光纤连接器打磨生产工艺夹紧方法浅析

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摘 要

光纤/缆跳线是光纤通讯领域实现信号连接的关键元器件，其应用越来越广，性能越来越受到人们的关注，对它的研究也越来越多，越来越深入。光纤连接器是光纤/缆跳线上的及其重要的零部件，它的优良与否，对光纤跳线的性能有着直接的影响。本文介绍了影响光连接器性能的打磨生产工艺中的夹紧方式，探究了各自工艺的特点。在剖析了不同夹紧方式的优缺点情况下，提出了适合端面几何质量要求的夹紧方式。并在生产实践中取得了良好的效果。

【关键词】插芯 打磨定位 断面几何 夹紧

光纤/缆跳线在通讯领域中应用很广，光纤连接器是光跳线上必不可缺少的零件，非常重要。光跳线的组装、组装的品质以及光跳线的性能好坏在很大的程度上受到光连接器插芯端面质量的影响。插芯端面的几何精确度高、质量优良，光跳线的组件的质量就会得到保证。而良好的夹紧方式是确保插芯端面质量的重要条件。光纤/缆跳线市场需求很大，所以光连接器的生产技术必需做到同时满足高性能、高品质及高生产效率，以满足该技术市场对此日趋严苛的规模化需求。

1 光跳线的关键性生产工艺规范

1.1 光连接器的技术标准

光纤连接器在使用时，对接的两根光纤纤芯理论上应该在一条直线上，光纤连接器的插芯就是用来连接两根光纤，达到这一目的的元件，它的精确程度对于光纤的连接效果有着重要的影响。连接器插芯的端面质量和几何参数是影响光纤连接器性能的最重要、最根本因素，也是连接质量优良的关键指标。它不仅取决于光纤本身的质量和物理性能，还取决于光连接器的制造工艺，特别是插芯的打磨方式。表1为IEC（International Electro-technical Commission）国际电工技术委员会的相关标准，现在被跨国公司以及国内企业所广泛应用。

根据IEC的标准，一般对PC型的光连接器检查三个几何尺寸项目。如图1所示。

A.曲率半径（Radius of Curvature）：一般插芯的表面被打磨成球面状，其曲率半径的大小必须控制在IEC标准规定之内。

B.光纤高度（Fiber Height）：因为光纤与插芯不仅材料不同，而且硬度也不一样。这就造成在打磨时它们的磨削量不同，导致光纤与插芯不在同一端面，光纤端面或高于插芯端面，也可能低于插芯端面。我们把它们之间的高度差称为光纤高度。光纤端面大多低于插芯。

C.球面顶点偏移（Apex offset）：理论上插芯的中心线就是光连接器的中心线。但在实际打磨中，由于各种原因（下文详述），插芯的球面顶点往往不在其中心线上，实际顶点位置与插芯中心线的距离，我们称为顶点偏移误差。

1.2 插芯的打磨方式对顶点偏移影响

对于连接器插芯的端面打磨情况的界定，一般是通过三维或者二维成像显示，对打磨后产品的曲率半径、顶点偏移、光纤高度等关键参数进行测量，通过对这些指标的控制，达到对产品精密度的控制。在实际的生产过程中，产品的端面质量特别是顶点偏移和曲率半径的控制，是影响产品最终精确度的重要因素。作者深入分析影响端面质量的各个因素，通过多次实践操作发现，影响顶点偏移的主要因素为：打磨夹具对插芯的夹紧力和插芯在打磨时是否垂直于打磨的基准面（基准面包括打磨盘，软垫和砂纸）。而这两点都与打磨时的夹紧方式有着密切的关联，因此对影响端面的关键工艺打磨的夹紧方式进行合理的选择，是提高产品几何质量，最终提高产品对准精度的关键所在。

2 光连接器打磨工艺的常见的夹紧方式

2.1 常用的两种光纤连接器

2.1.1 SC 型连接器

SC型连接器是由日本 NTT 公司设计开发的，采用插拔式结构，外壳采用矩形结构，采用工程塑料制造，容易作成多芯连接器，插针体为外径2.5mm的精密陶瓷插针。它的主要特点是不需要螺纹连接，直接插拔，操作空间小，便于密集安装。按其插针端面形状也分为球面接触的SC / PC和斜球面接触的SC / APC两种结构。SC型连接器广泛用于光纤用户网中。我国已制订了SC型连接器的国家标准。

2.1.2 LC型连接器

LC型光纤连接器是朗讯公司 （Lucent） 开发的一种小型连接器，该连接器采用插拔式锁紧结构，外壳为矩形，用工程塑料制成，带有按压键。由于它的陶瓷插针的外径仅为1.25mm，其外形尺寸也相应减少，大大提高了连接器在光配线架中的密度。

