DE4139152A1 - Verfahren zum spleissen von lichtwellenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spleißen von Licht­ wellenleiterenden, wobei die Lichtwellenleiter in eine Posi­ tionierungseinrichtung eingebracht und die Lichtwellenleiter zueinander ausgerichtet werden und eine Spleißverbindung zwi­ schen den Lichtwellenleiterenden hergestellt wird.

Beim Verspleißen von Lichtwellenleitern sind die Höhe des Schweiß­ stromes sowie die Schweißzeit kritische Parameter. Diese Para­ meter haben einen wesentlichen Einfluß auf die Spleißqualität (z. B. Dämpfung, Spleißfestigkeit). Zur Determinierung optimaler Parameter für eine Spleißverbindung bedarf es umfangreicher, zeitaufwendiger Vorversuche. Eine automatische Spleißzeit- und/oder Spleißstromparameterwahl für einen Lichtwellenleiterspleiß kann mit dem sogenannten Local Injektion and Detection System (LID) durchgeführt werden. Dieses System weist jedoch den Nach­ teil auf, daß es nur bei Lichtwellenleitern angewendet werden kann, bei denen die Beschichtung der Lichtwellenleiter hinreichend dünn und lichtdurchlässig ist, so daß das Licht sowohl ein- als auch ausgekoppelt werden kann.

Bei Lichtwellenleitern, bei denen das LID-System nicht verwen­ det werden kann, wie z. B. bei Pigtails mit festumspritzten Lichtwellenleitern, kann das in der Spleißtechnik bekannte Profile Alignment System (PAS) angewendet werden.

Das PAS-System ermöglicht eine Kern-zu-Kern-Ausrichtung der Lichtwellenleiter vor einer Schweißverbindung. Eine genaue Ausrichtung der Kerne der Lichtwellenleiter zueinander kann jedoch bei nicht exakter Parameterwahl (Schweißstrom/Schweiß­ zeit) aufgrund einer möglichen exzentrischen Kernlage im Licht­ wellenleiter wieder zunichte gemacht werden. Eine während des Spleißvorgang einsetzende Selbstzentrierung, bezüglich der Au­ ßenkonturen der Lichtwellenleiter, bewirkt eine Verschiebung der zuvor zueinander justierten Kerne der Lichtwellenleiter. Die Folge davon ist eine hohe Spleißdämpfung, d. h., daß der Pegel der zu übertragenden Lichtwellen an dieser Spleißstelle verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, daß eine Änderung in der Zuordnung der ausgerichteten Lichtwellenleiterenden während eines Spleißvorganges zu er­ kennen.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1.

Die Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß eine Veränderung in der Position der zu verbindenden Lichtwellen­ leiter während eines Spleißvorganges angezeigt wird sowie durch weiterführende Bearbeitungsalgorithmen eine thermische Spleiß­ verbindung mit automatisch optimierten Spleißparametern durch­ geführt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß vor Beginn des Spleißvorganges die Höhe des Spleiß­ stromes in Abhängigkeit vom Typ der zu verschweißenden Licht­ wellenleiter eingestellt werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß das Spleißverfahren unabhängig von den Arten der Lichtwellenleiter verwendet werden kann.

