WO2002056078A1 - Method and device for positioning optical waveguides - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method for positioning fibers such as glass fibers, quartz fibers, plastic fibers, for the purpose of introducing them into the bores of a predetermined bore pattern, or for inserting them in a plug, or for joining them with another object, for example a roller for rolling up the fibers and for fastening on said object. The invention further relates to a device for carrying out said method, characterized by the following features: positioning the fibers by means of a guide device in such a manner that their front ends, with respect to their direction of introduction, are directed towards the bores or the plug or the object; temporarily fixing the fibers on the guide device; and moving the guide device in the direction of introduction in such a manner that the fibers are transferred to their final position.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM POSITIONIEREN VON LICHTWELLENLEITERNMETHOD AND DEVICE FOR POSITIONING LIGHTWAVE GUIDES
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Positionieren von Fasern. Dabei geht es beispielsweise um Glas-, Quarz- oder Kunststof fasern, die beispielsweise als Lichtwellenleiter dienen. Die Positionierung ist zum Beispiel dann notwendig, wenn Fasern der genannten Art mit ihren Enden in ganz bestimmte Lagen relativ zueinander gebracht werden sollen. Dies ist notwendig, um Fasern in Bohrungen einzuschieben, die in einem bestimmten Bohrungsmuster relativ zueinander angeordnet sind. Gleiches kommt in Betracht beim Einlegen von Fasern in einen Stecker oder beim Zusammenfügen mit einem anderen Gegenstand sowie zum Befestigen an einem solchen anderen Gegenstand, zum Beispiel an einer Walze zum Aufwickeln von Lichtwellenleitern.The invention relates to a device for positioning fibers. This involves, for example, glass, quartz or plastic fibers that serve, for example, as optical fibers. The positioning is necessary, for example, if the ends of fibers of the type mentioned are to be brought into very specific positions relative to one another. This is necessary in order to insert fibers into bores that are arranged relative to one another in a certain bore pattern. The same comes into consideration when inserting fibers into a plug or when joining them with another object and for fastening to such another object, for example on a roller for winding up optical fibers.
Bei der Positionierung von Fasern geht es um höchste Genauigkeit. Es geht aber auch darum, die Fasern nicht zu beschädigen.The positioning of fibers is about maximum accuracy. But it's also about not damaging the fibers.
Die genannten Arbeiten an und mit solchen Fasern wurden bisher manuell durchgeführt. So wurden Fasern beispielsweise mit Pinzetten in die gewünschten Positionen gebracht und in Bohrungen eingesteckt oder in einen Stecker eingelegt. Dieses Verfahren ist sehr mühsam und personalaufwendig. Es hat außerdem den Nachteil, daß dabei Fehler sowie Beschädigungen der Fasern auftreten können.The work on and with such fibers has previously been carried out manually. For example, fibers were brought into the desired positions with tweezers and inserted into bores or inserted into a plug. This process is very tedious and labor intensive. It also has the disadvantage that errors and damage to the fibers can occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher Fasern der genannten Art einwandfrei positioniert werden können, und zwar zum Zwecke des Einsteckens in die Bohrungen eines vorgegebenen Bohrungsmusters oder für das Einlegen in einen Stecker oder für das Zusammenfügen mit einem anderen Gegenstand.The invention has for its object to provide a device with which fibers of the type mentioned can be properly positioned, namely for the purpose of insertion into the holes of a predetermined hole pattern or for insertion into a plug or for joining with another object ,
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demgemäß umfaßt eine solche Vorrichtung einen Greifer zum Erfassen der Fasern. Der Greifer seinerseits umfaßt eine Führungsvorrichtung, der wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme einer Faser aufweist. Der Führungsvorrichtung ist eine Halteeinrichtung zum vorübergehenden Festhalten der betreffenden Faser zugeordnet.This object is solved by the features of claim 1. Accordingly, such a device comprises a gripper for gripping the fibers. The gripper in turn comprises a guide device which has at least one recess for receiving a fiber. The guide device is assigned a holding device for temporarily holding the fiber in question.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Führungsvorrichtung mit mehreren Aussparungen versehen. Diese sind wiederum relativ zueinander derart angeordnet, wie dies der gewünschten Faserpositionierung entspricht. Dabei kommt es hauptsächlich darauf an, daß die Endbereiche der Aussparungen die gewünschte gegenseitige Zuordnung haben, somit jene Bereiche, an welchen die Endbereiche der einzulegenden Fasern liegen werden.In a further embodiment of the invention, the guide device is provided with several cutouts. These are in turn arranged relative to one another in such a way that this corresponds to the desired fiber positioning. The main thing here is that the end regions of the cutouts have the desired mutual association, that is to say those regions where the end regions of the fibers to be inserted will lie.
