DE3727109C2 - Verfahren zum Justieren und Befestigen von zwei Körpern und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren und Befestigen von zwei Körpern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei dem Justieren und Befestigen von Körpern, die Bestandteile von Lichtwel­ lenleiter-Anordnungen sind. Bei derartigen Anordnungen ist es z. B. nötig, daß zwei Körper derart relativ zueinander justiert und miteinander verbunden werden, daß die maximal zulässigen Abweichungen von einer idealen Montage in einem Bereich von 0,1 µm bis 0,5 µm liegen. Dieses wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Aus der DE 35 42 020 A1 ist es bekannt, zunächst einen Halbleiterlaser auf einem ersten Körper, z. B. einem Würfel aus Stahl mit einer Kantenlänge von ungefähr 4 mm zu be­ festigen, z. B. durch Löten oder Bonden, und einen Licht­ wellenleiter, insbesondere einen Monomode-Lichtwellenlei­ ter aus Quarzglas, auf einem zweiten Körper, z. B. ebenfalls einem Würfel aus Stahl mit einer Kantenlänge von 4 mm, zu be­ festigen, z. B. ebenfalls durch Löten. Dieses geschieht z. B. dadurch, daß der Lichtwellenleiter zunächst in ein dünnes Metallröhrchen eingelötet wird, das anschließend auf dem zweiten Körper befestigt wird, z. B. durch Löten oder Laserschweißen. Derartige metallische Gefügeverbindungen sind vorteilhafterweise zuverlässig, alterungsbeständig und schnell durchführbar, insbesondere bei einer indu­ striellen Massenfertigung. Die derart montierten zwei Anordnung (Halbleiterlaser auf erstem Körper sowie Licht­ wellenleiter auf zweitem Körper) können nun in einer kostensparenden Zwischenprüfung unabhängig voneinander auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft werden. Nach der Zwischenprüfung ist es dann erforderlich, die zwei Körper so zu justieren und anschließend miteinander zu verbinden, daß das von dem Halbleiterlaser ausgesandte Licht mög­ lichst verlustarm in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Dabei muß der bereits erwähnte Toleranzbereich von 0,1 µm bis 0,5 µm eingehalten werden.

Ein derartiger Justier- und Fixiervorgang ist zwar prin­ zipiell möglich. Dieser erfordert jedoch möglicherweise hochqualifiziertes Personal sowie einen hohen Zeitaufwand und ist daher in nachteiliger Weise kostenungünstig ins­ besondere bei einer industriellen Massenproduktion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend zu verbessern, daß ein kostengünstiger hochgenauer sowie automatisierbarer Justier- und Fixiervorgang zweier Körper möglich wird, insbesondere bei einer industriellen Massenfertigung. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Patentanspruch 1, eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens im Patentanspruch 5 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das wesentliche der Erfindung vorausgehende Problem liegt in der Handhabung der zu verbindenden Körpers beispielsweise innerhalb solcher Manipula­ toren, wo die Körper den Bewegungen der Manipulator-Mechanik in Form definierter Verschiebungen präzise folgen sollen. Hierfür ist eine möglichst feste Verankerung der Körper in Halterungen der Manipulatoren erforderlich, welche häufig umständlich und aufwendig ist und insbesondere hinsichtlich der präzise paral­ lelen Ausrichtung der aneinanderliegenden Flächen der zu verbin­ denden Körper Probleme aufwirft.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Körpern eine metallische Gefügeverbindung, die keine nachfolgenden Reinigungsvorgänge erfordert, möglich wird.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die metallische Gefügeverbindung sehr schnell ausführbar ist, so daß in erwünschter Weise hohe Taktzeiten bei einer industriellen Massenfertigung möglich sind.