2.2 常用的夹紧方式

（1）壳体夹紧定位方式。

（2）插芯夹紧定位方式。

3 壳体夹紧定位方式

图2所示的是LC型连接器的夹紧定位方式，在打磨板上装有固定器，它的结构与LC型适配器类似。LC连接器上的两个凸点A，在插入固定器时会自动嵌入槽口B内，从而达到固定夹紧的效果。

3.1 壳体夹紧定位的优缺点分析

该工艺的优点包括以下几点：插拔的效率高；固定器制作成本低，更换方便。

该工艺缺点也很明显：定位精度低，由于是利用壳体定位，间隙较大，导致插芯在打磨后的端面几何形状无法一致。以LC型光纤连接器为例。在打磨过程中，插芯的端面与打磨砂纸紧密接触，砂纸与端面产生摩擦力，随着砂纸的旋转，摩擦力的方向不断变化，这不断变化着的摩擦力，通过插芯也传递到壳体上。我们分析了夹具的结构和受力情况，发现由于摩擦力作用于插芯的端面，此时的插芯就像杠杆一样，而LC连接器的按压键的两个凸点嵌入打磨板上的固定器的槽口中，这两凸点就成为支点。作用在壳体上的力，使得连接器不停地摇晃，插芯与打磨纸的垂直度无法保证。因此，插芯端面的顶点偏移就无法控制。

4 插芯夹紧方式

图3展示了这种工艺。在打磨板上有一孔径与插芯相仿的孔，称为夹紧孔。在孔的径向开一槽，通过特定的机构移动，可控制槽的间隙变化。当插芯插入夹紧孔时，机构锁紧，槽的间隙变小，导致夹紧孔孔径变小，于是插芯被紧紧夹住。

该方式具有定位精度高、对插芯端面所形成的几何形状能有效控制的优点。

4.1 插芯夹紧方式的优缺点分析

4.1.1 在分析插芯夹紧方式之前，先介绍一下测试LC型光连接器的打磨板夹紧孔的垂直度的方法：

（1）选一根1.25mm的标准量棒作为测试棒，长度为30mm左右，将测试棒插入夹紧孔内。此时可认为夹紧孔的垂直度与测试棒一致。（2）将打磨板放在0级平板上，并校准，使之处于水平状态。（3）光源发出平行光照射在测试棒上，在屏幕上会看到一个测试棒的投影，对测试棒的投影进行测量。（4）假设先对X方向进行测量，在投影上选任意一点，设为零点，以此点为基准，在竖直方向上移动，移动距离为夹紧孔的长度，此时我们就找到了第二个点，测出这两点之间的偏差，偏差值就是垂直度误差。（5）将打磨板旋转90°，按上述方法再测量一遍，得到的数值，我们认为是Y方向的垂直度误差。（6）同理，打磨板上的夹紧孔的任何方向的垂直度都可测得。

4.1.2 插芯夹紧结构的优点

由于光纤连接器的插芯被紧紧的夹住，虽然摩擦力仍然作用于插芯端面，但插芯不再摇晃，从而使得插芯与打磨砂纸的垂直度得到了有效的保证。在打磨板连续使用2000个小时后，测试夹紧孔的垂直度发现，垂直度误差小于0.05mm。

5 效果验证

对应这两种夹紧方式，在生产线上进行了试用，并做了对比分析。将两块新打磨板同时使用，一块是壳体夹紧结构，另一块是插芯夹紧结构。使用一个月后，开始收集数据，通过对数据的分析，确认两种结构的实际效果。

5.1 产品的打磨一次通过率

5.2 产品的制程能力分析

根据顶点偏移（Offset）的要求，用壳体夹紧结构，顶点偏移参数变化较大，容易超过上限，从图4可以看出：PPU只有0.23，这种结构完全不适合用于对顶点偏移有要求的产品制造。而采用插芯夹紧结构，有了明显的变化，PPU从0.23提高到了1.34.如图5 所示。这种插芯夹紧结构是控制顶点偏移的较好的选择。

6 结语

光纤连接器端面的打磨如何选择夹紧方法，都是根据具体要制造的光连接器的端面质量要求而决定，在生产中，如果设计对插芯的端面的几何形状有很高的要求，特别对顶点偏移有要求时，使用插芯夹紧工艺是较好的选择。经过对实际数据的统计分析，证明了插芯夹紧结构切实可行，可靠性很好，研磨出的产品的顶点偏移误差较小。

参考文献

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作者单位

泰科电子（上海）有限公司 上海 200131