CH643218A5 - Device for end-to-end welding of optical fibres - Google Patents

Description

  
 

**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.

 



   REVENDICATIONS
 1. Dispositif pour le soudage bout à bout de fibres optiques,   Ca-    ractérisé en ce qu'il comporte, outre une source de chaleur de soudage (36, 37), deux supports de fibres optiques (6, 7) prévus pour recevoir et maintenir en alignement et en contact deux parties terminales de fibres optiques (15) à souder bout à bout, ces supports (6, 7) présentant des moyens (12) pour disposer à la main les fibres en contact bout à bout, en ce qu'il comporte des moyens de blocage (17, 18) pour bloquer les fibres ainsi préalablement amenées bout à bout, en ce qu'il comporte des moyens (30) pour rapprocher   l'un    de l'autre les deux moyens de blocage (17,18) des fibres optiques, afin de comprimer axialement les deux dites parties terminales l'une contre l'autre pendant le soudage,

   et en ce qu'il comporte des moyens micrométriques (2) pour régler la course de rapprochement de ces deux moyens de blocage (17, 18).



   2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux supports de fibres optiques (6, 7) sont disposés sur un étrier (5) amovible du reste du dispositif, les moyens de blocage (17, 18) étant disposés respectivement dans l'intervalle entre chacun des deux supports (6, 7) de fibres et la zone de soudage.



   3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des moyens de blocage (17, 18) est porté par un bras (24, 25) capable d'osciller autour de l'une de ses extrémités (20, 21) et sur lequel agissent les moyens (30) à commande électromagnétique prévus pour rapprocher   l'un    de l'autre ces deux moyens de blocage.



   4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens micrométriques (3) pour régler la position du joint entre les fibres à souder, dans la direction de l'axe de ces fibres.



   5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) pour rapprocher les moyens de blocage (17, 18) et ces moyens de blocage sont magnétiques, à commande électrique.



   6. Dispositif selon la revendication   l,    caractérisé en ce que la source de chaleur de soudage est constituée par un générateur d'arc électrique constricté (36, 37, 44, 45), dont l'axe est perpendiculaire à l'axe commun des deux extrémités de fibres (15) à souder, des moyens (39) étant prévus pour faire varier la distance de l'axe de ce générateur à l'axe des fibres à souder.



   7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par des moyens électromagnétiques (41-43) pour faire varier la distance de l'arc à la zone de soudage pendant l'opération de soudage.



   Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées pour la transmission d'informations.



   Une fibre optique est un fil de verre dont le diamètre correspond à celui d'un cheveu. Elle sert, par le biais de rayons lumineux qu'elle canalise, à acheminer des informations. Dans sa forme la plus simple, une fibre optique se compose d'une partie centrale, le coeur, d'une enveloppe appelée cladding et d'une gaine de protection en matière plastique. Dans une fibre optique, I'indice de réfraction du coeur est plus élevé que celui du cladding. Une partie des rayons émis par une source lumineuse placée dans la section d'un bout de la fibre va, de cette façon, subir une réflexion totale à l'interface coeur-cladding et les rayons introduits à une extrémité de la fibre sont par conséquent canalisés jusqu'à l'autre extrémité.



   Les fibres optiques ont de nombreux avantages bien connus, mais elles posent des problèmes délicats de liaison lorsqu'il s'agit de souder deux à deux des fibres optiques appartenant à deux câbles que   l'on    veut raccorder. Il s'agit, en somme, d'assurer la soudure bout à bout de fibres de 1/10 mm de diamètre, de manière que le coeur de chacune d'elles soit disposé exactement en face de l'autre.



  Or, le coeur des fibres les plus fréquemment utilisées mesure environ 1/20 mm de diamètre. D'autre part, les fibres dénudées, c'est-à-dire débarrassées de leur gaine protectrice en matière plastique, sont cassantes, ce qui rend encore plus difficile l'opération. Ce travail délicat, déjà problématique en laboratoire, doit pouvoir être effectué par routine en fouille et de façon parfaitement reproductible dans des conditions difficiles par du personnel non spécialisé et cela dans un temps raisonnable. Les moyens, outils et dispositifs devront être peu encombrants et, de plus, entièrement autonomes du point de vue énergie.



   Les dispositifs connus pour souder bout à bout des fibres optiques, qu'ils utilisent comme source de chaleur de soudage un chalumeau ou qu'il s'agisse de soudage par étincelle, à haute fréquence (dit à froid),ont l'inconvénient de ne pas assurer une bonne reproductibilité, ce qui nécessite de recommencer les opérations délicates de réglage à chaque soudage.