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß die bei der Gefügeverbindung entstehende Wärmemenge derart steuer- und/oder regelbar ist, daß eine Beschädigung der auf den Körpern befestigten Bauteile vermieden wird, denn es treten keine unzulässigen Temperaturen auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine sche­ matische Zeichnung.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen Teilansichten einer beispielhaften Anordnung zur Erläuterung der Erfin­ dung. In Fig. 1 sind zwei Körper 1, 2 dargestellt, z. B. die eingangs erwähnten Würfel aus Stahl gemäß der DE-OS 35 42 020. Lediglich zum besseren Verständnis des Ver­ fahrens wird der Körper 2 als ortsfest angenommen, während der Körper 1 als beweglicher zu justierender Körper be­ trachtet wird. Mit den Bezugszeichen 3, 4 sind zwei Hal­ terungen für die Körper 1, 2 bezeichnet, wobei die Halte­ rung ortsfest angeordnet ist, während die Halterung 3 beweglich ist, z. B. so, daß nahezu beliebige räumliche Translationsbewegungen sowie eine Rotationsbewegung um die Mittelachse 5 ausführbar sind. Die Halterungen 3, 4 sind als kegelförmige Saugdüsen ausgebildet und besitzen je­ weils einen als Bohrung ausgebildeten Saugkanal 6, 7, an den über Anschlußstutzen 8, 9 eine Vakuumpumpe, z. B. eine sogenannte Vorvakuumpumpe, anschließbar ist. Die Saug­ kanäle 6, 7 enden in jeweils einer Ringschneide 10, 11, welche den Körpern 1, 2 zugewandt sind. Bei dieser Anord­ nung sind zumindest die Ringschneiden 10, 11 aus einem Material, z. B. gehärteter Werkzeugstahl hergestellt, das härter ist als das Material der Körper 1, 2, die z. B. aus Kupfer oder ungehärtetem Stahl bestehen. Die Körper 1, 2 besitzen an ihren einander zugewandten Seiten 12, 13 im wesentlichen ebene Flächen, die ein gegenseitiges Gleiten ermöglichen. Die übrigen Flächen der Körper 1, 2 können nahezu beliebig ausgebildet sein, es ist keine kostenintensive Oberflä­ chenbearbeitung, z. B. Polieren, erforderlich. Außerdem werden vorteilhafterweise keine hohen Anforderungen an die Formgenauigkeit der Körper 1, 2 gestellt. So kann z. B. zwischen den Flächen 13, 14 ein Winkelfehler vorhanden sein, d. h. die Flächen 13, 14 sind nicht parallel zueinan­ der. Weiterhin ist es vorteilhafterweise zulässig, daß die Ringschneiden 10, 11 nicht genau senkrecht auf der Mittel­ achse 5 stehen und/oder daß die Ringschneiden 10, 11 Verschleißerscheinungen, z. B. sogenannten Kantenausbrüche und/oder Welligkeit, besitzen. Derartige Fehler, die insbesondere bei einer industriellen Massenfertigung auftreten, haben in weiten Grenzen nahezu keinen Einfluß auf den im folgenden beschriebenen Justier- sowie Fixier­ vorgang. Für den Justiervorgang werden die Körper 1, 2 mit ihren sich berührenden Flächen 12, 13 zunächst zwischen die beiden Ringschneiden 10, 11 gesetzt. Die Halterungen 3, 4 werden anschließend in Richtung der Pfeile 15, 16 derart zueinander bewegt, daß zumindest in die Fläche 14 eine Ringnut 17 (Fig. 3, 4) mechanisch eingeprägt wird. In Abhängigkeit von den vorhandenen Formfehlern der Körper 1, 2 und/oder der Ringschneiden 10, 11 wird die Ringnut 17 daher unterschiedlich tief sein (Fig. 3, 4). Die Ringnut 17 sollte jedoch vorteilhafterweise so tief sein, daß insbesondere zwischen dem zu justierenden Körper 1 und der beweglichen Halterung 3 ein guter mechanischer Form­ schluß sowie eine im wesentlichen vakuumdichte Abdichtung vorhanden ist. Anschließend wird zumindest der Saugkanal 7 evakuiert, so daß zumindest der zu justierende Körper 1 formschlüssig und