0,4...0,5 мм, что позволяет для их обработки использовать вольфрамовую проволоку диаметром 12. . . 15 мкм и изготовить капиллярное отверстие диаметром 17...20 мкм, что для других аналогов недостижимо.

Способ изготовления волоконно-оптического соединителя по четвертому варианту осуществляют следующим образом.

В наконечниках (фиг. 6) 1 и 1' изготавливают внешнюю конусную поверхность 22 и 22', кольцевую канавку 23 и 23', обеспечивающую уменьшение поперечного сечения наконечников 1 и 1', фланец 6 и 6' диаметром, превышающим наибольший диаметр усеченного конуса наконечников 1 и 1', в котором изготавливают технологическое отверстие 7 и 7', глухое цилиндрическое отверстие 2 и 2' с заходным конусом 4 и 4' для размещения световода с оболочкой 3 и 3' и цанговый зажим 8 и 8' для его фиксации. На концах соединительной втулки 9 изготавливают микрометрическую резьбу и на внутренней ее поверхности с двух сторон изготавливают конусные поверхности для их сопряжения с конусными наконечниками и на внутренней ее поверхности на концах изготавливают цилиндрические поверхности 24 и 24' для размещения фланцев 6 и 6' с обеспечением скользящей посадки без зазора. Затем сквозь внутреннее отверстие соединительной втулки 9 протаскивают электрод-проволоку 11 электроэрозионного вырезного станка и изготавливают продольный сквозной паз 12 типа щель-отверстие на расстоянии от центра, равном расстоянию расположения технологического отверстия 7 и 7' фланца наконечника. Конусные и цилиндрические поверхности соединительной втулки 9 после токарной обработки наилучшим образом получают совместной их притиркой с наконечниками с помощью ультрадисперсного абразивного материала. При этом притирку соединительной втулки 9 с наконечниками 1 и 1' осуществляют с двух сторон так, что обеспечивают совмещение технологических отверстий 7 и 7' фланцев наконечников со сквозным пазом 12 соединительной втулки 9 и наличие зазора между наконечниками. В процессе притирки происходит последовательный по глубине съем материала в основном со втулки, так как конусные наконечники (нержавеющая сталь 40Х13) предварительно подвергают закалке. После притирки наконечники фиксируют гайками 18 и 18'. Электроэрозионную обработку сборки осуществляют следующим образом. Совмещенные отверстия 7 и 7' и паз 12, а также центр сборки совмещают с одним из направлений координатных перемещений электроэрозионного станка. Затем электрод-проволоку 11 выверяют относительно внешней базовой поверхности втулки 9, определяют ее центр, обрывают электрод-проволоку и протаскивают его сквозь совмещенные технологические отверстия 7 и 7' и сквозной паз 12 соединительной втулки 9 и по программе в направлении к центру осуществляют электроэрозионную обработку щели 16. В обоих наконечниках 1 и 1' и затем в центре изготавливают базовое капиллярное отверстие 17. Диаметр базового капиллярного отверстия выбирают равным максимальному значению диаметра из ряда применяемых световодов (без защитной оболочки). Ширину щели 16 изготавливают меньше диаметра базового капиллярного отверстия 17. После из центра этого отверстия по программе изготавливают примыкающие к нему радиальные пазы 25 шириной, равной ширине щели 16, с выходом за конусную поверхность наконечников 1 и 1' (электрод-проволока указана поз. 11). При этом на внутренних конусных поверхностях втулки 9 образуются продольные пазы, которые не оказывают отрицательного влияния на точность центровки наконечников, затем в сквозной паз 12 с двух сторон вставляют по плотной посадке штифты (на фигуре не показано) с обеспечением скользящей посадки в технологических отверстиях 7 и 7'. Штифты предотвращают проворачивание конусных наконечников 1 и 1 при завинчивании гаек 18 и 18', с помощью которых обеспечивают осевое перемещение наконечников и осуществляют зажим оголенных концов световодов 19 и 19' за счет радиального сжатия образования при электроэрозионной обработке гибких элементов наконечников 1 и 1'. Зажим световодов осуществляют следующим образом. В верхней части фиг. 6 и на фиг. 7 показаны наконечники в исходном состоянии. С противоположных сторон в наконечники вставляют разрезные втулки 20 и 20' и световоды 3 и 3' до касания оголенных их концов 18 и 18' в середине зазора между наконечниками. После этого производят захват световодов лепестками 30 наконечников (фиг. 6 нижняя часть, фиг. 8) путем вращения гаек 18 и 18', контролируя момент их захвата по лимбам.

