WO1991012546A1 - Spleissverfahren und spleissgerät - Google Patents

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WO1991012546A1
WO1991012546A1 PCT/DE1990/000893 DE9000893W WO9112546A1 WO 1991012546 A1 WO1991012546 A1 WO 1991012546A1 DE 9000893 W DE9000893 W DE 9000893W WO 9112546 A1 WO9112546 A1 WO 9112546A1
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splice
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Helmut Feilhauer
Martin BÜHNER
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Ant Nachrichtentechnik Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/37—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides in which light is projected perpendicularly to the axis of the fibre or waveguide for monitoring a section thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch

Definitions

  • the invention relates to a splicing method according to the preamble of patent claim 1 and a splicing device according to the preamble of patent claim 6.
  • non-detachable optical waveguide connections For the production of non-detachable optical waveguide connections, it is known to use adhesive methods, clamping methods or arc welding. For all methods, it is necessary to align the ends of the optical fibers to be spliced exactly with one another. The adjustment can be observed with optical means or monitored by measuring the light passing through the optical fiber connections. When observing with optical means, the adjustment with regard to the cladding diameter of the optical waveguides can take place. Then, however, additional losses arise due to fluctuations in the outer diameter and positional tolerances between the core and the jacket. If higher demands are placed on the maximum permissible attenuation of the optical fiber splice, for example in the case of single-mode optical fibers, a core-core alignment must be carried out. For this purpose, the core must first be made visible, which can be done by illumination with visible, infrared or ultraviolet light.
  • EP 94 125 B1 It is known from EP 94 125 B1 to irradiate the optical waveguide to be positioned with ultraviolet light and to observe the core in the visible light generated by fluorescence. It is also known from EP 186 819 B1 and from EP 280 562 A2 to observe the cores of the optical waveguides to be positioned.
  • EP 215 145 AI discloses a splicing method for single-mode optical fibers. To adjust the cores of the optical fibers, they are illuminated by two light sources and can be observed with a microscope with a camera system and screen. The recorded images are evaluated and the position of the optical fiber ends is controlled by means of the results of the evaluation. The observation with the camera system takes place before the splicing process. When the adjustment is complete, the splicing is done. From EP 237-426 AI a method is also known with which two optical fibers can be adjusted to each other. Illumination also takes place here and a camera system records images of the fiber optic ends, which are then evaluated and used to control adjustment units.
  • DE 34 29 862 Cl discloses a method for welding two optical fibers with which an improved splice connection is to be created. This is to be achieved in that light is passed from a transmitter through the two optical fibers to a receiver during the welding process and in that a manipulator, which can move the optical fibers into their position, is caused to make such control movements until the weld hardens that the amount of light conducted through the optical fibers reaches a maximum. This method cannot be used if it is not possible to couple light into or out of the optical waveguide.
  • a splicing method is known from a company brochure from Ericsson Cables AB "Ericsson Fiber Splicing System FSS 900" from 1988, in which a rough adjustment of the optical fibers is first carried out. Then a weak arc burns dirt on the fiber ends, then checks the quality of the fiber ends, then a fine adjustment
  • Arc welding and an analysis of the splice quality was carried out.
  • video images are taken from the critical splice zone to observe the fiber optic cable while the arc is on.
  • the object of the invention is to further develop this prior art.
  • the state of the art known from Ericsson makes it possible to better assess the quality of splices.
  • the analysis options are refined and a splice can be judged as sufficient or insufficient as the quality requirements.
  • the result of the quality analysis is obtained when the splice is finished. If the damping is too high, i.e. the quality is poor, a new splice must be made.
  • the splicing method or splicing device it is possible to directly influence to take the splicing process.
  • the splicing check is carried out during the splicing process.
  • images are recorded with a camera system, which are also evaluated during the splicing process and enable control of the splicing process.
  • This method according to the invention achieves a substantial improvement in the quality of the splices.
  • the number of splices that are judged to be inadequate and must be re-manufactured is significantly lower.
  • Coupling optical fibers in and out can also be influenced by the method proposed in DE 34 29 862 Cl, the splice quality during the splicing process. However, this influence only affects the adjustment. In order to influence other splicing parameters, the information obtained by measuring the amount of light transmitted is not sufficient. By observing the splicing zone of the optical fibers to be spliced during the splicing process, further information is accessible. In addition to the information as to whether the cores are aligned, you also receive information as to whether the cores are melting or whether the transition between the optical fibers is still visible and the control of the splicing parameters can be derived from this and other information.
