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Dokumentenidentifikation DE102006023828B4 28.04.2011
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung von Stirnflächen von Lichtleitern
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Piegendorf, Johan, 84169 Altfraunhofen, DE;
Parzl, Ernst, 84130 Dingolfing, DE;
Zöttl, Martin, 84184 Tiefenbach, DE
Vertreter Blumbach Zinngrebe, 65187 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 20.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023828
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse G01B 11/24  (2006.01)  A,  F,  I,  20060520,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse G01B 11/245  (2006.01)  A,  L,  I,  20060520,  B,  H,  DE
G01M 11/02  (2006.01)  A,  L,  I,  20060520,  B,  H,  DE
B07C 5/34  (2006.01)  A,  L,  I,  20060520,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Lichtleitern. Insbesondere betrifft die Erfindung die Überprüfung von End-, beziehungsweise Stirnflächen von Lichtleitern.

Lichtleiter werden nicht nur für die Telekommunikation zur langreichweitigen Übertragung von Datensignalen, sondern auch für verschiedenste Beleuchtungszwecke oder zur Ein- und Auskopplung von Licht in optoelektronische Bauelemente eingesetzt.

Um Abschnitte von Glasstangen für Lichtleiter herzustellen, ist es bekannt, zunächst Abschnitte durch Ritzen und Brechen herzustellen. Bei diesem Ritz-Brechen können jedoch unter Umständen nicht parallele, sowie nicht senkrecht zur optischen Achse liegende Stirnflächen entstehen. Auch können unter Umständen Längenvariationen auftreten. Letzteres ist insbesondere auch bei kürzeren Lichtleitern in Form von Glasstangenabschnitten für präzise Bauteile, in welchen diese Lichtleiter eingesetzt werden, nachteilig. Unter Umständen passen derartige zu lange oder auch zu kurze Lichtleiter nicht mehr für die vorgesehenen Anwendung, so daß auch in nachfolgenden Fabrikationsschritten die Gefahr besteht, daß Ausschuß produziert wird.

An sich lassen sich aber mittels Ritz-Brechen im allgemeinen qualitativ sehr gute Stirnflächen erzeugen, die nur eine geringe Absorption bei hoher Parallelität und Ebenheit der Oberfläche aufweisen. Es wäre daher wünschenswert, dieses Verfahren für die Herstellung von Lichtleitern einsetzen zu können und gleichzeitig die Uniformität der hergestellten Lichtleiter zu verbessern.

Aus der WO 03/052348 A1 ist eine Vorrichtung zur optischen Überprüfung von optischen Fasern bekannt, bei welcher die Fasern mit zwei oder mehr Kameras unter verschiedenen Blickrichtungen betrachtet werden. Um die Fasern entlang ihrer Länge zu überprüfen, wird die Faser relativ zu den Kameras in Längsrichtung verschoben. Mit dieser Anordnung können die Faserenden jedoch nur sequentiell überprüft werden. Zudem sind vier Kameras notwendig, um ohne eine Rotation der Faser diese über ihren gesamten Umfang zu prüfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lichtleiter, insbesondere in Form von Glasstangenabschnitten mit verbesserten Stirnflächen bereitzustellen, ohne die Herstellungskosten wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, nicht die Herstellung von Glasstangen-Abschnitten, insbesondere für Lichtleiter, selbst hinsichtlich der Genauigkeit und Definiertheit der Stirnflächen zu verbessern, sondern die im allgemeinen nur in geringer Zahl auftretenden fehlerhaften oder qualitativ schlechteren Glasstangen-Abschnitte, wie sie insbesondere beim Abtrennen durch Ritz-Brechen auftreten können, zu erkennen und aussortieren zu können. Auf diese Weise kann eine kostenintensive Nachbearbeitung, wie etwa ein Ablängen, Schleifen und Polieren der Stangenenden, um die geforderten Anforderungen hinsichtlich des Abstands, der Parallelität und Ebenheit der Stirnflächen entfallen.

Dazu ist ein Verfahren zur Überprüfung von Glasstangen, insbesondere von Lichtleitern vorgesehen, bei welchem die Glasstangen vor zwei Kameras angeordnet werden, wobei die Kameras jeweils beide Stirnflächen der Glasstangen seitlich unter zwei verschiedenen radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachse der Glasstangen aufnehmen und anhand der Aufnahmen die Ebenheit und Winkeligkeit der Kontur der Stirnflächen optisch und berührungsfrei mit beiden Kameras bestimmt wird, und wobei bei Abweichung der Ebenheit oder Winkeligkeit der Stirnflächen einer Glasstange von einem jeweils vorgegebenen Sollbereich die Glasstange automatisch mittels einer Aussortier-Einrichtung aussortiert wird.

