專利名稱：光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)及其工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)及其工具，尤指通過陶瓷粉體前處理、陶瓷粉體活性處理、胚體成型、燒結(jié)熱處理及高精密研磨加工的五步驟后，來制造出具有與光纖芯幾乎相同的精密陶瓷校正軸，并以光纖套圈校正機配合陶瓷校正軸來校正座體的光纖套圈內(nèi)孔尺寸及同心度，用以達到光纖套圈內(nèi)孔公差尺寸及圓度具有與陶瓷校正軸幾乎相同的精確度。
然而，光纖套圈內(nèi)孔的尺寸公差要求高達0.5-1.0μm，因此，座體在插接光纖套圈內(nèi)孔與光纖芯的過程中，其尺寸公差精度及可重復(fù)插拔性十分重要，將決定其是否堪用及訊號的準確性，在座體的光纖套圈(Ferrule)的組裝過程中，用以提高組裝精度及良品率的方法，一般是以金屬圓柱來校正具有鍍鎳層的光收發(fā)模組的座體(為鋅鑄件制成)的光纖套圈內(nèi)孔尺寸及同心度，來保證光收發(fā)模組與光纖芯之間傳送或接收光訊號的強度，而金屬圓柱制成的金屬校正軸大多是不銹鋼、碳鋼...等高硬度材料所制成，此種方法因金屬間產(chǎn)生的磨耗及表面粗糙度等問題，在使用時易造成通道內(nèi)部的鍍鎳層剝離、刮傷、導(dǎo)致不良品率的增加，而且業(yè)界實際使用金屬校正軸后，反映效果不佳，極易造成鍍鎳層剝落或同心度偏離的缺陷；另，如果業(yè)者欲采用新式機臺時，其設(shè)計費用及設(shè)備成本極為高昂，非一般企業(yè)所能投資采用的，其效果不盡理想，所以如何解決上述的缺陷及不足，即為從事此行業(yè)者所亟欲改進的方向。
本發(fā)明所應(yīng)用的理論及技術(shù)，主要是使用與光纖套圈(Ferrule)的鍍鎳層內(nèi)孔幾乎相同精度的精密陶瓷校正軸來校正光纖套圈內(nèi)孔，此種精密陶瓷校正軸表面尺寸精度及圓度皆極佳，且具有易成型、硬度高、韌性高、高耐磨耗及不與金屬粘連等優(yōu)異特性，可使光纖套圈內(nèi)孔的尺寸公差及圓度達到精密陶瓷校正軸幾乎相同的等級，同時可利用金屬擠壓變形后的回彈效果，使內(nèi)孔尺寸公差與光纖套圈(Ferrule)的尺寸公差維持在一極微小區(qū)間(約1-3μm)內(nèi)，來增加其相互配合的緊度及同心度，以避免光訊號的能量在光纖傳輸中的遞減。
本發(fā)明的目的在于利用簡單的精密陶瓷校正軸工具及簡易的自動化組裝設(shè)備，對光纖套圈內(nèi)孔進行校正加工，快速有效的得到最佳的尺寸精度及圓度，以此達到有效提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本及提高良品率的目的。
本發(fā)明的另一目的是利用不同的高精密及高耐磨耗的陶瓷材料制作校正軸，經(jīng)簡易的自動化操作系統(tǒng)，能有效的控制金屬外罩的光纖套圈內(nèi)孔尺寸公差及圓度，提高其互換性、組裝的良品率及有效降低生產(chǎn)成本，可達批量重復(fù)生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)，尤指使用于校正光纖套圈外罩上內(nèi)孔或外徑表面，使其形成致密狀態(tài)的光纖套圈校正機，是由運用精密陶瓷校正軸及結(jié)合光纖套圈校正機來達到自動化目的，其主要系統(tǒng)為包含(A)高精密陶瓷校正系統(tǒng)是可自動組裝高精密陶瓷校正軸外，同時能達到定值定點功能，依校正的深度作行程設(shè)定后，以電腦控制，同時經(jīng)雷射測徑儀所提供的校正軸尺寸磨耗達規(guī)定公差尺寸外，并經(jīng)電腦控制系統(tǒng)自動更換陶瓷校正軸；(B)金屬外罩定位系統(tǒng)是可將待加工的光纖套圈金屬外罩準確置于加工位置，同時經(jīng)自動進料系統(tǒng)依序作送料及取料動作；(C)凈化陶瓷校正軸表面高壓源系統(tǒng)是可有效去除陶瓷校正軸上的粉塵或金屬屑；(D)雷射測徑儀是可將數(shù)據(jù)資料反饋至資料檔以決定是否更新陶瓷校正軸；(E)動力系統(tǒng)為提供整個系統(tǒng)的動力供應(yīng)；(F)自動進料控制系統(tǒng)其功能是適時將光纖套圈外罩移至定點位置，以利于校正動作的進行；
