DE10261108A1

DE10261108A1 - Vorrichtung zur Kopplung von Lichtleitkabeln

Info

Publication number: DE10261108A1
Application number: DE2002161108
Authority: DE
Inventors: Lutz Joho; Holger Alder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung von Lichtleitkabeln (1, 2), bei dem ein erstes Lichtleitkabel (1) und ein zweites Lichtleitkabel (2) mit einer Grund- bzw. einer Gegenplatte (3, 4) fest gekoppelt ist. Erfindungsgemäß weisen Grund- und Gegenplatte (3, 4) jeweils ein Spiegelsystem (5, 6, 7, 8) auf, das derart in der Grund- bzw. Gegenplatte (3, 4) angeordnet ist, dass in einem Zustand, in dem Grund- und Gegenplatte (3, 4) miteinander gekoppelt sind, aus dem ersten Lichtleitkabel (1) austretende Lichtstrahlen in das zweite Lichtleitkabel (2) eingekoppelt werden und umgekehrt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung von Lichtleitkabeln, bei dem ein erstes Lichtleitkabel und ein zweites Lichtleitkabel mit einer Grund- bzw. einer Gegenplatte fest gekoppelt ist.
Hochleistungslaser werden in der Industrie beispielsweise zum Schweißen, Bohren, Löten, Schneiden, Abtragen oder Beschichten eingesetzt. Im Automobilbau werden Laser insbesondere zum Schweißen und Schneiden von Karosserieblechen verwendet. Bei einem Einsatz eines Roboters, beispielsweise eines Schweiß- oder Löt-Roboters, ist in der Regel eine Laseroptik am Roboter befestigt, die je nach Anwendungsgebiet des Roboters ausgewechselt werden kann. Laserstrahlung wird der Optik über Lichtleitkabel zugeführt, wodurch eine Platzierung des Lasers an einer Stelle fern von der Optik ermöglicht wird. Um die kohärente Laserstrahlung möglichst verlustfrei an die Optik zu übertragen, ist eine hochgenaue Kopplung von Lichtleitkabeln untereinander und von einem Lichtleitkabel und dem Laser bzw. der Optik erforderlich. Bereits kleinste Ungenauigkeiten bei der Kopplung können zu starken Energieverlusten der an die Laseroptik übertragenen Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen führen. Insbesondere bei auswechselbaren Laseroptiken ist daher die Kopplung von einem Lichtleitkabel mit einer Laseroptik kritisch. Auf Grund der aufwändigen Justage der Kopplung nach einem Auswechseln der Laseroptik verzögert sich der Wechsel und erfordert zum Teil manuelles Nachjustieren.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Kopplung von Lichtleitkabeln anzugeben, die einfach zu handhaben ist, insbesondere kein aufwändiges manuelles Nachjustieren erfordert.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Nach der Erfindung ist ein erstes Lichtleitkabel mit einer Grund- und ein zweites Lichtleitkabel mit einer Gegenplatte festgekoppelt. Erfindungsgemäß weisen nun Grund- und Gegenplatte jeweils ein Spiegelsystem auf. Das Spiegelsystem ist in der Grund- bzw. Gegenplatte derart angeordnet, dass in einem Zustand, in dem Grund- und Gegenplatte miteinander gekoppelt sind, aus dem ersten Lichtleitkabel austretende Laserstrahlen in das zweite Lichtleitkabel eingekoppelt werden und umgekehrt. Eine derartige Vorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft bei einem Industrieroboter einsetzen, wie er beispielsweise im Automobilbau zum Schweißen oder Löten eingesetzt wird. Hier ermöglicht die Erfindung aufgrund ihrer einfachen Handhabung ein schnelles Auswechseln von Laseroptik bzw. Laser, das zudem prinzipiell automatisiert werden kann. Durch das Umlenken von Lichtstrahlen durch das in der Grund- und der Gegenplatte eingebaute Spiegelsystem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr flexibel in der industriellen Fertigungstechnik einsetzbar. Beispielsweise können verschiedene Laseroptiken, die für unterschiedliche Aufgaben in der industriellen Fertigungstechnik eingesetzt werden, jeweils mit einer Gegenplatte versehen werden. Diese kann wiederum mit einer Grundplatte gekoppelt werden, die über ein erstes Lichtleitkabel mit einem Hochleistungslaser verbunden ist. Abhängig vom Einsatzgebiet kann nun eine bestimmte Laseroptik ausgewählt und schnell sowie einfach mit dem Hochleistungslaser gekoppelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes der Spiegelsysteme einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel auf. Der erste Spiegel ist hierbei zum Ein- und Auskoppeln von Lichtstrahlen in einen Stecker des Lichtleitkabels vorgesehen. Der zweite Spiegel dient dagegen zum Umlenken von Lichtstrahlen auf einen zweiten Spiegel eines gegenüberliegenden Spiegelsystems einer entsprechenden Grund- oder Gegenplatte im gekoppelten Zustand. Durch den ersten und zweiten Spiegel werden die Lichtstrahlen derart umgelenkt, dass sie für weitere Prozesse genutzt werden können, insbesondere für das Übertragen in eine entsprechende Grund- bzw. Gegenplatte, die wiederum mit einem Lichtleitkabel gekoppelt ist. Mit diesem System können verschiedene Grund- bzw. Gegenplatten für verschiedene Prozesse genutzt werden.
