DE19643661A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Bestimmung von Spleißparametern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Spleißparametern für die Herstellung thermischer Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtwellenleitern.

In der Praxis kann die korrekte Einstellung sogenannter Schweißparameter (wie z. B. Schweißstromstärke, Schweißdauer, usw.) für das thermische Verschweißen, insbesondere Fusionsverschweißen, von Lichtwellenleitern erschwert sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Schweißparameter für das thermische Verschweißen von Lichtwellenleitern unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten verbessert eingestellt werden können. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein Probe-Lichtleitfaserabschnitt während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer einer definierten Zugspannung unterworfen wird, daß während dieser Zugbelastung der Probe- Lichtleitfaserabschnitt an mindestens einer Längsstelle erwärmt wird, und daß eine Einschnürung, die sich dort am Außenumfang des Probe-Lichtleitfaserabschnitts ausbildet, erfaßt und zur Bestimmung der Spleißparameter herangezogen wird.

Dadurch ist es ermöglicht, die Spleißparameter an unterschiedliche Spleißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lichtleitfasertyp, Elektrodenzustand, usw.) in einfacher sowie zuverlässiger Weise anzupassen. Auf diese Weise läßt sich eine verbesserte Spleißqualität erzielen.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung von Spleißparametern für die Herstellung thermischer Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtwellenleitern, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Zugeinrichtung vorgesehen ist, mit der mindestens ein Probe-Lichtleitfaserabschnitt während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer einer definierten Zugspannung unterwerfbar ist, daß eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mit der der unter Zugspannung stehende Probe-Lichtleitfaserabschnitt an mindestens einer Längsstelle erwärmbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen eine sich ausbildende Einschnürung am Außenumfang des Probe-Lichtleitfaserabschnitts erfaßbar und zur Bestimmung der Spleißparameter heranziehbar ist.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in teilweise perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 mit 4 jeweils in schematischer Darstellung verschiedene Schweißstrom/Zeit-Diagramme bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung die Einschnürung eines Probe- Lichtleitfaserabschnitts bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 6 schematisch in teilweise perspektivischer Darstellung die Vorrichtung nach Fig. 1 zur Durchführung einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 mit 6 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt schematisch in teilweise perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer Testvorrichtung TV, mit deren Hilfe optimale Spleißparameter für das thermische Verschweißen von mindestens zwei Lichtwellenleitern bei Vorliegen konkreter, d. h. spezifischer Spleißbedingungen (wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) ermittelt werden können. Die Testvorrichtung TV ist vorzugsweise Bestandteil eines Lichtwellenleiter-Spleißgerätes, insbesondere Lichtwellenleiter- Fusionsschweißgerätes. In der Fig. 1 ist in die Testvorrichtung TV ein Lichtwellenleiter LW durchgehend eingelegt. Seine Kunststoff-Beschichtung CO (= primäres und/oder sekundäres Coating) ist entlang einer vorgebbaren Teillänge entfernt, so daß dort ein Probe- Lichtleitfaserabschnitt LF blank freiliegt. Beidseitig dieses Probe-Lichtleitfaserabschnitts LF wird der gecoatete (d. h. Kunststoff-beschichtete) Lichtwellenleiter LW jeweils in einer Haltevorrichtung HV1 bzw. HV2 bekannter Bauart (wie zum Beispiel Manipulatoren) gehalten und lagefixiert. Zur besseren Veranschaulichung der Fixierwirkung der jeweiligen Haltevorrichtung ist in der linken Bildhälfte von Fig. 1 beispielhaft die Haltevorrichtung HV1 in geöffnetem Zustand gezeichnet. Sie weist ein Basisteil BT1 auf, auf dessen Oberseite eine Längsnut NB1 eingelassen ist, in die der gecoatete Lichtwellenleiter LW eingelegt ist. Am Basisteil BT1 ist über ein Gelenk GL1, Scharnier oder dergleichen ein Deckel bzw. eine Klappe KL1 angebracht, die in Richtung auf das Basisteil BT1 zuschwenkbar ist. Auf der Innenseite des Deckels KL1 ist eine Längsnut NK1 korrespondierend zur Längsnut NB1 im Basisteil BT1 vorgesehen. Nach Schließen der Haltevorrichtung HV1 wird somit der Lichtwellenleiter LW zwischen dem Basisteil BT1 und dem Deckel KL1 eingeklemmt und dort festgehalten. Analog dazu fixiert die Haltevorrichtung HV2 den gecoateten Lichtwellenleiter LW an einer Längsstelle, die der Ortsposition der ersten Haltevorrichtung HV1 bezüglich des freigelegten Lichtleitfaserabschnitts LF gegenüberliegt. Fig. 1 zeigt die Haltevorrichtung HV2 im geschlossenen Zustand, bei dem der gecoatete Lichtwellenleiter LW zwischen dem Basisteil BT2 und dem Deckel KL2 der Haltevorrichtung HV2 eingeklemmt ist und dadurch festgehalten wird. Der Deckel KL2 ist dabei mit Hilfe eines Gelenks GL2 am Basisteil BT2 schwenkbar angebracht. Zur Lagepositionierung des Lichtwellenleiters LW ist auf der Innenseite, hier der Oberseite des Basisteils BT2 eine Längsnut NB2 sowie korrespondierend dazu auf der Innenseite, hier der Unterseite, des Deckels KL2 eine Längsnut NK2 eingelassen.