(G)自動反饋控制系統(tǒng)主要匯集各系統(tǒng)訊號數(shù)據(jù)資料，整合后正確輸出操作訊號。其中上述金屬外罩內(nèi)孔校正機可為多軸式校正機，同時校正更多金屬外罩以提高產(chǎn)能。
上述光纖陶瓷外罩校正機為可校正內(nèi)孔或外徑，只需將陶瓷校正軸制作成柱形或柱形具凹槽型式，即可達成相同效杲。
一種光纖套國提升組裝精度及良率的工具，尤指使用于光纖套圈內(nèi)孔或外徑的陶瓷校正軸工具，是利用與光纖套圈的內(nèi)孔或外徑具有相同精密度的陶瓷校正軸，使陶瓷校正軸穿入或套設(shè)于光纖套圈內(nèi)孔或外徑后，可讓光纖套圈內(nèi)孔或外徑形成受力塑變后的回彈特性，使光纖套圈內(nèi)孔或外徑公差尺寸及圓度可與精密陶瓷校正軸具有近相同的精準度，而使光纖套圈的公差維持在極微小區(qū)間，約為1-3μm內(nèi)，來增加與光纖相互配合時的緊度及同心度，用以避免光纖能量于傳輸時的遞減。其中上述精密陶瓷校正軸的材料可以為塊狀或薄膜型式。
上述精密陶瓷校正軸的材料為包含所有氧化物、碳化物、氮化物的單一粉體或其混成復(fù)合粉體材料。
上述氧化物材料包含Al2O3、ZrO2、Cr2O3或TiO2；而碳化物材料包含WC、TiC、SiC、B4C、ZrC、TaC、HfC、Cr3C2、NbC；氮化物材料包含Si3N4、TiN、ZrN、HfN、BN、AlN。
上述精密陶瓷材料可為硼化物或鉆石或類鉆。
上述薄膜的制備可分為化學及物理方式。
上述陶瓷校正軸的制造流程的步驟依序為陶瓷粉體前處理、陶瓷粉體活化處理、胚體成型、燒結(jié)熱處理及高精密研磨加工所構(gòu)成。
上述胚體成型可為乾壓成型、擠制成型、射出成型、熱壓成型、熱均壓成型、鑄漿成型或冷均壓成型制成的適當?shù)纳呙芏取?br> 上述成型后的生胚經(jīng)特殊的燒結(jié)熱處理過程，可使陶瓷元件致密化后，讓粗胚的相對密度范圍位于40％-100％之間，隨著密度的增加，其使用壽命及精準度可相對的提高。
上述高精密研磨加工為對燒結(jié)粗胚的表面作超鏡面研磨加工。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的精密陶瓷校正軸具有易成型、硬度高、韌性高、高耐磨耗及不與金屬粘連等特性，可使光纖套圈內(nèi)孔的尺寸公差及圓度達到精密陶瓷校正軸幾乎相同的等級，形成致密層及金屬擠壓變形后的回彈；光纖套圈金屬外罩自動化校正裝置，能快速有效的得到最佳的尺寸精度及圓度，以此達到有效提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本及提高良品率的目的。
圖2、為本發(fā)明金屬外罩校正機的架構(gòu)方框示意圖。
圖3、為本發(fā)明金屬外罩校正機的立體示意圖。
圖4、為本發(fā)明金屬外罩校正機的局部立體放大圖。
圖5、為本發(fā)明光收發(fā)模組座體與陶瓷校正軸的側(cè)剖視圖。
圖6、為不同材料制成的校正軸對金屬外罩校正后的尺寸對比表。
圖7、為金屬校正軸與陶瓷校正軸校正光纖套圈內(nèi)孔表面后的照片。
本發(fā)明所使用的材料及步驟分述如下其中
本發(fā)明所使用的陶瓷粉體包括氧化物(如Al2O3、ZrO2...等)、碳化物(如SiC、TiC、WC、BaC...等)、氮化物(如TiN、BN、Si3N4...等)、硼化物(如TiB2)及鉆石或類鉆等單一材料或復(fù)合材料或者是鍍膜型式，經(jīng)過特殊粉體前處理11及陶瓷粉體表面活性處理12過程，(本發(fā)明以3Y(ZrO2)為較佳實施例作詳細說明)再以不同胚體成型13方式(可以干壓成型、擠壓成型、射出成型、熱壓成型、熱均壓成型、鑄漿成型、冷均壓成型...等方式實施，而本說明則主要以射出成型為較佳實施例加以闡述)，以制成適當?shù)纳呙芏?；然后再將成型后的生胚?jīng)特殊的燒結(jié)熱處理14過程，使陶瓷元件致密化后，讓粗胚的相對密度范圍位于40％-100％之間，隨著密度的增加，其使用壽命及精密度均可相對的提高；再用相關(guān)設(shè)備及技術(shù)對燒結(jié)粗胚作表面高精密研磨加工15(即超鏡面研磨加工)，此時，參見圖2-5所示，使加工后的陶瓷校正軸16的尺寸公差與光纖套圈3(Ferrule)內(nèi)孔尺寸公差幾乎相同(差值為0.5-1.0μm)。最后將此陶瓷校正軸16置于光纖套圈校正機2上作光纖套圈3(Ferrule)內(nèi)孔表面的校正加工處理。