   La présente invention vise à remédier à cet inconvénient; elle a pour objet un dispositif selon la revendication 1.



   Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.



   La fig. 1 en est une vue d'ensemble, en perspective.



   La fig. 2 est un schéma en perspective illustrant l'agencement et le fonctionnement des différentes parties du dispositif.



   La fig. 3 est une vue en plan, certaines parties étant supposées arrachées.



   La fig. 4 est une vue de détail, en coupe et à plus grande échelle, d'un support de fibre optique visible en vue extérieure sur les fig.



  1 et 3.



   La fig. 5 est une vue en coupe selon 5-5 de la fig. 3.



   Les fig. 6 et 7 sont des vues de détail, agrandies et en coupe, de parties peu visibles sur la fig. 5.



   Le dispositif représenté comprend un bâti 1 ou support fixe, de petites dimensions, pouvant être logé dans un coffret ou une malette, avec ses accessoires dont il sera question plus loin. Sur les fig. 2 et 3, on voit un premier moyen micrométrique 2 dont on expliquera la fonction par la suite et un second moyen micrométrique 3 servant à déplacer, à des fins de réglage, une pièce 4 selon la direction de l'axe de ce moyen 3 par rapport au bâti 1. La pièce 4 est agencée pour recevoir un étrier amovible 5 qui porte deux supports identiques 6, 7 de fibres optiques dont   l'un    d'eux, 6, est montré en détail sur la fig.



  4. Le support 6 comprend une pièce de base 8 fixée à l'étrier 5 et sur laquelle est montée à pivot en 9 une touche 10 sollicitée par un ressort   1 1    et munie d'un bouton molleté 12. Ce bouton est solidaire d'un cône 13. En appuyant avec un doigt sur la partie 14 de la touche 10, on fait basculer celle-ci et on peut introduire une extrémité d'une fibre optique 15, comme indiqué sur la fig. 4, de façon que, lorsqu'on relâche la touche, le cône 13 vienne coincer cette fibre. En tournant le bouton 12, on déplace donc axialement la fibre 15, ce qui permet d'amener en contact les extrémités de deux fibres à souder bout à bout et coopérant l'une avec 6 et l'autre avec 7. Sur la fig. 3, on a indiqué schématiquement par un trait mixte 16 I'axe de ces deux extrémités de fibres.

  La partie des fibres optiques coopérant avec le cône 15 n'est pas dénudée de sa gaine isolante pour ne pas endommager la partie optique lors du réglage au moyen du bouton 12.



   Deux moyens de blocage des fibres 17, 18 sont prévus dans l'espace compris entre 6 et 7. Comme montré schématiquement sur la fig. 2, il s'agit de mâchoires commandées par un électro-aimant pour venir bloquer la fibre respective lorsqu'elle a été amenée en position correcte de soudage grâce aux boutons 12. Ces moyens de blocage 17, 18 sont montés respectivement sur   l'un    des bras d'une pièce en
U 19 fendue en 20 et coopérant avec une cheville d'immobilisation 21. On voit en 22, 23 les électro-aimants des moyens 17, 18.

 

   Les extrémités libres des branches de la pièce 19 sont visibles en 24, 25 sur la fig. 3. Elles sont munies de billes 26, 27 dont la position peut être réglée avec précision lors du montage au moyen de vis 28, 29 portées par le bâti 1.



   Les extrémités 24, 25 des bras de 19 sont reliées à l'équipage mobile d'un électro-aimant 30 qui, lorsqu'il est excité, les sollicite à se rapprocher l'une de l'autre. La quantité dont ces parties 24, 25 peu  



   vent se rapprocher l'une de l'autre fait l'objet d'un réglage grâce aux
 moyens suivants, au début d'une série d'opérations de soudage.



   Le micromètre 2 commande le déplacement axial d'un pointeau
 31 à tête conique coopérant avec un piston 32 à têtes opposées coni
 ques. L'une de ces têtes coopère avec le cône de 31, tandis que l'au
 tre agit sur deux pistons coaxiaux à têtes coniques 33, 34 munis cha
 cun d'une tige (seule celle, 35, de 33 est visible sur la fig. 3) formant
 butée de fin de course pour les billes 26,27. On peut donc, grâce au
 micromètre 2, ajuster très exactement à la valeur que   l'on    veut la
 quantité dont les moyens de blocage 17,18 se rapprochent   l'un    de
 l'autre lorsque l'électro-aimant 30 est excité.

