DE102006058621A1 - Method for producing a light guide for an optical rotary transformer - Google Patents
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- G02B6/24—Coupling light guides
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines verspiegelten Grabens als Lichtleiter in optischen Drehübertragern umfasst die Schritte Herstellen eines Grabens in einer Trägerstruktur, galvanisches Auftragen einer Reflexionsschicht mittels einer Formanode, welche eine Kontur entsprechend der Kontur des Grabens aufweist, und Rollieren der Oberfläche, um die Oberflächenrauigkeit zu verringern.A method for producing a mirrored trench as a light guide in optical rotary transmitters comprises the steps of forming a trench in a support structure, electroplating a reflective layer by means of a shape anode having a contour corresponding to the contour of the trench, and rolling the surface to reduce the surface roughness ,
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters für einen optischen Drehübertrager, in dem Licht mittels eines verspiegelten Grabens in einer Kreisbahn abgelenkt wird.The The invention relates to a method for producing a light guide for one optical rotary transformer, in the light by means of a mirrored trench in a circular path is distracted.
Stand der TechnikState of the art
Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten, insbesondere mit einem freien Innendurchmesser sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Grundsätzlich besteht hierin das Problem, ein Mittel zum Transport von Licht entlang des Umfangs der Vorrichtung sowie geeignete Mittel zur ein- und Auskopplung von Licht zu gestalten. Zum Einsatz in Computertomografen müssen derartige Vorrichtungen große freie Innendurchmesser in einer Größenordnung von 1 Meter aufweisen. Die Umfangsgeschwindigkeit bei der Rotation kann in einer Größenordnung von 20 m/s liegen. Gleichzeitig sollten Datenraten mit über 1 Gigabit pro Sekunde (GBaud) möglich sein.For transmission optical signals between mutually rotatable units, in particular with a free inner diameter, various devices are known. in principle There is the problem herein, a means for transporting light along the scope of the device as well as suitable means for on and Decoupling of light. For use in computer tomographs have to such devices large have free inner diameters of the order of 1 meter. The peripheral speed of rotation can be on an order of magnitude of 20 m / s. At the same time, data rates should exceed 1 gigabit per second (GBaud) possible be.
In
der
Die
In
der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein optischer Drehübertrager und insbesondere ein verspiegelter Graben als Lichtleiter mit niedriger Dämpfung wirtschaftlich herstellbar ist.Of the Invention has for its object to provide a method with an optical rotary transformer and in particular a mirrored trench as a light guide with lower damping is economically producible.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.A inventive solution this Task is in the independent claims specified. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Untersuchungen haben ergeben, dass ein mit einer Goldoberfläche versehener verspiegelter Graben eine dauerhaft niedrige Durchgangsdämpfung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird daher vorzugsweise Gold als Oberflächenmaterial eingesetzt, da dieses auch nach langer Zeit kaum korrodiert. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, eine möglichst gleichmäßige Oberfläche mit geringer Rauhigkeit auf dem Graben zu erzeugen. Weiterhin hat sich Gold bei infraroten optischen Signalen als Material für die Reflexionsschicht aufgrund seiner hervorragenden Reflexionseigenschaften bestens bewährt. Entsprechend können aber auch für andere Wellenlängen andere geeignete Materialien wie beispielsweise Silber oder Kupfer eingesetzt werden.investigations have revealed that a mirrored trench provided with a gold surface a permanently low insertion loss allows. Therefore, according to the invention preferably gold as surface material used, since this hardly corroded even after a long time. An essential Aspect of the invention is to have as uniform a surface as possible to produce low roughness on the trench. Furthermore, gold has with infrared optical signals as the material for the reflection layer due Its excellent reflection properties are well proven. Corresponding can but also for other wavelengths other suitable materials such as silver or copper be used.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Herstellen eines Grabens in einer Trägerstruktur,
- – Galvanisches Auftragen einer Reflexionsschicht mittels einer Formanode, welche eine Kontur entsprechend der Kontur des Grabens aufweist;
- – Rollieren der Oberfläche, um die Oberflächenrauhigkeit zu verringern.
- Producing a trench in a support structure,
- - Galvanisches applying a reflection layer by means of a shape anode, which has a contour corresponding to the contour of the trench;
- - Rolling the surface to reduce the surface roughness.