參見圖2、高效率光纖套圈校正機2，其主要機構(gòu)分為七大部份分別為高精密陶瓷校正系統(tǒng)21、金屬外罩定位系統(tǒng)22、凈化陶瓷校正軸表面高壓源系統(tǒng)23、雷射測徑儀24、動力系統(tǒng)25、自動進料控制系統(tǒng)26及自動反饋控制系統(tǒng)27，此設(shè)計可為單一校正軸式或多軸式校正軸，用以提高產(chǎn)量、縮短工時及降低成本；茲就上述各部分的主要功能敘述如下(A)高精密陶瓷校正系統(tǒng)21其作用除自動組裝高精密陶瓷校正軸16外，同時具有確定位、定點的功能，并能由電腦依據(jù)待校正的深度設(shè)定其行程，同時能依據(jù)雷射測徑儀24所提供的精密陶瓷校正軸16的尺寸磨耗量，由電腦判斷是否在規(guī)定的尺寸公差范圍內(nèi)，如已超出規(guī)定的尺寸公差范圍，則由電腦控制高精密陶瓷校正系統(tǒng)21自動更換精密陶瓷校正軸16。
(B)金屬外罩定位系統(tǒng)22其主要是將待加工的光纖套圈3的金屬外罩準確置放于加工位置，同時由自動進料系統(tǒng)依序完成送料及取料的工藝動作。
(C)凈化精密陶瓷校正軸表面高壓源系統(tǒng)23主要是有效清除精密陶瓷校正軸16上的粉塵或金屬屑。因校正后金屬層多少會有微粉塵剝離而吸附于精密陶瓷校正軸16上，若不及時將表面凈化，則易造成工件內(nèi)表面公差的變異。
(D)雷射測徑儀24雖然精密陶瓷校正軸16的高耐磨耗特性可以確保高使用率，但為了百分之百的維持良品率，適時的偵測精密陶瓷校正軸16外徑的尺寸是必須的。因此其目的是及時測量精密陶瓷校正軸16的尺寸值是否符合規(guī)定，再將數(shù)據(jù)資料反饋至資料擋，以決定是否更換精密陶瓷校正軸16。
(E)動力系統(tǒng)25是提供整個系統(tǒng)的動力供應(yīng)。
(F)自動進料控制系統(tǒng)26其功能是適時將光纖套圈3的金屬外罩移至定點位置，以利于校正動作的進行。
(G)自動反饋控制系統(tǒng)27主要是匯集各系統(tǒng)訊號數(shù)據(jù)資料，經(jīng)整合判斷后，正確輸出操作訊號。
參見圖3、4、為手動式高精密光纖套圈校正機2的雛型機，在此以手動式雛型機對光纖套圈3的內(nèi)孔分別用精密陶瓷校正軸16及金屬校正軸(為習用工具)進行校正處理，其操作步驟如下(1)將校正軸放置于光纖套圈校正機2的高精密陶瓷校正系統(tǒng)21的位置；(2)設(shè)定高精密陶瓷校正系統(tǒng)21下降的行程；(3)將光纖套圈3置于底層金屬外罩定位系統(tǒng)22的定點位置；(4)啟動動力系統(tǒng)25中的動力行程轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，使高精密陶瓷校正系統(tǒng)21下降直至穿入光纖套圈3內(nèi)孔中，再次旋轉(zhuǎn)動力行程轉(zhuǎn)輪使校正軸上升，即可完成校正加工。
(5)取出光纖套圈3，再置放新的待校正光纖套圈3于金屬外罩定位系統(tǒng)22上。
(6)啟動凈化陶瓷校正軸表面高壓源系統(tǒng)23，如高壓純氣源來凈化校正軸表面的粉塵或金屬屑。
(7)重復(fù)上述動作，直到雷射測徑儀24偵測到校正軸表面尺寸超出規(guī)定的范圍，校正軸失效為止。
參見圖6，從實驗結(jié)果對比表可以清楚的看出用精密陶瓷校正軸16校正后的光纖套圈3內(nèi)孔尺寸公差的精度遠比金屬校正軸的優(yōu)良，其中，精密陶瓷校正軸16外徑為2.5126mm，而光纖套圈3內(nèi)孔直徑則為2.4981mm，單邊塑變區(qū)為0.00725mm(約7.0μm)，經(jīng)金屬回彈后實際塑變區(qū)為0.00455mm(約4.5μm)，有鍍鎳層的鋅材料的回彈率約為6％-7％；而光纖套圈(SM型)的外徑為2.4499mm，經(jīng)校正后的光纖套圈3，其裕度為0.0045mm(約為4.5μm)；由上述實驗結(jié)果說明，有效控制精密陶瓷校正軸16的外徑尺寸公差，便可有效控制光纖套圈內(nèi)孔的裕度。
