JPS60111206A - ２本の光フアイバの自動突合せ溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２本の光ファイバの端面の自動溶接機に係る。

本自動溶接機は、いわゆる日１￥」の第１フアイバの支
持プレートど、水平及び垂直の２方向に従ってファイバ
の軸線に対して垂直な面で並進運動する手段を備えた、
いわゆる「可動」の第２のファイバの支持プレートと、
支持プレートの一方を自動的に、他方を機械的にファイ
バの軸線に対して平行に並進運動させる手段と、ファイ
バの端面を照ｉする光源と、ファイバ端面を観察するた
めの高倍率のディスプレイ手段と、ファイバ端面の空間
内の位置検出手段と、ファイバ端面を突合せて接触させ
る手段と、及びこれらの端面を電弧によって溶接する手
段を備えている。

ファイバの軸線と平行な並進手段を備えた第１の光ファ
イバの第１の支持プレートと、ファイバの軸線に対して
垂直な水平軸線及び垂直軸線に従う並進手段並びに支持
プレートの手動式の移動によってファイバの軸線のアラ
インメントをおこなう作業中ファイバ端面を観測するｌ
Ｃめの顕微鏡を備える第２の光“ノｊ・イバの第２の支
持プレートと、どららか１方のファイバの端面を当接さ
せることによって溶接面の標印付けをおこなう可動ウェ
ッジと、及びファイバ端面の溶接面内溶接をおこなう２
個の電極を−備える機械は、すでに米国特許 第３９６０５３１号に開示されている。

この種の機械は、コア直径が１００ミクロンのオーダー
である多モードファイバの場合に、高精度が要求されな
【プれば、光ファイバの突合せ溶接に適している。

しかし、溶接ににる光の損失を最小に切りつめてファイ
バ端面を精密に溶接したいと望む場合は、この機械は適
さｆｌまたコアの直径が数ミクロンのＡ−ダーである単
モードファイバの溶接にはいずれにせよ適合しない。

さらに、「リザーチ　ディスクロージャ（ＲＥ−８ＥＡ
ＲＣＩ−Ｉ　ＤＩＳＣＬＯ８ＵＲＥ）Ｊ誌１９８２年４
月（Ｎｏ、　２１６４３）号には光ファイバの自動位置
決め機、特にマイクロプロセッサを制御するテレピノＪ
メラを用い１＝直交３軸に従う光ファイバの溶接機が紹
介されている。しかしこの種の機械は非常に複雑で経費
が高い。

本発明は、光′ファイバの端面の自動溶接機で、ファイ
バの軸線を１７１０ミクロンのオーダーの高精度で心合
わせすることを可能にし、さらにファイバ端面を溶接区
域に欠陥を出現ぎぜることなく溶接することができる機
械を目的とする。本発明はさらに、操作者の器用さを必
要とせｆにファイバを極めて迅速に位置決めし、ファイ
バ端面を溶接作業中に精密制御し、さらに種々の溶接サ
イクルを任意に再現しうることを目的とする。

本発明に従う機械は、検出手段が、ファイバの位置を水
平方向に接受するための１対の光検出器と、ファイバの
位置を垂直方向に接受するための１対の光検出器、及び
これらの光検出器の出力側に６対の光検出器の指示を比
較するための電子比較器を含むこと、さらに６対の光検
出器の指示の関数として可動ファイバの水平及び垂直位
置を修正するための制御部材を含むことを特徴とする。

本発明機械は、さらに好ましくは以下の特徴の少なくと
も１つに適合する。

−ファイバ端面の検出手段が、ファイバの、光源のある
側と反対の側に配置された物体の光学的拡大系と、この
共通の拡大装置を越えて光ファイバの影像点に合わせて
配はされた光検出器とを含んでいること。

−電子比較機がマイクロプロセッサを介して制御部材に
接続されていること。

−ファイバ端面を突合せて接触させるための手段が可動
ファイバの支持プレートに接続されていること。

ファイバの装填が支持プレート上で正しく行われたこと
を確認するため、受光器上に記録された電圧をあられす
電気発光ダイオードのマトリックス式ディスプレイ装置
によってファイバの位置が視覚化される。

