專利名稱：一種在連接中緊固鐵磁性器件的磁性夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及連接兩個器件的裝置及其方法，確切地說，涉及在連接兩個鐵磁性器件時用磁力將其部分緊固的裝置及其方法。
背景技術：
在光纖產業中，近來對自動化的推進已經迫使制造商重新構想標準的產品與過程，并且考慮更易于實現自動化的其它的材料與方法。通常在纖維光學中使用膠水來固定各種器件，然而粘膠法會使信號強度損失并且難以實現自動化，因而已經發展了其它的有效的粘結方法。有一種粘結方法是焊接，焊接的一個主要的缺陷是在光纖領域要求的精度很難將小器件對準、夾住和焊接。
通常有一些焊接機器使用叉型工具在焊接時將器件固定住。遺憾的是，這些裝置不能均勻施力到器件上，這將導致在焊接時有很大的移位，這種失準直的原因還有當熔融金屬固化收縮時的焊接后移位，導致兩個面互相牽引。
現在已經有人提出一種方法來克服這些問題。Yoichi Oikawa在1月31日1995的美國專利No.5,386,488提出，此方法仍然在焊接時使用叉型夾具來固定器件，但是它克服了先有技術的一些缺點，在鉗具和一個器件之間加一個夾具以便使力均勻分布。此發明的缺陷包括需要大量的焊接將所有的器件固定在一起，以及需要特別設計夾具，每一步焊接將產生小的失準直，這將需要額外地對每一步重新校準，這種延誤將大大增加了每個部件的生產成本與時間，使用及制造夾具同樣將大大增加生產成本與時間。
本發明為了克服現有技術的缺陷，提供了一種使施加的力相對均勻分布的連接裝置，以及一種不再需要額外的固緊步驟的連接方法。
附圖的簡要描述本發明將參考附圖給出相應的詳細描述，每個圖對應一個具體裝置，其中
圖1是在初始裝載階段根據本發明設計的連接設備的側視圖；圖2是圖1中的連接設備在隨后的焊接階段的側視圖；圖3至圖5是圖1和圖2中的待連接器件在連接過程中各種階段的側視圖；圖6是根據本發明加工設計得到的成品的側視圖。
詳細描述參照圖1，根據本發明，該設備包括一個保護第一器件的夾持卡盤1，在一個具體裝置中，第一個器件是一個圓柱形的纖維光學中心部件2，它裝有一個準直透鏡、一個光學濾波器和一個聚焦透鏡(沒有畫出來)，第一個器件包括一個鐵磁性連接體，它在該具體裝置中是中心部件2的整個外殼3。
另一個夾持卡盤4用于保護另一個器件，在對應的具體裝置中，第二個器件是一個圓柱形的纖維光學金屬環6，它有一個鐵磁性外筒7，里面有一根或多根光纖，第二個器件也包括一個鐵磁性連接體，它在該具體裝置中是一個圓柱形78082678焊接筒8，該焊接筒8初始時被安置(但沒有固定)到鐵磁性外筒7上，并且通過一個臂10獨立于金屬環6被夾持住。
為了準直兩個光學器件，兩個夾持卡盤1和4必須相對可調。在對應的具體裝置中，第二個夾持卡盤4可以在x和y方向上調節，并且可以在θ方向上關于z軸旋轉。相應地，第一個夾持卡盤1只需要在z方向上調節。顯然，只要所有的需要的自由度是可調的，可以調整其它的想定的調節器，準直兩個器件的精確度要求完全依賴于組合器件的最后使用上。當器件是光學耦合裝置的器件時，準直的精確性極其重要，需要一個詳細的過程。然而，本發明的其它用途可能比較簡單，甚至是手動的，可以進行調節。
當第一個光學器件(中心部件2)與第二個光學器件(金屬環6)準直時，兩個鐵磁性連接體之一被磁化從而吸引另一個鐵磁性連接體，這樣當另一個鐵磁性連接體從夾持卡盤中松開時，兩個器件將以正確的準直位置互相夾住。在第一個具體裝置(圖2)中，中心部件外殼3被磁化從而吸引金屬環的焊接筒8，后者此時已經粘結到金屬環6上，激活一個包住夾持卡盤的電繞盤9，使中心部件2的外殼3磁化，形成的電磁鐵以足夠的強度產生一個均勻分布的力將兩個器件夾在一起，使兩個鐵磁性連接體固定在一起。更為適宜的是，使用如箭頭11所指的激光焊接器將焊接筒8焊接到中心部件外殼3上。