Das Aufnehmen der Bilder und Ermitteln von Ebenheit und Winkeligkeit, sowie gegebenenfalls weiterer Parameter zur Charakterisierung der Qualität der Glasstangen erfolgt dabei besonders bevorzugt vollautomatisch, um einen großen Durchsatz zu erreichen.

Die Erfindung sieht zur Durchführung des Verfahrens auch eine Vorrichtung zur Überprüfung von Glasstangen, insbesondere von Lichtleitern vor, welche dementsprechend zwei Kameras und eine Einrichtung umfasst, um die Glasstangen vor den zwei Kameras so anzuordnen, daß die Kameras jeweils beide Stirnflächen seitlich unter zwei verschiedenen radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachse der Glasstangen betrachten, wobei die Vorrichtung ein Bildverarbeitungssystem umfasst, mit welchem anhand der Aufnahmen die Ebenheit und Winkeligkeit der Kontur der Stirnflächen optisch und berührungsfrei mit beiden Kameras bestimmt wird, und wobei die Vorrichtung eine Aussortier-Einrichtung auweist, mit welcher einer Glasstange bei Abweichung der Ebenheit oder Winkeligkeit der Stirnflächen der Glasstange von einem jeweils vorgegebenen Sollbereich aussortiert wird. Insbesondere ist es dabei zweckmäßig, die Kameras mit rechtwinklig zueinander liegenden Blickrichtungen, beziehungsweise optischen Achsen anzuordnen.

Im Sinne der Erfindung ist unter einer berührungsfreien Messung weiterhin selbstverständlich nicht zu verstehen, daß die Glasstangen keinerlei Kontakt mit anderen Teilen der Vorrichtung haben. Es soll lediglich verdeutlicht werden, daß die Stirnflächen nicht wie etwa bei einem Tastschnittverfahren aufgrund der Messung berührt werden.

Als Winkeligkeit wird weiterhin die Abweichung von einer zur Längsachse senkrechten Ebene oder Fläche verstanden. Diese Winkeligkeit kann insbesondere als Längenmaß bestimmt oder angegeben werden, wobei die Winkeligkeit in diesem Fall als Maß entsprechend der maximalen Distanz der Stirnfläche von einer zur Längsachse senkrechten Ebene oder Fläche angegeben werden kann, wobei die Ebene oder Fläche die Stirnfläche berührt, beziehungsweise an dieser anliegt.

Als Ebenheit wird insbesondere eine Gestaltabweichung erster und/oder zweiter Ordnung im Sinne der DIN 4760 verstanden. Die Ebenheit kann ebenfalls als Distanzmaß bestimmt werden, wobei hier ein Maß entsprechend des Maximalabstands der Oberfläche der Stirnfläche zu einer gedachten ebenen Fläche ermittelt werden kann, die auf der Stirnfläche aufliegt.

Zur Bestimmung der Winkeligkeit oder Ebenheit einer Stirnfläche kann vom Bildverarbeitungssystem eine zur aus den Aufnahmen bestimmten Kontur der Mantelfläche der Glasstange senkrechten Linie als Referenz ermittelt und die Abweichung der Kontur der Stirnfläche zu dieser Linie bestimmt werden. Eine solche senkrechte Linie läßt sich aus den Aufnahmen mit sehr hoher Genauigkeit berechnen, da sich aus der Kontur die Lage und der Verlauf der Mantelfläche der im allgemeinen zylindrischen Glasstangen ebenfalls mit sehr hoher Genauigkeit extrahieren läßt, welche sogar die Auflösung der jeweiligen Kamera übertrifft.

Eine einfache Bestimmung der Winkeligkeit und/oder Ebenheit kann weiterhin mittels einer Anpassung von Linien an die Konturen der Stirnflächen erfolgen. So kann zur Bestimmung der Ebenheit zunächst eine solche Linie an die Kontur der Stirnfläche angepaßt und die maximalen Abweichungen der Kontur zu dieser Linie bestimmt werden. Die Differenz der maximalen positiven und negativen Abweichung kann dann als Maß für die Ebenheit verwendet werden. Erkennt das Bildverarbeitungssystem dann eine Überschreitung dieses Maßes über einen vorbestimmten Wert, beziehungsweise einen durch diesen Grenzwert definierten Sollbereich, wird die Glasstange dann mittels der Aussortier-Einrichtung aussortiert.

