FR2553755A1 - Automatic machine for fusion butt-splicing two optical fibres - Google Patents
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Abstract
Description
Machine automatique de soudage -en bout de deux fibres optiques
La présente invention concerne une machine automatique de soudage en bout de deux fibres optiques, comprenant une platine support d'une première fibres dite "de référence", une platine support d'une seconde fibre, dite "fibre mobile", munie de moyens de translation suivant deux directions horizontale et verticale dans un plan perpendiculaire aux axes des fibres, des moyens de translation motorisée de l'une des platines et mécanique de l'autre parallèlement aux axes des fibres, une source lumineuse éclairant les extrémités des fibres, des moyens de visualisation à fort grossissement pour observer les extrémités des fibres, des moyens de détection de position dans l'espace des extrémités de fibres, des moyens pour amener en contact bout à bout les extrémités des fibres, et des moyens pour souder ces extrémités à l'aide d'un arc électrique.Automatic welding machine - at the end of two optical fibers
The present invention relates to an automatic end welding machine for two optical fibers, comprising a support plate for a first fiber called "reference", a support plate for a second fiber, called "mobile fiber", provided with means for translation in two horizontal and vertical directions in a plane perpendicular to the axes of the fibers, means of motorized translation of one of the plates and mechanical of the other parallel to the axes of the fibers, a light source illuminating the ends of the fibers, means high magnification display for observing the ends of the fibers, means for detecting the position in the space of the fiber ends, means for bringing the ends of the fibers into end-to-end contact, and means for welding these ends to the using an electric arc.
On a déjà proposé dans le brevet US-A- 3960 531 une machine comprenant une première platine de support d'une première fibre optique, munie de moyens de translation parallèle à l'axe de la fibre, une seconde platine de support dune seconde fibre optique, munie de moyens de translation selon un axe vertical et un axe horizontal perpendiculaires à l'axe des fibres, d'un microscope pour observer les extrémités des fibres optiques pendant que l'on aligne leurs axes par déplacements manuels des platines, une cale mobile de repérage d'un plan de soudage, par butée sur cette cale de l'extrémité de lune des fibres, et deux électrodes de soudage des extrémités des fibres dans le plan de soudage. There has already been proposed in patent US-A-3960 531 a machine comprising a first support plate for a first optical fiber, provided with translation means parallel to the axis of the fiber, a second support plate for a second fiber optical, provided with means of translation along a vertical axis and a horizontal axis perpendicular to the axis of the fibers, of a microscope for observing the ends of the optical fibers while their axes are aligned by manual movements of the plates, a wedge mobile for locating a welding plane, by abutment on this wedge at the end of one of the fibers, and two electrodes for welding the ends of the fibers in the welding plane.
Une telle machine peut convenir pour le soudage en bout de fibres optiques lorsque l'on ne requiert pas une grande précision, dans le cas de fibres multimodes, dont le coeur a un diamètre de tordre de 100 microns. Such a machine may be suitable for butt welding of optical fibers when high precision is not required, in the case of multimode fibers, the core of which has a twist diameter of 100 microns.
Elle ne convient plus lorsque l'on veut souder les extrémités des fibres avec une précision réduisant au minimum les pertes de lumière dues à la soudure, et ne peut en tout cas convenir pour le soudage de fibres monomodes, dont le coeur a un diamètre de tordre de quelques microns. It is no longer suitable when it is desired to weld the ends of the fibers with an accuracy which minimizes the loss of light due to welding, and cannot in any case be suitable for the welding of single-mode fibers, the core of which has a diameter of twist a few microns.
On a aussi proposé dans RESEARCH DISCLOSURE, avril 1982, nO 21643 , une machine automatique de positionnement de fibres optiques, notamment en vue de leur soudage, suivant 3 axes orthogonaux, à l'aide d'une caméra de télévision commandant un microprocesseur. Une telle machine est cependant très eomplexe et coûteuse. Also proposed in RESEARCH DISCLOSURE, April 1982, No. 21643, an automatic machine for positioning optical fibers, in particular for their welding, along 3 orthogonal axes, using a television camera controlling a microprocessor. Such a machine is however very complex and expensive.