  • the observation of the cores of the optical fibers to be spliced during the splicing process, i.e. when the arc is ignited, is made possible by the use of electronic or optical filters.
  • the arc itself can serve as a source of observation light serve (see P 39 39 497).
  • a camera system preferably a high-resolution CCD camera, is used for observation. This can be connected to a monitor for visual observation. Images are recorded during the splicing process, for example at a fixed sampling frequency. The images are taken from the critical splice zone. The images must be evaluated very quickly, since the quality of the splice can change very quickly. If the splice quality is optimal and a certain minimum welding time is around, the splice can be stopped. A minimum welding time must be observed in order to obtain a firm splice.
  • the main arc current can be increased or the splice duration changed if the splice energy did not produce an optimal splice.
  • the splice quality can currently be determined from the images obtained by the CCD camera during the splicing process.
  • the position of the cores of the optical fibers to be spliced is recorded.
  • Fig. 1 shows a flow chart of a splicing method
  • Fig. 2 a structure of a splicer is shown schematically.
  • the splicing process works as follows (Fig. 1): First, preparatory work, such as cutting and stripping the fiber optic ends, must be carried out.
  • Fig. 1 First, preparatory work, such as cutting and stripping the fiber optic ends, must be carried out.
  • Optical fiber ends are then inserted into the splicer and pre-adjusted.
  • the fine adjustment is usually done automatically. If the adjustment is good, the arc is ignited. Images of the splice zone are taken while the arc is burning. The images are evaluated during a cycle period. This consists, for example, of detecting differences in brightness and determining the core positions of the optical fibers to be connected.
  • a comparison with the minimum requirements follows. This comparison can include several criteria. A distinction must be made between repairable criteria (offset ⁇ a, transition of the optical fiber ends visible) and irreparable criteria (offset> b, core fused) that lead directly to a splice break. If the core offset is small, you can try to readjust the optical fibers.
  • the minimum requirements have been reached. If the transition between the fiber ends is visible, the splicing energy must be increase. If the splicing parameters or the adjustment have been changed and the irreparable criteria have been met, a new image is taken and the evaluation process is repeated. If all minimum requirements are met, the splicing process can be stopped when the minimum splicing time is over. Otherwise a new picture will be taken and the process repeated.
  • FIG. 1 A splicer with which the method can be carried out is shown in FIG.
  • Two fiber optic ends 1, 1 ' lie on devices, at least one of which is a sliding table 2.
  • the displacement table can be displaced in the directions transverse to the longitudinal axis of the optical waveguide, for example by means of an adjustment motor which is controlled by the displacement table controller 3.
  • the fiber optic ends 1, 1 ' can be observed with a camera 5, which takes pictures in time with a clock generator 12 during the splicing process.
  • the images are fed to an evaluation unit 6.
  • the evaluation unit 6 comprises a module for core position detection 7, in which the position of the cores of the optical fiber ends in certain areas is detected, a unit 8 for determining the deviation of the optical fibers from one another (offset, angle, etc.), a memory 9 in which the minimum requirements are stored, an input unit 10 for the memory 9 and a comparator 11.
  • the comparator 11 the minimum requirements are compared with the deviations in the position of the cores and changes in the splicing parameters are brought about.
  • the controls 3 and 4 are connected to the comparator.

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Abstract

Es ist bekannt, Lichtwellenleiterspleiße mittels Lichtbogenschweißens herzustellen. Die Kerne der zu verspleißenden Lichtwellenleiter (1, 1') werden zur Justage und zum Beurteilen der Spleißqualität mit einem Kamerasystem (5) beobachtet. Zum Beurteilen der Spleißqualität ist ein Beobachten während des Spleißvorgangs notwendig. Erfindungsgemäß findet eine Auswertung der mit dem Kamerasystem gemachten Bilder während des Spleißvorgangs statt und die Ergebnisse der Auswertung steuern den weiteren Spleißvorgang.

Description

Beschreibung
Spleißverfahren und Spleißgerät
Die Erfindung betrifft ein Spleißverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Spleißgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
Zur Herstellung von nicht lösbaren Lichtwellenleiter- Verbindungen ist es bekannt, Klebeverfahren, Klemmverfahren oder Lichtbogenverschweißung anzuwenden. Für alle Verfahren ist es notwendig, die zu verspleißenden Lichtwellenleiterenden genau aufeinander auszurichten. Die Justage kann mit optischen Mitteln beobachtet oder durch Messung des durch die Lichtwellenleiter-Verbindungen durchgehenden Lichts überwacht werden. Bei Beobachtung mit optischen Mitteln kann die Justage bezüglich des Manteldurchmessers der Lichtwellenleiter geschehen. Dann entstehen jedoch Zusatzverluste durch Außendurchmesserschwankungen und Lagetoleranzen zwischen Kern und Mantel. Bei höheren Ansprüchen an die maximal zulässige Dämpfung des Lichtwellenleiter-Spleißes, beispielsweise bei Monomode-Lichtwellenleitern, muß eine Kern-Kern-Ausrichtung durchgeführt werden. Hierzu muß zunächst der Kern sichtbar gemacht werden, was durch Ausleuchtung mit sichtbarem, infrarotem oder ultraviolettem Licht geschehen kann.
Aus der EP 94 125 Bl ist es bekannt, den zu positionierenden Lichtwellenleiter mit ultraviolettem Licht zu bestrahlen und den Kern im durch Fluoreszenz erzeugten sichtbaren Licht zu beobachten. Auch aus der EP 186 819 Bl und aus der EP 280 562 A2 ist es bekannt, die Kerne der zu positionierenden Lichtwellenleiter zu beobachten.
Aus der EP 215 145 AI ist ein Spleißverfahren für Monomodelichtwellenleiter bekannt. Zum Justieren der Kerne der Lichtwellenleiter werden diese von zwei Lichtguellen beleuchtet und können mit einem Mikroskop mit Kamerasystem und Bildschirm beobachtet werden. Die aufgezeichneten Bilder werden ausgewertet und die Position der Lichtwellenleiterenden wird mittels der Ergebnisse der Auswertung gesteuert. Die Beobachtung mit dem Kamerasystem erfolgt vor dem Spleißvorgang. Ist die Justierung abgeschlossen wird gespleißt. Aus der EP 237-426 AI ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, mit dem zwei Lichtwellenleiter aufeinander einjustiert werden können. Auch hier findet eine Beleuchtung statt und ein Kamerasystem nimmt Bilder der Lichtwellenleiterenden auf, die dann ausgewertet werden und zur Steuerung von Justiereinheiten dienen.
Aus der DE 34 29 862 Cl ist ein Verfahren zum Verschweißen zweier Lichtleitfasern.bekannt, mit dem eine verbesserte Spleißverbindung geschaffen werden soll. Dies soll dadurch erreicht werden, daß während des Schweißvorganges Licht von einem Sender durch die beiden Lichtleitfasern zu einem Empfänger geleitet wird und daß ein Manipulator, der die Lichtleitfasern in ihre Lage verfahren kann, bis zur Erhärtung der Schweißstelle zu solchen Regelbewegungen veranlaßt wird, daß die durch die Lichtleitfasern geleitete Lichtmenge ein Maximum erreicht. Dieses Verfahren ist dann nicht anwendbar, wenn es nicht möglich ist Licht in die Lichtwellenleiter ein- bzw. auszukoppeln. Aus einem Firmenprospekt von Ericsson Cables AB "Ericsson Fiber Splicing System FSS 900" von 1988 ist ein Spleißverfahren bekannt, bei dem zunächst eine grobe Justage der Lichtwellenleiter durchgeführt wird. Dann wird durch einen schwachen Lichtbogen Schmutz auf den Lichtwellenleiterenden verbrannt, dann die Qualität der Lichtwellenleiterenden überprüft, danach eine FeinJustierung, die
Lichtbogenverschweißung und eine Analyse der Spleißgualität durchgeführt. Während der Lichtbogenverschweißung werden Video-Bilder von der kritischen Spleißzone aufgenommen, um die Lichtwellenleiter zu beobachten, während der Lichtbogen an ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Stand der Technik weiterzuentwickeln.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Spleißverfahren nach Patentanspruch 1 und das Spleißgerät nach Patentanspruch 6.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch den von Ericsson bekannten Stand der Technik ist es möglich, die Qualität von Spleißen besser zu beurteilen. Die Analysemöglichkeiten werden verfeinert und ein Spleiß kann als den Qualitätsanforderungen genügend oder nicht genügend beurteilt werden. Das Ergebnis der Qualitätsanalyse erhält man, wenn der Spleiß fertig ist. Ist die Dämpfung zu groß, also die Qualität schlecht, so muß ein neuer Spleiß angefertigt werden.