其次，從使用壽命來看，陶瓷材料的硬度(HV1000以上)遠大于鍍鎳層的鋅鑄件(HV200以下)，因此精密陶瓷校正軸16的應(yīng)用完全可以勝任此應(yīng)用。實驗中實測金屬校正軸的使用次數(shù)約在1-200次，即因磨耗過大而無法使用，同時鍍鎳層亦有剝離的現(xiàn)象。但精密陶瓷校正軸16使用1500次后，其表面尺寸公差精度仍維持不變(相信可以使用更多次)，而且校正后的表面光滑，由校正后的光纖套圈內(nèi)孔表面的微觀分析可發(fā)現(xiàn)使用金屬校正軸校正后的表面粗糙度遠大于使用精密陶瓷校正軸16，同時表面易產(chǎn)生氧化層及粉化現(xiàn)象(如圖7所示)。
此外，上述精密陶瓷校正軸的材料可為塊狀或薄膜型式，由陶瓷塊材實驗所得到令人滿意的結(jié)果，可以推斷薄膜型態(tài)亦可得到相同的效果，其中，該薄膜的制備可分為化學式及物理方式。因此，以低熱膨脹系數(shù)金屬材料，如鎳鐵合金Invar(36Ni-Fe)、優(yōu)質(zhì)鎳鐵合金Super Invar(32Ni-0.35Mn-0.3Si-Fe)、鐵鎳鈷合金Kovar(29Ni-17Co-Fe)、塑膠(如熱固性塑膠、熱塑性塑膠等)、陶瓷材料、玻璃陶瓷(如矽酸鹽玻璃、鈉玻璃、納鈣玻璃、鉛玻璃、硼矽酸玻璃、磷酸鹽玻璃、鋁酸鹽玻璃)、低熱膨脹系數(shù)玻璃陶瓷(如LAS)及低硬度陶瓷材料(如TiO2、MgO、SiO2)等為光纖套圈3外罩的基材，而以鍍膜方式于其表面鍍覆氧化層、碳化層、氮化層、甚至鉆石膜或類鉆膜，都可以有效改進其單獨使用金屬校正軸的缺點，另，精密陶瓷校正軸16除可校正光纖套圈3內(nèi)孔外，只需將精密陶瓷校正軸16制作成具有內(nèi)凹槽型式，即可對光纖套圈3外徑進行校正加工，并可達到相同效果。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳具體實施例，但本發(fā)明的構(gòu)造特征并不局限于此，任何熟悉該項技藝者在本發(fā)明領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及變化或修飾，皆可涵蓋在本案的專利保護范圍。
綜上所述，本發(fā)明的光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)及其工具，符合發(fā)明專利的三性，使用時，確實能達到其功效及目的。
權(quán)利要求
1.一種光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)，尤指使用于校正光纖套圈外罩上內(nèi)孔或外徑表面，使其形成致密狀態(tài)的光纖套圈校正機，是由運用精密陶瓷校正軸及結(jié)合光纖套圈校正機來達到自動化目的，其主要系統(tǒng)為包含(A)高精密陶瓷校正系統(tǒng)是可自動組裝高精密陶瓷校正軸外，同時能達到定值定點功能，依校正的深度作行程設(shè)定后，以電腦控制，同時經(jīng)雷射測徑儀所提供的校正軸尺寸磨耗達規(guī)定公差尺寸外，并經(jīng)電腦控制系統(tǒng)自動更換陶瓷校正軸；(B)金屬外罩定位系統(tǒng)是可將待加工的光纖套圈金屬外罩準確置于加工位置，同時經(jīng)自動進料系統(tǒng)依序作送料及取料動作；(C)凈化陶瓷校正軸表面高壓源系統(tǒng)是可有效去除陶瓷校正軸上的粉塵或金屬屑；(D)雷射測徑儀是可將數(shù)據(jù)資料反饋至資料檔以決定是否更新陶瓷校正軸；(E)動力系統(tǒng)為提供整個系統(tǒng)的動力供應(yīng)；(F)自動進料控制系統(tǒng)其功能是適時將光纖套圈外罩移至定點位置，以利于校正動作的進行；(G)自動反饋控制系統(tǒng)主要匯集各系統(tǒng)訊號數(shù)據(jù)資料，整合后正確輸出操作訊號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)，其特征是上述金屬外罩內(nèi)孔校正機可為多軸式校正機，同時校正更多金屬外罩以提高產(chǎn)能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)，其特征是上述光纖陶瓷外罩校正機為可校正內(nèi)孔或外徑，只需將陶瓷校正軸制作成柱形或柱形具凹槽型式，即可達成相同效杲。