各ダイオードは空間の座標を表わす。ファイバの判別は
、定常光点を基準ファイバに、閃光点をいわゆる従属フ
ァイバに与えることによっておこなわれる。ファイバの
心合せは定常光点と閃光点とをマトリックスの任意の位
置で重ね合わせることによって得られる。

−ファイバの端面を接触させるための手段が高分解能ス
テップモータにより構成されること。

−本発明機械がさらに、可動ファイバが固定ファイバと
ひとたび突合せに接触すること、可動ファイバを数１０
分の１ミクロン後退させるための手段をも含んでいるこ
と。

−可動ファイバを後退させるための手段が、マイクロプ
ロセッサ内に記憶された情報によって制御されること。

−可動ファイバの支持プレー１−が、非常に硬い材質の
ボールを中間部に備えたたわみノ５−の先端に固定され
ており、このボール上に、たわみバーをあらかじめ圧縮
する、光叔出器の指示によって制御され、かつ垂直及び
水平方向にボールに圧力を加える圧電気ブレードのウェ
ッジが押当たること。

−ファイバの端面を溶接するための手段が、プラチナ被
覆ダンゲスアンの電弧溶接電極を含むこと。

−本機械が、心合辻されたがまだ相互にずれているファ
イバの端面を、接触する面を磨くようにして予熱するだ
めの手段を含むこと。

−本機械が、各光検出器に結合した、どちらかの光ファ
イバの、垂直及び水平方向のいずれかの位置を検出する
ための光束をこの光検出器に投する集光光学系を含むこ
と。

−本機械が２本の光ファイバの端面を照射する単−光源
含むこと。

−各光検出器が２個の接合された単素子を含んでおり、
夫ノＺの単素子がファイバの一方の位置決め調整を制御
する電子比較器の入力に接続していること。

これらの電子比較器の夫々は好ましくは、２本の光ファ
イバの配置決め調整を制御する共通電子比較器突合せ溶
接機と、２本の光ファイバの端面をＩ！察し、それらの
水平面での心合わせ不良を検出するための各種ディスプ
レイ装置とをイ」図を参照して説明する。

垂直面の心合わせ不良を検出しディスプレイづ−る類似
の装置が、溶接すべき光ファイバの心合わせを可能にす
るためイ」加されな【プればならないことが理解されよ
う。

第１図では、支持プレート１はそのみぞにはめ込まれＩ
Ｃ２本の隣接する円筒形の金属軸３，４に支持されたい
わゆる「固定」光ファイバ２のためのザボートを形成す
る。支持プレート５のほうはそのみぞに配置された２本
の隣接する円筒形の金属軸７，８に同様の方法で支持さ
れたいわゆる「可動」光ファイバ６のＩこめのり゛ボー
トを形成する。ファイバ２及び６は図示しないクランプ
により支持プレート上に固定されている。

ファイバ２の端面９は図示しない、ねじみぞ何羽節用ロ
ーレットドラムを用いて支持プレー１〜１の位置を調節
することによって、溶接電極１０Ａ、　ＩＯＢの平面内
に導かれる。これらの溶接電極は好ましくはトリエーテ
ッドタングステンでつくられ、腐蝕を防ぐ１〔め表面を
プラチナで被覆されている。

可動ファイバの端面１１は、矢印１１Ａが示すように、
固定ファイバの端面に対して横方向と高さ方向に初めは
ずらされている。

可動ファイバ６と基準ファイバ２の位置の検出は、後で
第２図を参照して説明するが、後の水平調整のためには
２個の光検出器１２．１３を、垂直調整のためによって
差動電気信号に変換される。これらの信号は比較器１５
内で比較され、比較器は誤信号を発し、誤信号は増幅器
１６内で増幅された後、マイクロプロセラ＋Ｎ７に伝達
される。

同様にして、光検出器１８．１９の指示は受光器２０に
よって電気信号に変換され、比較器２１内で比較される
。この比較器は、増幅器２２を介してマイクロプロセッ
サ１７に誤信号を送る。

マイクロプロセッサ１７は光検出器の発する指示にもと
ずいて、可動ファイバ６の指示部材である支持プレート
５の位置の修正命令を発する。最初の修正命令は駆動部
材２３に送られ、支持プレートを垂直面で移動し、第２
の修正命令は駆動部材２４に送られ、支持プレートを水
平面で移動する。これらの駆動部材はたとえば圧電ブレ
ードでつくられるが、その役割については後で第３図を
参照して説明する。