La présente invention a pour but de procurer une machine automatique de soudage en bout des extrémités de fibres optiques, qui permette d'aligner avec une grande précision, de 11 ordre du 1/10 de micron, les axes des fibres, et également d'effectuer le soudage des extrémités des fibres sans apparitions de défauts dans la zone de soudage. Elle a encore pour but d'assurer un positionnement très rapide des fibres, sans nécessiter de dextérité de l'opérateur, et un contrôle précis du chauffage des extrémités des fibres pendant leur soudage, ainsi que la possibilité de reproduire à volonté divers cycles de soudage. The object of the present invention is to provide an automatic end welding machine for the ends of optical fibers, which makes it possible to align with great precision, of the order of 1/10 of a micron, the axes of the fibers, and also of welding the ends of the fibers without any appearance of faults in the welding area. It also aims to ensure a very rapid positioning of the fibers, without requiring operator dexterity, and precise control of the heating of the ends of the fibers during their welding, as well as the possibility of reproducing various welding cycles at will. .
La machine selon l'invention est caractérisée en ce que les moyens de détection comprennent un couple de photodétecteurs pour capter la position des fibres suivant une direction horizontale, un couple de photodétecteurs pour capter la position des fibres suivant une direction verticale, et en sortie de ces photodétecteurs des comparateurs électroniques pour comparer les indications des photodétecteurs de chaque couple, et en ce qu'elle comprend en outre des organes de commande pour corriger les positions de la fibre mobile suivant l'horizontale et suivant la verticale en fonction des indications de chaque couple de photodétecteurs. The machine according to the invention is characterized in that the detection means comprise a pair of photodetectors for sensing the position of the fibers in a horizontal direction, a pair of photodetectors for sensing the position of the fibers in a vertical direction, and at the outlet of these photodetectors of the electronic comparators to compare the indications of the photodetectors of each pair, and in that it further comprises control members for correcting the positions of the movable fiber along the horizontal and along the vertical according to the indications of each couple of photodetectors.
Elle répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Les moyens de détection des extrémités des fibres comprennent un système de grandissement optique de l'objet disposé de l'autre côté des fibres par rapport à des sources lumineuses, et des photodétecteurs disposés aux points images des fibres optiques au delà du dispositif de grandissement qui leur est commun. It also preferably meets at least one of the following characteristics - The means for detecting the ends of the fibers comprise an optical magnification system for the object placed on the other side of the fibers with respect to light sources, and photodetectors arranged at the image points of the optical fibers beyond the magnification device which is common to them.
- Les comparateurs électroniques sont reliés aux organes de commande par l'intermédiaire d'un microprocesseur.- The electronic comparators are connected to the control members via a microprocessor.
- Les moyens pour amener en contact bout à bout les extrémités des fibres sont reliés à la platine-support de la fibre mobile. - The means for bringing the ends of the fibers into contact end to end are connected to the support plate of the mobile fiber.
Pour permettre de vérifier que le chargement des fibres est correctement réalisé sur les platines supports, un afficheur à matrice de diodes électroluminescentes représentatives des tensions électriques enregistrées sur les capteurs photosensibles, permet de visualiser la position des fibres. Chaque diode représente une coordonnée de l'espace. La discrimination entre les fibres est réalisée en affectant un point lumineux fixe à la fibre référence et un point lumineux clignotant à la fibre dite asservie. L'alignement des fibres correspond à la superposition des points lumineux fixe et clignotant, en n'importe quel point de la matrice. To make it possible to verify that the loading of the fibers is correctly carried out on the support plates, a display with a matrix of light-emitting diodes representative of the electrical voltages recorded on the photosensitive sensors, makes it possible to display the position of the fibers. Each diode represents a space coordinate. Discrimination between the fibers is achieved by assigning a fixed light point to the reference fiber and a flashing light point to the so-called slave fiber. The alignment of the fibers corresponds to the superposition of the fixed and flashing light points, at any point of the matrix.
- Les moyens pour amener en contact les extrémités des fibres sont constitués par un moteur pas-à-pas de haute résolution.- The means for bringing the ends of the fibers into contact are constituted by a high resolution stepping motor.