Die Aussparungen können durch ein materialabtragendes Verfahren erzeugt werden, zum Beispiel durch Ätzen, Erodieren, Laserbearbeiten, Präzisionsschleifen oder Präzisionsfräsen.The recesses can be created by a material-removing process, for example by etching, eroding, laser processing, precision grinding or precision milling.
Die genannte Halteeinrichtung kann auf verschiedene Weise gestaltet sein. So kommt beispielsweise eine Vakuumeinrichtung in Betracht, mit welcher die in die Aussparungen eingelegten Fasern durch Unterdruck an der Führungsvorrichtung festgehalten werden. Statt des Unterdruckes könnte auch daran gedacht werden, der Führungsvorrichtung Blasdüsen zuzuordnen, die gegen die eingelegten Fasern feine Blasluftstrahlen richten, so daß die Fasern in die Aussparungen der Führungsvorrichtung eingedrückt werden.The holding device mentioned can be designed in various ways. For example, a vacuum device can be used with which the fibers inserted into the recesses are held on the guide device by negative pressure. Instead of the negative pressure, it could also be thought of assigning blowing nozzles to the guide device, which direct fine blowing air jets against the inserted fibers, so that the fibers are pressed into the recesses of the guide device.
Weiterhin kommt als Halteeinrichtung eine elektrostatische Einrichtung in Betracht oder eine Einrichtung zum Erzeugen einer Adhäsionskraft, welche die eingelegten Fasern in den Aussparungen der Führungsvorrichtung festhält, etwa durch Befeuchten, Kleben oder Befrosten. Auch könnten die Aussparungen in einem zur Faser-Längsrichtung gelegten Schnitt derart gestaltet sein, daß die einzelne Faser beim Einlegen in die Aussparung einer ganz leichten Klemmkraft unterworfen wird, die sich möglichst leicht wieder lösen läßt.Furthermore, an electrostatic device or a device for generating an adhesive force which holds the inserted fibers in the recesses of the guide device, for example by moistening, gluing or freezing, can be considered as the holding device. The cutouts could also be in such a manner in a cut placed in the longitudinal direction of the fiber be designed so that the individual fiber is subjected to a very slight clamping force when inserted into the recess, which can be released as easily as possible.
Die Aussparungen sind nach der einen Fläche des Klemmkörpers hin offen. Sie werden im allgemeinen V-förmige Nuten sein.The cutouts are open towards one surface of the sprag. They will generally be V-shaped grooves.
Der Greifer ist im allgemeinen ein Multifasergreifer. An ihm werden die Fasern entweder von Hand oder mittels einer Vorpositioniereinrichtung befestigt. Durch die Fixierung ist es möglich, den Multifasergreifer inklusive der Fasern zu bewegen. Der Multifasergreifer kann nun mittels hochpräzisen Bewegungshilfen (zum Beispiel Linearachsen oder manuellen VerStelleinrichtungen) mit sehr hoher örtlicher Präzision positioniert werden. Die Fasern können jetzt in einem nachfolgenden Schritt zum Beispiel in eine Lochplatte gesteckt oder in einen Stecker eingelegt werden. Hierbei kann eine Kontrolle der Position über zum Beispiel ein Mikroskop oder eine Bildverarbeitung mittels Regelung erfolgen.The gripper is generally a multi-fiber gripper. The fibers are attached to it either by hand or by means of a pre-positioning device. The fixation makes it possible to move the multi-fiber gripper including the fibers. The multi-fiber gripper can now be positioned with very high local precision using high-precision movement aids (e.g. linear axes or manual adjustment devices). In a subsequent step, the fibers can now be inserted, for example, into a perforated plate or inserted into a connector. The position can be checked, for example, using a microscope or image processing by means of control.