Mittels der beiden Kameras, welche die Kontur einer Stirnfläche aus zwei verschiedenen Richtungen, besonders bevorzugt unter 90° versetzt betrachten, kann eine Stirnfläche unabhängig von der Richtung der Formabweichung vollständig hinsichtlich ihrer Ebenheit und Winkeligkeit charakterisiert werden. Dazu können insbesondere auch die Ebenheit und Winkeligkeit der Stirnflächen durch Verrechnung der aus den Aufnahmen bestimmten Werte der Ebenheiten und Winkeligkeiten der beiden Konturen jeweils einer Stirnfläche errechnet werden. Liegt beispielsweise die Neigungsrichtung der Winkeligkeit zwischen den Blickrichtungen der Kameras, so würde sich aus den Werten der Winkeligkeit der Kontur aus den beide Aufnahmen der Kameras jeweils zu geringe Werte der Winkeligkeit der Stirnfläche ergeben. Aus den Konturen der Aufnahmen beider Kameras, beziehungsweise deren Winkeligkeit läßt sich aber auf die tatsächliche Winkeligkeit der Fläche zurückrechnen. Zur Bestimmung der Ebenheit der Stirnfläche kann weiterhin jeweils für beide Kameras, beziehungsweise deren Blickrichtungen die maximale Abweichung von einer an die Kontur angepassten Referenzlinie bestimmt und dann der größere der beiden Werte zum Vergleich mit dem vorgegebenen Sollwert oder Sollbereich herangezogen werden.

Die Bilder der Kameras können außerdem noch zur Bestimmung weiterer Meßgrößen zur Charakterisierung der Glasstangen eingesetzt werden. So kann beispielsweise mit dem Bildverarbeitungssystem die Länge der Glasstangen mit zumindest einer der Kameras bestimmt werden. Weiterhin können aus den Aufnahmen der Kameras die Längen der Konturlinien des Umfangs in den Aufnahmen bestimmt und Längendifferenzen aus den bestimmten Längen an den Randlinien ermittelt werden.

Ebenso ist es möglich, mit zumindest einer der Kameras Durchmesser der Glasstangen anhand der aufgenommenen Konturen zu bestimmen. Ein Vergleich der von Bildern beider Kameras erhaltenen Durchmesserwerte kann außerdem ein Maß für eine elliptische Verformung der Glasstangen liefern. Weiterhin kann auch die Krümmung, beziehungsweise die Geradheit der Glasstangen geprüft werden. Dieser Wert gibt die Abweichung der Mittenachse des Lichtwellenleiters von einer idealen geraden Mittenachse an.

Zusätzlich können noch weitere Messungen und Überprüfungen der Glasstangen vorgenommen werden. Insbesondere ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Messung der Lichttransmission durch die Glasstangen mittels einer geeigneten Einrichtung. Da die Lichttransmission durch die Stangenabschnitten im allgemeinen sehr gut sein wird, ist eine Meßeinrichtung besonders geeignet, mit welcher Licht mehrfach durch die Glasstange transmittiert wird. Dazu kann beispielsweise eine Lichtschleife, vorzugsweise eine Faserschleife vorgesehen sein, um Lichtpulse zu verzögern, sowie einer geeigneten Lichtschalteinrichtung, welche Licht zwischen verschiedenen Richtungen schalten kann, um die durch die Lichtschleife gelaufenen Pulse erneut in die Glasstange zu koppeln. Beispielsweise ist ein akustooptischer Schalter dazu geeignet.

Eine weitere mögliche Charakterisierung der Qualität der Glasstangen ist die Bestimmung der Rauhtiefe der Stirnflächen. Eine solche Messung kann beispielsweise mittels eines Weißlicht-Interferometers oder mittels Laserabtastung durch ein Laserabtastsystem erfolgen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Transporteinrichtung für die Glasstangen vorgesehen. Mit dieser Transporteinrichtung werden die Glasstangen nacheinander von einer Aufnahmeposition zu zumindest einer Meßposition transportiert.

Weiterhin ist bevorzugt, die Glasstangen auf einem Rundläufer entlang eines kreisförmigen Transportweges zu transportieren. Mittels eines Rundläufers kann eine besonders kompakte Prüfvorrichtung realisiert werden.

Um die Glasstangen aufzunehmen, könnten mechanische Greifer verwendet werden. Um höchste Genauigkeit bei der Überprüfung der Glasstangen zu erreichen, hat es sich aber als besonders günstig erwiesen, wenn die Glasstangen von einer Ablage mittels eines Saugers aufgenommen werden. Dementsprechend ist die Vorrichtung gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung mit zumindest einem, vorzugsweise einer Vielzahl von Sauggreifern zum Aufnehmen der Glasstangen und Haltern während der Überprüfung ausgestattet. Diese Art und Weise der Aufnahme und Halterung durch ein Ansaugen der Glasstangen vermindert Erschütterungen und ergibt so eine exaktere Überprüfung.

