DE10111958A1 - Splicing device and method for controlling a thermal splicing process - Google Patents
Splicing device and method for controlling a thermal splicing processInfo
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Abstract
Spleißeinrichtung (1) und Verfahren zum Steuern eines thermischen Spleißvorgangs zum thermischen Verspleißen von Lichtwellenleitern (18, 20), mit einer Lichtquelle (20), von welcher Licht mit einer schmalen Frequenz-Bandbreite emittiert wird, und einer Licht-Detektionseinrichtung (4), welche der Lichtquelle (2) gegenüberliegend angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, daß sie ausschließlich im Bereich der Frequenz-Bandbreite des von der Lichtquelle (2) emittierten Lichts lichtempfindlich ist.Splicing device (1) and method for controlling a thermal splicing process for the thermal splicing of optical waveguides (18, 20), with a light source (20), from which light with a narrow frequency bandwidth is emitted, and a light detection device (4), which is arranged opposite the light source (2) and which is designed such that it is light-sensitive only in the range of the frequency bandwidth of the light emitted by the light source (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Spleißeinrichtung zum thermischen Verspleißen von Lichtwellenleitern, wie insbesondere Lichtleitfasern aus z. B. Glas, sowie ein Verfahren zum Steuern des Spleißvorgangs beim Verspleißen von Lichtwellenleitern.The invention relates to a splicing device for thermal Splicing of optical fibers, such as in particular Optical fibers from z. B. glass, and a method of control the splicing process when splicing optical fibers.
Beim Verspleißen von Lichtwellenleitern werden diese in der Regel vorab zueinander ausgerichtet und anschließend miteinander verspleißt, z. B. durch Verschweißen. Die Steuerung des Ausrichtvorgangs erfolgt hierbei z. B. derart, daß die Lichtwellenleiter an der Spleißstelle über eine oder mehrere elektronische Kameras, wie z. B. CCD- oder CMOS-Kameras, optisch erfaßt werden, wobei aus der zugehörigen optischen Abbildung die Lage der Lichtwellenleiter, die Lage des Spleißes und auch die Spleißform erkennbar sind. In Abhängigkeit von diesen Informationen können dann die Lichtwellenleiter zueinander ausgerichtet werden.When splicing optical fibers, they are in the Usually aligned with each other in advance and then spliced together, e.g. B. by welding. The control the alignment process takes place z. B. such that the Optical fiber at the splice point via one or more electronic cameras, such as B. CCD or CMOS cameras, optical are detected, with the associated optical image the location of the optical fibers, the location of the splice and also the shape of the splice is recognizable. Depending on these The optical fibers can then provide information to one another be aligned.
Ein optisches Abbild der Lichtwellenleiter an der Spleißstelle wird beispielsweise dadurch erzielt, daß mittels einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer LED, auf Höhe der Spleißstelle Licht quer zur Längsrichtung der Lichtleiter in Richtung zu der Spleißstelle hin ausgestrahlt wird und daß das hiervon auf der bezüglich der Spleißstelle gegenüberliegenden Seite ankommende Licht von der auf dieser Seite angeordneten Kamera erfaßt wird. Das auf der Kameraseite ankommende Licht ergibt damit für die Kameraaufnahme Helligkeitsunterschiede, die insbesondere der Kontur der Lichtwellenleiter im Bereich der Spleißstelle entsprechen, so daß ein auf unterschiedlichen Helligkeiten beruhendes Abbild der Spleißstelle generiert wird. Im Falle der Verwendung einer speziellen Optik kann hierbei auch eine detaillierte Darstellung der Spleißstelle erzielt werden, aus der nicht nur die Außenkontur der Lichtleiter, sondern auch deren Kern- und Mantelverlauf in Form von Helligkeitsunterschieden ersichtlich ist. An optical image of the optical fibers at the splice point is achieved, for example, in that Light source, such as an LED, at the level of Splice point light transverse to the longitudinal direction of the light guide in Is broadcast towards the splice and that the of these on the opposite one with respect to the splice Light arriving from the side arranged on this side Camera is captured. The light arriving on the camera side results in differences in brightness for the camera recording, which in particular the contour of the optical fibers in the area correspond to the splice, so that one on different Brightness-based image of the splice is generated. In the case of using special optics, this can be done also achieved a detailed representation of the splice from which not only the outer contour of the light guide, but also their core and jacket course in the form of Differences in brightness can be seen.
Beim thermischen Verspleißen, d. h. beim Verschweißen von Lichtwellenleitern, z. B. mittels eines Lichtbogens oder einer sonstigen Wärmequelle, wie z. B. einem Laser oder einem Gasbrenner, werden die Lichtwellenleiter an ihrer Spleißstelle derart stark erhitzt, z. B. auf eine Temperatur von über 1500° C, so daß sie ihrerseits Licht emittieren, insbesondere sichtbares Licht emittieren. Dieses beim Schweißen auftretende Schweißlicht ist derart stark und breitbandig, daß es das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht so überstrahlt und damit überlagert, daß eine exakte Erfassung und Auswertung der gewünschten, d. h. der von dem von der Lichtquelle ausgehenden Licht herrührenden, Helligkeitsunterschiede nur erschwert möglich ist. Somit können mittels dieser Methode während des Verspleißens bislang keine qualitativ ausreichenden Informationen zur Steuerung des Spleißvorgangs gewonnen werden. Hierbei ist es jedoch gerade während des Schweißvorgangs von Vorteil, beispielsweise thermische Spleißmittel, d. h. Schweißeinrichtungen, zu steuern, um z. B. die Erwärmung der Lichtleitfasern mit einem damit verbundenen Selbstzentriereffekt der Fasern zu verhindern oder exakt einzustellen, da anderfalls eine vorher durchgeführte Ausrichtung der Faserkerne evtl. zunichte gemacht würde.With thermal splicing, i.e. H. when welding Optical fibers, e.g. B. by means of an arc or other heat source, such as. B. a laser or a Gas burners, the optical fibers are at their splice point heated so strongly, e.g. B. to a temperature of over 1500 ° C, so that they in turn emit light, especially emit visible light. This occurs when welding Welding light is so strong and broad-banded that it is from light emitted by the light source thus outshines and thus superimposed that an exact recording and evaluation of the desired, d. H. that of the light source Light originating, differences in brightness only difficult is possible. Thus, using this method during the So far, splicing has not been of sufficient quality Information to control the splicing process can be obtained. Here, however, it is just during the welding process of Advantage, for example thermal splice, d. H. Welding devices to control z. B. the warming of Optical fibers with an associated Prevent self-centering effect of the fibers or exactly set, otherwise a previously performed Alignment of the fiber cores could possibly be destroyed.
