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研磨是連接頭組裝工藝中最重要的一部分,研磨主要是對插芯端面3D參數的調整,以及端面的處理。3D參數會影響連接頭的對接性能,比如對接是否精確,接觸是否緊密等;從而對光學特性造成一定的影響,主要是影響其插損和回損。端面好壞也會影響連接頭的光學特性以及使用壽命。研磨是影響連接頭插損的因素之一;但是對連接頭的回損,研磨是起著決定性的作用。
研磨首先需要了解的常識,研磨機:中心加壓式研磨機,從研磨盤的中心施加的壓力,如光纖的EZ-312。最大的優點是:壓力可以調節,即可以調節壓力來調整3D參數,又可以通過更換研磨墊的硬度來調整3D參數,其對3D參數的調整有更多的選擇,所以可減少研磨墊種類的需求。光纖研磨機資料下載
缺點是:1、裝盤難,對插芯裝盤的一致性要求比較高,否則將會對研磨產生不理想的效果。比如:沒擰緊會造成研磨不充分;插芯裝歪會造成頂點偏移,嚴重者影響附近的幾個甚至整盤的插芯頂偏狀況。研磨時插芯裝盤需要嚴格對稱,不能一邊多,一邊少。
2、研磨程序難于控制,研磨程序受限于插芯的數量。滿盤研磨才可以得到較好的效果。
3、返修難,如在新的一盤加入一部分返修的插芯,其往往效果不理想,或者是全盤(拆卸過的)返修,返修工序要從前幾道工序開始。因插芯拆卸過以及裝盤時,插芯難免會出現長度不一致的現象,所以只能依靠前幾道工序將插芯的長度研磨成一致,才可以得到良好的返修效果,但會對插損產生不理想的效果。
四角加壓式研磨機:從研磨機的四角施加壓力,如精工技研的SFP-550。
其優點是:1、研磨程序比較穩定,研磨盤的設計是采用IPC(獨立的拋光)控制。理論上可以研磨數量從一至其最大孔位。因其每個孔位是獨立的,不影響周邊孔位的插芯。實際上當數量上少的話,研磨時間應相對減少。
2、裝盤容易,可避免因裝盤而出現插芯長短不一致的現象。裝歪的現象也可以容易的檢查出來。
3、返修容易,其返修一般可以從后幾道工序返修(主要針對端面有不太嚴重的缺陷黑點、劃痕等)缺點是:壓力不可調節,完全依賴于研磨墊的硬度跟研磨時間的長短來調節插芯的3D參數??傮w而言,四角加壓研磨機比中心加壓研磨機更穩定,操作上更為簡單。
研磨墊:1、橡膠墊,其高度跟硬度對插芯端面的3D參數有著重要的影響。精工技研的研磨墊型號:PR5X-500(高度)-80(肖氏硬度)指厚度為5mm,硬度為80。常用的有高度為5mm,硬度是60、70、80、90等。另外還有高度為4.8mm,硬度為80。
2、玻璃墊:主要運用在研磨8度角的插芯,即APC類型插芯。研磨片,研磨片上的砂粒材質:SIC、金剛石、SiO2等。以下是精工技研的研磨片不同型號的砂粒材質,GA5D-30u研磨片:SIC材質,脆而鋒利,摩氏硬度約為8,壽命2次。GR5D-9u研磨片:金剛石材質,摩氏硬度一般為10,壽命20次。DR5D-5u研磨片:金剛石材質,摩氏硬度一般為10,壽命20次。DI5D-1.5u研磨片:金剛石材質,摩氏硬度一般為10,壽命20次。NTT FOS-01拋光片:SiO2材質,摩氏硬度一般為7,壽命2次。研磨片上的砂粒大?。?0um、9um、5um、3um、1.5um、1um、0.5um、0.2um等。
研磨液:PL-50:精工技研的研磨液,減小研磨的切削力,增加研磨片的使用壽命。主要配合鉆石材質的研磨片使用。
