DE102004010275B3

DE102004010275B3 - Überwachungsvorrichtung für ein Laserlichtkabel

Info

Publication number: DE102004010275B3
Application number: DE102004010275A
Authority: DE
Inventors: Harald Broghammer
Original assignee: Trumpf Laser GmbH
Current assignee: Trumpf Laser GmbH
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-03-04

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Überwachung eines Laserlichtkabels (2), das einen Lichtwellenleiter (6), eine den Lichtwellenleiter (6) umgebende innere Metallumhüllung (7), eine die innere Metallumhüllung (7) umgebende Isolierumhüllung (8) und eine die Isolierumhüllung (8) umgebende äußere Metallumhüllung (9) aufweist, weist eine erste elektrische Schaltung (13) zur Überwachung eines die innere Metallumhüllung (7) umfassenden Stromkreises, eine zweite elektrische Schaltung (14) zur Überwachung des Widerstands zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung (7, 9) und erfindungsgemäß eine dritte elektrische Schaltung (15) zur Überwachung der Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung (7, 9) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Lichtleiterkabels, das einen Lichtwellenleiter, eine den Lichtwellenleiter umgebende innere Metallumhüllung, eine die innere Metallumhüllung umgebende Isolierumhüllung und eine die Isolierumhüllung umgebende äußere Metallumhüllung aufweist, mit einer ersten elektrischen Schaltung zur Überwachung eines die innere Metallumhüllung enthaltenden Stromkreises und mit einer zweiten elektrischen Schaltung zur Überwachung des Widerstands zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung.

Zur Überwachung von Lichtleitern sind verschiedene Verfahren bekannt.

US5012087 offenbart ein Lichtleiterkabel zur Übertragung von Laserstrahlung hoher Leistung, das neben der ersten optischen Faser zur Strahlungsübertragung eine zweite optische Faser aufweist, die an ihrem einen Ende mit einer Lichtquelle und an ihrem anderen Ende mit einer Photodiode verbunden ist. Austritt von Strahlung aus der ersten Faser führt zu einer Verringerung oder Beendigung der Lichtübertragung in der zweiten Faser, so dass das Signal der Photodiode zur Überwachung des Lichtleiterkabels dient.

DE19860483 offenbart ein Laserübertragungsrohr mit einem Hohlraum-Wellenleiter mit einem Innenraum zur Übertragung der Laserstrahlung und einem Außenrohr, das den Hohlraum-Wellenleiter unter Bildung eines Außenraums umgibt. Die Detektion einer Strömungsverbindung zwischen dem Innen- und dem Außenraum dient als Signal für eine Beschädigung des Wellenleiters.

JP2003279444 offenbart ein Lichtleiterkabel zur Übertragung von Laserstrahlung, bei der ein elektrisch leitender Draht spiralförmig um die optische Faser gewunden ist. Mehrere Temperatursicherungen, die bei Anstieg der Umgebungstemperatur auf über 120°C auslösen, sind in Reihe geschaltet entlang des Drahts angeordnet und mit einer Einrichtung verbunden, die den Laser bei Auslösen der Temperatursicherungen abschaltet. JP2003279444 offenbart außerdem einen Lichtleiter mit einer optischen Faser, die von zwei (oder mehr) elektrischen Leitern umgeben ist, wobei mindestens ein elektrischer Leiter eine thermoplastische Umhüllung aufweist. Schmilzt diese Umhüllung aufgrund von austretendem Laserlicht, so tritt ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Leitern auf, der ebenfalls zur Abschaltung des Lasers führt.

Bei weiteren bekannten Überwachungsvorrichtungen dieser Art wird das Laserlichtkabel mittels Strom- und Widerstandsmessungen überwacht. Die Lichtleitfaser des Laserlichtkabels ist von einer gewendelten Metallumhüllung umgeben, die in einen Ruhestromkreis eingebunden ist. Wird diese gewendelte Metallumhüllung (z.B. durch austretende Strahlung) unterbrochen, so wird der Stromkreis unterbrochen und der Laserstrahl abgeschaltet. Die gewendelte Metallumhüllung ist von einer Isolierumhüllung und diese von einem metallischen Schutzschlauch umgeben. Zwischen der gewendelten Metallumhüllung und dem Schutzschlauch wird der Widerstand gemessen, der im Normalbetrieb unendlich groß sein muss. Wird die Isolierumhüllung durch austretendes Laserlicht beschädigt oder geschmolzen, so ändert sich der gemessene Widerstand, was zur Abschaltung des Laserstrahls führt. Falls jedoch der Schutzschlauch nicht korrekt an die Überwachungsvorrichtung angeschlossen ist, kann dies nicht durch die Widerstandsmessung festgestellt werden, da der Widerstand in diesem Fall ebenfalls unendlich groß ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese vorhandene Sicherheitslücke bei einer Überwachungsvorrichtung der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Art und Weise zu schließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine dritte elektrische Schaltung zur Überwachung der Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung.