Durch die Erfindung werden eine Spleißeinrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines thermischen Spleißvorgangs geschaffen, durch welche eine Überwachung und Steuerung des Spleißvorgangs nahezu ungestört von der Lichtentwicklung der beim Verspleißen erhitzten Lichtwellenleiter ermöglicht ist.The invention provides a splicer and a Method of controlling a thermal splicing process created by which a monitoring and control of the Splicing process almost undisturbed by the light development of the when splicing heated optical fiber is enabled.
Die erfindungsgemäße Spleißeinrichtung zum thermischen Verspleißen von Lichtwellenleitern hat eine Lichtquelle, von welcher Licht mit einem schmalen Frequenz-Bandbereich emittiert wird. Die Spleißeinrichtung hat ferner eine Licht- Detektionseinrichtung, welche der Lichtquelle gegenüberliegend angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, daß sie ausschließlich im Bereich des Frequenz-Bandbereichs des von der Lichtquelle emittierten Lichts lichtempfindlich ist. The splicing device according to the invention for thermal Splicing optical fibers has a light source from which emits light with a narrow frequency band range becomes. The splicer also has a light Detection device, which is opposite the light source is arranged and which is designed such that it exclusively in the range of the frequency band of the Light source emitted light is sensitive to light.
Bei dieser erfindungsgemäßen Spleißeinrichtung werden die Lichtwellenleiter mit ihrer Spleißstelle zwischen der Lichtquelle und der Licht-Detektionseinrichtung angeordnet. Hierbei wird vor, während und/oder nach dem mittels der Spleißeinrichtung zugehörigen Spleißmitteln erfolgenden thermischen Verspleißen, d. h. Verschweißen der Lichtwellenleiter, von der Lichtquelle Licht in Richtung zu der Spleißstelle hin - im Falle der Verwendung einer speziellen Optik auch durch diese hindurch - emittiert und von der dann auf der anderen Seite der Spleißstelle angeordneten Licht- Detektionseinrichtung erfaßt, welche hieraus ein entsprechendes optisches Bild oder sonstige dem erfaßten Licht zugeordnete Informationen generiert. Unter dem Begriff Frequenz-Bandbereich des von der Lichtquelle emittierten Lichts ist hier jener Bereich zu verstehen, in dem die Lichtquelle im wesentlichen Licht emittiert, d. h. z. B. bei der als Gauß-Kurve über der Wellenlänge abgetragenen Lichtintensität der Bereich zwischen den beiden Fußabschnitten der Gauß-Kurve, in denen ein gegenüber deren flachen Abschnitte starker Anstieg (große Krümmung der Gaußkurve) zu verzeichnen ist, insbesondere umfaßt jener Bereich ca. 99% des emittierten Lichts. Unter schmalem Frequenz-Bandbereich des Lichts ist hierbei ein gegenüber dem Frequenz-Bandbereich des von den Lichtwellenleitern emittierten Lichts deutlich schmalerer Frequenz-Bandbereich zu verstehen.In this splicing device according to the invention Optical fiber with its splice between the Light source and the light detection device arranged. Here, before, during and / or after using the Splicing device associated splicing agents thermal splicing, d. H. Welding the Optical fiber, from the light source towards the light Splice point - in case of using a special one Optics also through this - emitted and then by the light arranged on the other side of the splice Detection device detects which a corresponding optical image or other associated with the detected light Information generated. Under the term frequency band range of the light emitted by the light source is that here Understand the area where the light source is essentially Light emitted, d. H. z. B. in the as a Gaussian curve over the Wavelength ablated light intensity the area between the two foot sections of the Gauss curve, in which a a sharp increase over their flat sections (large Curvature of the Gaussian curve) is recorded, especially includes that area approx. 99% of the emitted light. Under narrow Frequency band range of light is here compared to that Frequency band range of the emitted by the optical fibers Understand light clearly narrower frequency band range.