Von Vorteil ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, daß während des Spleißvorganges zur Messung einer relativen örtlichen Änderung der Lichtwellenleiterenden entweder auf die Außenkontu­ ren oder auf die Kerne der Lichtwellenleiter bezug genommen wird, da diese mit einfachen Bildverarbeitungsalgorithmen erkannt und die Positionen der Außenkonturen oder der Kerne der Lichtwellen­ leiter bestimmt werden können.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Spleißvor­ gang aus einer Ebene betrachtet wird, in der der Versatz der Außen­ konturen der Lichtwellenleiterenden am größten ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß zeitaufwendige Vergleichsoperationen zwischen Bildsignaldaten aus verschiedenen Betrachtungsebenen ent­ fallen und somit eine Abweichung von den Ausgangspositionsdaten im Bereich des Lichtwellenleiterspleißes früher erkannt werden kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Spleißvor­ gang bei Abweichung von den Ausgangspositionsdaten beendet wird, dies bringt den Vorteil mit sich, daß keine Selbstzentrierung auf die Außenkonturen der Lichtwellenleiter einsetzt, eine zuvor durchgeführte Zentrierung auf die Kerne der Lichtwellenleiter bleibt erhalten. Spleißfehler, die sich aus einer zu hohen Ein­ stellung des Spleißstromes oder einer zu langen Voreinstellung einer Schweißzeit für einen Lichtwellenleiterspleiß ergeben würden werden vermieden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß bei der Unterbrechung des Spleißvorganges eine Mindestschweißzeit berücksichtigt wird, dies bringt den Vorteil mit sich, daß ein Spleißprozeß zumindest solange andauert, bis eine homogene Ver­ bindung zwischen den Lichtwellenleiterkernen hergestellt ist.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgen­ den näheren Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Ver­ fahrens zum Spleißen von Lichtwellenleitern gemäß der Erfindung anhand der Zeichnungen ersichtlich:

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Lichtwellenleiter- Spleißgerätes,

Fig. 2 ein Ablaufdiagram zur Herstellung eines Spleißes zwischen Lichtwellenleiterenden.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Umfang ein Prinzipschaltbild eines Lichtwellen­ leiter-Spleißgerätes zur Durchführung eines zeitoptimierten Ver­ fahrens zum thermischen Spleißen von Lichtwellenleiterenden 2a, 2b. Die zu spleißenden Lichtwellenleiter 1a,1b werden in V-förmig ausgeprägte Nuten 24, 25 in einer ersten und zweiten Positionier­ einrichtung 20, 21 eingelegt. Neben einer möglichen manuellen Ausrichtung der Positioniereinrichtung ist ebenso eine vollauto­ matische Annäherung der Lichtwellenleiterenden 2a, 2b durch diese möglich. Durch Fixierklappen 22 und 23 werden die Lichtwellenlei­ ter 1a, 1b in den Führungsnuten 24, 25 gehalten. Die erste Posi­ tioniereinrichtung 20 ist in allen Richtungen eines, z. B. auf den Mittelpunkt der Spleißstelle bezogenen Koordinatenkreuzes 40 ausrichtbar. Die Achsen der Lichtwellenleiter 1a, 1b liegen dabei entlang der x-Achse 41 des Koordinatenkreuzes 40, ein erstes Bildaufnahmegerät 13a kann z. B. in y-Richtung 42 und ein zweites Bildaufnahmegerät 13b in z-Richtung des Koordinatenkreuzes 40 ausgerichtet sein.

Nach einer groben Ausrichtung der Lichtwellenleiterenden 2a, 2b zueinander erfolgt eine Feinabstimmung. Bei der Feinabstimmung werden die Kerne 3a, 3b der Lichtwellenleiterenden 2a, 2b über eine Auswertung von Bildsignalen des ersten und zweiten Bild­ aufnahmegerätes 13a, 13b in der Datenverarbeitungseinheit 17 auf einer Linie 26 ausgerichtet und die zu verbindenden Enden der Lichtwellenleiter 1a, 1b auf einen für die Spleißverbin­ dung erforderlichen Abstand positioniert. Die dazu nötigen Steuersignale in x, y und z Richtung werden von der Daten­ verarbeitungseinheit 17 kommend an die erste Positionierein­ heit 20 angelegt.

Zwischen dem ersten und zweiten Bildaufnahmegerät 13a, 13b und der Spleißstelle sind jeweils optische Einheiten 12a, 12b an­ gedeutet die zur Sichtbarmachung der Kerne 3a, 3b der Licht­ wellenleiter 1a, 1b beitragen.