Bevorzugterweise besteht die Trägerstruktur aus Metall, besonders bevorzugt aus Messing oder Aluminium. Ebenso kann die Trägerstruktur aber auch metallisiertes oder zumindest mit einer leitenden Oberfläche beschichtetes Isolatormaterial wie einen Kunststoff umfassen. Die Reflexionsschicht hat die Funktion einer Verspiegelung der Oberfläche, an deren sich das optische Signal durch mehrfache Reflexionen entlang des Umfangs ausbreiten kann.preferably, consists of the support structure Metal, more preferably brass or aluminum. Likewise the support structure but also metallized or at least coated with a conductive surface Insulator material such as a plastic include. The reflection layer has the function of a mirroring of the surface on which the optical Propagate signal through multiple reflections along the circumference can.
Die Formanode wird meist als Anode betrieben und umfasst ein geeignetes Anodenmaterial, bevorzugt ein festes Material, besonders bevorzugt einem Metall, wie beispielsweise Edelstahl, welches der Kontur des Grabens angepasst ist.The Formanode is usually operated as an anode and includes a suitable Anode material, preferably a solid material, more preferably a metal, such as stainless steel, which corresponds to the contour of the Grabens is adjusted.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Formanode als Tamponelektrode ausgebildet und umfasst ein vorzugsweise elastisches und vorzugsweise saugfähiges Material zur Aufnahme von Elektrolyt. Eine solche Formanode kann beispielsweise ein Baumwollvlies, vorzugsweise aber einen Glasfaservlies umfassen.In a further advantageous embodiment of the invention is the Form anode formed as a tampon electrode and comprises a preferably elastic and preferably absorbent material for receiving of electrolyte. Such a form anode may be, for example, a cotton fleece, but preferably comprise a glass fiber fleece.
Alternativ kann eine Tamponelektrode auch einen festen Träger aufweisen, der wiederum eine leitfähige Oberfläche aufweist. Diese kann ebenfalls eine Baumwollvlies, vorzugsweise aber ein Glasfaservlies umfassen.alternative For example, a tampon electrode may also have a solid support, which in turn a conductive surface having. This can also be a cotton fleece, preferably but include a fiberglass fleece.
Die Galvanisierungs-Stromquelle wird zwischen der Formanode und der Trägerstruktur angeschlossen, wobei typischerweise die Formanode die Anode und die Trägerstruktur die Katode ist.The Galvanization power source is between the anode and the support structure connected, wherein typically the anode form the anode and the support structure the cathode is.
Das Rollieren erfolgt mittels eines rotationssymmetrischen Werkzeugs, welches der Kontur des Spiegelgrabens angepasst ist, und entlang des Grabens in diesem abgerollt wird. Bevorzugt wird das Werkzeug mittels einer konstanten Anpresskraft in den Graben gedrückt. Hierzu wird das Werkzeug vorzugsweise mittels einer Feder angedrückt. Besonders günstig ist eine aktive Federkraftsteuerung.The Rolling takes place by means of a rotationally symmetrical tool, which is adapted to the contour of the mirror trench, and along of the trench being unrolled in this. The tool is preferred pressed into the trench by means of a constant contact force. For this the tool is preferably pressed by means of a spring. Especially Cheap is an active spring force control.
Besonders günstig ist es, wenn ein zusätzlicher Schritt des Rollierens vor dem Auftragen der Reflexionsschicht und vorteilhafterweise vor dem Auftragen einer optionalen Sperrschicht erfolgt. Dadurch wird die Kontur des Spiegelgrabens exakt an die Geometrie des Werkzeugs angepasst und somit die Toleranzen minimiert. Vorteilhafterweise erfolgen nun die galvanische Beschichtung mit der Reflexionsschicht sowie ein weiterer Schritt des Rollierens in derselben Aufspannung beziehungsweise auf einem Werkstückträger, so dass der Schritt des Rollierens nach dem Auftrag der Reflexionsschicht mit minimalen Toleranzen in Bezug auf den Spiegelgraben erfolgen kann. Vorteilhafterweise wird für diesen Schritt des Rollierens ein in seinen Abmessungen um die mittlere Dicke der Reflexionsschicht reduziertes rotationssymmetrisches Werkzeug eingesetzt.Especially Cheap is it, if an additional Step of rolling before applying the reflective layer and advantageously before applying an optional barrier layer he follows. As a result, the contour of the mirror trench is exactly to the Adjusted geometry of the tool and thus minimizes the tolerances. Advantageously, the galvanic coating now takes place with the reflective layer and another step of rolling in the same clamping or on a workpiece carrier, so that the step of rolling after the application of the reflective layer with minimal tolerances with respect to the mirror trench can. Advantageously, for this step of rolling one in its dimensions around the middle one Thickness of the reflection layer reduced rotationally symmetric tool used.