さらに、マイクロプロセッサ１１は、ひとたび可動ファ
イバの正しい位置決めが１ｑられると、支持プレート５
と一体の可動ファイバ６の端面１１が基準ファイバ２の
端面９と接触するまで接近していくシーケンスを制御す
る。従って光検出器はファイバが接触すること、その最
初のたわみを記録してファイバの接合面を限定し、次に
駆動部材を用いて可動ファイバの僅かな後退と溶接工程
をおこなう。

第２図は、光検出器例えば１２．１３用の調節をさらに
高い精度でどのようにおこなうかを表わづ。光源３０、
３１は２光兎すなわち基準ファイバ２の端面にむかう光
束３２ど可動ファイバ５の端面にむかう光束３３を送り
出ず。ファイバ端面にきわめて近い部分が射影される光
線は、同じ光学レンズ系３４によって対象の影像点の方
向に拡大されるが、ここに光検出器１２、１３が位置し
ている。各検出器は２つの隣接する長方形の感光面Ｊ：
り成る。ファイバの影像によって限定される影の部分は
、２つの感光面の夫々を部分的に曇らせ、感光面の被覆
の不ぞろいを明らかにし、その座標を電圧で表わす。可
動ファイバ６の軸線が基準ファイバ２と同じ水平面にな
い時は、可動ファイバの影は光検出器の受光面上で同じ
量だけずれる。

同様にして、別の２個の光検出器１８．１９（第１図）
は２ファイバ２．６間の垂直変位を記録し、その指示を
マイクロプロセッサ１７に伝える。次にマイクロプロセ
ッサは制御指示を駆動部材２３．２４に送る。

基準ファイバ２の軸線を通る可動フッフィバ６の垂直及
び水平面の位Ｍ調整（第２図のＯｘとＯｙ）、ついで２
フアイバ（０７を軸とする）の端面が相接するまでの可
動ファイバの移動は、ブロック４０内に埋め込まれた、
調整力を提供する球４２を儀えたたわみバー４１によっ
ておこなわれる。球４２は例えば合成ルビーのような固
い４１１１１でつくられ、矢印４３．４４及び４５．４
６で概略的に示した２対の圧電ウェッジに接触する。球
４２の赤道面内のウェッジ４３．４４は可動ファイバの
水平面移動を確保し、たわみバーの軸線を通る÷午面内
のウェッジ４５．４Ｇは可動ファイバの垂直面移動を確
保する。圧電ウェッジは場合によってはマイクロ七−夕
に変換してもよい。

これらの移動は、厳密には並進運動ではないが、レバー
アームの長さが与えられているから、実際上はそれに相
当するとみなすことができる。

これらの移動はマイクロプロセッサ１７によって制御さ
れる。

支持プレート５及びそれの支える可動ファイバ６の移動
を導くボール溝レール３６上のブロック４８の移動は、
矢印３７．３８で示す２方向に、図示しない高分解能ス
テップマイクロモータによって確保される。

可動ファイバ６の端面が基準ファイバの端面に当接する
時、可動ファイバの端面が他方の端面に及ばず圧力はこ
れらの端面を軸Ｏｘ、Ｏｙに従い横方向に一定量だり移
動さける。この横方向移動（よ、光検出器にＪ：って記
録され、マイクロブロセッ９１７に送られ、マイクロプ
ロセッサはファイバがたわむ以前の最終進みビッヂを記
憶しておく。次にマイクロプロセッサは軽い後退（数１
０分の１ミクロン）の指示をマイクロモータに送り、次
いでファイバ端面の溶接サイクルの閉鎖を解除する。

溶接サイクルは光ファイバの融解点より低い第１の加熱
作業を含み、ファイバ端面の周縁を丸み付けし、いわゆ
る溶接作業中に境界面に気泡が入り込むのを防ぐ。この
加熱作業は無水炭酸レーザを用いて行うことができる。

第１加熱作業の後に短い休止があり、その後ファイバ端
面を融解温度以上に熱する溶接がおこなわれる。このサ
イクルは同じくマイクロプロセッサによって制御される
。溶接は手動式におこなうこともできる。