Затем гибкие упругие лепестки наконечников слегка подпружинивают путем дальнейшего небольшого вращения гаек 18 и 18' с последующим их стопорением контргайками 26 и 26' и цанговыми зажимами 8 и 8' через разрезные втулки 20 и 20' и крепят световоды с защитной оболочкой 3 и 3'.

Радиальное перемещение лепестков конуса (большего диаметра) обуславливается диаметром световода и базового капиллярного отверстия, высотой усеченного конуса наконечника и шириной его кольцевой канавки и вычислялась по выражению:

Осевое перемещение конуса обуславливается параметрами конуса, диаметрами световодов и базового капиллярного отверстия и определялось по выражению:

Ширина радиальных пазов в трехлепестковом наконечнике определялась по выражению:
a = (d_δ-d_c)cos30°.
Угол поворота микрометрической гайки равен:

где в₁ = 2,5 мм, в₂ = 2,3 мм и h = 12 мм - диаметры и высота усеченного конуса наконечника;
d_δ = 140 мкм - диаметр базового капиллярного отверстия;
d_с - диаметр световода;
b = 2 мм - ширина кольцевой канавки в наконечнике;
t = 0,5 мм - шаг микрометрической резьбы соединительной втулки.

Величина зазора между торцами наконечников S = 2y и ее максимальная величина устанавливается как удвоенная разность между высотами усеченных конусов соединительной втулки и наконечника.

Для наконечников, изготовленных из инвара, в указанном диапазоне диаметров зазоры и натяги в сопряжениях колеблются от сотых до тысячных долей микрон, которыми можно пренебречь. Для наконечников, изготовленных из нержавеющей стали, эти характеристики на порядок больше, которые необходимо учитывать. Так, если диаметр исходного базового капиллярного отверстия равен диаметру кварцевого световода, то опасным является не столько снижение точности центровки при +100^oC, а возникающие перенапряжения при - 100^oC, которые могут разрушить кварцевый световод. Поэтому в данном случае необходимо увеличить размер диаметра базового капиллярного отверстия для наконечника из стали на 0,15 мкм или применять кварцевый световод с минусовым допуском на диаметр с указанным значением. Для остальных значений диаметров кварцевого световода при сохранении значения диаметра базового капиллярного отверстия (d_δ = 140 мкм) центровка не нарушается благодаря тому, что лепестки наконечника находятся в подпружиненном состоянии, что обеспечивает компенсацию температурных расширений за счет упругих деформаций лепестков, при этом с повышением температуры усилие зажима уменьшается, с понижением температуры - увеличивается. Поскольку между конусной поверхностью и концами лепестков имеется зазор, то разрушение кварцевого световода при t = 100^oC происходить не будет. Предлагаемый способ изготовления отличается от широко используемых в станкостроении способов изготовления силовых цанговых зажимов тем, что радиальное усилие прикладывают не к вершине конуса, а к его основанию, что обеспечивает "нежный" (деликатный) зажим кварцевого световода за счет снижения усилия зажима пропорционально отношению длин консолей.

Описанный способ можно рекомендовать для изготовления прецизионного микроинструмента для захвата изделий с различным профилем поперечного сечения (фигуры 9, 10, 11). В этом случае целесообразно изготавливать один наконечник и соответствующей длины втулку.

Предлагаемый способ обеспечивает в разъемном одномодовом оптическом соединителе оптические потери не более 0,12 дБ. Это достигается благодаря супервысокой степени точности предложенного способа изготовления и совмещения капиллярных отверстий в наконечниках. Наименьший размер капиллярного отверстия, который может быть изготовлен предложенным способом, равен 40 мкм (при использовании электрода-проволоки диаметром 25 мкм). Номинальный размер изготовленного капиллярного отверстия наносят гравировкой или клеймением на лыске, изготовленной на внешней цилиндрической поверхности соединительной втулки.

Предложенный способ открывает широкие возможности удешевления производства волоконно-оптических световодов за счет расширения поля допуска их диаметров.

Способ изготовления волоконно-оптического соединителя по пятому варианту осуществляют следующим образом.