Dadurch, daß die Lichtquelle ein Licht mit schmalem Frequenz- Bandbereich emittiert, d. h. mit einer gegenüber der Frequenz- Bandbreite des von den Lichtleitfasern emittierten Lichts schmaleren Frequenz-Bandbreite, und daß die Licht- Detektionseinrichtung annähernd nur im Bereich des Frequenz- Bandbereichs des von der Lichtquelle emittierten Lichts lichtempfindlich ist, gehen die von der Licht- Detektionseinrichtung erfaßten Helligkeitsunterschiede und damit das von der Licht-Detektionseinrichtung generierte optische Abbild der Spleißstelle bzw. die zugehörigen Lichtsignal- oder Helligkeitsinformationen in wesentlich stärkerem Maße auf das von der Lichtquelle ausgehende, über die Spleißstelle hinweg und/oder durch diese hindurch gelangende Licht zurück. Mit einer herkömmlichen Lichtquelle, deren Licht im gewünschten Frequenzbereich z. B. eine ca. vierfach stärkere Lichtintensität als das von den Lichtwellenleitern ausgehende Licht hat, ist hinsichtlich des von der Licht- Detektionseinrichtung letztlich erfaßten Gesamtlichts das Verhältnis der vom Licht der Lichtquelle ausgehenden Lichtintensität zu der vom Licht der Fasern ausgehenden Lichtintensität bereits ausreichend hoch, um ein gutes Auswertergebnis gewinnen zu können. Somit ist erreicht, daß von der Licht-Detektionseinrichtung hinsichtlich der optischen Abbildung der Spleißstelle wesentlich aussagekräftigere Licht- Information erfaßt werden, als wenn das Licht-Detektionssystem über den gesamten Frequenz-Bereich des von den Lichtwellenleitern emittierten Lichts lichtempfindlich wäre. In jedem Falle ist der technische Aufwand, welcher andernfalls zur Erzielung eines entsprechend ausreichenden Lichtintensitätsverhältnisses notwendig wäre, z. B. in Form der Verwendung von stark strahlenden Spezialdioden oder von speziellen Beleuchtungsoptiken, erheblich verringert.Because the light source is a light with a narrow frequency Band area emitted, i. H. with a versus frequency Bandwidth of the light emitted by the optical fibers narrower frequency bandwidth and that the light Detection device approximately only in the range of the frequency Band range of the light emitted by the light source is sensitive to light, they go from the light Detection device detected differences in brightness and thus that generated by the light detection device optical image of the splice or the associated Light signal or brightness information in essential to a greater extent on that emanating from the light source, via the Splice point and / or passing through it Light back. With a conventional light source whose light in the desired frequency range z. B. an approximately four times stronger Light intensity than that emanating from the optical fibers Has light, is with regard to the Detection device ultimately detected the total light Ratio of light source emitted Light intensity to that emanating from the light of the fibers Light intensity already high enough to be a good one To be able to win the evaluation result. It is thus achieved that the light detection device with regard to the optical Illustration of the splice point is much more meaningful light Information can be acquired as if the light detection system over the entire frequency range of the Optical fibers emitted light would be photosensitive. In in any case is the technical effort, which would otherwise be Achievement of a correspondingly sufficient Light intensity ratio would be necessary, e.g. B. in the form of Use of highly radiating special diodes or of special lighting optics, significantly reduced.
Die mit der Erfindung zu erlangenden, aussagekräftigen Informationen über die Form der Spleißstelle eignen sich besonders gut, um damit den Spleißvorgang während des Spleißens zu steuern. So kann z. B. beim Verspleißen entweder die Außenkontur der Lichtwellenleiter und/oder aber auch direkt der Verlauf deren Faserkerne genau nachverfolgt werden, wobei bei der Feststellung einer unerwünschten Änderung in der Außenkontur und/oder im Verlauf die Spleißmittel entsprechend gesteuert werden können. Hierbei kommen als zu steuernde Schweißparamter insbesondere die Schweißzeit, aber auch z. B. der Schweißstrom einer Schweißeinrichtung in Frage.The meaningful to be obtained with the invention Information about the shape of the splice is suitable particularly good at doing the splicing process while splicing to control. So z. B. when splicing either Outer contour of the optical waveguide and / or also directly the Course whose fiber cores are tracked exactly, whereby at the detection of an undesirable change in the Outer contour and / or the splice in the course accordingly can be controlled. Here come as to be controlled Welding parameters especially the welding time, but also e.g. B. the welding current of a welding device in question.
Als Lichtquelle wird insbesondere eine solche Lichtquelle eingesetzt, welche einen im sichtbaren Spektralbereich liegenden Frequenz-Bandbereich aufweist. Insbesondere ist hierzu eine LED geeignet. Die Wellenlängen-Halbwertsbreite der Lichtquelle beträgt bevorzugt ca. 100 nm oder weniger; der Wellenlängen-Bandbereich der Lichtquelle, insbesondere deren Halbwertsbreitenbereich, liegt ferner bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 900 nm.Such a light source is used in particular as a light source used which one in the visible spectral range has lying frequency band range. In particular is an LED is suitable for this. The wavelength half-width of the The light source is preferably approximately 100 nm or less; the Wavelength band range of the light source, in particular its Half width range, is also preferably in one Wavelength range from 400 to 900 nm.
Um eine noch bessere Lichtinformationsausbeute zu erzielen, ist die Licht-Detektionseinrichtung bevorzugt über einen solchen Frequenz-Bandbereich hinweg lichtempfindlich, welcher dem Frequenz-Bandbereich, insbesondere dem Frequenz- Halbwertsbereich, des von der Lichtquelle emittierten Lichts entspricht oder innerhalb des Frequenz-Bandbereichs, insbesondere des Frequenz-Halbwertsbereichs, des von der Lichtquelle emittierten Lichts liegt.To achieve an even better light information yield, is the light detection device preferably via one Frequency-band range sensitive to light, which the Frequency band range, especially the frequency Half-value range of the light emitted by the light source corresponds to or within the frequency band range, especially the frequency half-value range, which of the Light source emitted light lies.
Es ist ferner bevorzugt, daß die Licht-Detektionseinrichtung in ihrem Frequenz-Bandbereich eine zentrale Frequenz aufweist, welche innerhalb des Frequenz-Halbwertsbereichs des von der Lichtquelle emittierten Lichts liegt und welche insbesondere im wesentlichen der zentralen Frequenz des Frequenz-Bandbereichs entspricht. Insbesondere ist die Licht-Detektionseinrichtung in einem Frequenz-Bandbereich lichtempfindlich, der einen dem Frequenz-Halbwertsbereich der Lichtquelle entsprechenden Frequenz-Halbwertsbereich hat oder dessen Frequenz- Halbwertsbereich innerhalb des Frequenz-Halbwertsbereichs der Lichtquelle liegt.It is further preferred that the light detection device in has a central frequency in its frequency band range, which is within the frequency half-value range of that of the Light source emitted light and which is particularly in the essentially the central frequency of the frequency band range equivalent. In particular, the light detection device is in a frequency band that is sensitive to light Frequency half-value range corresponding to the light source Frequency half-value range or its frequency Half-value range within the frequency half-value range of the Light source lies.