第４図では、光源３０は、３２と３３で概略的に示す２
つの光束をファイバ２及び５の端面に向けて投する。

ファイバ５の軸線はファイバ２の軸線に対して水平面で
偏差ΔＸだＣノずれる。これらの光束は光学レンズ系３
４Ａ、　３４Ｂによって光検出器１２．１３に向けて送
られる。「基準」光ファイバ２は正確に位置決めされて
いるから、光束３２はファイバ２の端面の影と共に光検
出器１２の受光面を照らす。「可動」ファイバ５はファ
イバ２の軸線に対してずれているから、光束３３は光検
出器１３から外れて光の点彩３５を形成する（ファイバ
５の位置が心合わせ位置にごく近い場合は点彩はこの光
検出器の受光面の１部分だけに落ちることもあり得る）
。光検出器１２．１３の指示は受光器１４によって差動
電気信号に変換される。これらの信号は比較器１５内で
比較され、誤信丹となって増幅され、主特許に記載のよ
うにファイバ２どの心合せを得るためファイバ５のサポ
ートの水平面移動を制御１′ｔＩるマイクロプロセッサ
（図示せｆ）に送られる。

第５図の装置は第１図の装置に類似しているが、但し１
個の光学レンズ系３４だけを含んでおり、このレンズ系
が光１１ｊｉ３０の発する光束を光検出器１２．１３に
送る。

第６図に示す本発明の好ましい具体例は、第５図の装置
に類似しているが、但し光検出器１２．１３が２虫にな
っている。夫々の光検出器は２個の接合した単素子１２
Ａ、　１２Ｂ、　１ｓＡ；　１３Ｂに分割されている。

本具体例では、１個の受光器と、ファイバ２用の比較器
１４Ａ、　１５Ａと、ファイバ５用比較器１４Ｂ　、　
１５Ｂが備えられ、夫々の比較器は２つの単素子１２Ａ
。

１２３または１３Ａ、　１３Ｂの間の光の強度の不等を
検出する。２個の比較器１５Ａ、　１５Ｂの指示は、比
較器１５Ｃ内で結合され、比較器？５Ｇは自動位置決め
装置を制御する。

光ファイバ５が基準ファイバ２の位置からずれている場
合、フ貿只の影は光検出器の対応する２個の半素子上に
同じようには分配されない。１方の単素子が他方より強
く照明され、その結果、対応するファイバ５の座標だけ
に左右される信号が生じる。それ故、このファイバ５の
他方のファイバ２に対する位置を、基準ファイバの座標
に対応する信号と同じ信号が得られるまで、自動制御に
よってファイバ５を移動するという方法で、独立して調
整することができる。

第６図の装置は、夫々２重光検出器がそれ自体で影像と
受光面との面積比の値にさほど敏感ではない差動システ
ムとなっているから、光ノフｌイバによる簡単な光検出
器により精度も感度も高い。