Erfindungsgemäß wird zusätzlich zum Widerstand auch die Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung gemessen. Diese Kapazität nimmt bei angeschlossener bzw. nicht angeschlossener äußerer Metallumhüllung zwei unterschiedliche Werte an und ermöglicht so die Überprüfung, ob die äußere Metallumhüllung korrekt an die Überwachungsvorrichtung angeschlossen ist.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist die dritte Schaltung eine Vergleichseinrichtung auf, welche die gemessene Kapazität mit einem vorbestimmten Sollwert vergleicht und bei vorbestimmter Abweichung vom Sollwert den Laserstrahl abschaltet und/oder ein Fehlersignal ausgibt.

Bevorzugt ist der Stromkreis der ersten Schaltung durch die innere Metallumhüllung, eine zwischen Isolierumhüllung und äußerer Metallumhüllung verlaufende elektrische Rückleitung sowie elektrische Verbindungskontakte gebildet, die in Steckaufnahmen für die beiden Enden des Laserlichtkabels vorgesehen sind und bei korrekter Steckverbindung jeweils die innere Metallumhüllung und die Rückleitung miteinander verbinden.

Vorzugsweise ist die innere Metallumhüllung als eine dem Laserlicht geringer Leistung (< ca. 500 W) widerstehende Metallwendel (z.B. aus Messing) ausgebildet.

Weiterhin bevorzugt sind die drei elektrischen Schaltungen in eine gemeinsame Überwachungsschaltung integriert.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung weist vorteilhafterweise eine Verbindung zu einer Kontrolleinrichtung auf, die beim Ansprechen einer der drei Überwachungsschaltungen den Laser abschaltet und/oder den Lichtweg zum Laserlichtkabel blockiert.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:
1 das zwischen einer Einkoppeloptik und einer Auskoppeloptik vorgesehene Laserlichtkabel und die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung für das Laserlichtkabel;
2 den Querschnitt des Laserlichtkabels der 1; und
3 die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung für das Laserlichtkabel.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 dient zur Überwachung eines Laserlichtkabels 2, in welches Laserlicht 3 über eine Einkoppeloptik 4 ein- und über eine Auskoppeloptik 5 ausgekoppelt wird. Dazu ist das Laserlichtkabel 2 in entsprechende Steckeraufnahmen der Ein- und Auskoppeloptiken 4, 5 eingesteckt.
Wie 2 zeigt, weist das Laserlichtkabel 2 einen Lichtwellenleiter (Lichtleitfaser) 6, eine den Lichtwellenleiter 6 umgebende innere Metallumhüllung 7, eine die innere Metallumhüllung 7 umgebende innere Isolierumhüllung 8, eine die innere Isolierumhüllung 8 umgebende äußere Metallumhüllung 9, eine die äußere Metallumhüllung 9 umgebende äußere Isolierumhüllung 10 sowie eine zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9 verlaufende elektrische Rückleitung 11 auf.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die innere Metallumhüllung 7 eine Metallwendel aus Messing, die aus dem Lichtwellenleiter 6 mantelseitig austretendem Laserlicht bis zu einer gewissen Leistung (< ca. 500 W) widersteht, die innere Isolierumhüllung 8 eine PVC-Isolierschicht, die äußere Metallumhüllung 9 ein Metallgeflecht mit Stahlmantel und die äußere Isolierumhüllung 10 ein Kunststoffschlauch. Der Lichtwellenleiter 6 ist eingebettet in die innere Metallumhüllung 7, die den Lichtwellenleiter vor äußeren Einwirkungen schützt und im Störungsfall den Austritt von Laserlicht vermindert. Die äußere Metallumhüllung 9 und die äußere Isolierumhüllung 10 dienen zur Unterstützung der mechanischen Stabilität und als Knickschutz.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Überwachungsvorrichtung 1 eine Platine 12 mit einer ersten Schaltung 13 zur Überwachung eines die innere Metallumhüllung 7 und die Rückleitung 11 enthaltenden Stromkreises, mit einer zweiten Schaltung 14 zur Überwachung des Widerstands zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9 und mit einer dritten Schaltung 15 zur Überwachung der Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9. Die innere Metallumhüllung 7 ist an Pin P3, die äußere Metallumhüllung 9 an Pin P2 und die Rückleitung 11 an Pin P1 der Platine 12 angeschlossen.
Bei der ersten Überwachungsschaltung 13 wird am Pin P1 der Platine 12 eine Spannung von 36 V angelegt. Dadurch entsteht bei korrekt in die Ein- und Auskoppeloptiken 4,5 eingestecktem Laserlichtkabel 2 ein Stromkreis über die Rückleitung 11, einen Kontaktstift 16 der Rückleitung 11, einen in der Steckaufnahme der Auskoppeloptik 5 angeordneten Kontaktring 17, einen Kontaktstift 18a der inneren Metallumhüllung 7, die innere Metallumhüllung 7, einen Kontaktstift 18b der inneren Metallumhüllung 7, einen in der Steckaufnahme der Einkoppeloptik 4 angeordneten Kontaktring 19 und einen Kontaktstift 20 des Laserlichtkabels 2 zurück zum Pin P3 der Platine 12. Das Laserlichtkabel 2 weist jeweils zwischen den Kontaktstiften 18a, 18b und der inneren Metallumhüllung 7 noch eine Temperatursicherung 21 auf. Wird der Stromkreis zwischen den Pins P1 und P3 unterbrochen, erkennt die erste Überwachungsschaltung 13 einen Fehler und schaltet den Laser ab oder blockiert den Lichtweg zum Laserlichtleitkabel.
Bei der zweiten Überwachungsschaltung 14 wird der Widerstand zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9, d.h. zwischen den Pins P2 und P3, gemessen. Die zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9 liegende innere Isolierumhüllung 8 verringert ihren elektrischen Widerstand bei Erwärmung. Diese Verringerung wird von der zweiten Überwachungsschaltung 14 gemessen und so eine Beschädigung des Laserlichtkabels 2 erkannt. Diese Widerstandsmessung liefert aber nur dann ein korrektes Ergebnis, wenn die äußere Metallumhüllung 9 elektrisch mit der Platine 12 verbunden ist, also keine Unterbrechung (z.B. am Pin P2 der Platine 12) vorliegt.
Zur Überwachung des korrekten Anschlusses der äußeren Metallumhüllung 9 dient die dritte Überwachungsschaltung 15, bei der die Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9, d.h. zwischen den Pins P2 und P3, gemessen wird. Diese Kapazität nimmt bei angeschlossener bzw. nicht angeschlossener äußerer Metallumhüllung 9 zwei unterschiedliche Werte an. Messungen haben gezeigt, dass zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung 7, 9 eine Kapazität von mindestens 1,5 nF besteht. Ist die äußere Metallumhüllung nicht an Platine 12 angeschlossen, beträgt die Kapazität lediglich 0,3 nF. In diesem Fall schaltet die Überwachungsvorrichtung den Laser ab oder blockiert den Lichtweg zum Laserlichtkabel.
Aus Sicherheitsgründen werden die Widerstandsmessung und die Kapazitätsmessung zweikanalig ausgeführt.