Ebenfalls hat sich dazu ein Servo-Linearantrieb für die Transporteinrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein solcher Antrieb kommt besonders bevorzugt auch bei einem Rundläufer zum Einsatz. In diesem Fall verläuft der Servo-Linearantrieb entlang eines Kreises um den Drehpunkt. Ein solcher Servo-Linearantrieb ermöglicht eine äußerst exakte Positionierung der Glasstangen vor, beziehungsweise in der oder den Meßeinrichtungen. Bevorzugt erfolgt die Positionierung dabei auf einem Rundläufer mit einer Winkelgenauigkeit von zumindest 5·10–3 Grad, vorzugsweise zumindest 1·10–3 Grad. In Bezug auf die Position der Glasstangen kann insbesondere mit einer derartigen Winkelgenauigkeit eine Positioniergenauigkeit von besser als 10 Mikrometern, vorzugsweise von besser als 6 Mikrometern erreicht werden.

Weiterhin kann die Vorrichtung auch mehrere Ablagen und eine Aussortier-Einrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, Glasstangen mit Abweichung eines Maßes von einem vorgegebenen Sollbereich in Abhängigkeit von der Art der Abweichung in verschiedene Ablagen auszusortieren. Beispielsweise können Glasstangen mit Abweichung eines Maßes von einem vorgegebenen Sollbereich in Abhängigkeit von der Art der Abweichung in verschiedene Ablagen aussortiert werden, um eine Sortierung in verschiedene Qualitätsstufen vorzunehmen. Auch können die in verschiedene Klassen eingeteilten derart aussortierten Glasstangen dazu verwendet werden, den Herstellungsvorgang der Glasstangen zu optimieren.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Teile.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht und

2 eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Überprüfung von Glasstangen,

3 eine schematische Ansicht der Kameraanordnung,

4 eine Aufnahme einer Kamera von einer Glasstange,

5 eine Illustration zur Bestimmung der Winkeligkeit einer Stirnfläche einer Glasstange,

6 eine Illustration zur Bestimmung der Ebenheit einer Glasstange,

7 eine schematische Darstellung des Servo-Linearantriebs der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung, und

8 eine Querschnittansicht einer Glasstange mit Angaben von Toleranzbereichen, wie sie mit der Vorrichtung überprüft werden.

Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zur Überprüfung von Glasstangen, die durch Ritzen und Brechen von einer längeren Glasstange abgetrennt wurden. Die Vorrichtung 1 umfasst eine auf einem Tisch 9 montierte Transporteinrichtung, mit welcher die Glasstangen nacheinander von einer Aufnahmeposition zu zumindest einer Meßposition transportiert werden. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst dabei die Transporteinrichtung einen Rundläufer 5, mit welchem die Glasstangen entlang eines kreisförmigen Transportweges transportiert werden. Um die Glasstangen auf dem Rundläufer zu haltern, sind dazu am Rundläufer 5 befestigte Sauggreifer 7 vorgesehen. Die Sauggreifer greifen dabei die Glasstangen bevorzugt so, daß deren Längsache radial zur Drehachse des Rundläufers liegt.

Die zu prüfenden Glasstangen sind auf Tabletts 11 abgelegt, die in ein Magazin 3 eingelegt sind. Die Tabletts 11 weisen dazu eine Vielzahl paralleler Rillen auf, in welchen die Glasstangen liegen. Die Tabletts werden mittels einer Zuführeinrichtung, die bei dem gezeigten Beispiel eine Verfahreinrichtung in zwei waagerechten Richtungen aufweist, nacheinander unter die Sauggreifer geführt und dort weiterbewegt, so daß jeweils eine Glasstange unter einen der auf dem Rundläufer 5 vorbeirotierenden Sauggreifer 7 positioniert wird und diesem aufgenommen wird.

Die an den Sauggreifern 7 gehalterten Glasstangen werden dann an einer Reinigungseinheit 13 vorbeigeführt. Die Reinigungseinheit 13 reinigt die Glasstangen durch Abblasen von Staubpartikeln. Als nächstes gelangen die Glasstangen dann zu einer Ausrichteeinheit 15. Diese Ausrichteeinheit 15 richtet die am Sauggreifer hängenden Glasstangen in Längsrichtung aus, so daß die Endflächen der Glasstangen reproduzierbar und gleich positioniert sind.