Um eine möglichst problemlose Kopplung von Grund- und Gegenplatte zu ermöglichen, weisen die Grund- und Gegenplatte jeweils eine Glasplatte zum Schutz der Spiegelsysteme auf. Eine nahezu wartungsfreie Koppelvorrichtung kann dadurch ermöglicht werden, dass die Glasplatten mit Dichtmaterial versehen sind, um ein Eindringen von Schmutz und Staub in die Spiegelsysteme zu verhindern. Bei dieser Ausführungsform müssen nur ab und zu die Oberflächen der Glasplatten, die der Umgebung ausgesetzt sind, gereinigt werden, um Lichtstrahlen möglichst verlustfrei von der Gegen- zur Grundplatte und umgekehrt übertragen zu können.
Bei einer für den rauen industriellen Einsatz besonders geeigneten Vorrichtung sind die Lichtleitkabel mit der Grund- bzw. Gegenplatte jeweils durch eine Schraubverbindung verbunden. Zum einen bietet eine Schraubverbindung eine hohe Justagepräzision von Fasern der Lichtleitkabel, zum Anderen sind Schraubverbindungen besonders belastbar, was insbesondere für den industriellen Einsatz erforderlich ist.
Schließlich kann die Grundplatte an einem Roboter montiert sein, insbesondere an diesen angeschraubt oder angeschweißt sein.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung für ein erstes und ein zweites Lichtleitkabel 1 bzw. 2. Jedes der beiden Lichtleitkabel 1 und 2 umfasst jeweils eine Lichtleitfaser 10 bzw. 11 und einen Lichtleitkabelstecker 12 bzw. 13, der mittels einer Schraubverbindung 14 bzw. 15 mit einer Grundplatte 3 bzw. einer Gegenplatte 4 verbunden ist. Die beiden Platten 3 und 4 dienen zur Kopplung der beiden Lichtleitkabel 1 und 2.
Die Grundplatte 3, die im Schnitt dargestellt ist, weist ein erstes Spiegelsystem mit einem ersten und einem zweiten Spiegel 5 bzw. 6 auf. Der erste Spiegel 5 dient zum Ein- und Auskoppeln von Lichtstrahlen 9, insbesondere von Laserstrahlung, in das bzw. aus dem erste (n) Lichtleitkabel 1. Der zweite Spiegel 6 dient zum Umlenken von Lichtstrahlen im Strahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Gegenplatte 4 weist ein zweites Spiegelsystem mit einem ersten Spiegel 8 und einem zweiten Spiegel 7 auf. Die Funktion des ersten Spiegels 8 entspricht dabei der Funktion des ersten Spiegels 5 des ersten Spiegelsystems in der Grundplatte 3. Der zweite Spiegel 7 des zweiten Spiegelsystems besitzt die gleiche Funktion wie der zweite Spiegel 6 des ersten Spiegelsystems.
Im folgenden wird die Funktion der zweiten Spiegel 6 und 7 anhand des Strahlengangs in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Der Strahlengang ist durch die gestrichelt dargestellten Lichtstrahlen 9 angedeutet. Ausgehend davon, dass das erste Lichtleitkabel 1 mit einem Hochleistungslaser verbunden ist, koppelt der erste Spiegel 5 des ersten Spiegelsys tems in der Grundplatte 3 Lichtstrahlen 9 in den Strahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein. Die Lichtstrahlen 9 werden vom zweiten Spiegel 7 des zweiten Spiegelsystems in der Gegenplatte 4 derart umgelenkt, dass sie auf den zweiten Spiegel 6 des ersten Spiegelsystems in der Grundplatte treffen. Der zweite Spiegel 6 des ersten Spiegelsystems lenkt die Lichtstrahlen 9 wiederum derart um, dass sie auf den ersten Spiegel 8 des zweiten Spiegelsystems treffen und ihn in das zweite Lichtleitkabel 2 von diesem eingekoppelt werden. Die Spiegel 5 bis 8 sind ähnlich wie Konkavlinsen ausgebildet. Insbesondere sind die zweiten Spiegel 6 und 7 derart ausgebildet, dass deren Brennpunkte etwa in Ebenen liegen, in denen sich die ersten Spiegel 5 bzw. 8 befinden, wenn die Grundplatte 3 und die Gegenplatte 4 miteinander gekoppelt sind.
Die Spiegelsysteme der Grundplatte 3 und der Gegenplatte 4 sind jeweils durch eine Glasplatte 16 bzw. 17 vor dem Eindringen von Schmutz und Staub geschützt. Hierzu ist die Glasplatte 16 bzw. 17 mit einem Dichtmaterial insbesondere an ihrem Randbereich versehen, um den Raum, in dem sich das Spiegelsystem in der Grundplatte 3 bzw. der Gegenplatte 4 befindet, nahezu hermetisch abzuriegeln.
Die Grundplatte 3 kann beispielsweise an einem (Industrie-)Roboter, beispielsweise einem Führungssystem für eine Schweißvorrichtung in der Automobilindustrie montiert sein. Die Gegenplatte 4 wiederum kann mit einer Laseroptik über das zweite Lichtleitkabel 2 verbunden sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine einfache Handhabung im industriellen Einsatz, insbesondere das schnelle und einfache Auswechseln der Laseroptik.