Die Licht-Detektionseinrichtung kann beispielsweise ein optisches Kamerasystem ausweisen, das per se nur im gewünschten Frequenzbereich lichtempfindlich ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Licht- Detektionseinrichtung auf: ein optisches Kamerasystem, welches annähernd über den gesamten sichtbaren Frequenzbereich lichtempfindlich ist, und einen Filter oder eine Filteranordnung mit mehreren Filtern, welcher/welche vor dem Kamerasystem angeordnet ist/sind und von welchem/welcher Licht mit einer Frequenz außerhalb des Bereichs des Frequenz- Bandbereichs des von der Lichtquelle emittierten Lichts herausgefiltert, d. h. unterdrückt, wird.The light detection device can, for example, be a Identify optical camera system, which per se only in the desired Frequency range is sensitive to light. According to a preferred Embodiment of the invention has the light Detection device on: an optical camera system, which almost over the entire visible frequency range is light sensitive, and a filter or one Filter arrangement with several filters, which / which before Camera system is / are arranged and by which / which light with a frequency outside the range of frequency Band range of the light emitted by the light source filtered out, d. H. is suppressed.
Dies ermöglicht die Verwendung jeglicher herkömmlicher, z. B. elektronischer Kameras (z. B. CCD oder CMOS-Kameras), als Kamerasystem, so daß das System von daher kostengünstig realisiert werden kann. Als Filter können Standardbauteile verwendet werden, wobei deren Integration in das Gesamtsystem einfach und damit ebenfalls kostengünstig realisierbar ist. Die Filter sind bevorzugt bezüglich der Spleißstelle auf der der Kamera zugewandten Seite der Spleißstelle angeordnet, beispielsweise unmittelbar vor der Kamera.This enables the use of any conventional, e.g. B. electronic cameras (e.g. CCD or CMOS cameras), as Camera system, so the system is therefore inexpensive can be realized. Standard components can be used as filters are used, their integration into the overall system is simple and therefore also inexpensive to implement. The Filters are preferred with regard to the splice point on the Arranged the camera-facing side of the splice, for example right in front of the camera.
Gemäß der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform haben der Filter bzw. die Filteranordnung hierbei vorteilhafterweise eine Bandpaßcharakteristik und/oder eine zentrale Frequenz, die dem Frequenz-Bandbereich bzw. der zentralen Frequenz des von der Lichtquelle emittierten Lichts entsprechen.According to the preferred embodiment described above have the filter or the filter arrangement here advantageously a bandpass characteristic and / or a central frequency, the frequency band range or central frequency of the light emitted by the light source correspond.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat die Spleißeinrichtung ferner eine Steuervorrichtung, welche an die Licht-Detektionseinrichtung angeschlossen ist und von welcher in Abhängigkeit von dem von der Licht-Detektionseinrichtung erfaßten Licht Steuersignale zum Steuern des Spleißvorgangs generierbar sind.According to another embodiment of the invention, the Splicing device also a control device which to the Light detection device is connected and from which depending on that of the light detection device detected light control signals for controlling the splicing process can be generated.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere in Form eines Mikroprozessors realisiert, wobei die Steuervorrichtung z. B. durch Rückführen der erfaßten Lichtsignale auf die entsprechenden Steuergrößen auch eine Regelfunktion übernehmen kann. Das von der Licht-Detektionseinrichtung erfaßte Licht ergibt auf Basis der damit erfaßten Helligkeitsunterschiede ein Bild der Spleißstelle, aus welchem Bild z. B. der Lichtwellenleiterkern und der ihn umgebende Lichtwellenleitermantel des jeweiligen Lichtwellenleiters ersichtlich ist.The control device is in particular in the form of a Microprocessor realized, the control device z. B. by returning the detected light signals to the appropriate control variables also take on a control function can. The light detected by the light detection device on the basis of the differences in brightness recorded with it Image of the splice, from which image z. B. the Fiber optic core and the surrounding Optical waveguide jacket of the respective optical waveguide can be seen.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere zur Steuerung der Spleißmittel vorgesehen, welche zum Beispiel ein Paar Schweißelektroden oder einen Schweißlaser und eine damit verbundene Energieversorgungseinrichtung umfassen. Die Steuereinrichtung ist hierzu mit den Spleißmitteln verbunden, insbesondere mit deren Enegergieversorgungseinrichtung, um so z. B. den Schweißstrom und/oder die Schweißzeit auf Basis der von der Licht-Detektionseinrichtung erfaßten Lichtinformationen zu steuern.The control device is in particular for controlling the Splice means provided, which for example a pair Welding electrodes or a welding laser and one with it connected power supply include. The For this purpose, the control device is connected to the splicing agents, especially with their energy supply facility, so z. B. the welding current and / or the welding time based on the light information detected by the light detection device to control.