蒸餾水:最后的拋光用,不可以用一般的自來水,因一般的自來水內含有雜質會對光纖端面產生不理想的影響。
酒精+蒸餾水:作用與蒸餾水相同??蓽p少黑點、膠圈等不良想象,提升良率。但會降低其本身的使用壽命,對光纖高度影響比較大。
干涉儀:DORC ZX-1、NORLAND AC3000/CC600等,主要是測試插芯端面的3D參數。原理是利用牛頓環干涉原理對插芯端面的3D狀況進行檢測。主要是起檢測作用,對研磨后的插芯的3D參數進行判斷。每隔固定時間需要進行校正,校正判斷標準以頂點偏移AO在0。、90。、180。、270。四個方向的最大跟最小值差值大小進行判斷(△≦4um)。校正儀器對插芯端面的曲率半徑跟光纖高度一般是不起作用的,所以若曲率半徑和光纖高度一般只有儀器本身的重復性帶來的測試誤差,而頂點偏移則還會在校正中帶來一定的誤差。另需注意的是,插芯端面跟柱面在測試之前需要擦拭干凈,以免帶來測試誤差。
插芯:材質一般為氧化鋁/氧化鋯,(PSZ)摩氏硬度一般約為7.5陶瓷插芯的材料一般氧化鋁強度低、粒度大,碰到堅硬表面時易碎裂。氧化鋯:硬度小、顆粒小,易于進行研磨拋光(插芯常用此種材料)。另外上述的插芯也可能會參雜鐵,以達到增加插芯的耐磨性效果。鋼鐵、橡膠,這些材質的插芯運用較少。
插芯的分類:以直徑大小分:Φ2.5mm,Φ1.25mm。類型:常見的有UPC(Ultra Physical Contact,超級平面物理接觸),APC(Angle Physical Contact,帶角度的物理接觸-通常是8度角)。插芯端面:SC類型的插芯端面直徑為1.92mm。LC的端面直徑有0.9mm、0.6mm(IEC標準)兩種。MU的端面直徑為0.53mm(NTT標準)、0.6mm(IEC標準)。APC(錐形)端面直徑為1.0mm,其倒角和PC型一樣都是30。,只是其倒角變長比較長。APC(臺階)的端面直徑為1.4mm。了解了端面的大小對調節新的插芯研磨程序有很大的幫助。如LC型插芯端面為0.9mm與0.6的研磨程式差異很大。端面0.9mm的研磨效果較好,因0.6mm的端面小,造成研磨時曲率半徑過小,只能選用比較硬的研磨墊與之搭配研磨,帶來的后果是3D的參數比端面為0.9mm的差。
3D參數解析:1.ROC曲率半徑R(PC:7~25mm/APC:5~12mm):端面圓弧的半徑曲率半徑不可以太大(曲率半徑最大的情況就是無限大,也就成了平面,嚴重影響回損);也不可以太小,太小了就容易出現因為同心度不好導致對接出現氣隙,影響對接性能。
廠內的規格UPC選擇的是10~25mm,IEC采用的是此標準。GR-326-CORE采用的則為7~25mm。APC的選擇是5~12mm。2.Apex Offset頂點偏移(AO≤50um):最高點位置偏離光纖中心軸線的距離。兩個頂點偏移大的接頭對接,直接接觸的肯定是最高點,而光纖中心因為沒有直接接觸而導致了氣隙,容易出現干涉等現象,影響對接特性。(頂點偏移)計算公式:Apex Offset=R*△其中R為曲率半徑,△為偏移角度(注:因△很小,所以sin△≈△,上述公式省略了sin)。一般△設置為≦0.2。3.Fiber Undercut Protrusion光纖高度:光纖突出或者縮進插芯的量在GR-326-CORE中光纖高度在曲率半徑為7~10mm時的光纖高度為-125~+50nm。而曲率半徑為10~25mm區域為:-0.02R3+1.3R2-31R+325~+50nm。