1: Erstes Lichtleitkabel
2: Zweites Lichtleitkabel
3: Grundplatte
4: Gegenplatte
5: Erster Spiegel des ersten Spiegelsystems
6: Zweiter Spiegel des ersten Spiegelsystems
7: Zweiter Spiegel des zweiten Spiegelsystems
8: Erster Spiegel des zweiten Spiegelsystems
9: Lichtstrahlen
10: Lichtleitfaser
11: Lichtleitfaser
12: Lichtleitkabelstecker
13: Lichtleitkabelstecker
14: Schraubverbindung
15: Schraubverbindung
16: Glasplatte
17: Glasplatte

Claims

Vorrichtung zur Kopplung von Lichtleitkabeln (1, 2), bei dem ein erstes Lichtleitkabel (1) und ein zweites Lichtleitkabel (2) mit einer Grund- bzw. einer Gegenplatte (3, 4) fest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Grund- und Gegenplatte (3, 4) jeweils ein Spiegelsystem (5, 6, 7, 8) aufweisen, das derart in der Grund- bzw. Gegenplatte (3, 4) angeordnet ist, dass in einem Zustand, in dem Grund- und Gegenplatte (3, 4) miteinander gekoppelt sind, aus dem ersten Lichtleitkabel (1) austretende Lichtstrahlen in das zweite Lichtleitkabel (2) eingekoppelt werden und umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spiegelsystem einen ersten Spiegel (5, 8), der zum Ein- und Auskoppeln von Lichtstrahlen (9) in einen Stecker (12, 13) des Lichtleitkabels (1, 2) vorgesehen ist, und einen zweiten Spiegel (6, 7) aufweist, der zum Umlenken von Lichtstrahlen (9) auf den zweiten Spiegel (6, 7) eines gegenüberliegenden Spiegelsystems vorgesehen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Grundund Gegenplatte (3, 4) jeweils eine Glasplatte (16, 17) zum Schutz der Spiegelsysteme (5, 6, 7, 8) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasplatten (16, 17) mit Dichtmaterial versehen sind, um ein Eindringen von Schmutz und Staub in die Spiegelsysteme (5, 6, 7, 8) zu verhindern.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitkabel (1, 2) mit der Grund- bzw. Gegenplatte (3, 4) jeweils durch eine Schraubverbindung (14, 15) verbunden sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (3) an einem Roboter montiert ist.