Anschließend werden die Glasstangen jeweils mit dem Rundläufer an einer Kameraeinheit 17 mit zwei Kameras 19, 21 vorbeigeführt. Mit den Kameras 19, 21 werden Bilder der Stirnflächen seitlich unter zwei rechtwinklig zueinander liegenden radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachse der Glasstangen aufgenommen. Mittels einer mit der Vorrichtung kommunizierenden übergeordneten Steuerung mit einem selbständig arbeitenden Bildverarbeitungssystem wird anhand der Aufnahmen beider Kameras die Ebenheit und Winkeligkeit der Kontur der Stirnflächen bestimmt, so daß eine automatische optische und berührungsfreie Überprüfung der Glasstangen realisiert wird. Es erfolgt anhand der Aufnahmen zusätzlich eine Prüfung der Länge und der Geradheit der Lichtwellenleiter.

Zusätzlich wird mittels einer in diesem Beispiel entlang des Transportweges der Kameraeinheit nachfolgenden Transmissions-Meßeinheit 25 die Transmission von Licht durch die Glasstangen gemessen, wozu eine sogenannte japanische Schleife eingesetzt wird. Die Transmissions-Meßeinheit ist in 1 durch die Traverse 27 verdeckt. Die Traverse 27 dient unter anderem zur Lagerung des Rundläufers 5.

Die Vorrichtung 1 umfasst außerdem eine Aussortier-Einrichtung zum Aussortieren der Schlechtteile. Dazu ist nachfolgend zur Transmissions-Meßeinheit 25 entlang des kreisförmigen Transportweges eine Behälteranordnung 29 angebracht. Diese Behälteranordnung 29 weist mehrere Behälter auf, in welche bei Abweichung Ebenheit und/oder Winkeligkeit der Stirnflächen einer Glasstange und/oder der Transmission, beziehungsweise der Dämpfung von einem jeweils vorgegebenen Sollbereich die Glasstange automatisch aussortiert wird. Je nach Fehler wird dazu der zugeordnete Behälter unter den Sauggreifer gefahren und die betreffende Glasstange in diesen Behälter fallen gelassen.

Die übrigen Glasstangen, deren Werte für die Ebenheit, Winkeligkeit, Geradheit, Länge und Transmission innerhalb der vorgegebenen Toleranzbereiche liegen, werden wieder auf den Tabletts 11 entsprechenden Tabletts 12 abgelegt. Dazu wird ein Tablett 12 mit Verfahreinrichtung, die ebenfalls wie die Verfahreinrichtung für die Zuführung der Glasstangen zweidimensional verfahrbar ist, unter den Sauggreifern positioniert, so daß die Glasstangen nebeneinander, vorzugsweise auch neben- und hintereinander in zweidimensionaler Anordnung auf dem Tablett abgelegt werden können.

Die Tabletts 12 werden dann in einem weiteren Magazin 31 zwischengelagert und können dann, beispielsweise für den Versand entnommen werden.

3 zeigt eine schematische Ansicht der Kameraanordnung der Kameraeinheit 17 mit den beiden Kameras 19, 21 und einer zu prüfenden Glasstange 50. Die Anordnung ist in 3 so dargestellt, daß die Glasstange 50 in Aufsicht auf eine End-, beziehungsweise Stirnfläche gezeigt ist. Die Vorschubrichtung der Glasstange 50 durch die hier nicht dargestellte Transporteinrichtung ist durch den Pfeil dargestellt. Wie anhand von 3 zu erkennen ist, sind die Kameras 19, 21 so angeordnet, daß sie eine in Meßposition positionierte Glasstange 50 jeweils seitlich unter zwei verschiedenen radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachse der Glasstange betrachten. Insbesondere sind die beiden Kameras so angeordnet, daß deren Blickrichtungen, beziehungsweise deren optische Achsen des Objektivs rechtwinklig zueinander stehen.

Weiterhin sind die Blickrichtungen auch schräg zur Vorschubrichtung angeordnet, wobei die Kameras vorteilhaft bei dem in 3 gezeigten Beispiel jeweils unter einem Winkel von 45°, beziehungsweise 135° zur Vorschubrichtung auf die Glasstange 50 blicken. Bei einer Transporteinrichtung in Form eines Rundläufers sind dabei die Kameras 19, 21 entsprechend auch in einem Winkel von jeweils 45° zur Drehachse angebracht. Diese Anordnung mit schrägen Blickrichtungen bezogen auf die Vorschub- oder Transportrichtung ist vorteilhaft, weil die Glasstangen so auf der Transporteinrichtung gehaltert werden können, daß deren Bewegung nicht durch die Kameras behindert wird. So können bei der in 3 gezeigten Anordnung die Glasstangen mit einem Greifer so gehaltert werden, daß sich der Greifer mit der Glasstange bei der Bewegung der Transporteinrichtung nicht gegen die Kameras stößt.