Die beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 sind auf einer gemeinsamen Grundplatte GP angeordnet. Mindestens eine der Haltevorrichtungen HV1 bzw. HV2 ist in mindestens eine Raumrichtung verschiebbar ausgebildet. Bei der Testvorrichtung TV von Fig. 1 ist beispielhaft die zweite Haltevorrichtung HV2 in axialer Längsrichtung des Lichtwellenleiters LW, d. h. entlang dessen axialer Längserstreckung verschiebbar, während die erste Haltevorrichtung HV1 auf der Grundplatte GP feststehend angebracht ist. Die Verschieberichtung der zweiten Haltevorrichtung HV2 entspricht hier im Beispiel der Raumrichtung z eines karthesischen Koordinatensystems x, y, z. Die Verschiebbarkeit der Haltevorrichtung HV2 in z-Richtung ist in der Fig. 1 mittels eines Doppelpfeils z2 angedeutet.

Die Raumrichtung x läuft in Querrichtung zur Längserstreckung des Lichtwellenleiters LW, insbesondere senkrecht, das heißt orthogonal zur Raumrichtung z. Die plane Grundplatte GP liegt insbesondere parallel zu der von der x- sowie z-Richtung aufgespannten Ebene. Die Raumrichtung y steht senkrecht zu dieser x-, z-Ebene, das heißt sie verläuft von oben nach unten.

Um nun den Probe-Lichtleitfaserabschnitt LF mit einer vorgebbaren, das heißt definierten Zugspannung F in Faserlängsrichtung während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer beaufschlagen zu können, wird die Haltevorrichtung HV2 in z-Richtung von der feststehenden Haltevorrichtung HV1 um eine vorgebbare Längsstrecke - hier in der Fig. 1 nach rechts - wegbewegt. Dazu ist der Haltevorrichtung HV2 ein Stellglied SG2 zugeordnet, das seine Steuersignale von einer Auswer­ te-/Steuervorrichtung COM über eine Steuerleitung SL2 erhält. Die Verschiebewirkung des Stellgliedes SG2 auf die Haltevorrichtung HV2 ist in der Fig. 1 mit Hilfe eines Wirkpfeils WP2 schematisch angedeutet. Dadurch, daß der Lichtwellenleiter LW auf einer Seite seines freigelegten Lichtleitfaserabschnitts LF mit einer Haltevorrichtung wie z. B. HV1 ortsfest festgehalten wird, auf der anderen, bezüglich des Lichtleitfaserabschnitts LF gegenüberliegenden Seite hingegen mittels einer Zugeinrichtung (hier insbesondere durch die zweite Haltevorrichtung HV2 gebildet) von dieser ortsfesten Haltevorrichtung wegbewegt wird, wird der Probe-Lichtleitfaserabschnitt LF entlang seiner Längsachse, d. h. axialen Längserstreckung, zwischen den beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 vorzugsweise geradlinig gespannt. Gegebenenfalls sind auch andere Relativbewegungen zwischen den beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 von Fig. 1 zur Erzeugung einer Zugkraft entlang des Lichtleitfaserabschnitts LF möglich. So kann es insbesondere zweckmäßig sein, zusätzlich oder unabhängig zur zweiten Haltevorrichtung HV2 von Fig. 1 die erste Haltevorrichtung HV1 ebenfalls in axialer Längsrichtung des Lichtleitfaserabschnitts LF verschiebbar auszubilden und ihr ein eigenes Stellglied zuzuordnen. Ein solches Stellglied für die Haltevorrichtung HV1 ist in der Testvorrichtung TV von Fig. 6 zusätzlich strichpunktiert mit eingezeichnet sowie mit SG1 bezeichnet. Es ist über eine strichpunktiert eingezeichnete Steuerleitung SL1 an die Auswer­ te-/Steuereinrichtung COM angeschlossen. Seine Verschiebewirkung auf die Haltevorrichtung HV1 ist mit Hilfe eines Wirkpfeils WP1 schematisch angedeutet. Die Verschiebbarkeit der Haltevorrichtung HV1 in z-Richtung ist mit Hilfe eines Doppelpfeils z1 veranschaulicht. Um den Lichtleitfaserabschnitt zwischen zwei solchen Haltevorrichtungen HV1, HV2 unter eine vorgebbare Zugspannung setzen zu können, werden die beiden, jetzt verschiebbar ausgebildeten Haltevorrichtungen HV1, HV2 vorzugsweise entlang der axialen Längserstreckung des Lichtwellenleiters LW auseinanderbewegt.

Zusammenfassend betrachtet weist also die Testvorrichtung TV eine Zugeinrichtung auf, mit der der jeweilige Probe- Lichtleitfaserabschnitt während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer einer definierten Zugspannung unterwerfbar ist. Vorzugsweise zieht die Zugeinrichtung derart am Probe- Lichtleitfaserabschnitt, daß dieser entlang einer Geradenlinie gespannt wird. Insbesondere wird die entlang der axialen Längsachse des Lichtleitfaserabschnitts LF wirkende Zugspannungskraft F für eine vorgebbare Prüfzeit im wesentlichen konstant gehalten. Der Lichtleitfaserabschnitt LF wird vorzugsweise mit einer Zugspannungskraft von höchstens 4 N, insbesondere zwischen 0,5 und 3 N beaufschlagt.