Die Spleißeinrichtung hat ferner bevorzugt eine Ausrichteinrichtung, die beispielsweise in Form einer Positioniereinrichtung realisiert sein kann und mit welcher einer der zu verspleißenden Lichtwellenleiter dreidimensional, insbesondere in eine erste Richtung auf den anderen Lichtwellenleiter zu sowie quer hierzu in eine zweite und eine davon verschiedene dritte Richtung, bewegbar ist. Es können auch an beiden Lichtwellenleitern Positioniereinrichtungen vorgesehen sein, mit denen die Lichtwellenleiter in drei unterschiedliche Richtungen zueinander bewegbar sind. Die Steuervorrichtung ist hierbei vorteilhafterweise auch an diese Ausrichtungeinrichtung angeschlossen, um vor und/oder auch während des Spleißvorgangs die zu verspleißenden Lichtleitfasern zueinander auszurichten.The splicer also preferably has one Alignment device, for example in the form of a Positioning device can be implemented and with which one of the optical fibers to be spliced three-dimensionally, especially in a first direction to the other Optical waveguide to and across this into a second and a of which different third direction is movable. It can positioning devices also on both optical fibers be provided with which the optical fibers in three different directions are movable to each other. The The control device is advantageously also connected to it Alignment device connected to before and / or too those to be spliced during the splicing process Align optical fibers to each other.
Um die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle ausgesandt und über die Spleißstelle hinweg und/oder durch diese hindurch gelangen, besser auf die Licht-Detektionseinrichtung zu fokussieren, ist bevorzugt vor der Licht-Detektionseinrichtung, insbesondere vor dem Filter oder der Filteranordnung eine Linseneinrichtung, z. B. in Form einer Linse oder einer Anordnung von Linsen, angeordnet, welche Linseneinrichtung insbesondere ebenfalls Teil der Licht-Detektionseinrichtung ist. Hierduch wird letztlich eine noch schärfere Abbildung der Fasern erzielt.To the light rays emitted by the light source and over and / or through the splice get better to the light detection device focus, is preferably in front of the light detection device, especially in front of the filter or the filter arrangement Lens device, e.g. B. in the form of a lens or Arrangement of lenses, which lens device arranged in particular also part of the light detection device is. This will ultimately make the image even sharper Fibers.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines thermischen Spleißvorgangs von Lichtwellenleitern, wie insbesondere Lichtleitfasern, werden die Lichtwellenleiter an einer Spleißstelle thermisch miteinander verspleißt, wird von einer Lichtquelle Licht eines schmalen Frequenz-Bandbereichs quer zu den Lichtwellenleitern in Richtung zu der Spleißstelle hin emittiert, wird das in Richtung zu der Spleißstelle hin emittierte Licht von einer Licht-Detektionseinrichtung erfaßt, die hinsichtlich der Position der Lichtquelle auf der diametral gegenüberliegenden Seite der Spleißstelle angeordnet ist, wobei von der Licht-Detektionseinrichtung nur Licht eines Frequenz- Bandbereichs im Bereich des Frequenz-Bandbereichs des emittierten Lichts erfaßt wird, und wird in Abhängigkeit von dem erfaßten Licht der Spleißvorgang gesteuert.In the inventive method for controlling a thermal splicing of optical fibers, such as In particular optical fibers, the optical waveguides are on a splice is thermally spliced together a light source light of a narrow frequency band range across the optical fibers towards the splice is emitted towards the splice point emitted light detected by a light detection device, the regarding the position of the light source on the diametrical opposite side of the splice is arranged, wherein from the light detection device only light of a frequency Band range in the frequency band range of the emitted light is detected and is dependent on the splicing process is controlled by the detected light.
Wie oben erläutert, werden in Abhängigkeit von dem von der Licht-Dektektionseinrichtung erfaßten Licht insbesondere Spleißmittel, d. h. eine zum Erzeugen der notwendingen Schweißenergie vorgesehene Wärmequelle, gesteuert und/oder geregelt, z. B. in Form der Steuerung der Spleißdauer und/oder der zugeführten Spleißenergie, wie z. B. des Schweißstroms bei Verwendung von Schweißelektroden als Spleißmittel.As explained above, depending on which of the Light detection device in particular detected light Splice, d. H. one to generate the necessary Welding energy provided heat source, controlled and / or regulated, e.g. B. in the form of control of the splice duration and / or the supplied splice energy, such as. B. the welding current Use of welding electrodes as a splicing agent.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on a preferred Embodiment explained with reference to the drawing. In the drawing shows:
Fig. 1 schematisch eine Spleißeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und Fig. 1 shows schematically a splicing device according to an embodiment of the invention and
Fig. 2 und 3 jeweils ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Erfindung Figs. 2 and 3 are each a diagram for illustrating the operation of the invention
In Fig. 1 ist eine Spleißeinrichtung 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Spleißeinrichtung 1 weist hiernach eine Lichtquelle 2 in Form einer LED auf, von welcher Licht im sichtbaren Spektralbereich mit einer gegenüber dem gesamten sichtbaren Spektralbereich schmalen Frequenz-Bandbreite emittiert werden kann.In Fig. 1 a splicing device 1 is shown according to an embodiment of the invention. The splicing device 1 accordingly has a light source 2 in the form of an LED, from which light in the visible spectral range can be emitted with a narrow frequency bandwidth compared to the entire visible spectral range.
Die Spleißeinrichtung 1 hat ferner eine Licht- Detektionseinrichtung 4 in Form eines Kamera-Filtersystems, welche Licht-Detektionseinrichtung eine Kamera 6, einen vor der Kamera 6 angeordneten Filter 8 und eine vor dem Filter 8 angeordnete Linse 10 aufweist.The splicing device 1 further has a light detection means 4 in the form of a camera-filter system, which light detection means comprises a camera 6, a is arranged in front of the camera 6, and a filter 8 arranged upstream of the filter 8 lens 10th
Die Lichtquelle 2 und die Licht-Detektionseinrichtung 4 sind einander gegenüberliegend in einem Abstand voneinander angeordnet. In dem zwischen der Lichtquelle 2 und dem Kamerasystem liegenden Zwischenraum ist eine Halte- und Ausrichteinrichtung 12 angeordnet, welche sich in einer Längsrichtung quer zur Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 2 und der Licht-Detektionseinrichtung 4 erstreckt.The light source 2 and the light detection device 4 are arranged opposite one another at a distance from one another. A holding and aligning device 12 is arranged in the intermediate space between the light source 2 and the camera system and extends in a longitudinal direction transversely to the connecting line between the light source 2 and the light detection device 4 .