  Ce rapprochement des
 moyens de blocage est commandé par l'opérateur lorsque l'opéra
 tion de soudage est en train et a pour but de presser axialement l'une
 contre l'autre les extrémités des deux fibres à souder, comme il est
 avantageux de le faire pour éviter des tensions indésirables dans la
 région de la soudure lors du refroidissement après soudage.



   Pour assurer le soudage, il est prévu une torche de soudage du
 type à arc électrique constricté, à microplasma sous gaz protecteur,
 dont l'anode est représentée en 36 et la cathode en 37 (fig. 2 et 5).



   Cette torche est portée par un chariot 38 (fig. 1 et 2) actionné par un
 moteur électrique 39 commandé par l'opérateur: La direction de dé
 placement du chariot 38 est horizontale et perpendiculaire à l'axe
 des fibres optiques sur l'étrier 5. L'axe de la torche 36, 37 est vertical et perpendiculaire lui aussi à la direction de l'axe de ces fibres. Le
 chariot 38 porte aussi un microscope binoculaire oscillant 40 per
 mettant d'observer avec précision l'extrémité des fibres avant sou
 dage et, pendant le soudage, la zone chauffée par l'arc, comme on le
 verra plus loin.



   L'étrier 4 est réglable parallèlement à l'axe commun des extrémi
 tés des fibres à souder, grâce au micromètre 3, ce qui permet d'amener les extrémités en contact de ces fibres exactement dans l'axe du dispositif dans lequel se trouve et peut se déplacer l'axe de l'arc généré par la torche 36, 37.



   Lors de l'opération de soudage, lorsque l'arc constricté est amorcé, il est amené, grâce au moteur 39, à proximité immédiate de la zone de soudage, mais néanmoins à distance appréciable de celleci, par l'opérateur observant à travers le microscope 40. Une fois ce rapprochement de l'arc exécuté, le moteur est arrêté et commence alors l'opération de soudage que   l'on    va maintenant décrire.



   L'arc constricté étant parfaitement stable et exempt de déplacements latéraux, il est facile de régler le chauffage de la zone de soudage en faisant varier la distance de l'arc à celle-ci au gré de l'opérateur observant le travail au microscope. A cet effet, il est prévu un électro-aimant 41 commandé par l'opérateur qui peut faire varier le courant d'excitation. Cet électro-aimant présente deux pièces polaires 42, 43 qui se font face. Le champ produit entre ces pièces est perpendiculaire à l'arc et agit, pour dévier cet arc de sa direction rectiligne, d'une quantité fonction de l'intensité du courant d'excitation de l'électro-aimant 41 et du courant d'arc.

  Ainsi, en faisant varier au moins l'une de ces intensités, l'opérateur peut rapprocher ou éloigner à volonté l'arc de la zone de soudage, augmentant ou diminuant ainsi l'intensité du chauffage de cette zone selon le besoin du moment.



   La cathode 37 est disposée au-dessous de la zone de soudage, ce qui évite la chute sur celle-ci de particules venant de la cathode et de
 sa gaine 44. Sur la figure schématique 2, on a représenté deux gaines concentriques, un gaz rare plasma tel que l'argon étant introduit à l'intérieur de 44 pour entourer l'arc, tandis qu'un gaz de protection tel que l'argon, I'hélium ou un mélange argon/hydrogène, par exem
 ple, serait introduit dans l'espace annulaire compris entre   44    et 45.



  Comme représenté sur la fig. 5, le gaz protecteur est amené par des canaux 46, 47 à une grille 48 disposée autour de 44. On voit, en 49,
I'arrivée du gaz plasma.



   La fig. 6 représente, à plus grande échelle, la disposition de
 l'anode 36 et de son support.



   Les opérations relatives au soudage des fibres optiques au moyen du dispositif décrit ont lieu dans l'ordre suivant.



   - Dénudage des extrémités des fibres à l'aide d'une pince dont le principe est similaire à celui des pinces utilisées pour les fils électriques.



   - Préparation des faces des extrémités des fibres à mettre en contact, à l'aide d'un outil spécialement étudié pour obtenir une cassure lisse et nette située dans un plan normal à l'axe de la fibre. La fibre est tendue et pliée sur un galbe, puis une chiquenaude est appliquée par une arête de diamant et provoque une amorce de rupture qui se propage selon le plan souhaité.



   - Positionnement et accostage des extrémités sur l'installation à l'aide des moyens décrits.



   - Choix du débit de gaz intérieur nécessaire à l'établissement de l'arc pilote servant à l'amorçage de l'arc constricté.



   - Amorçage de l'arc pilote à l'aide d'un artifice à haute fréquence.