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens weist einen zusätzlichen Schritt des Beschichtens der Oberfläche des Grabens mit einem leitfähigen Trägermaterial auf, falls die Trägerstruktur keine leitfähigen Oberfläche aufweist. Dieser Verfahrensschritt wird nach dem Herstellen des Grabens und vor dem galvanischen Auftragen der Reflexionsschicht ausgeführt.A further advantageous embodiment of the method has an additional Step of coating the surface of the trench with a conductive substrate on, if the support structure no conductive surface having. This process step is after the production of the Trenching and before the galvanic application of the reflective layer executed.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird noch vor dem Auftragen der Reflexionsschicht eine Sperrschicht, vorzugsweise umfassend Nickel, aufgetragen. Der Auftrag erfolgt hier auch vorzugsweise galvanisch. Die Sperrschicht verhindert eine Diffusion der Reflexionsschicht in den Untergrund der Trägerstruktur sowie eine Diffusion des Materials der Trägerstruktur oder einer darauf befindlichen Schicht in die Reflexionsschicht. Insbesondere die zweite Art der Diffusion würde zu einer Beeinträchtigung der Reflexionseigenschaften der Reflexionsschicht führen. Daher muss diese wirkungsvoll verhindert werden.In Another embodiment of the method is even before the application the reflective layer comprises a barrier layer, preferably comprising nickel, applied. The order is also preferably galvanic here. The barrier layer prevents diffusion of the reflection layer in the underground of the support structure and diffusion of the material of the support structure or one thereon located layer in the reflective layer. especially the second type of diffusion would to an impairment the reflection properties of the reflective layer lead. Therefore this must be effectively prevented.
In einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt nach dem Rollieren noch ein Polieren der Oberfläche des Grabens.In another embodiment of the method is carried out after the rolling another polishing of the surface of the trench.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Formanode derart ausgestaltet, dass sie zu Kanten der Grabenkontur einen größeren Abstand als zu den Flächen der des Grabens einhält. Bei einem gleichmäßigen Abstand der Formanode zum Graben würde an Stellen mit Kanten aufgrund der höheren Stromkonzentration ein verstärkter Auftrag von Material erfolgen. Um dies zu kompensieren, wird der Abstand der Formanode an diesen Stellen vergrößert.In a further advantageous embodiment of the invention is the Form anode designed such that it to edges of the trench contour a greater distance as to the surfaces that of the ditch. at a uniform distance the mold anode would ditch at locations with edges due to the higher current concentration reinforced Order of material done. To compensate for this, the Increased the distance of the anode form at these points.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Formanode weist diese isolierte Bereiche auf, durch die kein Strom fließen kann, so dass eine teilweise Galvanisierung der Oberfläche des Grabens möglich ist.In a further advantageous embodiment of the form anode has this isolated areas through which no current can flow so that a partial galvanization of the surface of the trench is possible.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Galvanisierung von grabenförmigen Oberflächen umfasst eine Formanode, welche in der Umgebung von Kanten und/oder Vorsprüngen des Grabenprofils einen größeren Abstand zum Graben aufweist, als zu den Oberflächen des Grabens.A inventive device for the galvanization of trench-shaped surfaces comprises a shape anode, which in the vicinity of edges and / or projections the trench profile a greater distance for digging, as to the surfaces of the trench.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Formanode in einer Halterung aufgenommen, welche einen gleichmäßigen Abstand der Formanode zur Oberfläche des Grabens gewährleistet. Diese Halterung kann beispielsweise die Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine sein. Da gattungsgemäße Drehübertrager zur Führung des zweiten Lichtkopplers eine hydrostatische oder hydrodynamische Lagerung aufweisen, kann diese auch zur Führung und/oder Lagerung der Formanode verwendet werden. So weist die Formanode vorzugsweise ebenso wie der zweite Lichtkoppler eine solche Lagerung auf. Da die Bewegungsgeschwindigkeiten bei der Galvanisierung wesentlich geringer als die Geschwindigkeiten im Betrieb der Vorrichtung sind, kann die Formanode auch auf der Trägerstruktur gleiten. Hierzu sind vorteilhafterweise Gleitlagerflächen an der Formanode vorgesehen.In In a further embodiment of the invention, the shape anode is in taken a bracket, which a uniform distance the form anode to the surface the trench ensured. These Holder can, for example, the tool spindle of a machine tool be. As generic rotary transformer to the leadership the second light coupler a hydrostatic or hydrodynamic Have storage, this can also lead to and / or storage of Formanode can be used. Thus, the form anode preferably also like the second light coupler on such storage. Because the movement speeds during galvanization much lower than the speeds are in operation of the device, the anode can also on the support structure slide. For this purpose, advantageously sliding bearing surfaces provided the form anode.