Die von den Bildaufnahmegeräten, insbesondere Videokameras, auf­ genommenen Konturen der Lichtwellenleiter 1a, 1b werden sowohl an einem Bildschirm 14 wiedergegeben als auch an eine Datenver­ arbeitungseinheit 17 weitergeleitet. In der Datenverarbeitungs­ einheit 17, im wesentlichen bestehend aus einer Vorverarbeitungs­ einheit 15 und einem Zentralprozessor 16, werden die Bildsignale der ersten und/oder zweiten Videokamera 13a, 13b digitalisiert und verarbeitet. Durch Bildverarbeitungsalgorithmen werden so­ wohl die Ausgangspositionsdaten der Lichtwellenleiter 1a, 1b als auch eine mögliche Verschiebung der Lichtwellenleiter 1a, 1b während eines Schweißvorganges, z. B. durch eine Differenzbild­ auswertung, erkannt. Zur Reduzierung und Vereinfachung des Rechen­ aufwandes in der Datenverarbeitungseinheit 17 wird vor einem Spleißvorgang der größte Versatz zwischen den Außenkonturen der beiden Lichtwellenleiterenden 2a, 2b in den Betrachtungsebenen der x und y Ebene des Koordinatenkreuzes ermittelt. Während des Spleißvorganges wird dann vorzugsweise nur noch diejenige Ebene betrachtet, in der der größere Versatz zwischen den Lichtwellenleiterenden 2a, 2b festgestellt wurde. Die in dieser Ebene registrierten Positionen der Lichtwellenleiterenden 2a, 2b werden als Ausgangspositionsdaten für Vergleichsoperationen mit nachfolgend auszuwertenden Bildsignaldaten verwendet. Eine auftretende Verschiebung, bei den vor dem Schweißvorgang auf die Achsen 5a, 5b der Kerne 3a, 3b der Lichtwellenleiter zen­ trierten Lichtwellenleitern 1a, 1b, wird durch einen Bildver­ arbeitungsalgorithmus, z. B. eine Differenzbildanalyse anhand von einer Verschiebung von markanten Punkten oder Grauwertab­ stufungen in der Außenkontur bei aufeinanderfolgenden digi­ talisierten Bildsequenzen während des Spleißprozesses, erkannt.

An der Anzeigevorrichtung 11 kann der Spleißvorgang zusätz­ lich sichtbar gemacht und ein Versatz der Kerne 3a, 3b der Lichtwellenleiter 2a, 2b in z-Richtung angezeigt werden.

Die für den Spleißvorgang erforderliche Wärme wird durch eine Glimmentladung, die von einer Hochspannungseinheit 18 gespeist wird, erzeugt. Nach abgeschlossener Zentrierung der Kerne wird durch einen Steuerimpuls, z. B. von der Datenverarbeitungsan­ lage 17 an eine erste Elektrode 30 eine Hochspannung gelegt. Eine zweite Elektrode 31 ist mit einem Betriebspotential ver­ bunden.

Auf während des Spleißvorganges zu durchlaufende Schweißphasen, wie z. B. Vorschweißphase oder Schweißen nach programmierter Schweißkurve, wird hier nicht näher eingegangen. Wird während des Spleißvorganges durch in der Datenverarbeitungseinheit 17 ablaufende Bildverarbeitungsalgorithmen eine Veränderung in der Position der Lichtwellenleiterenden 2a, 2b erkannt, so kann, je nach Ausführungsvariante des Spleißgerätes, der Spleißprozeß durch eine Signalisierung vom Zentralprozessor 16 die Hochspan­ nungseinheit 18 abgeschaltet werden.

In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, anhand dessen sich die wesentlichen Verfahrensschritte zur Erstellung einer auf den Kern des Lichtwellenleiters bezogenen versatzfreien Spleißstelle nachvollziehen lassen. Die einzelnen Verfahrensschritte sind bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 beschrieben.