- Elle comporte en outre des moyens pour faire reculer la fibre mobile de quelques dizièmes de micron une fois qu'elle est entrée en contact bout à bout avec la fibre fixe.- It further comprises means for moving the mobile fiber back a few tenths of a micron once it has come into end-to-end contact with the fixed fiber.
- Les moyens pour faire reculer la fibre mobile sont commandés par une instruction stockée dans le microprocesseur.- The means for rolling back the mobile fiber are controlled by an instruction stored in the microprocessor.
- La platine support de la fibre mobile est fixée à l'extrémité d'une barre de flexion munie en un lieu intermédiaire d'une bille en matériau très dur sur laquelle s'appliquent des cales à lames piézoélectriques précontraignant la barre de flexion, commandées par les indications des photodétecteurs et exerçant des pressions sur la bille dans les sens vertical et horizontal.- The support plate of the mobile fiber is fixed at the end of a bending bar provided in an intermediate place with a ball made of very hard material on which are applied wedges with piezoelectric blades preloading the bending bar, controlled by the indications of the photodetectors and exerting pressures on the ball in the vertical and horizontal directions.
- Les moyens pour souder les extrémités des fibres comprenant des électrodes de soudage à l'arc électrique en tungstène à revêtement de platine.- The means for welding the ends of the fibers comprising tungsten arc welding electrodes coated with platinum.
- Elle comporte des moyens pour préchauffer les extrémités-des fibres, alignées mais encore écartées l'une de l'autre, de façon à polir les faces qui viendront en contact.- It includes means for preheating the ends of the fibers, aligned but still spaced from one another, so as to polish the faces which will come into contact.
Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, une machine automatique de soudage en bout de deux fibres optiques monomodes. It is described below, by way of example and with reference to the figures of the accompanying drawing, an automatic machine for welding at the end of two monomode optical fibers.
La figure 1 représente schématiquement en perspective la machine, les platines supports des fibres, et les photodétecteurs et les organes de positionnement de la fibre mobile. Figure 1 shows schematically in perspective the machine, the fiber support plates, and the photodetectors and the positioning members of the mobile fiber.
La figure 2 représente schématiquement le dispositif de lecture optoélectronique de position des extrémités des fibres permettant ensuite d'amener l'axe de la fibre mobile dans le prolongement de celui de la fibre fixe. FIG. 2 schematically represents the optoelectronic device for reading the position of the ends of the fibers, then making it possible to bring the axis of the mobile fiber in line with that of the fixed fiber.
La figure 3 représente en perspective une barre de flexion munie à son extrémité avant de la platine support de la fibre mobile, avec une bille en matériau dur d'application des pressions piézoélectriques de réglage du positionnement de la fibre mobile. Figure 3 shows in perspective a bending bar provided at its front end with the support plate of the mobile fiber, with a ball of hard material for applying piezoelectric pressures for adjusting the positioning of the mobile fiber.
Dans la figure 1, la platine 1 forme support pour la fibre optique dite "fixe" 2, supportée par les deux tiges métalliques cylindriques adjacentes 3 et 4, serties dans des gorges de la platine. La platine 5 forme support pour la fibre optique dite "mobile" 6, supportée de la même manière par les deux tiges métalliques cylindriques 7 et 8, disposées dans des gorges de cette platine. Les fibres 2 et 6 sont immobilisées sur leurs platines à l'aide de pinces, non représentées. In FIG. 1, the plate 1 forms a support for the so-called "fixed" optical fiber 2, supported by the two adjacent cylindrical metal rods 3 and 4, crimped in grooves in the plate. The plate 5 forms a support for the so-called "mobile" optical fiber 6, supported in the same way by the two cylindrical metal rods 7 and 8, arranged in grooves of this plate. Fibers 2 and 6 are immobilized on their plates using pliers, not shown.