     Choix    du débit du gaz de protection constituant le manchon thermique de la colonne d'arc.



   - Choix de l'intensité et établissement de l'arc transféré.



   - Approche de l'arc au voisinage des extrémités en contact des fibres à souder.



   - Soudage proprement dit et traitement thermique éventuel par l'enclenchement du programme de la déflexion électromagnétique de l'arc, associée aux contraintes mécaniques axiales devant compenser les effets du retrait. Les paramètres correpondants sont affichés au préalable lors d'essais préliminaires de mise au point.

 

   - Mesure de la qualité optique de la liaison à l'aide d'instruments appropriés et selon une méthode en relation avec les conditions de travail.



   Le dispositif décrit est de préférence alimenté par des accumulateurs électriques et par des bouteilles de gaz protecteur et de refroidissement qui peuvent facilement se loger avec lui dans un coffret ou une mallette.



   Dans une variante du dispositif décrit, le chauffage pourrait avoir lieu par un autre moyen qu'un arc électrique constricté. Dans ce cas, les moyens de réglage décrits conserveraient leur avantage d'assurer une bonne reproductibilité, mais l'emploi de l'arc constricté apporte d'évidents avantages supplémentaires. 

Claims (5)

1. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le soudage bout à bout de fibres optiques, Ca- ractérisé en ce qu'il comporte, outre une source de chaleur de soudage (36, 37), deux supports de fibres optiques (6, 7) prévus pour recevoir et maintenir en alignement et en contact deux parties terminales de fibres optiques (15) à souder bout à bout, ces supports (6, 7) présentant des moyens (12) pour disposer à la main les fibres en contact bout à bout, en ce qu'il comporte des moyens de blocage (17, 18) pour bloquer les fibres ainsi préalablement amenées bout à bout, en ce qu'il comporte des moyens (30) pour rapprocher l'un de l'autre les deux moyens de blocage (17,18) des fibres optiques, afin de comprimer axialement les deux dites parties terminales l'une contre l'autre pendant le soudage,

   et en ce qu'il comporte des moyens micrométriques (2) pour régler la course de rapprochement de ces deux moyens de blocage (17, 18).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux supports de fibres optiques (6, 7) sont disposés sur un étrier (5) amovible du reste du dispositif, les moyens de blocage (17, 18) étant disposés respectivement dans l'intervalle entre chacun des deux supports (6, 7) de fibres et la zone de soudage.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des moyens de blocage (17, 18) est porté par un bras (24, 25) capable d'osciller autour de l'une de ses extrémités (20, 21) et sur lequel agissent les moyens (30) à commande électromagnétique prévus pour rapprocher l'un de l'autre ces deux moyens de blocage.
4. 4. Le support 6 comprend une pièce de base 8 fixée à l'étrier 5 et sur laquelle est montée à pivot en 9 une touche 10 sollicitée par un ressort 1 1 et munie d'un bouton molleté 12. Ce bouton est solidaire d'un cône 13. En appuyant avec un doigt sur la partie 14 de la touche 10, on fait basculer celle-ci et on peut introduire une extrémité d'une fibre optique 15, comme indiqué sur la fig. 4, de façon que, lorsqu'on relâche la touche, le cône 13 vienne coincer cette fibre. En tournant le bouton 12, on déplace donc axialement la fibre 15, ce qui permet d'amener en contact les extrémités de deux fibres à souder bout à bout et coopérant l'une avec 6 et l'autre avec 7. Sur la fig. 3, on a indiqué schématiquement par un trait mixte 16 I'axe de ces deux extrémités de fibres.

   La partie des fibres optiques coopérant avec le cône 15 n'est pas dénudée de sa gaine isolante pour ne pas endommager la partie optique lors du réglage au moyen du bouton 12.

   Deux moyens de blocage des fibres 17, 18 sont prévus dans l'espace compris entre 6 et 7. Comme montré schématiquement sur la fig. 2, il s'agit de mâchoires commandées par un électro-aimant pour venir bloquer la fibre respective lorsqu'elle a été amenée en position correcte de soudage grâce aux boutons 12. Ces moyens de blocage 17, 18 sont montés respectivement sur l'un des bras d'une pièce en U 19 fendue en 20 et coopérant avec une cheville d'immobilisation 21. On voit en 22, 23 les électro-aimants des moyens 17, 18.

   Les extrémités libres des branches de la pièce 19 sont visibles en 24, 25 sur la fig. 3. Elles sont munies de billes 26, 27 dont la position peut être réglée avec précision lors du montage au moyen de vis 28, 29 portées par le bâti 1.