在相應的具體裝置中，第二個器件(金屬環6)的鐵磁性連接體(焊接筒8)開始時沒有固定到鐵磁性外筒7上，此時，當開始準直時，在金屬環6和中心部件2之間特意留下一個間隙x。相應地，當激活電繞盤9時，焊接筒8被第二個夾持卡盤4的臂10釋放后，沿著鐵磁性外筒7滑動，直到與中心部件外殼3相鄰，因而遮住了間隙x。然后將金屬環6的鐵磁性外筒7焊接到焊接筒8上，接著將焊接筒8焊接到中心部件外殼3上，在兩個焊接步之間電繞盤9可以不被激活，同時金屬環6與中心部件2重新準直，然后在最后的焊接步重新加電壓。
然而，如上所述，下列步驟也在本發明范圍內將第一個器件的鐵磁性連接體固定，因此當第一個器件的鐵磁性連接體被磁化時，第二個器件沿著其鐵磁性連接體被第二個夾持卡盤釋放，并且抵到第一個器件。
本發明的方法將參考相應的具體裝置進行描述，其中兩個器件構成了一個光耦合裝置，然而本發明的其它具體裝置也可以描述，其中制造了不同的裝置，比如帶有鐵磁性器件的光開關，加工的第一步涉及將中心部件2保護在夾持卡盤1中，以及將金屬環6保護在夾持卡盤4中，參照圖3，第一個金屬環6里面裝有兩根光纖12與13的尾部，并將連接到中心部件2上，光纖12是輸入光纖，光纖13則傳輸在中心部件2中由光學濾波器反射回來的光。
第二個夾持卡盤4將金屬環6降低并接近中心部件2，保持距離為x。為確定兩個光學器件是否準直，光從輸入光纖12進入，將光纖13中的反射光的強度與給定的域值相比較，對于第一個夾持卡盤1在z方向上進行的每一次調節，第二個夾持卡盤4在x、y和θ方向上進行多次調節。換言之，將金屬環6左右、上下移動，并沿其縱軸轉動，以便決定其最佳位置。顯然這些步驟可以通過計算機進行自動化控制。
當最佳位置找到后，激活電繞盤9，從而磁化中心部件外殼3，然后鐵磁性焊接筒8被釋放并且由于磁力與外殼3相接觸。在其接觸點，一個激光焊接器11通過焊接14將焊接筒8固定到金屬環的外筒7上。為了確保此焊接步不會造成金屬環6與中心部件2之間失準直，電磁鐵9停止工作并重新進行準直測試。相應地，第一個和/或第二個夾持卡盤1與4必須進行調節，當器件再次準直時，重新激活電磁鐵9，焊接筒8由于磁力與中心部件外殼3相接觸，激光焊接器11通過焊接15將焊接筒8固定到中心部件外殼3上。
為確定焊接是否會造成器件之間失準直，需要再次測試。此時，重復施力到金屬環6外部自由端的幾個位置上，以便確定最佳力的大小與方向，來調節金屬環6的位置，使得光纖13中的反射光增強。當最佳位置確定后，進行一個或多個點焊接，產生一個與上述最佳力等效的力，作用到焊接筒8上。
對另一個金屬環16(圖6)重復上述過程，環里有一根傳輸光纖，不同的是，為測試金屬環16與中心部件2的準直情況，光從輸入光纖12發送，在傳輸光纖17中測量。
權利要求
1.一種連接兩個器件的方法，包括下列步驟將帶有第一個鐵磁性連接體的第一個器件固定在第一個夾持裝置中；將帶有第二個鐵磁性連接體的第二個器件固定在第二個夾持裝置中，在上述第一及第二夾持裝置中至少有一個是可移動的以調節上述第一及第二器件的相對位置；通過移動上述第一及第二夾持裝置中的至少一個來調節第一及第二器件的相對位置，使第一及第二器件定位在所需要的位置；磁化第一及第二鐵磁性連接體之一以吸引另一個鐵磁性連接體；將帶有未被磁化鐵磁性連接體的器件從夾持裝置中松開，以至第一及第二鐵磁性連接體之間的磁力將第一及第二器件維持在一起；以及將第一及第二器件固定在一起。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征是，第一個鐵磁性連接體被磁化，第二個鐵磁性連接體是在第二個器件上初始可以滑動的套筒，該套筒固定于第三個夾持裝置中，在將第二個器件從第二個夾持裝置中松開之前，將套筒從第三個夾持裝置中松開，該套筒因磁力而與第一個器件接觸，并且固定到第二個器件上。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征是，第一及第二器件是一個光耦合裝置的器件，該裝置至少有一個輸入波導并至少有一個輸出波導，調節步驟包括確保至少有一個輸入波導光耦合到至少一個輸出波導上。