La face d'extrémité 9 de la fibre 2 est amenée par réglage de la position de la platine 1 à l'aide d'un barillet à molette filetée de réglage, non représenté, dans le plan des électrodes de soudage 10A, 10B. Celles-ci sont de préférence en tungstène thorié dont la surface est revêtue de platine, pour éviter leur corrosion. The end face 9 of the fiber 2 is brought by adjusting the position of the plate 1 using a barrel with a threaded adjusting wheel, not shown, in the plane of the welding electrodes 10A, 10B. These are preferably made of thoriated tungsten, the surface of which is coated with platinum, to prevent their corrosion.
La face d'extrémité 11 de la fibre mobile est initialement décalée latéralement et en hauteur par rapport à celle de la fibre fixe, comme représenté par la flèche 11A, suite au chargement sans grande précision des fibres dans les pinces. The end face 11 of the movable fiber is initially offset laterally and in height relative to that of the fixed fiber, as shown by the arrow 11A, following the loading without precision of the fibers into the clamps.
La détection des positions de la fibre mobile 6 et de la fibre de référence 2 s'effectue à l'aide des deux capteurs optiques 12, 13 pour optimisée le réglage horizontal futur et de deux capteurs optiques 18, 19 pour optimisée le réglage vertical, comme il sera expliqué plus loin en référence à la figure 2. The positions of the mobile fiber 6 and the reference fiber 2 are detected using two optical sensors 12, 13 to optimize future horizontal adjustment and two optical sensors 18, 19 to optimize vertical adjustment, as will be explained later with reference to FIG. 2.
Les indications des capteurs optiques 12 et 13, recevant des faisceaux lumineux non représentés en figure 1, sont transformées en signaux électriques différentiels par le photo-récepteur 14. Ceux-ci sont comparés dans le comparateur 15, qui engendre un signal d'erreur, qui est transmis après amplification dans l'amplificateur 16 au microprocesseur 17. The indications of the optical sensors 12 and 13, receiving light beams not shown in FIG. 1, are transformed into differential electrical signals by the photo-receiver 14. These are compared in the comparator 15, which generates an error signal, which is transmitted after amplification in the amplifier 16 to the microprocessor 17.
De la même manière, les indications des capteurs optiques 18 et 19 sont transformées par le photo-récepteur 20 en signaux électriques, qui sont comparés dans le comparateur 21. Ce dernier envoie un signal d'erreur au microprocesseur 17 par l'intermédiaire de l'amplificateur 22. In the same way, the indications of the optical sensors 18 and 19 are transformed by the photo-receiver 20 into electrical signals, which are compared in the comparator 21. The latter sends an error signal to the microprocessor 17 via the amplifier 22.
Le microprocesseur 17 engendre sur la base des indications provenant des capteurs optiques des ordres de correction de la position de la platine 5, support de la fibre mobile 6. Un premier ordre de correction est envoyé à une organe moteur 23, qui déplace la platine dans un plan vertical, et un second ordre de correction à un organe moteur 24, qui déplace la platine dans un plan horizontal. Ces organes moteurs sont par exemple des lames piézoélectriques, dont le rôle sera décrit plus loin en référence à la figure 3. The microprocessor 17 generates, on the basis of the indications coming from the optical sensors, orders for correcting the position of the plate 5, support of the movable fiber 6. A first correction order is sent to a drive member 23, which moves the plate in a vertical plane, and a second correction order to a motor member 24, which moves the plate in a horizontal plane. These drive members are for example piezoelectric blades, the role of which will be described later with reference to FIG. 3.
Le microprocesseur 17 commande en outre, une fois le position nement correct de la fibre mobile obtenu, une séquence d'approche de l'extrémité 11 de la fibre mobile 6 solidaire de la platine 5, jusqu'au contact de ltextrémité 9 de la fibre de référence 2. Les capteurs enregistrent alors le tout premier fléchissement des fibres dès leur contact, définissant le plan de joint des fibres, puis un faible retrait de la fibre mobile et la procédure de soudage à l'aide d'un organe moteur 25. The microprocessor 17 also controls, once the correct positioning of the mobile fiber has been obtained, a sequence of approaching the end 11 of the mobile fiber 6 secured to the plate 5, until contact with the end 9 of the fiber reference 2. The sensors then record the very first deflection of the fibers as soon as they come into contact, defining the joint plane of the fibers, then a slight shrinkage of the mobile fiber and the welding procedure using a motor member 25.