Die Halte- und Ausrichteinrichtung 12 hat zwei in ihrer Längsrichtung in einem Abstand voneinander angeordnete Haltevorrichtungen 14, 16, in welchen jeweils ein Lichtwellenleiter 18, 20 in Form einer Lichtwellenleiterfaser aufgenommen und gehalten ist. Die Lichtwellenleiter 18, 20 sind hierbei von der Halte- und Ausrichteinrichtung 12 derart gehalten, daß sie sich in deren Längsrichtung quer zur genannten Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 2 und der Licht-Detektionseinrichtung 4 erstrecken, wobei die an den einander zugewandten Stirnenden der Lichtwellenleiter 18, 20 vorgesehene Spleißstelle 22 auf dieser Linie liegt. Die in Fig. 1 rechte Haltevorrichtung 14 ist gleichzeitig als Positioniereinrichtung ausgebildet, von welcher die darin aufgenommene Lichtleitfaser 18 in Längsrichtung der Lichtleitfaser sowie in zwei zu dieser Längsrichtung quer verlaufende Richtungen bewegbar ist und damit zu der anderen Lichtleitfaser 20 ausrichtbar ist. Die beiden Lichtleitfasern 18, 20 können hierdurch an der an ihren gegenüberliegenden Stirnenden vorliegenden Spleißstelle 22 z. B. fluchtend auf Stoß aneinandergesetzt werden.The holding and aligning device 12 has two holding devices 14 , 16 arranged at a distance from one another in their longitudinal direction, in each of which an optical waveguide 18 , 20 in the form of an optical waveguide fiber is received and held. The optical waveguides 18 , 20 are held by the holding and aligning device 12 in such a way that they extend in their longitudinal direction transversely to the connection line between the light source 2 and the light detection device 4 , the ends of the optical waveguides 18 , 20 provided splice 22 is on this line. The holding device 14 on the right in FIG. 1 is simultaneously designed as a positioning device, of which the optical fiber 18 accommodated therein can be moved in the longitudinal direction of the optical fiber and in two directions transverse to this longitudinal direction and can thus be aligned with the other optical fiber 20 . The two optical fibers 18 , 20 can thereby at the splice 22 present at their opposite ends z. B. can be placed flush against each other.
Die Spleißeinrichtung 1 nach dieser Ausführungsform hat ferner Spleißmittel in Form von bezüglich der Spleißstelle 22 einander gegenüberliegend angeordneten Schweißelektroden 24, 26, zwischen welchen ein Lichtbogen erzeugbar ist, von dem die Lichtwellenleiter 18, 20 an ihren einander gegenüberliegenden Stirnenden an der Spleißstelle 22 zusammengeschweißt, d. h. thermisch verspleißt, werden. Die Schweißelektroden 24, 26 sind mit einer Energieversorgungseinrichtung 28 verbunden, welche ihrerseits über eine Datenleitung mit einer Steuereinrichtung 30 verbunden ist, von welcher die Energieversorgungseinrichtung 28 steuerbar ist. Die Steuervorrichtung 30 ist ferner auch über Datenleitungen mit der Licht-Detektionseinrichtung 4 sowie mit der Lichtquelle 2 verbunden.The splicing device 1 according to this embodiment also has splice means in the form of welding electrodes 24 , 26 arranged opposite one another with respect to the splice point 22 , between which an arc can be generated, from which the optical waveguides 18 , 20 are welded together at their opposite ends at the splice point 22 , ie be thermally spliced. The welding electrodes 24 , 26 are connected to an energy supply device 28 , which in turn is connected via a data line to a control device 30 , from which the energy supply device 28 can be controlled. The control device 30 is also connected via data lines to the light detection device 4 and to the light source 2 .
Die Licht-Detektionseinrichtung 4 ist derart ausgebildet, daß sie nur in jenem Frequenz-Bandbereich ein optisches Abbild generiert, welcher dem Frequenz-Bandbereich der Lichtquelle entspricht oder innerhalb desselben liegt. Die Kamera 6 ist hierbei derart ausgebildet, daß sie im Bereich des gesamten sichtbaren Spektralbereichs Lichtsignale aufzeichnen kann, um hieraus ein optisches Abbild zu generieren. Der vor die Kamera 6 geschaltete Filter 8 ist derart ausgebildet, daß er nur solches Licht hindurchläßt, welches den Frequenz-Bandbereich des von der Lichtquelle 2 ausgesandten Lichts hat oder welches innerhalb dieses Frequenzbandbereichs liegt. Demgegenüber läßt der Filter 8 Licht eines anderen Frequenz-Bandbereichs nicht durch.The light detection device 4 is designed such that it generates an optical image only in that frequency band range which corresponds to the frequency band range of the light source or lies within the same. The camera 6 is designed in such a way that it can record light signals in the region of the entire visible spectral range in order to generate an optical image therefrom. The filter 8 connected in front of the camera 6 is designed in such a way that it only transmits light which has the frequency band range of the light emitted by the light source 2 or which lies within this frequency band range. In contrast, the filter 8 does not let light of a different frequency band range pass through.