4.按照權利要求1所述的方法，其特征是，第一個器件是一個包括光濾波器的波分復用器的中心部件，該中心部件位于一個鐵磁性外殼之內，第二個器件是一個光纖毛細管，它以一個鐵磁性焊接筒作為其鐵磁性連接體，該鐵磁性焊接筒相對于上述光纖毛細管可以初始移動，該焊接筒初始被第三個夾持裝置夾住，調節步驟包括確定毛細管與中心部件之間的適當的間距，磁化步驟包括將中心部件磁化，在松開光纖毛細管之前，將焊接筒從第三個夾持裝置中松開，焊接筒因磁力而與中心部件接觸，固定步驟包括a)將毛細管焊接到焊接筒上；b)將焊接筒焊接到中心部件的一端上。
5.按照權利要求4所述的方法，其中在固定步驟a)和b)之間還包括使中心部件退磁；重新調節毛細管與中心部件；磁化中心部件。
6.按照權利要求5所述的方法，其中在固定步驟b)之后還包括將毛細管相對于中心部件重新調準，具體通過確定用于提高光耦合效率的毛細管的角度偏差，并通過對焊接筒進行至少一次偏心焊接以充分達到所需的角度偏差。
7.按照權利要求4所述的方法，其特征是，光纖毛細管里面裝有第一根輸入光纖的尾部和第二根光纖的尾部，第二根光纖傳輸由濾波器反射回來的光，調節步驟包括測量從第一根光纖傳輸到第二根光纖的光，并確定傳輸到第二根光纖中的光的強度是否超過給定的域值。
8.按照權利要求1至7中的任一要求所述的方法，其特征是，第一個夾持裝置在x，y和θ方向上可調，第二個夾持裝置在z方向上可調，調節裝置包括對于第二個夾持裝置在z方向上進行的每一次調節，對第一個夾持裝置在x，y和θ方向上進行調節。
9.一種連接兩個器件的裝置，包括用于固定第一個器件的第一個夾持裝置，該器件有第一個鐵磁性連接體；用于固定第二個器件的第二個夾持裝置，該第二個器件有第二個鐵磁性連接體，第一及第二夾持裝置中至少有一個相對另一個可以移動；調節裝置，用于移動上述第一及第二夾持裝置中的至少一個來調節第一及第二器件的相對位置，使第一及第二器件定位在所需要的位置；磁化裝置，用于磁化第一及第二鐵磁性連接體之一以吸引另一個鐵磁性連接體；固定裝置，將第一及第二器件固定在一起；當使用調節裝置將兩個器件對準時，磁化裝置被啟動，將帶有未被磁化鐵磁性連接體的器件從夾持裝置中松開，當固定裝置將兩個器件固定在一起時，第一及第二鐵磁性連接體之間的磁力將第一及第二器件維持在一起。
10.按照權利要求9所述的裝置，其特征是，第一個鐵磁性連接體被磁化，第二個鐵磁性連接體是在第二個器件上初始可以滑動的套筒，該套筒固定于第三個夾持裝置中，在將第二個器件從第二個夾持裝置中松開之前，將套筒從第三個夾持裝置中松開，因磁力而與第一個器件接觸，并且固定到第二個器件上。
11.按照權利要求9所述的裝置，其特征是，第一及第二器件是一個光耦合裝置的器件，該裝置至少有一個輸入波導并至少有一個輸出波導，調節步驟包括確保在啟動磁化裝置之前，至少有一個輸入波導光耦合到至少一個輸出波導上。
12.按照權利要求9、10或11所述的裝置，還包括重新調節裝置，此裝置用于調節第一及第二器件固定之后的準直，具體通過確定用于提高第一及第二器件之準直的第二個器件的角度偏差，并通過對第二個鐵磁性連接體進行至少一次偏心焊接以充分達到所需的角度偏差。
全文摘要
對自動化的推進,尤其在光纖領域中,已經迫切要求使用那些更適合于機器使用的材料與方法。本發明利用這些材料的磁性,當連接分立器件時,在這些器件之間產生強磁性聯結,使用兩個獨立的可控卡盤,根據設計要求將器件準直,經適當準直后,器件因磁力吸在一起,然后使用許多標準的固定方法中的任何一種,比如焊接,將器件永久地固定起來。在尤其使用于光纖產業的具體設計中,準直過程包括:測量由兩個器件發送或反射的光。
文檔編號G02B6/34GK1347786SQ0110888
公開日2002年5月8日 申請日期2001年10月8日 優先權日2000年10月4日
發明者亨利·J·萊克, 威廉·托馬斯·穆爾, 羅伯特·蘭格, 溫迪·希佩拉, 阿布杜爾·賈利爾·J·莫伊杜 申請人:Jds尤尼費斯公司