Claims

Vorrichtung (1) zur Überwachung eines Laserlichtkabels (2), das einen Lichtwellenleiter (6), eine den Lichtwellenleiter (6) umgebende innere Metallumhüllung (7), eine die innere Metallumhüllung (7) umgebende Isolierumhüllung (8) und eine die Isolierumhüllung (8) umgebende äußere Metallumhüllung (9) aufweist, mit einer ersten elektrischen Schaltung (13) zur Überwachung eines die innere Metallumhüllung (7) umfassenden Stromkreises und mit einer zweiten elektrischen Schaltung (14) zur Überwachung des Widerstands zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung (7, 9), gekennzeichnet durch eine dritte elektrische Schaltung (15) zur Überwachung der Kapazität zwischen innerer und äußerer Metallumhüllung (7, 9).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltungsanordnung (15) eine Vergleichseinrichtung aufweist, welche die gemessene Kapazität mit einem vorbestimmten Sollwert vergleicht und bei vorbestimmter Abweichung vom Sollwert ein Fehlersignal ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis der ersten Schaltung (13) durch die innere Metallumhüllung (7), eine zwischen Isolierumhüllung (8) und äußerer Metallumhüllung (9) verlaufende elektrische Rückleitung (11) sowie elektrische Verbindungskontakte (17, 19) gebildet ist, die in Steckaufnahmen für die beiden Enden des Laserlichtkabels (2) vorgesehen sind und bei korrekter Steckverbindung jeweils die innere Metallumhüllung (7) und die Rückleitung (11) miteinander verbinden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Metallumhüllung (7) als eine dem Laserlicht geringer Leistung widerstehende Metallwendel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schaltungen (13, 14, 15) gemeinsam in eine Überwachungsplatine (12) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Verbindung zu einer Kontrolleinrichtung aufweist, die beim Ansprechen einer der drei Überwachungsschaltungen (13, 14, 15) den Laser abschaltet und/oder den Lichtweg zum Laserlichtkabel (2) blockiert.