4 zeigt eine Aufnahme einer Glasstange 50 mit Stirn- oder Endflächen 51, 52 und Mantelfläche 53 mittels einer der Kameras. In der Aufnahme sind Vermessungsdaten eingeblendet, die mit dem Bildverarbeitungssystem anhand der Aufnahme ermittelt wurden. Im speziellen wurde bei der dargestellten Glasstange eine Längendifferenz der oberen zur unteren Randlinie der Mantelfläche 53 von –5 Mikrometern ermittelt. Die anhand der Aufnahme bestimmte mittlere Länge der Glasstange 50 beträgt 6,92 Millimeter und der linke und rechte Durchmesser beträgt 1,5, beziehungsweise 1,51 Millimeter.

Um die Winkeligkeit der Stirnflächen 51, 52 zu bestimmen, wird zunächst zumindest eine Linie 55 als Referenz bestimmt, welche eine Kontur der Mantelfläche repräsentiert und eine dazu senkrechte Linie 56 errechnet. Außerdem werden Linien 57 ermittelt, welche die beste Anpassung an die Kontur einer Stirnfläche 51, beziehungsweise 52 darstellen. Die Winkeligkeit einer Stirnfläche 51, 52 für die im jeweiligen Bild sichtbare Projektion der Glasstange 50 ergibt sich dann aus der Abweichung der beiden Linien in Längsrichtung der Glasstange am Ort der Konturlinie der Mantelfläche, wenn die beiden Linien so übereinandergelegt werden, daß sie sich an der gegenüberliegenden Konturlinie der Mantelfläche schneiden.

Dieses von der entsprechend eingerichteten Bildverarbeitungseinrichtung durchgeführte Verfahren ist nochmals anhand von 5 näher erläutert. An die Kontur der Stirnfläche 51 einer Glasstange 50 wird eine Linie 57 angepasst. Zusätzlich wird eine zur Kontur 55 der Mantelfläche senkrechte Linie 56 errechnet Die Linien 56, 57 sind hier zur besseren Sichtbarkeit entlang der Längsachse der Glasstange 50 verschoben dargestellt. Beide Linien 56, 57 werden so übereinandergelegt, daß sie sich an einer der beiden Konturlinien 55 der Mantelfläche kreuzen. An der Stelle, wo die Linien 56, 57 die gegenüberliegende Kontur 55 kreuzen, wird der Abstand der beiden Linien 56, 57 ermittelt. Dieser Abstand 58 ist die aus der betreffenden Aufnahme für die jeweilige Stirnfläche, hier also für Stirnfläche 51 ermittelte Winkeligkeit.

Das Verfahren, wie es anhand von 4 skizziert wurde, muß selbstverständlich nicht rein graphisch erfolgen. Beispielsweise kann die Bestimmung der Winkeligkeit auch rein rechnerisch anhand der Daten für die Linien 56, 57 durchgeführt werden, beispielsweise, indem die Differenz der Steigungen der beiden Linien ermittelt und diese mit dem Durchmesser der Glasstange 50 multipliziert wird.

Um eine an die Kontur der Stirnfläche 51 angepasste Linie 57 zu bestimmen, kann beispielsweise eine Anpassung unter Minimierung der mittleren quadratischen Abstände der Linie zu den Konturpunkten, beziehungsweise die Bestimmung einer Regressionsgeraden durch die Konturpunkte eingesetzt werden.

Die Bestimmung der Ebenheit wird nachfolgend anhand von 6 näher erläutert. Auch zur Bestimmung der Ebenheit einer Stirnfläche wird die an die Kontur der Stirnfläche 51 angepasste Linie 57 verwendet. Anschließend werden die maximalen Abstände der Konturpunkte zu dieser Linie bestimmt. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel wurde die Linie 57 in ihrer Lage so die Kontur gelegt, daß eine beste Anpassung an die Form der Kontur erreicht ist. Dann werden die Maximalabstände der Konturpunkte beidseitig zur Linie ermittelt. Die Maximalabstände sind in 6 dabei durch die zu Linie 57 parallelen gestrichelten Linien angedeutet. Die Maximalabstände, die den Abständen der beiden gestrichelten Linien zur Linie 57 entsprechen, werden dann zusammenaddiert und ergeben den Abstand 59, der die Ebenheit der Stirnfläche angibt.