Während dieser Zugbelastung des Probe- Lichtleitfaserabschnitts LF wird dieser an mindestens einer Längsstelle mit Hilfe einer Heizeinrichtung, insbesondere thermischen Wärmequelle, erwärmt. Dazu sind in der Fig. 1 dem Zwischenraum zwischen den beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 zwei Schweißelektroden EL1, EL2 derart zugeordnet, daß sich zwischen ihnen ein sogenannter Lichtbogen durch Glimmentladung queraxial, insbesondere senkrecht, zur Längserstreckung des Probe-Lichtleitfaserabschnitts LF ausbilden kann. Der Verlauf des Bereichs, in dem sich jeweils ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 ausbreiten kann, (= Erwärmungs- bzw. Schweißbereich) ist in der Fig. 1 der zeichnerischen Einfachheit halber lediglich in Form einer langgestreckten, strichpunktierten Ellipse angedeutet und mit LB bezeichnet. Während die Elektrode EL1 der einen Längsseite des Lichtleitfaserabschnitts LF zugeordnet ist, befindet sich die Elektrode EL2 auf der der Schweißelektrode EL1 gegenüberliegenden Längsseite des Lichtleitfaserabschnitts LF. Insbesondere liegt die Schweißelektrode EL1 der Schweißelektrode EL2 um etwa 180° versetzt gegenüber. Die jeweilige Schweißelektrode EL1 bzw. EL2 ist über eine zugehörige Stromleitung LE1 bzw. LE2 an eine Spannungsquelle SQ angeschlossen, die vorzugsweise Bestandteil der Auswerte-/Steuereinrichtung COM ist. Die Spannungsquelle SQ ist in der Fig. 1 der zeichnerischen Einfachheit halber lediglich symbolisch angedeutet. In die Stromleitung LE2 ist ein Strommeßgerät MG eingefügt, das die Entladestromstärke IS der Glimmentladungen zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 mißt und anzeigt. Das Meßgerät ME kann dabei vorzugsweise in der Auswerte-/Steuereinrichtung COM integriert sein, so daß dort die gemessenen Entladestromstärken der Glimmentladungen sowie deren zugehörige Entladezeitdauern zur Auswertung bereitgestellt sind.

Der unter einer definierten Zugspannung F stehende Lichtleitfaserabschnitt LF wird in der Testvorrichtung TV, insbesondere dem Spleißgerät, an mindestens einer Längsstelle soweit erwärmt, bis eine bestimmte meßbare Einschnürung (= "Taperung") am Außenumfang der Lichtleitfaser erreicht wird. Aus der Information, ob überhaupt eine Einschnürung auftritt und/oder aus dem Grad einer etwaig bewirkten Einschnürung, insbesondere deren radialer Einschnürtiefe, lassen sich dann indirekt Rückschlüsse zur Glasviskosität der verwendeten Lichtleitfaser gewinnen. Um eine sich etwaig ausbildende Einschnürung am Außenumfang des Probe- Lichtleitfaserabschnitts LF im Bereich der jeweiligen Erwärmungsstelle erfassen zu können, ist dieser Erwärmungsstelle ein optisches Abbildungssystem bzw. Bildverarbeitungssystem VK, insbesondere eine Videokamera, zugeordnet. Insbesondere eignet sich ein Bildverarbeitungssystem, wie es in der US-PS 5,011,259 angegeben ist. In der Fig. 1 ist das optische Abbildungssystem VK oberhalb der Grundplatte GP eingezeichnet. Das optische Abbildungssystem VK ist über eine Meßleitung ML mit der Auswerte-/Steuereinrichtung COM verbunden, um die von ihm aufgenommenen Bildinformationen auswerten zu können.

Selbstverständlich kann es auch zweckmäßig sein, eine etwaige Einschnürung des Außenumfangs des Lichtleitfaserabschnitts LF mit Hilfe anderer Meßmittel zu erfassen und deren Einschnürtiefe zu bestimmen. In der Fig. 1 sind die Komponenten (wie zum Beispiel BK1, BK2, TR, LE, LE3, LE4) eines solchen zusätzlichen oder alternativen Meßsystems für die Bestimmung einer etwaigen Einschnürung strichpunktiert mit eingezeichnet. Es weist auf der einen Seite des Prüf- Lichtleitfaserabschnitts LF einen optischen Sender TR, insbesondere eine Laserdiode, sowie auf der anderen Seite einen optischen Empfänger LE, insbesondere ein lichtempfindliches Element, auf. Anteile des Sende- Strahlungsfeldes SSF des optischen Senders TR werden sendeseitig (hier in der Fig. 1 in der linken Bildhälfte) in den Lichtwellenleiter LW unter Zuhilfenahme eines Biegekopplers BK1 in Richtung auf den freigelegten Lichtleitfaserabschnitt LF eingekoppelt. (Der Biegekoppler BK1 ist dabei bei Blickrichtung von links nach rechts vor der Haltevorrichtung HV1 angeordnet.) Die Ansteuerung des optischen Senders TR kann von der Auswerte-/Steuereinrichtung COM über eine Steuerleitung LE3 erfolgen. Auf diese Weise durchläuft in der Fig. 1 ein Meßlicht ML den freigelegten Lichtleitfaserabschnitt LF von links nach rechts. Anteile dieses Meßlichts ML können nach Durchlaufen des Lichtleitfaserabschnitts LF empfangsseitig mit Hilfe eines zweiten Biegekopplers BK2 ausgekoppelt werden, der in der rechten Bildhälfte von Fig. 1 nach der zweiten Haltevorrichtung HV2 angeordnet ist. Das Empfangsstrahlungsfeld ESF dieser empfangsseitig ausgekoppelten Meßlichtanteile wird in der Fig. 1 mit Hilfe des lichtempfindlichen Elements LE, insbesondere einer Fotodiode, erfaßt und über eine Meßleitung LE4 an die Auswerte-/Steuereinrichtung COM zur Auswertung weitergeleitet. Auf diese Weise ist es ermöglicht, Veränderungen des über den Lichtleitfaserabschnitt LF geschickten Meßlichts ML zu bestimmen und diese Veränderungen als Maß für eine etwaige Einschnürung am Außenumfang der Lichtleitfaser heranzuziehen. Insbesondere kann es dabei zweckmäßig sein, die Dämpfung des im Lichtleitfaserabschnitt LF geführten Meßlichts ML mit Hilfe der in der US-PS 5,078,489 beschriebenen Meßmethode ("LID-Verfahren = "Light Injection and Detection") zu bestimmen. Bildet sich eine Einschnürung am Außenumfang der unter Zug stehenden Lichtleitfaser durch die Aufheizung mit dem Lichtbogen aus, so wird dadurch eine Dämpfungserhöhung bei der Lichtübertragung verursacht. Je größer die Einschnürung wird, desto größer wird auch die Dämpfung, so daß eine eindeutige Zuordnung zwischen der zeitlichen Aufnahme des Dämpfungsverlaufs und dem Grad der Einschnürung möglich ist.