Im Betrieb wird beim Verspleißen der beiden Lichtwellenleiter 18, 20 von der Lichtquelle 2 Licht quer zur Faserlängsrichtung in Richtung auf die Spleißstelle 22 zu geschickt, wobei das über die Spleißstelle 22 hinweg und/oder das durch diese hindurch gelangende Licht dann von der Linse 10 fokussiert auf den Filter 8 auftrifft und anschließend in gefilterter Form auf die Kamera 6 trifft, von welcher daraus eine optische Abbildung generiert wird oder sonstige dem ankommenden Licht entsprechende Lichtsignalinformationen erstellt werden. Die generierten Lichtsignalinformationen werden an die Steuervorrichtung 30 weiterleitet, von welcher dann aus diesen Informationen Steuersignale zum Steuern der Energieversorgungseinrichtung 28 und damit der Spleißmittel vor und/oder während des Spleißens ermittelt werden.In operation, when the two optical waveguides 18 , 20 are spliced, light is sent from the light source 2 transversely to the longitudinal direction of the fiber in the direction of the splice 22 , the lens 10 then focusing over the splice 22 and / or the light passing through it strikes the filter 8 and then hits the camera 6 in a filtered form, from which an optical image is generated or other light signal information corresponding to the incoming light is generated. The generated light signal information is forwarded to the control device 30 , from which control signals for controlling the energy supply device 28 and thus the splice means are then determined from this information before and / or during the splicing.
Die beim Verschweißen der Lichtwellenleiter 18, 20 erhitzten Fasern strahlen hierbei ebenfalls sichtbares Licht aus, welches jedoch hinsichtlich eines außerhalb des Frequenz-Bandbereichs des Filters 8 liegenden Bereichs von dem Filter 8 herausgefiltert wird, so daß nur jenes von den Fasern 18, 20 abgestrahlte Licht zur Kamera 6 gelangt, welches dem Frequenz- Bandbereich des Filters 8 entspricht und damit ausschließlich im Frequenz-Bandbereich der Lichtquelle 2 liegt.The heated during welding of the optical fibers 18, 20 fibers also radiate in this case visible light, which, however, with respect to an outside of the frequency band region of the filter is filtered out 8 range lying from the filter 8, so that only that light emitted by the fibers 18, 20 light arrives at the camera 6 , which corresponds to the frequency band range of the filter 8 and thus lies exclusively in the frequency band range of the light source 2 .
Im Frequenz-Bandbereich der Lichtquelle 2, der z. B. 650 bis 880 nm beträgt, ist die Gesamtlichtintensität der Lichtquelle 2 größer als die Gesamtlichtintensität des Lichts, das beim Schweißen von den auf über 1500°C erhitzten Fasern emittiert wird. Damit erfaßt die Kamera ein Gesamtlicht, das nahezu ausschließlich von dem von der Lichtquelle 2 erzeugten und an der Spleißstelle 20 vorbei und/oder durch die Spleißstelle 20 hindurch gelangenden Licht gebildet wird, welches Gesamtlicht damit ein kaum verfälschtes und somit ausreichend genaues Abbild der Spleißstelle 20 in Form von Helligkeitsunterschieden mit sich bringt.In the frequency band range of the light source 2 , the z. B. is 650 to 880 nm, the total light intensity of the light source 2 is greater than the total light intensity of the light which is emitted during welding from the fibers heated to over 1500 ° C. The camera thus detects a total light which is formed almost exclusively by the light generated by the light source 2 and passing the splice 20 and / or passing through the splice 20 , which total light is thus a hardly distorted and thus sufficiently accurate image of the splice 20 in the form of differences in brightness.
Aus diesen Informationen berechnet die CPU dann, wie oben erläutert, insbesondere Steuer- oder auch Regelsignale zur Steuerung der Energieversorgungseinrichtung 28 und damit der Spleißmittel, d. h. hier der Schweißelektroden 24, 26. Als Schweißparameter kommen insbesondere die Schweißzeit und/oder der Schweißstrom in Frage. Die von der Kamera 6 erfaßten Lichtinformationen können jedoch auch durchaus zur Ermittlung von Steuer- oder Regelsignalen für die Steuer- bzw. Regelung der Ausricht- und Halteeinrichtung 12 während des Spleißvorgangs herangezogen werden.As explained above, the CPU then uses this information to calculate, in particular, control or regulating signals for controlling the energy supply device 28 and thus the splice means, ie here the welding electrodes 24 , 26 . In particular, the welding time and / or the welding current can be considered as welding parameters. However, the light information recorded by the camera 6 can also be used to determine control or regulating signals for the control or regulation of the alignment and holding device 12 during the splicing process.
Das Funktionsprinzip der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiden in Fig. 2 und 3 dargestellten Diagramme erläutert. In den Diagrammen sind jeweils die relativen Lichtintensitäten eines von der Kamera 6 erfaßten Gesamtlichts, das sich zusammensetzt aus dem Licht, das von der Lichtquelle ausgeht, und aus dem Licht, das beim Schweißen von den erhitzten Lichtfasern ausgeht, separat über einem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 1000 nm grafisch dargestellt. Fig. 2 zeigt hierbei die von einer Kamera 6 (siehe Fig. 1) erfaßten Lichtintensitäten, wenn kein Filter 8 gemäß der Erfindung vorgeschaltet ist, und Fig. 3 zeigt die von der Kamera 6 erfaßten Lichtintensitäten, wenn der Filter 8 vorgeschaltet ist.The principle of operation of the invention is explained below using the two diagrams shown in FIGS. 2 and 3. In the diagrams, the relative light intensities of a total light captured by the camera 6 , which is composed of the light emanating from the light source and the light emanating from the heated light fibers during welding, are separately over a wavelength range of 300 nm graphically represented up to 1000 nm. Fig. 2 shows in this case of a camera 6 (see Fig. 1) light intensities detected if no filter of the invention is 8 according upstream, and Fig. 3 shows the light intensities detected by the camera 6, when the filter is connected upstream of 8.
