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在光纤上制造微球探针的实验报告

摘要

许多微孔和沟槽的侧壁通过当前光学或非接触式测量仪器不易衡量，因此微

触探测器在市场上有越来越多的要求。一个好的球形探针是非接触测量结构的基

础。本文提出了一种低成本和在钨丝尖端制造微球的在线系统，这种系统主要是使

光纤融化器的。基于电弧放电能量吸收的原则和表面张x力现象,形微球在光纤尖

端形成。实验结果表明,选择适当的工艺参数,如电弧,清洁电弧功率补偿,和清洗时

间,直径为300微米，圆度误差为6微米的球体可以在直径为125微米的的单模光

纤上形成。在球体形成的过程中，旋转钨丝。可以抑制球中心和光纤维中心的偏心

距，使其不到3微米。通过在尖端光学纤维尖端直接形成球形探头，这种方法演示

了一个简单的进程内尺寸控制方法缩短生产期，使其成为为3d微探针。探针可用

于微尺度/纳米坐标测量机(机)来提高测量分辨率和扩展微型物体能力。

关键词:微球探针、光学纤维,纤维融合,进程内测量

1.介绍

尽管许多一维纳米测量系统已经成功地开发和商业化,在过去的十年超高精密

三维表面测量技术一直在重视研究。有相当多的光学分析器3d的能力作者任何信

件都应该向谁解决。

非接触式测量的分辨率纳米,如众所周知的白光干涉仪和全息数字显微镜

[1]。这些设备无法应对高纵横比的侧壁几何测量微孔、沟槽、边缘。接触的系统

设计和集成式微型/纳米尺度的三维坐标测量机(3dCMM)已成为越来越重要,和发

展

因此成为一个新的研究领域,由于需要测量微小部分。这种三坐标需要比传统

大规模3d机更高的测量精度和分辨率。微触发探测器的设计和制造成为实现测量

能力的关键因素。

虽然MEMS过程可以制造不同的微观结构,他们永远不能用当前的技术制造一

个完整的微球。一个可行的方法是使用一层一层地micro-electro放电加工(EDM)

方法制造复杂的3d部分和微探针(3、4),但这是非常耗时的,由于放电坑表面光洁

度粗糙。基于表面张力原理，制造微型球体探针、探测微电火花的新方法近期已经

提出了。但几何精度还不能满足测量要求。在光纤尖端上直接制造，使其形成单一

的组织作为一个特定的传感器是另一个可能的方法[7]。这种光纤探针可以被制造

的一非常小的尺寸,使用其偏转效应检测到CCD(8、9)或光纤布喇格光栅

(fbg)[10]，允许测量微孔。一个好的光纤探针的制造过程还不清楚。通常这是公

司机密信息。

本文新方法利用商业光纤熔接器的清洁特性制作微型球，提示直接在光纤和

直接监测球的形成几何对纤维杆将详细描述。最优处理策略也被确认,涉及到电弧

功率的选择,清洁电弧功率补偿,清洗时间控制球的直径和圆度。的补偿抵消球形顶

部中心的距离从纤维中央行也通过旋转放电周期之间的纤维。提出了相关的试验装

置。

2.实验

2.1。实验方法

本研究采用由美国康宁有限公司SMF-28e模型制造的单模玻璃纤维制造球型

尖端。玻璃纤维芯的材料是一个含有99.999%的Si〇2的玻璃材料。核心被包层包

围，然后包层被PVC涂层覆盖着。尺寸如图1所示。熔覆层和核心在光纤的成型过

程中紧密的连在一起,这样他们不分离。因此,裸露的纤维杆直径为125微米。

大多数纤维融合连接工具提供了清洁特性在融合入加工操作之前来清洁纤维

面,同时还具有一个弧检查功能优化拼接条件[11]。在这项研究中商业光纤熔接器

的清洁特性是用来制造微探针。探针的几何轮廓和尺寸测量使用一个图像视觉坐标

测量

核心直径:8.2微米

包层直径:125.0±0.7微米

点涂层直径:245±5微米

图1所示：单模光纤的成分和尺寸。

2.2实验设置和程序

在这项研究中使用的光纤熔接器是由日本Furukawa电气有限公司制造的

FITELS199S模型单光纤熔接器。融合过程的参数是:(1)放电电压,电流,频率;(2)

电极参数,如材料、形状和长度的差距;(3)外部条件,如气体,压力,温度,湿度,气体

流动[12]。此外,纤维尖端相对于电极的位置对光纤吸收能量也是很关键的[13]。

因为这个连接工具已经成立的方式拼接结果优化,只有有限的参数如放电时间、放

电强度,纤维和放电电极之间的距离可以在实验中改变。所使用的电极是由直径为

2毫米的钨丝制成,成30°角顶角和4毫米的电极间距。放电环境温度是正常的室

温。最优结果可以