Fig. 5 zeigt in schematischer sowie vergrößert er Darstellung die Lichtleitfaser LF im Bereich zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2. Zusätzlich ist der Verlauf ihres Faserkerns (core) mit eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen KE versehen. Der Faserkern (core) KE verläuft im wesentlichen zentrisch im Inneren des Mantelglases (cladding) MA der Lichtleitfaser LF. Räumlich betrachtet heißt das, daß die Lichtleitfaser LF einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Faserkern KE in ihrem Zentrum aufweist, auf dem das Mantelglas MA als kreiszylinderförmige Beschichtung aufsitzt.

Durch die Glimmentladungen zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 wird die Lichtleitfaser LF im Lichtbogenbereich LB (strichpunktiert eingezeichnet) lokal erwärmt, insbesondere geschmolzen und dadurch erweicht. Da die Lichtleitfaser LF entlang ihrer axialen Längserstreckung unter einer vorgebbaren, definierten Zugspannung F steht, wird das erweichte, zähflüssig gemachte Glasmaterial der Lichtleitfaser LF in axialer Längsrichtung der Lichtleitfaser LF auseinandergezogen. Es kommt dabei beidseitig der strichpunktiert eingezeichnete Mittenlinie ML des Lichtbogenbereichs LB zu einem Materialfluß MF des aufgeschmolzenen, nachgiebig gemachten Glasmaterials der Lichtleitfaser LF in Faserlängsrichtung. Dadurch nimmt der Außendurchmesser der Lichtleitfaser LF im Lichtbogenbereich LB zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 ab, das heißt es bildet sich dort im Längsverlauf der Lichtleitfaser LF eine Einschnürung bzw. Verjüngung deren Außenumfangs aus. In der Fig. 5 weist die im Lichtbogen- bzw. Schweißbereich LB eingeschnürte Lichtleitfaser LF eine im wesentlichen parabelförmige Außenkontur auf, die achssymmetrisch zur Mittenlinie ML ausgebildet ist. Die Einschnürung ist in der Fig. 5 mit ES bezeichnet. In radialer Richtung (bezogen auf die Zentralachse der Lichtleitfaser) entlang der Mittenlinie ML betrachtet kommt es aufgrund der Einschnürung zu einer Reduzierung des Außendurchmessers um Δd gegenüber dem ursprünglichen Außendurchmesser der Lichtleitfaser LF, wie ihn diese außerhalb des Lichtbogenbereichs LB aufweist. Mit Δd ist somit die insgesamt bewirkte Außendurchmesserverringerung im Einschnürbereich bezeichnet. Δd/2 in Fig. 5 kennzeichnet folglich die radiale Einschnür- bzw. Absenktiefe der Außenkontur der Lichtleitfaser LF im Einschnürbereich ES gegenüber der Außenkontur der Lichtleitfaser LF außerhalb des Erwärmungsbereichs LB. Der Grad der Einschnürung - vorzugsweise ausgedrückt durch die Außendurchmesserreduzierung Δd - kann dann in vorteilhafter Weise als Maß für die bei der Erwärmung der Lichtleitfaser erzeugten Faserviskosität herangezogen werden. Insbesondere entspricht die Glasviskosität, die für eine optimale Verschweißung zweier Lichtleitfasern erforderlich ist, einer bestimmten radialen Einschnürtiefe. Dieser vorgegebenen Einschnürung ES sind unter den jeweilig vorliegenden Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) insbesondere eine bestimmte Schweißstromstärke IS (vgl. Fig. 1), Schweißzeitdauer, Elektrodenabstand sowie sonstige Schweißparameter zugeordnet, so daß sich ein spezifischer Spleißparametersatz für eine gewünschte, optimale Faserviskosität zusammenstellen läßt.

Folgende Vorgehensweisen können zur automatischen Ermittlung optimaler Schweiß- bzw. Spleißparameter zweckmäßig sein. Dabei wertet insbesondere die Auswerte-/Steuereinrichtung (wie z. B. COM des Spleißgeräts von Fig. 1) vorzugsweise den zeitlichen Verlauf der Entladestromstärke IS aus und setzt diesen in vorteilhafter Weise mit der jeweilig bewirkten, radialen Einschnürtiefe Δd/2 in Beziehung.

1. Soll ein optimaler Schweißparametersatz für zwei typgleiche, miteinander zu verschweißende Lichtwellenleiter ermittelt werden, so wird zweckmäßigerweise einer der beiden Lichtwellenleiter wie zum Beispiel LW in Fig. 1 in das Spleißgerät eingelegt. Vorab wurde dabei der einzulegende Lichtwellenleiter entlang einem Teilabschnitt entcoatet, das heißt seine Kunststoffbeschichtung abgesetzt, so daß dort seine blanke Lichtleitfaser wie zum Beispiel LF freiliegt. Mit Hilfe einer Zugprüfeinrichtung wird der Lichtwellenleiter wie zum Beispiel LW von Fig. 1 entlang seines freigelegten Lichtleitfaserabschnitts wie zum Beispiel LF unter eine definierte Zugspannung F versetzt. Mit Hilfe einer Heizeinrichtung wie zum Beispiel den beiden Elektroden EL1, EL2 von Fig. 1 wird der blanke Lichtleitfaserabschnitt wie zum Beispiel LF an einer oder mehreren Längsstellen erhitzt, insbesondere angeschmolzen. Dabei wird die Veränderung des Faseraußendurchmessers an der jeweiligen Erwärmungsstelle vermessen. Dies kann insbesondere auf optischem Wege wie zum Beispiel mit dem optischen Abbildungssystem VK von Fig. 1 erfolgen. Die jeweilig, bei vorgegebenen Spleißbedingungen sowie vorliegenden, noch nicht optimierten Schweißparametern erreichte Einschnürtiefe kann dann zur Bestimmung optimaler Schweißparameter für die eigentliche Herstellung einer Lichtwellenleiterschweißverbindung herangezogen werden.