Die Kurve 50 in Fig. 2 stellt den Verlauf der relativen Lichtintensitäten des von den Fasern an der Spleißstelle 22 beim Schweißen ausgehenden, sichtbaren Schweißlichts dar, welches sich über den Wellenlängen-Bereich von 300 bis 1000 nm erstreckt, und welches von der Kamera 6 ohne vorgeschalteten Filter komplett erfaßt wird, so daß sich hinsichtlich dieses erfaßten Schweißlichts eine Gesamtlichtintensität als Integral des gezeigten Verlaufs der Kurve 50 ergibt.The curve 50 in FIG. 2 shows the course of the relative light intensities of the visible welding light emanating from the fibers at the splice 22 during welding, which extends over the wavelength range from 300 to 1000 nm, and which from the camera 6 without Upstream filter is completely detected, so that there is a total light intensity as an integral of the curve 50 shown curve with respect to this detected welding light.
Demgegenüber bringt die nur auf dem schmalen Spektralbereich von ca. 650 nm bis 880 nm Licht ausstrahlende Lichtquelle 2 (Kurve 52), welche nach diesem Beispiel eine zentrale Wellenlänge (Mittenwellenlänge) von 750 nm und eine Halbwertsbreite von 40 nm hat, eine um den Faktor zwei kleinere Gesamtlichtintensitität mit sich.In contrast, the light source 2 (curve 52 ), which only emits light on the narrow spectral range from approx. 650 nm to 880 nm, which according to this example has a central wavelength (center wavelength) of 750 nm and a half width of 40 nm, by a factor two smaller total light intensity with it.
Die Kurve 54 in Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Bandpaßcharakteristik des Filters 8, welcher hiernach die gleiche zentrale Frequenz wie das Licht der Lichtquelle 2, nämlich eine zenrale Wellenlänge von 750 nm, und eine Halbwertsbreite von 15 nm und damit im wesentlichen nur Licht eines Wellenlängenbereich von ca. 720 nm bis 830 nm durchläßt.Curve 54 in FIG. 2 shows a preferred bandpass characteristic of filter 8 , which hereafter has the same central frequency as the light from light source 2 , namely a central wavelength of 750 nm, and a half-width of 15 nm and thus essentially only light of a wavelength range from approx. 720 nm to 830 nm.
Nach Fig. 3 ist der Filter 8 vor die Kamera 6 gelegt, so daß die Kamera 6 nur Licht innerhalb des Wellenlängenbereichs des Filters 8 erfassen kann, wohingegen die anderen Wellenlängen herausgefiltert sind. Die Kurve 56 in Fig. 3 zeigt hierbei die von der Kamera 6 mit vorgeschaltetem Filter 8 erfaßten, relativen Lichtintensitäten des von der Lichtquelle 2 ausgehenden Lichts, und die Kurve 58 in Fig. 3 zeigt die relativen Lichtintensitäten der von der Kamera 6 mit vorgeschaltetem Filter 8 erfaßten Lichtintensitäten des von den Fasern an der Spleißstelle emittierten Lichts.According to FIG. 3 of the filter 8 is laid in front of the camera 6 so that the camera 6 can detect only light within the wavelength range of the filter 8, the other wavelengths are filtered out while. The curve 56 in Fig. 3 in this case shows the captured by the camera 6 with an upstream filter 8, relative light intensities of light emanating from the light source 2, and the curve 58 in Fig. 3 shows the relative light intensities of the camera 6 with an upstream filter 8 detected light intensities of the light emitted by the fibers at the splice.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist nunmehr die Gesamtlichtintensität des von der Lichtquelle 2 ausgehenden und letztlich von der Kamera 6 erfaßten Lichts als Integral der Kurve 56 erheblich größer als die Gesamtlichtintensität des von der Spleißstelle emittierten und letztlich von der Kamera 6 erfaßten Lichts, welche sich als Integral der Kurve 58 ergibt. Bei den wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen, gewählten Werten hinsichtlich des Wellenlängenbereichs der Lichtquelle 2 und der Charakteristik des Filters 8 ist das Verhältnis der von der Kamera 6 erfaßten Lichtquellen-Lichtintensität zur Spleißstellen-Lichtintensität ca. fünf. Gegenüber der oben beschriebenen, ohne Filter 8 verwendeten Einrichtung, mit welcher ein Lichtintensitäts-Verhältnis von 0,5 erzielt wurde, ist damit ein um den Faktor zehn besseres Lichtintensitäts- Verhältnis erreicht.As can be seen from FIG. 3, the total light intensity of the light emanating from the light source 2 and ultimately detected by the camera 6, as an integral of the curve 56 , is now considerably greater than the total light intensity of the light emitted by the splice point and ultimately detected by the camera 6 , which is the integral of curve 58 . In the case of the selected values, as can be seen from FIGS. 2 and 3, with regard to the wavelength range of the light source 2 and the characteristic of the filter 8 , the ratio of the light source light intensity to the splice point light intensity detected by the camera 6 is approximately five. Compared to the device described above without filter 8 , with which a light intensity ratio of 0.5 was achieved, a light intensity ratio that is ten times better is achieved.
Mit der Erfindung ist es daher nunmehr möglich, die Fasern auch während des Spleißvorgangs mittels eines im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden Lichtquellen-Licht-Detektorsystems zu beobachten, so daß Messungen zur Überwachungen der Spleißqualität sowie auch Steuerungen der Spleißeinrichtungen, wie der Spleißmittel, d. h. der die thermische Spleißung bewirkenden Wärmequelle, und der Ausrichteinrichtungen, während des thermischen Spleißens, d. h. des Schweißens, möglich sind.With the invention it is now possible to use the fibers during the splicing process using a visible Spectral range working light source light detector system to be observed, so that measurements to monitor the Splice quality as well as controls of the splicing devices, like the splice, d. H. the thermal splice causing heat source, and the alignment devices, while thermal splicing, d. H. of welding, are possible.
Hierdurch kann letztlich insgesamt eine bessere Spleißqualität, insbesondere im Hinblick auf eine verringerte Spleißdämpfung, erzielt werden.This can ultimately result in better overall splice quality, especially with regard to reduced splice loss, be achieved.
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