Claims (17)

1. Verfahren zum Spleißen von Lichtwellenleiterenden (2a, 2b), wobei die Lichtwellenleiter (1a, 1b) in eine Positionierungs­ einrichtung (20, 21) eingebracht und die Lichtwellenleiter (1a, 1b) zueinander ausgerichtet werden und eine Spleißverbin­ dung zwischen den Lichtwellenleiterenden (2a, 2b) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Ausrichtvorganges die Positionen der Lichtwellenleiterenden (2a, 2b) von mindestens einem Bildauf­ nahmegerät (13a, 13b) erfaßt und als Ausgangspositionsdaten ge­ speichert werden, daß ein Spleißvorgang durch eine Bildsignal­ auswertung der/des Bildaufnahmegeräte/s (13a, 13b) mindestens einmal überwacht wird, daß während des Spleißvorganges eine örtliche Änderung der verschmelzenden Lichtwellenleiterenden (2a, 2b) gegenüber deren Position zu Beginn des Spleißvorganges erfaßt wird, daß die gespeicherten und die erfaßten Positions­ daten miteinander mindestens einmal in Beziehung gesetzt werden und daß die daraus resulierenden, die Abweichung von der ursprün­ glichen Ausrichtung wiedergebengen Vergleichsdaten zur Auswer­ tung bereitgestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine optische Einheit (12) die Kerne (3a, 3b) der Lichtwellenleiter (1a, 1b) sichtbar gemacht werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Spleißvorganges eine Abstimmung der Achsen (5a, 5b) der Lichtwellenleiterkerne (3a, 3b) durch Aus­ wertung der Bildsignale der/des Bildaufnahmegeräte/s (13a, 13b) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (1a, 1b) so ausgerichtet werden, daß die Achsen der Kerne (3a, 3b) auf einer Linie (26) liegen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spleißverbindung durch elektrisches Schweißen erwirkt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Spleißvorganges die Höhe eines Spleißstromes entsprechend des Typs der zu verschweißenden Lichtwellenleiter (1a, 1b) eingestellt wird (19).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspositionsdaten auf die Außenkonturen (7a, 7b) oder die Kerne (3a, 3b) der Lichtwellenleiter (1a, 1b) bezogen sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spleißvorgang aus einer Ebene betrachtet wird in der der Versatz der Außenkonturen (7a, 7b) der Lichtwellenleiteren­ den (2a, 2b) am größten ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Spleißvorganges zur Messung einer relativen örtlichen Änderung der Lichtwellenleiterenden (2a, 2b) entweder auf die Außenkonturen (7a, 7b) oder auf die Kerne (3a, 3b) der Lichtwellenleiter (1a, 1b) bezug genommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die relative örtliche Änderung der Außenkonturen (7a, 7b) oder der Kerne (3a, 3b) der Lichtwellenleiterenden (2a, 2b) im Bereich der Spleißverbindung betrachtet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spleißvorgang beendet wird wenn eine relative ört­ liche Änderung zu den Ausgangspositionsdaten festgestellt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Unterbrechung des Spleißvorganges eine Mindest­ schweißzeit berücksichtigt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsignale des Bildaufnahmegerätes (13a, 13b) digita­ lisiert werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen der aktuellen Positionen der Lichtwellenlei­ terenden (2a, 2b) durch Auswertung der digitalisierten Bild­ signale erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versatz der Lichtwellenleiter (1a, 1b) durch eine Dif­ ferenzbildanalyse ermittelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Differenzbildanalyse markante Punkte (50) oder Ver­ gleichsstreifen (51), im Bereich der Spleißstelle der Licht­ wellenleiter (1a, 1b), auf der Außenkontur (7a, 7b) oder dem Kern (3a, 3b) ausgewählt werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Differenzbildanalyse Grauwertstufen der digitali­ sierten Bildsignale ausgewertet werden.