4.APC拋光角度一般的規格為8。±0.3。Apexoffset≈R*sin(8)*δ其中R為端面的曲率半徑,δ為定位插銷方位誤差角。插芯端面區域定義(參考GR-326-CORE):區域定義:D=250um,E=140um,F=50um。D區內的是插芯對接區域,D以外區域是不需要監控的,因其不影響對接特性。所以D區域要不是有很嚴重的缺陷便可以接受,畢竟它不直接影響光學特性。E區域不需要測試,因這個區域不影響對接性能,也不影響通光性能。F區域是重點的區域,因其頂點偏移就是在個區域。只有50um的范圍區域。光纖端面的情況是要求最嚴格的,不允許有任何缺陷。(這是對SM光纖而言的,因單模的纖芯只有大概10mm。若對MM光纖,比如50/125或者62.5/125則F區域至少應該取100um。)廠內定義的F區域至少120um。在400倍的端檢儀下不允許有任何缺陷,此定義比326的要求高很多。
研磨的規律:1.加研磨壓力和使用較軟的研磨墊,會得到較小的球面曲率半徑R對研磨墊施加的壓力越大,其形變也就越大,其形變的曲率半徑就越小,從而在研磨時就會得到較小的曲率半徑。同樣的在壓力不變的情況下,墊子越軟,形變就越大,同樣可以得到較小的曲率半徑。
2.高的研磨機穩定性和使用較軟的研磨墊,可以減小球面頂點偏移AO提高研磨機的穩定性可以減少插芯的晃動幅度,從而減少頂點偏移。這里更確定的講應該是減少頂點的偏移角度。較軟的研磨墊除了可以減少插芯的晃動幅度,減少頂點的偏移角度,還可以減少曲率半徑,控制頂偏的兩個因素,從而達到減小頂點偏移的目的。所以研磨墊的硬度對頂點偏移影響很大。
3.降低研磨機轉速和使用較小的研磨顆粒,可以減少光纖內縮/突出量降低研磨機轉速可以減小光纖高度,原因不詳。以上研磨機都可以調節轉速,但是未曾使用過,實際效果不詳。越小的研磨砂粒,可以研磨出越光滑跟平整的光纖端面,從而可以減小光纖高度。另外隨著拋光片的使用次數增加,光纖高度會往負漂移,即不斷往內縮。拋光片有FOS-01和ADS等,光纖高度對FOS-01拋光片使用壽命限制更為顯著。以LC為例,FOS-01使用壽命只有2次,之后其光纖高度一般都會在-50nm以下。而ADS則可使用10次以上,光纖高度的變化量不大。
4.研磨時間對3D的影響:若研磨時間長了,因插芯會變短,則其研磨墊受到的壓力相應減??;而插芯端面還會變大(除Step APC外)。則插芯曲率半徑會變大,而且頂偏也會變大。若研磨時間短了,會造成研磨不充分,對光纖的端面會造成不良的影響。比如黑塊、劃痕、膠圈等端面不良現象。所以在研磨時間上需要選擇一個合適的量。在同時滿足3D數值與端面的情況下盡量減少時間,以便提升效率。
5.研磨片對研磨的影響:粒大小不均:如果研磨片上的砂粒大小不均勻,即有些砂粒較凸出,這種情況會很容易造成光纖端面劃痕。切削速度不一致:如果研磨片設計有問題,使研磨后的剩余物不能清除而把砂面的空隙填滿,這種情況容易造成同一盤的端面切削速度不平均,同樣出現劃痕。研磨片壽命不穩定:若有以上的品質問題,會造成每片砂紙的可使用次數不一致,會對研磨程式的操控上造成一定的困難。研磨片本身的厚度是否均勻同樣會影響最終的研磨效果。
6.研磨角度誤差和定位插銷方位誤差對偏心值影響非常之大,提高定位插銷和研磨夾具卡槽的方位精度可以減小偏心。
以上幾條是研磨重要規律,特別是前面3條規律尤為重要。是研磨必須要掌握的規律。研磨程式:對研磨機而言,壓力是固定的,所以以下的研磨程式是沒涉及到壓力調節的。