4.一種光纖套國提升組裝精度及良率的工具，尤指使用于光纖套圈內(nèi)孔或外徑的陶瓷校正軸工具，是利用與光纖套圈的內(nèi)孔或外徑具有相同精密度的陶瓷校正軸，使陶瓷校正軸穿入或套設(shè)于光纖套圈內(nèi)孔或外徑后，可讓光纖套圈內(nèi)孔或外徑形成受力塑變后的回彈特性，使光纖套圈內(nèi)孔或外徑公差尺寸及圓度可與精密陶瓷校正軸具有近相同的精準度，而使光纖套圈的公差維持在極微小區(qū)間，約為1-3μm內(nèi)，來增加與光纖相互配合時的緊度及同心度，用以避免光纖能量于傳輸時的遞減。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述精密陶瓷校正軸的材料可以為塊狀或薄膜型式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述精密陶瓷校正軸的材料為包含所有氧化物、碳化物、氮化物的單一粉體或其混成復(fù)合粉體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述氧化物材料包含Al2O3、ZrO2、Cr2O3或TiO2；而碳化物材料包含WC、TiC、SiC、B4C、ZrC、TaC、HfC、Cr3C2、NbC；氮化物材料包含Si3N4、TiN、ZrN、HfN、BN、AlN。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述精密陶瓷材料可為硼化物或鉆石或類鉆。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述薄膜的制備可分為化學及物理方式。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述陶瓷校正軸的制造流程的步驟依序為陶瓷粉體前處理、陶瓷粉體活化處理、胚體成型、燒結(jié)熱處理及高精密研磨加工所構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述胚體成型可為乾壓成型、擠制成型、射出成型、熱壓成型、熱均壓成型、鑄漿成型或冷均壓成型制成的適當?shù)纳呙芏取?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求10所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述成型后的生胚經(jīng)特殊的燒結(jié)熱處理過程，可使陶瓷元件致密化后，讓粗胚的相對密度范圍位于40％-100％之間，隨著密度的增加，其使用壽命及精準度可相對的提高。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述光纖套圈提升組裝精度及良率的工具，其特征是上述高精密研磨加工為對燒結(jié)粗胚的表面作超鏡面研磨加工。
全文摘要
一種光纖套圈提升組裝精度及良率的系統(tǒng)及其工具，其主要通過陶瓷粉體前處理、陶瓷粉體活化處理、胚體成型、燒結(jié)熱處理及高精度研磨加工的五步驟后，制造出與光纖芯幾乎相同精度的精密陶瓷校正軸，此種精密陶瓷校正軸具有易成型、高硬度、高韌性、高耐磨耗及不與金屬粘連等優(yōu)異特性，當利用光纖套圈校正機以陶瓷校正軸來校正座體的光纖套圈內(nèi)孔尺寸及同心度后，便可利用金屬受力塑變后的回彈效果，使光纖套圈內(nèi)孔尺寸公差及圓度具有與陶瓷校正軸幾乎相同的精度，以增加光纖與光纖套圈內(nèi)孔的配合緊度及維持同心度，并避免光傳輸時的訊號遞減。
文檔編號G02B6/36GK1432833SQ0210175
公開日2003年7月30日 申請日期2002年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月17日
發(fā)明者童兆年, 隋遠大, 侯春樹, 白添發(fā) 申請人:創(chuàng)世紀科技股份有限公司, 益?？萍脊煞萦邢薰?br>