Es können zum Beispiel folgende Fasertypen verwendet werden:For example, the following types of fibers can be used:
* Quarzglasfasern* Quartz glass fibers
* POF (plastic optical fiber)* POF (plastic optical fiber)
* Multicomponent-Glasfasern* Multicomponent glass fibers
* Glasfasern* Glass fibers
* PCG (plastic cladded glass)* PCG (plastic cladded glass)
Zum Einsatz kommen Außendurchmesser von 50 Mikrometer bis 1 mm. Die Fasern können vorbehandelt sein:Outside diameters from 50 micrometers to 1 mm are used. The fibers can be pretreated:
* Angespitzt: Thermisch, chemisch und/oder mechanisch* Pointed: thermal, chemical and / or mechanical
* Abgerundet: Thermisch, chemisch und/oder mechanisch* Rounded: thermal, chemical and / or mechanical
* Gestrippt und ungestrippt.* Stripped and unstripped.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine präzise Positionierung mehrerer Fasern gleichzeitig, zum Beispiel für das Einstecken in Bohrungen eines vorgegebenen festen Lochmusters oder für das Einlegen in einen Stecker oder zum Zusammenfügen an einem weiteren Gegenstand und zum Befestigen hieran. Unter der Ausdrucksweise "Bohrungen" sind Lochstrukturen jeglicher Art zu verstehen, somit auch solche mit nicht rundem Querschnitt. Die Fasern können beispielsweise als Lichtwellenleiter verwendet werden. Die Erfindung führt zu erheblichen Vorteilen. So läßt sich die gesamte Fertigung rationeller, kostengünstiger und damit wirtschaftlicher gestalten. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise macht unabhängig von der Geschicklichkeit von Personal. Die Bauteilqualität ist ebenfalls unabhängig von der Qualifikation von Personal. Es lassen sich mehrere Fasern gleichzeitig handhaben, so daß das Einlegen von Fasern in vorbestimmten Zyklen erfolgen kann.The device according to the invention allows a precise positioning of several fibers at the same time, for example for insertion into bores a predetermined fixed hole pattern or for inserting into a plug or for joining to another object and for attaching to it. The term "bores" is to be understood as meaning hole structures of any kind, including those with a non-round cross section. The fibers can be used, for example, as optical fibers. The invention leads to considerable advantages. This means that the entire production process can be designed more efficiently, more cost-effectively and therefore more economically. The procedure according to the invention makes independent of the skill of personnel. The component quality is also independent of the qualification of personnel. Several fibers can be handled simultaneously, so that fibers can be inserted in predetermined cycles.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Die schematische Darstellung zeigt dabei eine Führungsvorrichtung 1 eines Greifers. Die Führungsvorrichtung 1 hat im vorliegenden Falle die Gestalt einer Einlegeplatte.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. The schematic representation shows a guiding device 1 of a gripper. The guide device 1 has the shape of an insert plate in the present case.
Man erkennt ferner drei Nuten 1.1 , 1.2, 1.3. Diese sind im Querschnitt V- förmig.One can also see three grooves 1.1, 1.2, 1.3. These are V-shaped in cross section.
In jede Nut 1.1 , 1.2, 1.3 ist eine Faser 2.1 , 2.2, 2.3 eingelegt.A fiber 2.1, 2.2, 2.3 is inserted into each groove 1.1, 1.2, 1.3.
Wie oben ausgeführt, kann die genannte Führungsvorrichtung als Greifer ausgeführt sein. Die Fasern werden hieran fixiert, wozu eine der genannten Halteeinrichtungen dient. Der Greifer wird zusammen mit den hieran gehaltenen Fasern in Arbeitsrichtung bewegt, so daß die Fasern beispielsweise in die Bohrungen eingeführt werden.As stated above, the said guiding device can be designed as a gripper. The fibers are fixed to this, for which one of the holding devices mentioned is used. The gripper is moved together with the fibers held thereon in the working direction so that the fibers are inserted into the bores, for example.