В соединительной втулке 9 (фиг. 13) с двух сторон изготавливают глухое центральное цилиндрическое отверстие 2 и 2' с заходным конусом 4 и 4' с обеспечением соосности (0,02-0,03 мм) расположения относительно наружной поверхности втулки 9 и на концах цанговый зажим 8 и 8' с микрометрической резьбой 27 и 27'. В перегородке 28 соединительной втулки 9, расположенной между глухими цилиндрическими отверстиями 2 и 2', изготавливают, например, на электроэрозионном копировально-прошивочном станке технологическое отверстие 7 диаметром 0,6-0,7 мм вблизи цилиндрических поверхностей отверстий 2 и 2'. Затем соединительную втулку 9 устанавливают на электроэрозионном вырезном станке так, чтобы технологическое отверстие 7 и центр втулки 9 совпали с направлением координатного перемещения рабочего стола станка.

Электрод-проволоку 11 выверяют относительно базовой внешней поверхности соединительной втулки 9 и находят ее центр. После этого электрод-проволоку 11 протаскивают сквозь технологическое отверстие 1, включают рабочий режим электроэрозионного вырезного станка и в соответствии с программой, введенной в ЧПУ, изготавливают в направлении к центру вначале паз 12 и затем в центре соединительной втулки примыкающее к ней капиллярное отверстие 17 с размером, большим ширины щели 12. В цилиндрические отверстия 2 и 2' вставляют разрезные втулки 20 и 20', изготовленные из пластичного материала, и, таким образом, закрывают технологическое отверстие 7. Световоды 3 и 3' с оболочкой вставляют с двух сторон в разрезные втулки 20 и 20' до момента соприкосновения оголенных концов 19 и 19' световодов в середине соединительной втулки 9. Цанговыми зажимами 8 и 8' с помощью гаек 18 и 18' через разрезные втулки 20 и 20' зажимают световоды 3 и 3'Я с оболочкой, гайками 21 и 21 стопорят гайки 18 и 18'.

Поскольку электроэрозионной обработке подвергают только перегородку 28, минимальную толщину которой можно изготовить 0,5-1 мм, то в данном случае можно использовать проволоку диаметром 15 мкм и с ее помощью изготовить капиллярное отверстие размером 20 мкм.

Достоинством предлагаемого способа является то, что он не требует изготовления и применения наконечников, притирку втулки, а также супервысокой (доли микрон) точности обработки базовых (второстепенных) поверхностей соединительной втулки. По предлагаемому способу детали соединителя изготавливают на обычном токарном станке с обеспечением точности обработки по 2 классу. Это удешевляет способ и обеспечивает его повторяемость.

Способ обеспечивает также разъемное соединение без их склейки.

Способ изготовления волоконно-оптического соединителя по шестому варианту осуществляют следующим образом.

Соединительную втулку (фиг. 14) изготавливают в виде двух полувтулок 9 и 9'. В полувтулках на внешних их поверхностях изготавливают резьбу 27 и 27' и на торцах зажимы 8 и 8' и в центре глухое цилиндрическое отверстие 2 и 2' с заходным конусом 4 и 4' для размещения световода с оболочкой 3 и 3'. С противоположных торцов полувтулок в одной из них, например полувтулке 9, изготавливают вал 31 соосно наружной поверхности полувтулки 9', а в другой полувтулке 9 изготавливают цилиндрическое отверстие 32 с обеспечением при их соединении скользящей посадки без зазора. Беззазорное соединение наилучшим образом достигают притиркой сопрягаемых поверхностей с помощью ультрадисперсного абразивного материала. После притирки полувтулки скрепляют, например, винтами 29 с изготовлением в вале 8 конических зенковок. В собранных полувтулках на электроэрозионном координатно-копировальном прошивочном станке электродом-стержнем в их донышках 28 и 28' изготавливают технологическое отверстие 7 и 7' вблизи цилиндрической поверхности глухих отверстий 2 и 2' затем полувтулки разъединяют и в одной из них, например полувтулке 9', из технологического отверстия 7' в донышке 28' с помощью электрода проволоки 11 электроэрозионного вырезного станка по программе в направлении к центру изготавливают вначале щель 14 и затем в центре примыкающее к ней капиллярное отверстие 10 большего диаметра. Электрод-проволоку 11 обрывают и полувтулки 9 и 9' вновь собирают, затем электрод-проволоку вновь протаскивают сквозь технологическое отверстие 7 и 7' и уже по другой программе в донышке 28 полувтулки 9 изготавливают щель 14 и капиллярное отверстие 10 меньшего диаметра. При этом используют тот же режим электроэрозионной обработки, который применялся при обработке полувтулки 9'. Поэтому повторная электроэрозионная обработка щели 14 и капиллярного отверстия 10 исключена (невозможна). После этого в цилиндрические глухие отверстия 2 и 2' вставляют разрезную втулку 20 и 20', изготовленную из пластичного материала (медь, латунь, алюминий, полимер), с помощью которой перекрывают технологическое отверстие 7 и 7' и тем самым исключают ошибочное размещение оголенных концов 19 и 19' световодов 3 и 3', которые фиксируют зажимами 8 и 8 с помощью гаек 18 и 18', которые стопорят гайками 21 и 21.