La figure 2 représente schématiquement avec plus de précision comment s'effectue le réglage pour deux capteurs tels que 12 et 13. Les sources d'éclairage 30, 31 dirigent deux faisceaux, l'un 32 vers l'extrémité de la fibre de référence 2, l'autre 33 vers l'extrémité de la fibre mobile 5. Les faisceaux, sur lesquels une zone très proche des extrémités des fibres forme une ombre projetée, sont grandis par un même système de lentilles optiques 34 vers les points images de l'objet, où se trouvent les capteurs optiques 12 et 13. Chaque capteur est constitué de deux surfaces rectangulaires photosensibles adjacentes. La zone d'ombre définie par l'image de la fibre vient obscurcir partiellement chacune des deux surfaces, mettant en évidence l'inégalité de recouvrement des surface sensibles, traduisant cette coordonnée par des tensions électriques.Lorsque l'axe de la fibre mobile 6 n'est pas dans le même plan horizontal que celui de la fibre de référence 2, l'ombre de la fibre mobile se décale d'une même quantité sur les surfaces sensibles des capteurs. FIG. 2 schematically shows more precisely how the adjustment is carried out for two sensors such as 12 and 13. The light sources 30, 31 direct two beams, one 32 towards the end of the reference fiber 2 , the other 33 towards the end of the movable fiber 5. The beams, on which an area very close to the ends of the fibers forms a projected shadow, are magnified by the same system of optical lenses 34 towards the image points of the object, where the optical sensors 12 and 13 are located. Each sensor consists of two adjacent photosensitive rectangular surfaces. The shadow zone defined by the image of the fiber partially obscures each of the two surfaces, highlighting the inequality of coverage of the sensitive surfaces, translating this coordinate by electrical voltages. When the axis of the mobile fiber 6 is not in the same horizontal plane as that of the reference fiber 2, the shadow of the mobile fiber shifts by the same amount on the sensitive surfaces of the sensors.
De la même manière, les deux autres capteurs 18 et 19 (figure 1) enregistrent le décalage vertical entre les deux fibres 2 et 6 et transmettent leur indication au microprocesseur 17. Celui-ci envoie alors des instructions de commande aux organes moteurs 23 et 24. In the same way, the two other sensors 18 and 19 (FIG. 1) record the vertical offset between the two fibers 2 and 6 and transmit their indication to the microprocessor 17. The latter then sends control instructions to the driving members 23 and 24 .
Le réglage des positions de la fibre mobile 6 dans des plans horizontaux et verticaux passant par l'axe de la fibre de référence 2, (axes Ox et Oy de la figure 2), puis son déplacement jusqu'à la mise en contact des faces d'extrémité des-deux fibres (axe Oz) s'effectuent grâce à la barre de flexion 41 (figure 3), encastrée dans le bloc 48, et munie d'une bille sphérique d'application des efforts de réglage 42. La bille 42, en matériau dur tel que du rubis synthétique, est en contact avec deux couples de cales piézoélectriques, représentées schématiquement par les flèches 43, 44 et 45, 46. Les cales 43, 44 dans le plan équatorial de la bille 42, assurent le déplacement de la fibre mobile dans un plan horizontal, et les cales 45, 46 dans son plan méridien passant par l'axe de la barre de flexion, assurant son déplacement dans un plan vertical. The adjustment of the positions of the mobile fiber 6 in horizontal and vertical planes passing through the axis of the reference fiber 2, (axes Ox and Oy of FIG. 2), then its displacement until the faces are brought into contact end of the two fibers (axis Oz) are effected by the flexion bar 41 (FIG. 3), embedded in the block 48, and provided with a spherical ball for applying adjustment forces 42. The ball 42, made of hard material such as synthetic ruby, is in contact with two pairs of piezoelectric shims, represented schematically by the arrows 43, 44 and 45, 46. The shims 43, 44 in the equatorial plane of the ball 42, ensure the displacement of the movable fiber in a horizontal plane, and the shims 45, 46 in its meridian plane passing through the axis of the bending bar, ensuring its displacement in a vertical plane.