Im Gegensatz dazu ist es mit dem erfindungsgemäßen Spleißverfahren bzw. Spleißgerät möglich, direkt Einfluß auf den Spleißvorgang zu nehmen. Die Spleißkontrolle wird während des Spleißvorgangs durchgeführt. Es werden während des Spleißvorgangs, also während der Lichtbogen brennt, mit einem Kamerasystem Bilder aufgenommen, die auch während des Spleißvorgangs ausgewertet werden und eine Steuerung des Spleißvorgangs ermöglichen. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird eine wesentliche Verbesserung der Spleißgualität erreicht. Zudem ist die Zahl der Spleiße, die als unzureichend bewertet werden und erneut hergestellt werden müssen, wesentlich geringer.
Wenn es möglich ist, Licht in die zu verspleißenden . Lichtwellenleiter ein- bzw. auszukoppeln, kann auch mit dem in der DE 34 29 862 Cl vorgeschlagenen Verfahren die Spleißgualität während des Spleißvorgangs beeinflußt werden. Diese Beeinflußung betrifft jedoch nur die Justierung. Um auch andere Spleißparameter zu beeinflußen, genügt die durch Messung der übertragenen Lichtmenge erhaltene Information nicht. Durch die Beobachtung der Spleißzone der zu verspleißenden Lichtwellenleiter während des Spleißvorganges werden weitere Informationen zugänglich. Neben der Information, ob die Kerne fluchten, erhält man auch die Information ob die Kerne schmelzen, oder ob der Übergang zwischen den Lichtwellenleiter noch sichtbar ist und kann aus diesen und weiteren Informationen die Steuerung der Spleißparameter ableiten.
Die Beobachtung der Kerne der zu verspleißenden Lichtwellenleiter während dem Spleißvorgang, also wenn der Lichtbogen gezündet ist, wird durch den Einsatz von elektronischen oder optischen Filtern ermöglicht. Der Lichtbogen selbst kann dabei als Beobachtungslichtguelle dienen (siehe dazu P 39 39 497). Zur Beobachtung dient ein Kamerasystem, vorzugsweise eine hochauflösende CCD-Kamera. Diese kann mit einem Monitor zur visuellen Beobachtung verbunden sein. Während des Spleißvorganges werden Bilder, beispielsweise mit einer festen Abtastfrequenz aufgenommen. Die Bilder werden von der kritischen Spleißzone aufgenommen. Die Auswertung der Bilder muß sehr schnell erfolgen, da sich die Spleißgüte sehr schnell verändern kann. Ist die Spleißqualität optimal und eine gewisse Mindestverschweißzeit um, so kann ein Spleißabbruch erfolgen. Eine Mindestverschweißzeit muß eingehalten werden, um einen festen Spleiß zu erhalten. Der Hauptbogenstrom kann erhöht oder die Spleißdauer kann verändert werden, falls die Spleißenergie keinen optimalen Spleiß erzeugt hat.
Bei dem beschriebenen Verfahren ist ein Erkennen von Kernversatz und somit auch eine Nachjustage der Lichtwellenleiter während des Spleißvorgangs möglich.
Die Spleißqualität kann aus den von der CCD-Kamera gewonnenen Bildern während des Spleißvorgangs aktuell bestimmt werden. Die Lage der Kerne der zu verspleißenden Lichtwellenleiter wird erfaßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Spleißverfahrens, in Fig. 2 ist ein Aufbau eines Spleißgerätes schematisch dargestellt.
Das Spleißverfahren läuft wie folgt ab (Fig. 1): Zunächst müssen Vorarbeiten, wie das Schneiden und Abisolieren der Lichtwellenleiterenden, erfolgen. Die
Lichtwellenleiterenden werden dann ins Spleißgerät eingelegt und vorjustiert. Die Feinjustage erfolgt meist automatisch. Ist die Justage gut, so wird der Lichtbogen gezündet. Während der Lichtbogen brennt, werden Bilder der Spleißzone aufgenommen. Während einer Taktperiode erfolgt die Auswertung der Bilder. Diese besteht beispielsweise aus einer Erfassung von Helligkeitsunterschieden und der Ermittlung der Kernlagen der zu verbindenden Lichtwellenleiter. Es folgt ein Vergleich mit den Minimalanforderungen. Dieser Vergleich kann mehrere Kriterien beinhalten. Dabei muß man zwischen reparablen Kriterien (Versatz < a, Übergang der Lichtwellenleiterenden sichtbar) und irreparablen Kriterien (Versatz > b, Kern verschmolzen), die unmittelbar zu einem Spleißabbruch führen, unterscheiden. Bei geringem Kernversatz kann man versuchen, die Lichtwellenleiter nachzujustieren. Ist der Versatz der Kerne kleiner als a, so hat man die Minimalanforderungen erreicht. Wenn der Übergang zwischen den Lichtwellenleiterenden sichtbar ist, so muß die Spleißenergie erhöht werden. Ist eine Änderung der Spleißparameter oder der Justierung vorgenommen worden und die irreparablen Kriterien sind erfüllt, so wird ein neues Bild aufgenommen und der Vorgang der Auswertung wird wiederholt. Sind alle Minimalanforderungen erfüllt, so kann der Spleißvorgang abgebrochen werden, wenn die Mindestspleißzeit um ist. Sonst wird ein neues Bild aufgenommen und der Vorgang wiederholt.