7 zeigt eine schematische Darstellung des Servo-Linearantriebs der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung. Der Servo-Linearantrieb umfasst einen Läufer 40, welcher sich entlang eines zur Drehachse des Rundläufers konzentrischen Kreises erstreckt. Der Läufer 40 und damit der Rundläufer 5 wird durch ein oder mehrere Statoren 42 angetrieben. Um ein hohes Drehmoment und eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen, ist der Läufer entlang eines Kreises mit möglicht großem Durchmesser angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eines Linearmotors für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann der Motor in 614400 verschiedene Stellungen positioniert werden. Bei einem Rundläufer mit einem Durchmesser von etwa 75 Zentimetern wird dabei in Umfangsrichtung eine Positioniergenauigkeit für die am äußeren Umfang gehalterten Glassangen von besser als 6 Mikrometern erreicht.

Die Glasstangen, wie sie mit einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung, beziehungsweise mit dem mit dieser Vorrichtung durchgeführten Verfahren geprüft werden, kommen beispielsweise in Glasfaser-Steckverbindern zum Einsatz. Bisher wurden dabei zumeist Kunststoff-Lichtleiter eingesetzt. Glasstangen als Kopplungselemente bieten demgegenüber jedoch unter anderem den Vorteil, deutlich temperaturstabiler zu sein und ihre optischen Eigenschaften auch über einen langen Zeitraum hinweg unverändert beizubehalten. Die Lichtleiter eignen sich daher insbesondere auch für optische Steckverbinder für den Automobilsektor.

8 zeigt eine solche Glasstange 50 mit Toleranzbereichen verschiedener Maße, anhand welchen ein Aussortieren von Schlechtteilen mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen kann.

Bei diesem Beispiel erfolgt eine Aussortierung bei zumindest einer der Abweichungen von einem vorgegebenen Toleranzbereich:

  • – einer Längenabweichung vom Sollmaß von mehr als 6 Mikrometern,
  • – einer Abweichung der Mittellinie von einer Geraden gemäß der Toleranzangabe 60 von mehr als 4 Mikrometern (entsprechend einer Geradheit schlechter 4 Mikrometer oder einer Krümmung größer 4 Mikrometer),
  • – einer Abweichung des Durchmessers vom Sollmaß um mehr als 5 Mikrometer,
  • – einer Winkeligkeit einer der Stirnflächen 51, 52 gemäß Toleranzangabe 61 von mehr als 6 Mikrometern, sowie
  • – gemäß Toleranzangabe 62 einer Ebenheit schlechter als 4 Mikrometern.

Die Transmission oder Dämpfung ist bei dem in 8 gezeigten Beispiel nicht angegeben. Auch anhand einer vorgegeben Maximaldämpfung, beispielsweise höchstens 0,5 dB pro Stirnfläche wird aber vorzugsweise eine Aussortierung vorgenommen.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der Figuren auch miteinander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

1
Vorrichtung
3
Magazin für Träger
5
Rundläufer
7
Sauggreifer
9
Tisch
11
Tablett
13
Reinigungseinheit
15
Ausrichteeinheit
17
Kameraeinheit
19, 21
Kameras
25
Transmissions-Meßeinheit
27
Traverse
29
Behälteranordnung
50
Glasstange
51, 52
Stirnflächen von 50
53
Mantelfläche von 50
55
Konturlinie der Mantelfläche von 50
56 zu 55
senkrechte Linie
57
an die Kontur von 51 oder 52 angepasste Linie
58
Winkeligkeit
59
Ebenheit
60
Toleranzbereich für Krümmung
61
Toleranzbereich für Winkeligkeit
62
Toleranzbereich für Ebenheit