fest an der beweglichen Halterung 3 angesaugt ist. Es ist zweckmäßig, den Durchmesser D der Ringnut 17 möglichst groß zu wählen, damit der Körper 1 durch den Luftdruck mit einer möglichst großen Kraft gegen die Ringschneide 11 gepreßt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsteht während des Prägevorganges an dem Körper 2 ebenfalls eine Ringnut, so daß der Körper 3 mit Hilfe des evakuierten Saugkanals 6 an der Halterung 4 gehalten wird. Nach diesem Prägevorgang sitzen die Körper 1, 2 fest (durch das Vakuum) und verrutschsicher (durch Ringschneiden) an den Halterungen 3, 4. Außerdem ist eine Ausrichtung bezüglich der Flächen 12, 13 vorhanden. Nun wird zumindest die bewegliche Halterung 3 entgegen der Pfeilrichtung 15 bewegt, z. B. um einige µm, so daß zwi­ schen den Flächen 12, 13 ein Luftspalt entsteht. Die Körper 1, 2 können dann durch Bewegen der beweglichen Halterung 3 in gewünschter Weise zueinander justiert werden. Danach werden die Körper 1, 2 wieder gegeneinander gepreßt und fixiert, vorzugsweise durch Laserschweißen. Auf diese Weise sind Justier- und Fixiervorgänge in dem eingangs erwähnten Toleranzbereich von 0,1 µm bis 0,5 µm erreichbar.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend­ bar. Beispielsweise ist es möglich, statt der Ringschnei­ den 10, 11 ebene Flächen zu verwenden, die derart struk­ turiert sind, z. B. drei Spitzen besitzen, daß ein ver­ rutschsicheres Prägen der Körper 1, 2 möglich wird. In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Halterungen 3, 4 kardanisch beweglich anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, die Körper 1, 2 durch Kleben und/oder Löten oder ein anderes Verbindungsverfahren zu verbinden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Justieren und Befestigen von zwei Körpern, die in Halterungen befestigt sind, wobei mindestens eine der Halte­ rungen beweglich ist, bei welchen die Körper durch Bewegung der beweglichen Halterung entlang von im wesentlichen ebenen, einan­ der zugewandten Flächen der beiden Körper zueinander justiert und anschließend durch eine Klebeverbindung und/oder eine metallische Gefügeverbindung miteinander verbunden werden dadurch gekennzeichnet,

• - daß zumindest die bewegliche Halterung (3) an ihrer dem zu justierenden Körper (1) zugewandten Seite derart strukturiert ist, daß eine mechanische Prägung des zu justierenden Körpers (1) ermöglicht wird,
• - daß die Körper (1, 2) mit Hilfe der Halterung (3, 4) derart gegeneinander gedrückt werden, daß zumindest der zu justierende Körper (1) derart geprägt wird, daß ein mechanischer Formschluß zwischen dem zu justierenden Körper (1) und der beweglichen Halterung (3) entsteht,
• - daß danach die Justierung und Verbindung der Körper erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der zu justierende Körper (1) an die bewegliche Halterung (3) angesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1, 2) zumindest während des Verbindens gegeneinander gepreßt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der Körper (1, 2) durch Laserschweißen erfolgt.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die bewegliche Halterung (3) als Saugdüse, die an ihrer dem zu justierenden Körper (1) zugewandten Seite eine Ringschneide (11) besitzt, ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Ringschneide (11) härter ist als dasjeni­ ge des zu justierenden Körpers (1) und daß die Ringschnei­ de (11) derart geformt ist, daß zumindest nach einem mechanischen Prägevorgang eine im wesentlichen vakuum­ dichte Verbindung zwischen der beweglichen Halterung (3) und dem zu justierenden Körper (1) besteht.