Besonders zweckmäßig kann es sein, die unter Zugspannung stehende Lichtleitfaser an der jeweiligen Vermessungsstelle lediglich soweit vorzuerwärmen, bis überhaupt erst einmal eine Einschnürung sichtbar und damit meßbar wird. Die Fig. 2 mit 4 zeigen jeweils schematisch anhand eines Entladestromstärke/Zeitdiagramms IS/t drei verschiedene Möglichkeiten auf, wie durch entsprechende Wahl des zeitlichen Verlaufs der Entladestromstärke IS die Lichtleitfaser so weit vorerwärmt werden kann, bis sich überhaupt erst einmal eine erste Einschnürung einstellt. Gemäß Fig. 2 kann eine Vorerwärmung der gespannten Lichtleitfaser LF im Bereich der jeweiligen Vermessungsstelle mit Hilfe einer Abfolge von Glimmentladungsimpulse erreicht werden, deren Schweißstromimpulsen IP1 mit IPn in Fig. 2 eingezeichnet sind. Die Schweißstromstärke IS dieser Schweißstromimpulse IP1 mit IPn steigt über der Zeit t betrachtet sukzessive an, d. h. von einem Schweißstromimpuls zum zeitlich nächsten Schweißstromimpuls steigt die Schweißstromstärke IS an. In der Fig. 2 sind die Schweißstromimpulse IP1 mit IPn jeweils schematisch in Form eines schmalen Rechtecks angedeutet. Die Schweißstromimpulse IP1 mit IPn weisen vorzugsweise jeweils eine etwa gleich große, das heißt konstante Impulslänge PL auf. Der zeitliche Abstand, das heißt die Totzeit zwischen jeweils zwei zeitlich aufeinander folgenden, benachbarten Schweißstromimpulsen wie zum Beispiel IP2, IP3 ist ebenfalls im wesentlichen konstant. Dadurch, daß eine zeitliche Abfolge von diskreten, das heißt einzelnen Glimmentladungsimpulsen auf die Lichtleitfaser an der jeweiligen Vermessungsstelle abgegeben, und die Schweißstromstärke IS dieser Glimmentladungsimpulse sukzessive gesteigert wird, wird die Lichtleitfaser im Bereich der Vermessungsstelle in präzise dosierter Weise immer stärker erwärmt, bis schließlich überhaupt erst einmal eine Veränderung, insbesondere Verringerung des Außenumfangs der Lichtleitfaser eintritt, das heißt erstmalig der Beginn einer Einschnürung im Anfangsstadium festgestellt werden kann. In der Fig. 2 wird nach Abgabe des Impulses IPn mit der zugehörigen Entladestromstärke IM2 erstmalig überhaupt eine Einschnürung sichtbar, das heißt von da ab beginnt sich die Lichtleitfaser überhaupt erst einzuschnüren. Mit anderen Worten heißt das, daß erst ab diesem Zeitpunkt tE2 das Glasmaterial der Lichtleitfaser soweit erweicht ist, daß es unter Einwirkung der vorgegebenen Zugspannungskraft F überhaupt erst zu einem Materialfließen kommt. Aus den Stromstärken der Entladestromimpulse IP1 mit IPn, deren Impulslänge, der Totzeit TZ zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromstärkeimpulsen, dem Zeitpunkt tE2, der den Beginn des Einschnüreffekts markiert, sowie der vorgegebenen Zugspannungskraft F läßt sich dann insbesondere ein optimierter Schweißparametersatz zum Verschweißen, insbesondere zum sogenannten Vorschweißen, der beiden später miteinander zu verschweißenden Lichtwellenleiter gewinnen. Insbesondere läßt sich daraus die Vorschweißdauer sowie die Vorschweißstromstärke ableiten. Unter Vorschweißen versteht man in der Lichtwellenleiter- Schweißtechnik insbesondere eine Präparationsmaßnahme, bei der die Faserenden zweier miteinander zu verbindender Lichtwellenleiter bezüglich ihrer Faserkerne einen definierten Längsabstand voneinander aufweisen und zur stirnseitigen "Schmelzverklebung", d. h. Kontaktierung, vorerwärmt bzw. angeschmolzen werden. Erst danach werden die stirnseitig aneinandergehefteten Faserenden im sogenannten Hauptschweißen derart miteinander verschmolzen, daß eine zugfeste Schweißverbindung entsteht.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die gespannte Lichtleitfaser im Bereich der jeweiligen Vermessungsstelle mit einem kontinuierlich steigenden, insbesondere linear ansteigenden Schweißstrom IS vorzuerwärmen. Dies veranschaulicht das Stromstärke/Zeitdiagramm von Fig. 3. Dort steigt die Stromstärke IS bis zum Zeitpunkt tE3 solange kontinuierlich an, bis erstmalig ein Einschnüreffekt auftritt. Der kontinuierlich ansteigende Verlauf ist dabei mit AI bezeichnet. Zum Zeitpunkt tE3 weist die Glimmentladung zwischen den beiden Schweißelektroden die Schweißstromstärke IM3 auf.