Anspruch[de]
Verfahren zur Überprüfung von Glasstangen, insbesondere von Lichtleitern, bei welchem die Glasstangen vor zwei Kameras angeordnet werden, wobei die Kameras jeweils beide Stirnflächen seitlich unter zwei verschiedenen radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachse der Glasstangen aufnehmen und anhand der Aufnahmen die Ebenheit und Winkeligkeit der Kontur der Stirnflächen optisch und berührungsfrei mit beiden Kameras bestimmt wird, und wobei bei Abweichung der Ebenheit oder Winkeligkeit der Stirnflächen einer Glasstange von einem jeweils vorgegebenen Sollbereich die Glasstange automatisch mittels einer Aussortier-Einrichtung aussortiert wird. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Winkeligkeit oder Ebenheit einer Stirnfläche eine zur aus den Aufnahmen bestimmten Kontur der Mantelfläche der Glasstange senkrechten Linie als Referenz ermittelt und die Abweichung der Kontur der Stirnfläche zu dieser Linie bestimmt wird. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Winkeligkeit oder Ebenheit jeweils eine Linie an die Kontur der Stirnflächen angepasst wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeligkeit oder Ebenheit der Stirnflächen mittels zweier rechtwinklig zueinander angeordneter Kameras bestimmt wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenheit und Winkeligkeit der Stirnflächen durch Verrechnung der aus den Aufnahmen beider Kameras bestimmten Werte der Ebenheiten und Winkeligkeiten der beiden Konturen jeweils einer Stirnfläche errechnet wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen der Ebenheit das Anpassen einer Linie an die Kontur der Stirnfläche und das Bestimmen der maximalen Abweichung der Kontur zu dieser Linie umfasst. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Glasstangen mit zumindest einer der Kameras bestimmt wird. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Aufnahmen der Kameras die Längen der Konturlinien des Umfangs in den Aufnahmen bestimmt und Längendifferenzen aus den bestimmten Längen an den Randlinien ermittelt werden. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Krümmung der Glasstangen anhand des Bildes zumindest einer der Kameras bestimmt wird. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit zumindest einer der Kameras Durchmesser der Glasstangen anhand der aufgenommenen Konturen bestimmt werden. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Lichttransmission durch die Glasstangen gemessen wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Stirnflächen gemessen wird. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe mittels eines Weißlicht-Interferometers gemessen wird. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe mittels Laserabtastung gemessen wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstangen mittels einer Transporteinrichtung nacheinander von einer Aufnahmeposition zu zumindest einer Meßposition transportiert werden. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstangen auf einem Rundläufer entlang eines kreisförmigen Transportweges transportiert werden. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstangen mit dem Rundläufer mit einer Winkelgenauigkeit von zumindest 5·10–3 Grad, vorzugsweise zumindest 1·10–3 Grad für die Überprüfung positioniert werden. Verfahren gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung mit einem Servo-Linearantrieb angetrieben wird. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstangen von einer Ablage mittels eines Saugers aufgenommen werden. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Glasstangen mit Abweichung eines Maßes von einem vorgegebenen Sollbereich die Glasstange in Abhängigkeit von der Art der Abweichung in verschiedene Ablagen aussortiert werden. Vorrichtung zur Überprüfung von Glasstangen, insbesondere von Lichtleitern, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche zwei Kameras und eine Einrichtung umfasst, um die Glasstangen vor den zwei Kameras so anzuordnen, daß die Kameras jeweils beide Stirnflächen seitlich unter zwei verschiedenen radialen Blickrichtungen bezogen auf die Längsachne der Glasstangen betrachten, wobei die Vorrichtung ein Bildverarbeitungssystem umfasst, mit welchem anhand der Aufnahmen die Ebenheit und Winkeligkeit der Kontur der Stirnflächen optisch und berührungsfrei mit beiden Kameras bestimmt wird, und wobei die Vorrichtung eine Aussortier-Einrichtung aufweist, mit welcher einer Glasstange bei Abweichung der Ebenheit oder Winkeligkeit der Stirnflächen der Glasstange von einem jeweils vorgegebenen Sollbereich aussortiert wird. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Kameras. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Bildverarbeitungssystem, welches die Länge der Glasstangen mit zumindest einer der Kameras bestimmt. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Lichttransmission durch die Glasstangen. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung zum Transport der Glasstangen nacheinander von einer Aufnahmeposition zu zumindest einer Meßposition. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstangen auf einem Rundläufer entlang eines kreisförmigen Transportweges transportiert werden. Vorrichtung gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, die Kameras mit einer Blickrichtung schräg zur Vorschubrichtung der Transporteinrichtung angeordnet sind. Vorrichtung gemäß einem der drei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung mit einem Servo-Linearantrieb angetrieben ist. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung einen Rundläufer umfasst und der Servo-Linearantrieb entlang eines Kreises um den Drehpunkt angeordnet ist. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung mit einem Rundläufer mit einer Winkelgenauigkeit der Positionierung von zumindest 5·10–3 Grad, vorzugsweise zumindest 1·10–3 Grad. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Sauggreifer zum Aufnehmen und Haltern der Glasstangen. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Ablagen und eine Aussortier-Einrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Glasstangen mit Abweichung eines Maßes von einem vorgegebenen Sollbereich in Abhängigkeit von der Art der Abweichung in verschiedene Ablagen auszusortieren. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Rauhtiefe der Stirnflächen. Vorrichtung gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch ein Weißlicht-Interferometer zur Messung der Rauhtiefe. Vorrichtung gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, gekenzeichnet durch ein Laser-Abtastsystem zur Messung der Rauhtiefe.






IPC
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