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine automatische Vorschubeinrichtung vorgesehen, welche die Formanode gegenüber dem Graben bewegt.In Another embodiment of the invention is an automatic one Feed device provided which the mold anode with respect to the trench emotional.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung der Bewegung der Formanode in Abhängig keit von zumindest einem der folgenden Parameter Galvanisationsfortschritt, Stromstärke, Anodenspannung, Abstand der Formanode vom Graben gesteuert wird.A Another embodiment of the invention provides that the controller the movement of the anode of the mold as a function of at least one the following parameters galvanization progress, current, anode voltage, Distance of the anode shape is controlled by the trench.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Galvanisationsstrom in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewegung zwischen Formanode und Graben gesteuert.In a further embodiment of the inventions The galvanization current is controlled as a function of the speed of movement between the anode and the trench.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Mittel zur Zufuhr beziehungsweise Abfuhr eines Elektrolyts vorgesehen sind. So ist bevorzugter Weise in Bewegungsrichtung vor der Formanode ein Schlauch oder ein Rohr zur Zuführung von Elektrolyt. Hinter der Formanode ist ein weiterer Schlauch oder ein weiteres Rohr zur Absaugung von Elektrolyt.A Further embodiment of the invention provides that means for supply or removal of an electrolyte are provided. So is preferably in the direction of movement in front of the anode mold a hose or a pipe to the feeder of electrolyte. Behind the form anode is another hose or another tube for the extraction of electrolyte.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens eine Reinigungseinheit, sowie eine Aufnahmeeinrichtung für die Formanode und einen Antrieb, um die Trägerstruktur in eine kontinuierliche Drehbewegung zu versetzen. Optional ist noch eine Lagerung beziehungsweise Aufhängung der Trägerstruktur vorgesehen. Die Reinigungseinheit ist derart angeordnet, dass sie bei einer kontinuierlichen Drehbewegung der Trägerstruktur vor der Formanode die zu galvanisierenden Stellen passiert beziehungsweise reinigen kann.A inventive device to carry out of the method according to the invention at least one cleaning unit, and a receiving device for the Formanode and a drive to the support structure in a continuous To move the rotary motion. Optional is still a storage or suspension the support structure intended. The cleaning unit is arranged such that they in a continuous rotational movement of the support structure in front of the anode of the form passes through or cleans the areas to be electroplated can.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.The Invention will be described below without limiting the general inventive concept of exemplary embodiments described by way of example with reference to the drawings.
- 11
- Sendeeinheittransmission unit
- 22
- Empfangseinheitreceiver unit
- 33
- Lichtleiteroptical fiber
- 44
- Lichtkoppler (Sendeeinheit)light coupler (Transmission unit)
- 55
- Lichtkoppler an der zweiten Einheitlight coupler at the second unit
- 66
- Drehachse der Drehung zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheitaxis of rotation the rotation between transmitting unit and receiving unit
- 77
- Lichtleitende FaserPhotoconductive fiber
- 88th
- Aktuatoractuator
- 99
- Sensorsensor
- 1010
- Steuereinheitcontrol unit
- 1111
- Referenzspurreference track
- 1313
- Absorberabsorber
- 2020
- zweite Lagerflächesecond storage area
- 2121
- erste Lagerflächefirst storage area
- 3232
- Lichtstrahlbeam of light
- 4040
- Auswerteeinheitevaluation
- 4141
- Zentrale Steuereinheitheadquarters control unit
- 5050
- verspiegelter Grabenmirrored dig
- 5151
- Trägerstruktursupport structure
- 5252
- Formanodeform anode
- 5353
- Ausnehmung an der Formanoderecess at the form anode
- 5454
- Kante an der Trägerstrukturedge on the support structure
- 5555
- Grabendig
- 6060
- Drehrichtungdirection of rotation
- 6161
- Aufnahmeeinrichtungrecording device
- 6262
- Reinigungseinheitcleaning unit
- 6363
- Zuführungsleitungfeed pipe
- 6464
- Absaugleitungsuction
- 6565
- Elektrolytkanalelectrolyte channel
Claims (17)
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