Alternativ kommt in Betracht, die Führungsvorrichtung als Rutsche auszubilden. Die Fasern werden in die genannten V-Nuten oder ähnlich gestaltete Nuten eingelegt. Die Führungsvorrichtung verbleibt stationär, aber die Fasern werden in Arbeitsrichtung bewegt, somit beispielsweise auf die Bohrungen zu und in diese hinein. Die Bewegung kann durch rutschen lassen der Fasern geschehen, somit durch die Schwerkraft. Aber auch andere Maßnahmen zum Transportieren der Fasern in einer solchen rutschenartigen Einführvorrichtung können getroffen werden, beispielsweise durch Mitnahme mittels eines Mitnahmekörpers.Alternatively, it is possible to design the guide device as a slide. The fibers are placed in the aforementioned V-grooves or similarly shaped grooves. The guide device remains stationary, but the fibers are moved in the working direction, for example towards and into the holes. The movement can be done by slipping the fibers, thus by gravity. However, other measures for transporting the fibers in such a slide-like insertion device can also be taken, for example by being carried along by means of a drive body.
Der Schwierigkeitsgrad des Einführens läßt sich an den Dimensionen ermessen, um die es hier geht: Der Durchmesser der einzelnen Faser, und gleichzeitig die lichte Weite der einzelnen Bohrung liegen bei 50 Mikrometer. The degree of difficulty of insertion can be measured by the dimensions involved: the diameter of the individual fibers and at the same time the clear width of the individual holes are 50 micrometers.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Positionieren von Fasern wie Glasfasern, Quarzfasern, Kunststoffasern, zum Zwecke des Einführens in die Bohrungen eines vorgegebenen Bohrungsmusters, oder für das Einlegen in einen Stecker, oder für das Zusammenfügen mit einem anderen Gegenstand, zum Beispiel einer Walze zum Aufwickeln der Fasern und zum Befestigen an diesem Gegenstand;1. A method for positioning fibers such as glass fibers, quartz fibers, plastic fibers, for the purpose of insertion into the bores of a predetermined bore pattern, or for insertion into a plug, or for assembly with another object, for example a roller for winding up the fibers and to attach to this item;
1.1 die Fasern werden mit einer Führungsvorrichtung derart positioniert, daß ihre in Einführrichtung vorderen Enden auf die Bohrungen beziehungsweise auf den Stecker beziehungsweise auf den Gegenstand ausgerichtet sind;1.1 the fibers are positioned with a guide device such that their front ends in the direction of insertion are aligned with the bores or with the plug or with the object;
1.2 die Fasern werden an der Führungsvorrichtung vorübergehend fixiert;1.2 the fibers are temporarily fixed to the guide device;
1.3 die Führungsvorrichtung wird in Einführrichtung derart bewegt, daß die Fasern in ihre Endposition gelangen.1.3 the guide device is moved in the insertion direction such that the fibers reach their end position.
2. Verfahren zum Positionieren von Fasern wie Glasfasern, Quarzfasern, Kunststoffasern, zum Zwecke des Einführens in die Bohrungen eines vorgegebenen Bohrungsmusters, oder für das Einlegen in einen Stecker, oder für das Zusammenfügen mit einem anderen Gegenstand, zum Beispiel einer Walze zum Aufwickeln der Fasern und zum Befestigen an diesem Gegenstand;2. Method for positioning fibers such as glass fibers, quartz fibers, plastic fibers, for the purpose of insertion into the bores of a predetermined bore pattern, or for insertion into a plug, or for assembly with another object, for example a roller for winding up the fibers and to attach to this item;
2.1 die Fasern werden mit einer Führungsvorrichtung derart positioniert, daß ihre in Einführrichtung vorderen Enden auf die Bohrungen beziehungsweise auf den Stecker beziehungsweise auf den Gegenstand ausgerichtet sind;2.1 the fibers are positioned with a guide device in such a way that their front ends in the direction of insertion are aligned with the bores or with the plug or with the object;
2.2 die Führungsvorrichtung wird festgehalten, und die Fasern werden in Nuten gleitend in Richtung auf die Bohrungen beziehungsweise den Stecker beziehungsweise den Gegenstand bewegt. 2.2 the guide device is held in place and the fibers are slidably moved in the direction of the bores or the plug or the object.