   Les extrémités 24, 25 des bras de 19 sont reliées à l'équipage mobile d'un électro-aimant 30 qui, lorsqu'il est excité, les sollicite à se rapprocher l'une de l'autre. La quantité dont ces parties 24, 25 peu **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.

   4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens micrométriques (3) pour régler la position du joint entre les fibres à souder, dans la direction de l'axe de ces fibres.

   5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) pour rapprocher les moyens de blocage (17, 18) et ces moyens de blocage sont magnétiques, à commande électrique.

   6. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la source de chaleur de soudage est constituée par un générateur d'arc électrique constricté (36, 37, 44, 45), dont l'axe est perpendiculaire à l'axe commun des deux extrémités de fibres (15) à souder, des moyens (39) étant prévus pour faire varier la distance de l'axe de ce générateur à l'axe des fibres à souder.

   7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par des moyens électromagnétiques (41-43) pour faire varier la distance de l'arc à la zone de soudage pendant l'opération de soudage.

   Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées pour la transmission d'informations.

   Une fibre optique est un fil de verre dont le diamètre correspond à celui d'un cheveu. Elle sert, par le biais de rayons lumineux qu'elle canalise, à acheminer des informations. Dans sa forme la plus simple, une fibre optique se compose d'une partie centrale, le coeur, d'une enveloppe appelée cladding et d'une gaine de protection en matière plastique. Dans une fibre optique, I'indice de réfraction du coeur est plus élevé que celui du cladding. Une partie des rayons émis par une source lumineuse placée dans la section d'un bout de la fibre va, de cette façon, subir une réflexion totale à l'interface coeur-cladding et les rayons introduits à une extrémité de la fibre sont par conséquent canalisés jusqu'à l'autre extrémité.

   Les fibres optiques ont de nombreux avantages bien connus, mais elles posent des problèmes délicats de liaison lorsqu'il s'agit de souder deux à deux des fibres optiques appartenant à deux câbles que l'on veut raccorder. Il s'agit, en somme, d'assurer la soudure bout à bout de fibres de 1/10 mm de diamètre, de manière que le coeur de chacune d'elles soit disposé exactement en face de l'autre.

   Or, le coeur des fibres les plus fréquemment utilisées mesure environ 1/20 mm de diamètre. D'autre part, les fibres dénudées, c'est-à-dire débarrassées de leur gaine protectrice en matière plastique, sont cassantes, ce qui rend encore plus difficile l'opération. Ce travail délicat, déjà problématique en laboratoire, doit pouvoir être effectué par routine en fouille et de façon parfaitement reproductible dans des conditions difficiles par du personnel non spécialisé et cela dans un temps raisonnable. Les moyens, outils et dispositifs devront être peu encombrants et, de plus, entièrement autonomes du point de vue énergie.

   Les dispositifs connus pour souder bout à bout des fibres optiques, qu'ils utilisent comme source de chaleur de soudage un chalumeau ou qu'il s'agisse de soudage par étincelle, à haute fréquence (dit à froid),ont l'inconvénient de ne pas assurer une bonne reproductibilité, ce qui nécessite de recommencer les opérations délicates de réglage à chaque soudage.

   La présente invention vise à remédier à cet inconvénient; elle a pour objet un dispositif selon la revendication 1.

   Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.

   La fig. 1 en est une vue d'ensemble, en perspective.

   La fig. 2 est un schéma en perspective illustrant l'agencement et le fonctionnement des différentes parties du dispositif.

   La fig. 3 est une vue en plan, certaines parties étant supposées arrachées.

   La fig. 4 est une vue de détail, en coupe et à plus grande échelle, d'un support de fibre optique visible en vue extérieure sur les fig.

   1 et 3.

   La fig. 5 est une vue en coupe selon 5-5 de la fig. 3.

   Les fig. 6 et 7 sont des vues de détail, agrandies et en coupe, de parties peu visibles sur la fig.
5. 5.

   Le dispositif représenté comprend un bâti 1 ou support fixe, de petites dimensions, pouvant être logé dans un coffret ou une malette, avec ses accessoires dont il sera question plus loin. Sur les fig. 2 et 3, on voit un premier moyen micrométrique 2 dont on expliquera la fonction par la suite et un second moyen micrométrique 3 servant à déplacer, à des fins de réglage, une pièce 4 selon la direction de l'axe de ce moyen 3 par rapport au bâti 1. La pièce 4 est agencée pour recevoir un étrier amovible 5 qui porte deux supports identiques 6, 7 de fibres optiques dont l'un d'eux, 6, est montré en détail sur la fig.