Ein Spleißgerät, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann, ist in Figur 2 dargestellt. Zwei Lichtwellenleiterenden 1, 1' liegen auf Vorrichtungen, von denen mindestens eine ein Verschiebetisch 2 ist. Der Verschiebetisch ist in den zur longitudinalen Achse des Lichtwellenleiters transversalen Richtungen verschiebbar, beispielsweise mittels eines Verstellmotors, der von der Verschiebetischsteuerung 3 gesteuert wird.
Es sind zwei Elektroden El, E2 vorgesehen, die den Lichtbogen zum Verschweißen erzeugen und von einer Elektroden-Steuerung und -Stromversorgung 4 gesteuert bzw. versorgt werden. Die Lichtwellenleiterenden 1, 1' sind mit einer Kamera 5 beobachtbar, die im Takt eines Taktgebers 12 während des Spleißvorgangs Bilder aufnimmt. Die Bilder werden einer Auswerteeinheit 6 zugeführt. In dieser wird der schon oben beschriebene Auswertevorgang durchgeführt. Die Auswerteeinheit 6 umfaßt ein Modul zur Kernlageerfassung 7, in dem die Lage der Kerne der Lichtwellenleiterenden in bestimmten Bereichen erfaßt wird, eine Einheit 8 zur Feststellung der Abweichung der Lichtwellenleiter voneinander (Versatz, Winkel etc.), einen Speicher 9, in dem die Minimalanforderungen abgespeichert sind, eine Eingabeeinheit 10 für den Speicher 9 und einen Vergleicher 11. Im Vergleicher 11 werden die Minimalanforderungen mit den Abweichungen der Lage der Kerne verglichen und Änderungen der Spleißparameter werden bewirkt. Dazu sind die Steuerungen 3 und 4 mit dem Vergleicher verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Spleißverfahren zum Lichtbogenverschweißen von Lichtwellenleiterenden, wobei die kritische Spleißzone während des Lichtbogenverschweißens mit einem Kamerasystem beobachtet wird und dabei aufgezeichnete Bilder bezüglich der Qualität des oder der Spleiße ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung während des Lichtbogenverschweißens durchgeführt wird, und daß der weitere Spleißvorgang mittels der Ergebnisse der Auswertung gesteuert wird, indem eine Änderung der Spleißparameter oder eine
Nachjustage der Lichtwellenleiterenden vorgenommen wird.
2. Spleißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spleißvorgang mit einer festen Taktzeit aufgezeichnet wird.
3. Spleißverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung eines Bildes innerhalb einer Taktperiode durchgeführt wird.
4. Spleißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spleißvorgang abgebrochen wird, wenn die Auswertung eines Bildes ergibt, daß
a) die Spleißqualität unter die Minimalanforderungen gesunken ist, oder
b) die Spleißqualität über den Minimalanforderungen liegt und die Mindestverschweißzeit um ist.
5. Spleißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es automatisch durchgeführt wird.
6. Spleißgerät, das eine Vorrichtung zum Justieren der Lichtwellenleiterenden (1, 1') mit einem Verschiebetisch (2) aufweist und das ein Beobachtungssystem mit einem Kamerasystem (5) zum Beobachten der Spleißzone und eine Auswerteeinheit (6) zur Auswertung der gewonnenen Bilder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgeber (12) vorgesehen ist, der die Taktzeit zur Aufzeichnung von Bildern angibt, daß in der Auswerteeinheit (6) innerhalb einer Taktperiode ein Ergebnis der Auswertung vorliegt und die Auswerteeinheit (6) mit einer Verschiebetischsteuerung (3) sowie einer. Steuerung und Stromversorgung (4) der Elektroden (El, E2) verbunden ist, um den weiteren Spleißvorgang zu steuern.
7. Spleißgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (6) einen Speicher (9) zum Abspeichern der Minimalanforderungen an die Spleißstelle aufweist.
8. Spleißgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß •eine Eingabeeinheit (10) für die Minimalanfόrderungen vorgesehen ist.
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