3. Vorrichtung zum Positionieren von Fasern wie Glasfasern, Quarzfasern, Kunststoffasern, zum Zwecke des Einführens in die Bohrungen eines vorgegebenen Bohrungsmusters, oder für das Einlegen in einen Stecker, oder für das Zusammenfügen mit einem anderen Gegenstand, zum Beispiel einer Walze zum Aufwickeln der Fasern und zum Befestigen an diesem Gegenstand;3. Device for positioning fibers such as glass fibers, quartz fibers, plastic fibers, for the purpose of insertion into the bores of a predetermined bore pattern, or for insertion into a plug, or for assembly with another object, for example a roller for winding up the fibers and to attach to this item;
3.1 mit einem Greifer zum Erfassen wenigstens einer Faser;3.1 with a gripper for gripping at least one fiber;
3.2 der Greifer umfaßt einen Führungskörper (1 ), der wenigstens eine Aussparung (1.1 , 1.2, 1.3) zur Aufnahme einer Faser (2.1 , 2.2, 2.3) aufweist;3.2 the gripper comprises a guide body (1) which has at least one recess (1.1, 1.2, 1.3) for receiving a fiber (2.1, 2.2, 2.3);
3.3 dem Führungskörper (1 ) ist eine Halteeinrichtung zum vorübergehenden Festhalten der Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) zugeordnet.3.3 the guide body (1) is assigned a holding device for temporarily holding the fibers (2.1, 2.2, 2.3).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:4. The device according to claim 3, characterized by the following features:
4.1 der Führungskörper (1 ) ist mit mehreren Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) versehen;4.1 the guide body (1) is provided with a plurality of cutouts (1.1, 1.2, 1.3);
4.2 die Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) sind wenigstens dort, wo sich der Endbereich der einzulegenden Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) befindet, relativ zueinander entsprechend der gewünschten Positionierung der Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) angeordnet.4.2 the recesses (1.1, 1.2, 1.3) are arranged at least where the end region of the fibers to be inserted (2.1, 2.2, 2.3) is located relative to one another in accordance with the desired positioning of the fibers (2.1, 2.2, 2.3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) durch ein materialabtragendes Verfahren erzeugt sind, zum Beispiel durch Ätzen, Erodieren, Laserbearbeiten, Präzisionsschleifen oder Präzisionsfräsen.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the recesses (1.1, 1.2, 1.3) are produced by a material-removing process, for example by etching, eroding, laser processing, precision grinding or precision milling.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1 ) eine Vakuumeinrichtung zum Aufbringen eines Unterdruckes auf die Fasern (2.1, 2.2, 2.3) umfaßt. 6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the guide device (1) comprises a vacuum device for applying a vacuum to the fibers (2.1, 2.2, 2.3).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1 ) eine Blaseinrichtung zum Aufbringen eines Blasdruckes auf die Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) umfaßt.7. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the guide device (1) comprises a blowing device for applying a blowing pressure on the fibers (2.1, 2.2, 2.3).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (1 ) eine elektrostatische Einrichtung umfaßt.8. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the guide device (1) comprises an electrostatic device.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen einer Adhäsionskraft umfaßt, die beispielsweise eine Adhäsion durch Befeuchten, Kleben oder Befrosten bewirkt.9. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the guide device comprises a device for generating an adhesive force which, for example, causes adhesion by moistening, gluing or freezing.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) in einem zu den Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) achssenkrechten Schnitt gesehen (V- förmig) sind.10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the recesses (1.1, 1.2, 1.3) are seen in a section perpendicular to the fibers (2.1, 2.2, 2.3) (V-shaped).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) in Bezug auf den Querschnitt der Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) derart gestaltet sind, daß sich die Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) in den Aussparungen (1.1 , 1.2, 1.3) durch geringfügigen Druck einklemmen lassen.11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that the recesses (1.1, 1.2, 1.3) with respect to the cross section of the fibers (2.1, 2.2, 2.3) are designed such that the fibers (2.1, 2.2 , 2.3) get caught in the recesses (1.1, 1.2, 1.3) by applying slight pressure.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Greifer eine Bewegungseinrichtung sowie eine Positionskontrolleinrichtung zugeordnet ist.12. Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that the gripper is associated with a movement device and a position control device.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (2.1 , 2.2, 2.3) Lichtwellenleiter sind. 13. Device according to one of claims 3 to 12, characterized in that the fibers (2.1, 2.2, 2.3) are optical fibers.
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