以上説明し、た検出及びディスプレイ装置の変型例は、
種々の方法で結合し得ることが叩解されよう。

従ってこの２重光検出器装置は２個の光源と共に用いて
もよいし、２ＷＡの光学レンズ系と共に用いてもよい。

さらに、２個の光源を２個の集光光学系と共に用いるこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は機械と、光ファイバの支持プレートと、光検出
器と、及び可動ファイバの位置決め部材とを概略的に表
わす斜視図、第２図は光ファイバの端面の位置を光学電
子式に読取り、次に可動ファイバのの軸線を固定ファイ
バの軸線の延長線上に導くことを可能にする読取り装置
の概略図、第３図は可動ファイバの支持プレートを前端
に備えたたわみバーと、可動ファイバの位置決め調整用
のピエゾ電圧を印加する硬質相別のボールとを表わす斜
視図、第４図は単一光源と、２個の集光光学系と、及び
簡単な光検出器とを備える装置の説明図、第５図は単一
光源と、１個の集光光学系と、及び簡単な光検出器とを
備える装置の説明図、第６図は単一光源と、１個の集光
光学系と、接合した単素子を含む光学検出器と、２個の
光フアイバ部材の位置を調節することを可能にする１個
の共通比較器に結合した電子比較器とを備える装置の説
明図である。 １．５・・・・・・支持プレート、２・・・・・・固定
ファイバ、６・・・・・・可動ファイバ、１０・・・・
・・溶接電極、３．　４．　７゜８・・・・・・金属円
筒軸、１２．１３．１８．１９・・・・・・光検出器、
１５、２１・・・・・・電子比較器、１７，２３．２４
・・・・・・マイクロプロセラ勺、３０．３１・・・・
・・光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）２木の光ファイバの自動突合せ溶接機であって、
   いわゆる「基準」の第１フアイバの支持プレートと、水
   平及び垂直の２方向に従ってファイバの軸線に対して垂
   直な面で並進運動する手段を備えた、いわゆる「可動」
   の第２のノアイバの支持プレートと、支持プレーｉ〜の
   １方を自動的に、他方を機械的にファイバの軸線に対し
   −Ｃ平行に並進運動させる手段と、ファイバの端面を照
   射する光源と、ファイバ端面を観察づるための高倍率の
   ディスプレイ手段と、ファイバ端面の空間内の位置検出
   手段と、ファイバ端面を突合Ｕて接触させる手段と、及
   びこれらの端面を電弧によって溶接する手段を備えてお
   り、検出手段が、ファイバの位置を水平方向に接受だめ
   の１対の光検出器と、ファイバの位置を垂直Ｉｊ向に接
   受づるための１対の光検出器、及びこれらの光検出器の
   出力側に各月の光検出器の指示を比較するための電子比
   較器を含むこと、ざらに各月の光検出器の指示の関数と
   して可動ファイバの水平及び垂直位附を修正するだめの
   制御部材を含むことを特徴とする機械。 ■　ファイバ端面の検出手段が、ファイバの、光源のあ
   る側と反対の側に配置された物体の光学的拡大系と、こ
   の共通の拡大装置を越えて光ファイバの影像点に合わせ
   て配置された光検出器とを含んでいる特許請求の範囲第
   １項に記載の機械。 （３）電子比較器がマイクロプロセラυを介して制御部
   拐に接続されている特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の機械。 （４）　比較器が電気発光ダイオードを駆動する狛Ｒ′
   ［請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の機械
   。 （５）　ファイバ端面を突合せて接触させるための手段
   が可動ファイバの支持プレートに接続されている特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の機械。 （６）　ファイバ端面を接触させるための手段が、高分
   解能ステップモータにより構成される特許請求の範囲第
   １項乃至第５項のいずれかに記載の機械。 （７）　可動ファイバが固定ファイバとひとたび突合せ
   に接触すると、可動ファイバを数１０分の１ミクロン後
   退させるための手段をさらに含んでいる特許請求の範囲
   第１項乃至第６項のいずれかに記載の機械。 （０）　可動ファイバを後退させるための手段が、マイ
   ク［１ブロゼツ勺内に記憶された情報によって制御され
   る特許請求の範囲第３項乃至第７項のいずれかに記載の
   機械。 （９）可動ファイバの支持プレートが、非常に硬い材質
   のボールを中間部に備えたたわみバーの先端に固定され
   ており、前記ボール上に、たわみバーをあらかじめ圧縮
   する、光検出器の指示によって制御され、かつ垂直及び
   水平方向にボールに圧力を加える圧電気ブレードのウェ
   ッジが押当たる特許請求の範囲第１項乃至第８項のいず
   れかに記載の機械。 ０　ファイバの端面を溶接するための手段が、プラチナ
   被覆タングステンの電弧溶接電極を含む特許請求の範囲
   第１項乃至第９項のいずれかに記載の機械。 ＯＤ　心合せされたがまだ相互にずれているファイバの
   端面を、接触する面を磨くようにして予熱するための手
   段を含む特許請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか
   に記載の機械。 （３各光検出器に結合した、どちらかの光ファイバの、
   垂直及び水平方向のいずれかの位置を検出するための光
   束を前記光検出器に投する集光光学系を含む特許請求の
   範囲第１項に記載の機械。 ■　２本の光ファイバの端面を照射する単一光源を含む
   、特許請求の範囲第１項に記載の機械。 （ロ）各光検出器が２個の接合された単素子を含み、夫
   々の単素子がファイバの一方の位置決め調整を制Ｏｎ　
   １’る電子比較器の入力に接続している特許請求の範囲
   第１項に記載の機械。 ０　夫々の電子比較器が２本のファイバの位置決め調整
   を制御する共通電子比較器に接続している特許請求の範
   囲第１４項に記載の機械。