В данном случае минимальную толщину донышек в полувтулках можно изготовить величиной 0,2-0,3 мм, например, шлифовкой и притиркой их поверхностей. В связи с этим возможно использование проволоки диаметром 6 мкм и с ее помощью изготовить капиллярное отверстие размером 10 мкм.

Достоинством предлагаемого способа является то, что он обеспечивает изготовление соединителей для соединения волоконно-оптических световодов с разными размерами диаметров и очень малым поперечным сечением.

Таким образом, предложенные способы изготовления волоконно-оптических соединителей по всем шести вариантам по сравнению с аналогами являются более простыми, дешевыми, не требуют применения уникального оборудования и прецизионного микроинструмента. Благодаря использованию электроэрозионного способа обработки предложенные способы обеспечивают высокую (доли микрон) точность изготовления капиллярных отверстий с нулевой погрешностью их центровки, что обуславливает малые оптические потери (0,1-0,15 дБ) в стыках соединяемых светодиодов.

Предложенные способы открывают новое направление в технологии изготовления разъемных волоконно-оптических соединителей.

На основе предложенных способов в настоящее время разрабатывается комплексная технология изготовления разъемных одномодовых и многомодовых волоконно-оптических соединителей, которая получит широко применение в промышленности.

Наименьший размер капиллярного отверстия в соединителе может быть изготовлен от 10 до 40 мкм (при использовании вольфрамового электрода-проволоки диаметром соответственно 6 и 25 мкм). Наибольший размер капиллярного отверстия не ограничен.

Электроэрозионная обработка соединителей промышленно воспроизводима и осуществляется на электроэрозионных вырезных станках А207.86 и А207.92 с управлением от ЧПУ, выпускаемых ГНПП "Исток", г. Фрязино, Московской области.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:
1. Фаловский В.Ф. К вопросу о технологии получения высокоточных деталей для волоконно-оптических линий связи. Ж. "Волоконно- оптическая техника", выпуск 1, 1992.

Формула изобретения

1. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, отличающийся тем, что в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз и на ее концах внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец, в котором выполняют технологическое отверстие на расстоянии от центра, и зажим для закрепления световода с оболочкой, при этом доводку центрального отверстия соединительной втулки осуществляют совместно с наконечниками с двух сторон так, чтобы обеспечить скользящие посадки зазора, затем совмещают сквозной продольный паз соединительной втулки с технологическими отверстиями фланцев наконечников, осуществляют стыковку торцов наконечников и сборку наконечников с соединительной втулкой с помощью гаек, на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев наконечников и сквозного продольного паза соединительной втулки в обоих наконечниках в направлении к центру изготавливают щель и затем примыкающее к ней капиллярное отверстие, причем ширина щели меньше диаметра капиллярного отверстия.

2. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, отличающийся тем, что в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз и на ее концах внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец, в котором выполняют технологическое отверстие на расстоянии от центра, равном расстоянию сквозного паза соединительной втулки, и зажим для закрепления световода с оболочкой, при этом доводку центрального отверстия соединительной втулки осуществляют совместно с наконечниками с двух сторон так, чтобы обеспечить скользящие посадки без зазора, затем для обеспечения соединения световодов с различными диаметрами поочередно совмещают сквозной продольный паз соединительной втулки с технологическим отверстием фланца каждого наконечника, причем предварительно один из наконечников вытаскивают из втулки и на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев наконечников и сквозного продольного паза соединительной втулки в обоих наконечниках в направлении к центру изготавливают щель и затем примыкающее к ней капиллярное отверстие.

3. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовление в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной втулке, отличающийся тем, что на концах соединительной втулки выполняют внешнюю резьбу, в каждом наконечнике изготавливают фланец и зажим для закрепления световода с оболочкой, после сборки наконечников с соединительной втулкой с помощью гаек на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой изготавливают в донышках наконечников технологическое отверстие, из которого изготавливают по направлению к центру щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенного конца световода, затем в наконечники вставляют разрезные втулки, с помощью которых закрывают технологическое отверстие.

4. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление в соединительной втулке центрального отверстия с последующей его доводкой, изготовления в центре наконечников глухого цилиндрического отверстия для размещения световода с оболочкой и капиллярного отверстия для размещения оголенного конца световода, притирку и сборку наконечников в соединительной трубке, отличающийся тем, что в каждом наконечнике изготавливают фланец с технологическим отверстием, внешнюю конусную поверхность и кольцевую канавку, в соединительной втулке изготавливают продольный сквозной паз, с двух сторон внутренние конусные поверхности для сопряжения с конусными поверхностями наконечников, на ее концах - внутренние цилиндрические поверхности для размещения фланцев наконечников с обеспечением скользящей посадки без зазора и внешнюю резьбу на электроэрозионном станке электродом-проволокой из совмещенных технологических отверстий фланцев и сквозного продольного паза соединительной втулки, после сборки наконечников с соединительной втулкой при помощи гаек изготавливают в обоих наконечниках щель, примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенных концов световодов и примыкающие к нему радиальные пазы с выходом за конусную поверхность наконечников для получения гибких элементов наконечника, после чего в сквозной паз втулки с двух сторон вставляют по плотной посадке штифты с обеспечением их скользящей посадки в технологических отверстиях фланцев для предотвращения проворачивания конусных поверхностей наконечников при завинчивании гаек, с помощью которых обеспечивают осевое перемещение наконечников и осуществляют зажим оголенных концов световодов за счет радиального сжатия гибких элементов наконечников.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что высоту конуса соединительной втулки выполняют больше высоты конуса наконечников на величину Δ, которую определяют по выражению:

где d₁, d₂ и h - диаметры и высота усеченного конуса наконечника;
d_δ - диаметр капиллярного отверстия в наконечнике,
d_с - диаметр световода,
b - ширина кольцевой канавки в наконечнике.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что при изготовлении трех радиальных пазов в наконечнике их ширину d определяют по выражению
d = (d_δ-d_c)cos30^o,
где δ_δ - диаметр капиллярного отверстия в наконечнике,
d_с - диаметр световода.

7. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление соединительной втулки, двух соосно расположенных глухих цилиндрических отверстий и капиллярного отверстия для размещения оголенных концов световодов, отличающийся тем, что в соединительной втулке изготавливают зажимы для фиксации световодов с оболочкой, глухие цилиндрические отверстия изготавливают в соединительной втулке, в перегородке между которыми выполняют технологическое отверстие, из которого на электроэрозионном вырезном станке электродом-проволокой изготавливают в направлении к центру щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие для размещения оголенных концов световодов, затем в соединительную втулку вставляют разрезные втулки для размещения световодов с оболочкой, с помощью которых закрывают технологические отверстия.

8. Способ изготовления волоконно-оптического соединителя, включающий изготовление соединительной втулки, двух соосно расположенных глухих цилиндрических отверстий и капиллярного отверстия для размещения оголенных концов световодов, отличающийся тем, что для обеспечения соединения световодов с различными диаметрами соединительную втулку выполняют в виде двух полувтулок с зажимами для фиксации световодов с оболочкой, при этом одну полувтулку устанавливают в другой по скользящей посадке без зазора, изготовление глухого цилиндрического отверстия осуществляют в каждой полувтулке, в донышке каждой полувтулки выполняют технологическое отверстие, из которого на электроэрозионном станке электродом-проволокой в направлении к центру изготавливают щель и примыкающее к ней капиллярное отверстие, затем в полувтулки вставляют разрезные втулки, с помощью которых закрывают технологические отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14