Zusätzlich oder unabhängig von der zeitlichen Abfolge von einzelnen Glimmentladungsimpulsen entsprechend Fig. 2 kann es auch zweckmäßig sein, auf den Vermessungsbereich der Lichtleitfaser eine Abfolge von Glimmentladungsimpulsen abzugeben, deren Impulslänge sukzessive solange vergrößert wird, bis sich eine meßbare Einschnürung erstmals am Außenumfang der Lichtleitfaser zeigt. Das Stromstärke/Zeit- Diagramm von Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine solche zeitliche Abfolge von Glimmentladungsimpulsen. Bei etwa konstanter Entladestromstärke IM4 aller Entladestromimpulse wird zunächst die Impulslänge IP von einem Glimmentladungsimpuls zum zeitlich als nächstes folgenden Glimmentladungsimpuls schrittweise vergrößert, so daß die an die Lichtleitfaser abgegebene Wärmeleistung schrittweise vergrößert wird. Die Impulse folgen dabei etwa im selben zeitlichen Abstand ZA aufeinander. Ihre Impulslänge wird solange gesteigert, bis schließlich der Einschnüreffekt beginnt. In der Fig. 4 ist dies der Zeitpunkt tE4, bis zu dem k-1 Glimmentladungsimpulse mit Entladestromimpulsen PU1 mit PUk-1 abgegeben worden sind.

Ab dem Zeitpunkt, ab dem jeweils der Einschnüreffekt einsetzt, wird dann die Lichtleitfaser an der jeweiligen Vermessungsstelle solange weiter erwärmt, bis eine definierte, vorgebbare Einschnürung (wie zum Beispiel Δd/2 in Fig. 5) erreicht wird.

Dazu kann es zweckmäßig sein, entsprechend Fig. 2 ab dem Zeitpunkt tE2 Glimmentladungsimpulse mit Entladestromimpulsen IPn+1 bis IPm konstanter Impulslänge sowie konstanter Entladestromstärke IM2 auf die Lichtleitfaser bis zum Zeitpunkt tA2 abzugeben, bei dem eine gewünschte radiale Einschnürtiefe Δd/2 erreicht wird. Die Entladestromstärke der Impulse IPn+1 bis Ipm entspricht dabei insbesondere im wesentlichen der Entladestromstärke IM2 des Schweißstromimpulses IPn, bei dem der Einschnüreffekt gerade einsetzt.

Auch bei der Impulsfolge entsprechend Fig. 4 werden ab dem Zeitpunkt tE4 nur noch Glimmentladungsimpulse auf die jeweilige Vermessungsstelle der Lichtleitfaser abgegeben, deren Entladestromimpulse PUk mit PUn im wesentlichen dieselbe Entladestromstärke IM4, dieselbe Impulslänge wie der Entladestromimpuls PUk-1 aufweisen, bei dem der Einschnüreffekt zum Zeitpunkt tE4 gerade erst einsetzt. Die Impulsfolge endet mit dem Entladestromimpuls PUn zum Zeitpunkt tE4, bei dem die gewünschte Einschnürtiefe Δd/2 erreicht wird.

Genauso kann es zweckmäßig sein, entsprechend der Fig. 3 ab dem Zeitpunkt tE3, ab dem erstmalig der Einschnüreffekt eintritt, eine kontinuierliche Glimmentladung zu erzeugen, deren Spleißstromstärke im wesentlichen konstant ist und vorzugsweise der Spleißstromstärke IM3 zum Zeitpunkt tE3 entspricht. Der konstante Verlauf des Entladestroms ab dem Zeitpunkt tE3 ist in der Fig. 3 mit IK bezeichnet. Er endet zum Zeitpunkt tA3 bei Erreichen der voreingestellten, gewünschten Einschnürtiefe.

Das Fortschreiten der Einschnürung und damit die Zunahme der Einschnürtiefe Δd/2 mit Zunahme der auf die jeweilige Vermessungsstelle abgegebenen Wärmemenge bzw. Hitzeleistung wird zweckmäßigerweise fortlaufend zum Beispiel durch optische Vermessung mit dem optischen Abbildungssystem VK von Fig. 1 mit protokolliert.

Ab dem Zeitpunkt wie zum Beispiel tE2 in Fig. 2, ab dem erstmalig eine Einschnürung anfängt, kann aus den Meßgrößen wie zum Beispiel Einschnürtiefe, Zugspannung, Schweißstrom, Schweißzeit, usw. ein optimierter Schweißparametersatz vorzugsweise für das sogenannte Hauptschweißen zweier miteinander zu verbindender Lichtwellenleiter abgeleitet bzw. ermittelt werden.

Zusammenfassend betrachtet kann also aus den Werten für die Zugspannung F, der erreichten Einschnürtiefe Δd/2, der verwendeten Schweißstromstärken, den Impulsdauern für die Schweißstromimpulse, der Totzeiten zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Schweißstromimpulsen, usw. schließlich ein optimierter Spleißparametersatz (insbesondere für das Vor- und/oder Hauptschweißen) automatisch mit der Auswer­ te-/Steuereinrichtung COM ermittelt und dort im Spleißgerät abgespeichert werden.

Bevor die Lichtleitfaser erwärmt wird, wird zweckmäßigerweise ihr Faserdurchmesser an einer oder mehreren Längsstellen vermessen und dieser Wert in der Auswerte-/Steuereinrichtung wie zum Beispiel COM des Spleißgeräts abgespeichert. Dadurch steht ein Referenzwert für den Außendurchmesser der Lichtleitfaser zur Verfügung, gegenüber dem später die Einschnürung bzw. Einschrumpfung der Außenkontur der erwärmten Lichtleitfaser gemessen wird.

Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, das obige beschriebene Verfahren ein- oder mehrmals zu wiederholen, um eine Mittelung für die Spleißparameter vornehmen zu können.

2. Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, zusätzlich zu den unter 1. aufgeführten Verfahrensschritten auch noch den Lichtleistungspegel von Meßlicht (wie zum Beispiel ML in Fig. 1) zu messen, das im Probe-Lichtleitfaserabschnitt LF geführt wird. Dafür eignet sich insbesondere das sogenannte LID-Meßverfahren ("Light Injection and Detection"), wie es in der US 5,078,489 beschrieben worden ist. Vorzugsweise wird dabei der Lichtleistungspegel des im Probe- Lichtleitfaserabschnitt LF geführten Meßlichts bereits vor dem "Tapern" (= Einschnüren) der Lichtleitfaser gemessen. Der Lichtleistungspegel wird dann während der Erwärmungsphase oder jeweils nach jedem Spleißstromimpuls fortlaufend gemessen und insbesondere durch die Auswer­ te-/Steuereinrichtung COM von Fig. 1 fortlaufend mitprotokolliert. Gegebenenfalls kann aus dem aufgenommenen Lichtleistungspegel ein Abbruchkriterium für die Taperung des Lichtleitfaserabschnitts abgeleitet werden. Der zeitliche Verlauf des Lichtleistungspegels kann dann bei der Ermittlung optimaler Schweißparameter mit einbezogen werden.

3. Besonders zweckmäßig kann es sein, in das Schweißgerät bereits von vornherein zwei miteinander zu verschweißende Lichtwellenleiter einzulegen, die jeweils endseitig entcoatet sind. Dies veranschaulicht Fig. 6. Dort ist in die Haltevorrichtung HV1 der Test- bzw. Schweißeinrichtung TV ein erster Lichtwellenleiter LW1 eingelegt und festgeklemmt. Er ist entlang einem Endabschnitt entcoatet, so daß dort seine Lichtleitfaser LF1 blank freiliegt. Von der Haltevorrichtung HV2 wird entsprechend dazu ein Lichtwellenleiter LW2 lagegesichert. Er ist endseitig entcoatet, so daß dort seine Lichtleitfaser LF2 blank freiliegt. Die beiden Lichtleitfasern LF1, LF2 werden stirnseitig in Kontakt miteinander gebracht und miteinander verschweißt, so daß eine Verbindungsstelle SS zwischen den beiden Stirnseiten der Lichtleitfasern LF1, LF2 gebildet ist. Auf diese Weise wird durch Verschweißung zweier Faserenden eine durchgehende Lichtleitfaser entsprechend LW von Fig. 1 hergestellt. Dabei sind die verwendeten Schweißparameter zunächst noch nicht optimiert. Erst anschließend werden die unter 1. und/oder 2. aufgeführten Verfahrensschritte zur Überprüfung und Anpassung der Spleißparameter durchgeführt. Bei akzeptierbarer Dämpfung kann gegebenenfalls bereits dieser leicht "getaperte" Testspleiß in den Spleißspeicher der Auswer­ te-/Steuereinrichtung für reguläre Spleißdämpfungen mit aufgenommen werden. Hierdurch kann insbesondere der zusätzliche manuelle Aufwand eines Testspleißes eventuell entfallen. Ansonsten werden die beiden (bei nicht optimierten Spleißparametern) miteinander verschweißten Lichtleitfasern LF1, LF2 voneinander getrennt, ihre Enden nochmals vorpräpariert und schließlich erst dann ihre Verschweißung mit optimierten Spleißparametern durchgeführt.

4. Zweckmäßig kann es sein, mehrere Testspleiße durchzuführen, und die jeweils dabei gewonnenen Parametersätze zu mitteln. Wird zudem bei mehreren durchgeführten Testspleißen festgestellt, daß die Faserviskositäten wechseln, so können insbesondere Rückschlüsse auf den Elektrodenzustand des Spleißgerätes getroffen werden. Gegebenenfalls kann der Benutzer automatisch zum Beispiel mit Hilfe der Auswer­ te-/Steuereinrichtung COM automatisch zu einem Elektrodenwechsel oder deren Reinigung aufgefordert werden.

5. Zur Verspleißung unterschiedlicher Fasertypen, die voneinander abweichende Glaseigenschaften aufweisen, werden zweckmäßigerweise zwei getrennte Taperversuche zur Optimierung der Spleißparameter durchgeführt. Erfolgreich getestet wurden insbesondere folgende zwei unterschiedliche Vorgehensweisen:

• a) Es werden für jeden Fasertyp geeignete Parametersätze durch zwei separate Versuche entsprechend einem der unter 1. bis 3. aufgeführten Möglichkeiten ermittelt. Anschließend werden aus diesen, jedem Fasertyp zugeordneten Parametersätzen die optimalen Parameter für die Verschweißung der beiden unterschiedlichen Fasertypen abgeleitet.
• b) Die unterschiedlichen Fasertypen werden zunächst ohne optimierte Schweißparameter mit entsprechend hohem Spleißstrom für eine ausreichende Zugfestigkeit verschweißt. Anschließend wird die Spleißstelle in zwei Schritten rechtwinklig zur Position der Wärmequelle, insbesondere den beiden Elektroden, in z-Richtung derart verfahren, daß der jeweilige Schweißparametersatz entsprechend den Möglichkeiten unter 1. bis 3. für jeden Fasertyp getrennt vermittelt werden kann. Aus den Schweißparametersätzen für jeden Fasertyp können dann wieder die optimalen Schweißparameter für die Verschweißung dieser beiden unterschiedlichen Fasertypen abgeleitet werden.

Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung optimaler Spleißparameter vor allem dadurch aus, daß das Verhältnis von Faserviskosität zu verwendetem Schweißstrom bei relativ geringen Temperaturen gemessen werden kann. Dadurch kann eine Überhitzung der Lichtleitfasern und die damit verbundenen Nachteile, wie zum Beispiel Verdampfung des Glasmaterials der jeweiligen Lichtleitfaser und eine daraus resultierende Elektrodenverschmutzung, weitgehend vermieden werden. Weiterhin kommt das Verfahren zur Ermittlung eines optimalen Spleißparametersatzes bereits mit einer Faserpositionierung lediglich in Faserlängsrichtung aus, das heißt eine Faserpositionierung senkrecht zur Faserlängsachse ist nicht erforderlich. Dadurch läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise bereits allein mit den in gängigen Spleißgeräten ohnehin vorhandenen Komponenten realisieren, das heißt eine zusätzliche Hardware ist üblicherweise nicht erforderlich. Aus obigen Grund kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auch in der Mehrfaser-Schweißtechnik, insbesondere zum Verschweißen von Lichtwellenleiter-Bändchen eingesetzt werden. Denn bei Lichtwellenleiter-Bändchen sind die Lichtleitfasern im Kunststoffmaterial eines gemeinsamen Bändchenmantels eingebettet, der auf ihnen aufsitzt und sie ringsum umgibt. Im Bändchenmantelmaterial sind die Lichtleitfasern vorzugsweise in einer gemeinsamen Lageebene im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die Lichtleitfasern stehen somit in einer festen räumlichen Zuordnung zueinander. Das jeweilige Lichtwellenleiter-Bändchen kann somit nur als Ganzes verschoben werden; eine x-y-Ausrichtung zweier miteinander zu verschweißender Lichtwellenleiter-Bändchen ist somit in der Regel nicht möglich.

Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße Testverfahren in vorteilhafter Weise, die Schweißparametersätze jeweils automatisch zu ermitteln. Dadurch können zeitaufwendige und umfangreiche Versuchsreihen zur Ermittlung optimaler Spleißparameter vermieden werden.

Ein weiterer, besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, daß eine im Spleißbereich durchgehende Lichtleitfaser bzw. zwei miteinander durchgehend verschweißte Lichtleitfaser-Enden wärmebehandelt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, daß die Bestimmung der Schweißparameter im wesentlichen am selben Meßobjekt sowie unter denselben Schweißbedingungen wie später die eigentliche Schweißverbindung zwischen je zwei miteinander zu verbindenden Lichtwellenleiern durchgeführt wird. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin, daß die Verhältnisse wie bei der Herstellung einer normalen Schweißverbindung nachgebildet werden. Damit sind bei der Spleißparameterbestimmung im wesentlichen die gleichen Mechanismen wirksam und auswertbar, wie sie bei der Herstellung der eigentlichen Schweißverbindung vorliegen und die bei einem normalen Spleiß über die Spleißdämpfung entscheiden.

Zusammenfassend betrachtet ist es somit in vorteilhafter Weise ermöglicht, für unterschiedliche Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) einen individuell angepaßten Schweißparametersatz zu ermitteln, so daß eine optimale Glasviskosität während des Schweißvorgangs erreicht werden kann. Ein solcher, an die jeweilig vorliegende Schweißsituation angepaßter Schweißparametersatz kann vereinfacht ausgedrückt indirekt über die Messung der Einschnürtiefe einer Test-Lichtleitfaser oder eines Test- Spleißes in Abhängigkeit von der verwendeten Spleißstromstärke, Schweißzeit sowie Zugspannung, unter der die Testlichtleitfaser oder der Testspleiß steht, erfolgen.

Die Optimierung der Spleißparameter kann im Idealfall anhand eines einzigen Testspleißes durchgeführt werden. Besonders zweckmäßig kann es sein, mehrere Testspleiße durchzuführen und die daraus gewonnenen Parametersätze zu mitteln.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung von Spleißparametern für die Herstellung thermischer Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtwellenleitern, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Probe-Lichtleitfaserabschnitt (LF) während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer einer definierten Zugspannung (F) unterworfen wird,
daß während dieser Zugbelastung der Probe- Lichtleitfaserabschnitt (LF) an mindestens einer Längsstelle erwärmt wird,
und daß eine Einschnürung (Δd), die sich dort am Außenumfang des Probe-Lichtleitfaserabschnitts (LF) ausbildet, erfaßt und zur Bestimmung der Spleißparameter herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Zugspannung (F) stehende Probe- Lichtleitfaserabschnitt (LF) soweit erwärmt wird, bis eine erste Einschnürung (Δd) eintritt und meßbar wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Zugspannung (F) stehende Probe- Lichtleitfaserabschnitt (LF) soweit erwärmt wird, bis eine vorgegebene Einschnürung (Δd) erreicht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Probe-Lichtleitfaserabschnitt (LF) ein Meßlicht (ML) geführt wird, und daß eine etwaige Veränderung dieses Meßlichts (ML) gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probe-Lichtleitfaserabschnitt durch Verspleißung zweier Lichtleitfaserenden (LF1, LF2) gebildet wird.

6. Vorrichtung (TV) zur Bestimmung von Spleißparametern für die Herstellung thermischer Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtwellenleitern, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugeinrichtung (HV1, HV2) vorgesehen ist, mit der mindestens ein Probe-Lichtleitfaserabschnitt (LF) während einer vorgebbaren Prüfzeitdauer einer definierten Zugspannung (F) unterwerfbar ist, daß eine Heizeinrichtung (EL1, EL2) vorgesehen ist, mit der der unter Zugspannung (F) stehende Probe-Lichtleitfaserabschnitt (LF) an mindestens einer Längsstelle erwärmbar ist, und daß Mittel (VK, COM) vorgesehen sind, mit denen eine sich ausbildende Einschnürung (Δd) am Außenumfang des Probe-Lichtleitfaserabschnitts (LF) erfaßbar und zur Bestimmung der Spleißparameter heranziehbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Einbau in einem Lichtwellenleiter-Spleißgerät.