Bien que ces déplacements ne soient pas rigoureusement des translations, on comprendra qu'ils peuvent leur être assimilés en pratique, étant donné la longueur du bras de levier. Although these displacements are not strictly translations, it will be understood that they can be assimilated to them in practice, given the length of the lever arm.
Ces déplacements -sont commandés par le microprocesseur 17. These movements are controlled by the microprocessor 17.
Le déplacement du bloc 48 sur des rails 36 à chemins de billes, entrainant celui de la platine 5 et de la fibre mobile 6 qu'elle supporte, est assuré par un micromoteur pas à pas de haute résolution, non représenté, dans les deux sens, représentés par les flèches 37, 38. The movement of the block 48 on rails 36 with ball paths, causing that of the plate 5 and the movable fiber 6 which it supports, is ensured by a high resolution stepping micromotor, not shown, in both directions , represented by arrows 37, 38.
Lorsque l'extrémité de la fibre mobile 6 vient en butée sur celle de la fibre de référence, la pression qu'elle exerce sur l'autre fibre extraine un certain déplacement latéral de ces extrémités suivantes les axes Ox et Oy. Ce déplacement latéral, enregistré par les capteurs optiques, est transmis au microprocesseur 17, qui mémorise le dernier pas d'avance avant flexion des fibres. Ce dernier envoie alors l'instruction d'un léger retrait (quelques dizièmes de micron) au micromoteur, puis déclenche le cycle de soudage des extrémités des fibres. When the end of the movable fiber 6 abuts on that of the reference fiber, the pressure which it exerts on the other fiber extracts a certain lateral displacement of these ends along the axes Ox and Oy. This lateral displacement, recorded by the optical sensors, is transmitted to the microprocessor 17, which memorizes the last step of advance before bending of the fibers. The latter then sends the instruction for a slight shrinkage (a few tenths of a micron) to the micromotor, then initiates the welding cycle of the ends of the fibers.
Le cycle de soudage comporte une première opération de chauffage en-dessous du point de fusion du matériau des fibres optiques, pour arrondir les bords de leurs extrémités et éviter ainsi l'inclusion de bulles d'air à l'interface au cours du soudage proprement dit. Ce chauffage peut s'effectuer à l'aide d'un laser à anhydride carbonique. The welding cycle includes a first heating operation below the melting point of the material of the optical fibers, to round the edges of their ends and thus avoid the inclusion of air bubbles at the interface during the welding proper said. This heating can be carried out using a carbon dioxide laser.
Ce préchauffage est suivi d'un bref arrêt, puis du soudage proprement dit, portant les extrémités des fibres au-dessus de leur température de fusion. Le cycle est également commandé par le microprocesseur. On pourrait aussi effectuer manuellement le soudage. This preheating is followed by a brief stop, then the actual welding, bringing the ends of the fibers above their melting temperature. The cycle is also controlled by the microprocessor. Welding could also be done manually.
Bien que la machine qui vient d'être décrite en référence aux figures du dessin paraisse la forme préférable de mise en oeuvre de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses organes pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient le même rôle technique. En particulier, les cales piézoélectriques de positionnement de la barre portant la platine support de la fibre optique mobile pourraient être remplacés par des micro-moteurs. Although the machine which has just been described with reference to the figures of the drawing appears to be the preferable form of implementation of the invention, it will be understood that various modifications can be made to it without departing from the scope of the invention, some of its bodies which can be replaced by others which would play the same technical role. In particular, the piezoelectric shims for positioning the bar carrying the support plate of the mobile optical fiber could be replaced by micro-motors.
Claims (10)
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Family Applications (1)
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- 1984-10-23 JP JP22286584A patent/JPS60111206A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635112A (en) * | 1979-08-31 | 1981-04-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Melt-sticking and connecting method of optical fiber |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, volume 5, no. 88, (P-65)(760), 9 juin 1981 & JP - A - 56-35 112 (NIPPON DENSHIN DENWA KOSHA) 07-04-1981 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2553755B1 (en) | 1985-12-20 |
| JPS60111206A (en) | 1985-06-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |