专利名称：气相轴向淀积装置及气相轴向淀积方法
技术领域：
本发明涉及用于制造光纤预制件的一种装置及一种方法，更具体地，涉及一种气相轴向淀积(VAD)装置以及一种气相轴向淀积方法。
背景技术：
气相轴向淀积方法是用于通过借助于第一和第二喷灯将烟灰淀积到一玻璃棒上以在纵向上生长出纤芯和包覆层而获得烟灰预制件的一种方法。随后，烟灰预制件会经历脱水过程等等，以获得光纤预制件。
图1为传统的气相轴向淀积装置。图1中所示的立式气相轴向淀积装置100包括用于产生并淀积烟灰的第一和第二喷灯120，125、用于移动第一喷灯120的喷灯移动部件130、用于使烟灰预制件110移动并旋转的预制件移动部件140、用于测量烟灰预制件110的纤芯114的生长尺寸的生长尺寸检测部件150以及用于控制预制件移动部件140以调节纤芯114的固定生长尺寸的控制部件160。
烟灰预制件110包括用于提供生长基础的玻璃棒112以及通过将烟灰淀积到玻璃棒112的第一端部上而形成的纤芯114和包覆层(clad)116。纤芯114具有相对较高的折射率，而环绕纤芯114的包覆层116具有相对较低的折射率。与第一端部相对的玻璃棒112的第二端部被固定到预制件移动部件140，并且烟灰预制件110在烟灰淀积期间以一预定速度旋转。
第一喷灯120朝着烟灰预制件110的远端喷射火焰，以在纵向上从玻璃棒112的第一端部生长出纤芯114。将玻璃原材料和燃料提供给第一喷灯120。当玻璃原材料在所喷射的火焰内脱水时会产生烟灰，并且所产生的烟灰会淀积到烟灰预制件110上。
喷灯移动部件130在烟灰淀积之前先通过在横向上移动第一喷灯120来排列第一喷灯120和烟灰预制件110。
第二喷灯125朝着纤芯114的外圆周表面喷射火焰，以在纤芯114的外圆周表面上生长出包覆层116。将玻璃原材料和燃料提供给第二喷灯125。当玻璃原材料在所喷射的火焰内脱水时会产生烟灰，并且所产生的烟灰会淀积到烟灰预制件110上。
预制件移动部件140固定有玻璃棒112的第二端部，并使烟灰预制件110以一预定速度旋转。预制件移动部件140在控制部件160的控制下还会使烟灰预制件110向上移动。
生长尺寸检测部件150包括氦-氖激光器152和光电二极管154。从氦-氖激光器152输出的光线会透射纤芯114的生长点(对应于纤芯114的末端)并输入光电二极管154。光电二极管154会将输入的透射光输出成一电信号。
控制部件160从自光电二极管154输入的电信号的功率识别出透射光的功率，并且透射光的功率会随着纤芯114的生长直径的增加而减小。控制部件160从透射光的功率确定出纤芯114的生长直径，并使烟灰预制件110向上移动以使纤芯114的生长直径保持不变。即，如果透射光的功率低于一预定值，则控制部件160会使烟灰预制件110向上移动，从而保持纤芯114的固定生长尺寸。
然而，以上所述的气相轴向淀积装置100具有以下问题首先，当长时间进行烟灰淀积时，氦-氖激光器152和光电二极管154会被第一和第二喷灯120，125内所产生的热量加热，并因此会改变氦-氖激光器152的输出和光电二极管154的灵敏度。这会造成测量误差。烟灰淀积过程期间所产生并存在于光学路径上的许多灰粒也会引起测量误差。
其次，尽管烟灰预制件110与第一喷灯120之间的距离在烟灰淀积期间会对烟灰预制件110的形状和折射率分布图产生影响，然而并不意味着会发现它们。此外，无法解决烟灰预制件110与第一喷灯120之间的距离的变化，从而使得所述距离的变化会因生产过程条件(例如振动和热量)在烟灰淀积期间的变化而发生。
由于这种问题，气相轴向淀积装置100所产生的烟灰预制件110的形状以及折射率分布图会经理严重变化，从而降低生产率和可靠性。
发明内容
因此，提出本发明以至少可解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种气相轴向淀积装置以及一种气相轴向淀积方法，从而可以使烟灰预制件与第一喷灯之间保持固定距离。
本发明的进一步的目的是提供一种精密且可靠的气相轴向淀积装置以及一种精密且可靠的气相轴向淀积方法，从而可以排除高温及灰粒的影响。
为了实现这些目的，根据本发明的一个方面，提供一种气相轴向淀积装置，所述气相轴向淀积装置包括第一喷灯，所述第一喷灯用于将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的远端上，所述第一喷灯与第二轴线排成直线；生长尺寸检测单元，所述生长尺寸检测单元用于从烟灰预制件的生长点以及所述第一喷灯的末端检测到一图像；以及控制单元，所述控制单元用于从所检测到的图像计算出烟灰预制件与所述第一喷灯之间的沿着所述第二轴线的距离，并且根据所计算出的距离移动烟灰预制件。
根据本发明的另一个方面，提供一种气相轴向淀积方法，其中通过使用与第二轴线排成直线的喷灯将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的远端上，所述方法所包括的步骤为(a)检测包括烟灰预制件的生长点以及所述喷灯的前边缘的图像；(b)从所检测到的图像计算出烟灰预制件的端点与所述喷灯的前边缘之间的垂直距离；以及(c)移动烟灰预制件，以使烟灰预制件的所述端点与所述喷灯的前边缘之间的距离保持不变。
优选地，步骤(b)包括的步骤为(b-1)将所述喷灯的一侧边缘上的线段延长到烟灰预制件的中心轴线；(b-2)计算所述线段的延长线与烟灰预制件的中心轴线所构成的一夹角；以及(b-3)从所述夹角计算出烟灰预制件的所述端点与所述喷灯的前边缘之间的垂直距离。
本发明的上述以及其它的目的、特征和优点将从以下结合附图的详细说明而变得更加清楚，其中
图1为传统的气相轴向淀积装置的视图；图2为根据本发明的一个优选实施例的气相轴向淀积装置的视图；以及图3至图5为用于说明图2中所示的控制单元的控制过程的视图。
具体实施例方式
在下文中，将参照
本发明的优选实施例。应该提及的是，尽管相同的元件在不同的图示中示出，但是它们会由相同的参考符号来标示。此外，在下述说明中，当在此所包含的已知功能及配置的详细说明使本发明的主旨不清楚时会将其省略。
图2所示为根据本发明的一个优选实施例的气相轴向淀积装置。气相轴向淀积装置200包括用于产生及淀积烟灰(soot)的第一和第二喷灯(torch)220，225、用于移动第一喷灯220的喷灯移动单元230、用于使烟灰预制件(soot preform)210移动并旋转的预制件移动单元240、用于测量烟灰预制件210的纤芯生长尺寸的生长尺寸检测单元250以及用于控制预制件移动单元240以调节烟灰预制件210的纤芯生长尺寸的控制单元260。此时，烟灰预制件210、第一和第二喷灯220，225、喷灯移动单元230以及预制件移动单元240被封装在一腔室(图中未示)内，并且将生长尺寸检测单元250和控制单元260设置在所述腔室的外部。所述腔室具有彼此相对放置的第一和第二视窗，并且生长尺寸检测单元250通过第一和第二视窗测量烟灰预制件210的纤芯生长尺寸。
烟灰预制件210与第一轴线(对应于所述烟灰预制件的中心轴线)排成直线，并且包括用于提供生长基础的玻璃棒212以及通过将烟灰淀积到玻璃棒212的第一端部上而形成的纤芯214和包覆层(clad)216。纤芯214具有相对较高的折射率，而环绕纤芯214的包覆层216具有相对较低的折射率。与第一端部相对的玻璃棒212的第二端部被固定到预制件移动单元240，并且烟灰预制件210在烟灰淀积期间以一预定速度旋转。
第一喷灯220与以预定锐角倾斜于第一轴线的第二轴线(对应于所述第一喷灯的中心轴线)排成直线，并朝着烟灰预制件210的远端喷射火焰，以在第一轴线的方向上从玻璃棒212的第一端部生长出纤芯214。将玻璃原材料和燃料提供给第一喷灯220。当玻璃原材料在所喷射的火焰内脱水时会产生烟灰，并且所产生的烟灰淀积到烟灰预制件210上。
喷灯移动单元230在垂直于第一轴线的方向上移动第一喷灯220，以在烟灰淀积之前先排列第一喷灯220和烟灰预制件210。
第二喷灯225朝着纤芯214的外圆周表面喷射火焰，以在纤芯214的外圆周表面上生长出包覆层216。将玻璃原材料和燃料提供给第二喷灯225。当玻璃原材料在所喷射的火焰内脱水时会产生烟灰，并且所产生的烟灰淀积到烟灰预制件210上。
预制件移动单元240固定有玻璃棒212的第二端部，并使烟灰预制件210以预定速度旋转。预制件移动单元240在控制单元260的控制下还使烟灰预制件210向上移动。
生长尺寸检测单元250包括照明装置252和图像检测装置254。
照明装置252被设置在烟灰预制件210的一侧，并至少同时照明纤芯214的生长点以及第一喷灯220的末端。输出白光或类似光的卤素灯(halogen lamp)可以用作照明装置252。
图像检测装置254被设置在烟灰预制件210的另一侧，从而使所述图像检测装置被放置成与照明装置252相对，并且检测包括纤芯214的生长点以及第一喷灯220的末端的图像以输出所检测到的图像。CCD(电荷耦合器件)照相机可以用作图像检测装置254。
控制单元260计算烟灰预制件210的端点与第一喷灯220的前边缘之间的沿着第二轴线的距离，并且根据所计算的距离使烟灰预制件210向上移动。控制单元260包括图像处理装置262、主处理器264以及驱动装置266。控制单元260可以通过个人电脑(PC)来实现。具体地说，图像处理装置262可以通过安装在PC内的撷取卡(grabber card)来实现，主处理器264可以通过PC的微处理器来实现，以及驱动装置266可以通过安装在PC内的接口插件(interface card)来实现。
图3至图5为用于说明控制单元260的控制过程的视图。
参看图3，图像处理装置262可以捕捉烟灰预制件210的端点，并且将所捕捉到的端点设定为原点
。此时，坐标平面上的x轴线变成第一轴线310，而y轴线变成垂直于第一轴线310并经过原点的轴线。原点位于第一轴线310上，并且烟灰预制件210关于第一轴线310具有旋转对称性。此外，图像处理装置262会形成由第一轴线310以及延长线330所构成的夹角θ，所述延长线是通过延长连接第一喷灯220的一侧边缘224上的任意两点A和B的线段所获得。第一喷灯220具有空心的圆柱体形状，并且关于它的中心轴线(即，第二轴线320)具有旋转对称性。第二轴线320平行于延长线330。
参看图4，图像处理装置262在沿着第一轴线330的平行方向上移动延长线330并发现一交点C，已移动的延长线330在所述交点处与第一喷灯220的前边缘222相交。另外，图像处理装置262可以发现一交点C，经过原点并与第一轴线330成夹角θ的直线在所述交点处与第一喷灯220的前边缘222相交。随后，图像处理装置262会计算原点与交点C之间的距离。
可选择地，第一喷灯220的侧边缘224上的两个点A和B可以被选定成使点A对应于第一喷灯220的拐角。在这种情况下，图像处理装置262会发现一交点D
以及一夹角θ，其中通过延长连接两个点A和B的线段所获得的延长线330在所述交点处与第一轴线310相交，所述夹角由延长线330和第一轴线310构成。随后，图像处理装置262会计算点A与交点D之间的距离，并计算出通过从所计算的距离减去P·cosθ而获得的数值。
图像处理装置262将通过计算烟灰预制件210的端点与第一喷灯220的前边缘222之间的垂直距离而获得的数字数据输入主处理器264。
另一个方面，第一喷灯220的外圆周表面上可以形成可识别线段，并接着计算烟灰预制件210的端点与所述线段之间的垂直距离。此时，所述线段形成为垂直于第二轴线320。另外，也可以在第一喷灯220的外圆周表面上形成一可识别的十字标记，所述十字标记由垂直于第二轴线320的第一线段以及垂直于第一线段的第二线段组成。
主处理器264对从图像处理装置262输入的数字数据与一预定的参考值进行比较，并且将控制信号输出到驱动装置266，以补偿所述数字数据与预定参考值之间的差值。如果所述数字数据小于预定值，则主处理器264会使烟灰预制件210向上移动，从而保持烟灰预制件210的端点与第一喷灯220的前边缘222之间的固定距离。
在这个实施例中，保持烟灰预制件210的端点与第一喷灯220的前边缘222之间的固定距离会造成固定的生长尺寸。因此，气相轴向淀积装置200会实现可根据烟灰预制件210的生长尺寸使烟灰预制件210自动向上移动的伺服系统。
如必要的话，主处理器264会累计储存从图像处理装置262输入的一系列数字数据，以从累计储存的数字数据确定生长速度。即，主处理器264用以单位时间间隔输入的两个数字数据之间的长度差除以单位时间，从而确定每单位时间的长度差，主处理器264从所述每单位时间的长度差可以导出生长速度。
参看图5，主处理器264输出用于补偿所计算出的长度差的控制信号，并且驱动装置266输出用于根据所述控制信号来驱动预制件移动单元240的驱动信号。接着，预制件移动单元240使烟灰预制件210向上移动，从而使烟灰预制件210的端点与第一喷灯220的前边缘222之间的距离维持在预定值。
如上所述，根据本发明的气相轴向淀积装置及气相轴向淀积方法，烟灰预制件与第一喷灯之间的距离保持不变，因此一个优点在于可以稳定地控制烟灰预制件的形状以及折射率分布图。
此外，由于通过本发明的气相轴向淀积装置以及气相轴向淀积方法中的图像检测和处理过程可以控制生长尺寸，因此可以排除高温以及灰粒的影响，从而增强气相轴向淀积的精度和可靠性。
用于实现本发明在此所示出的加工过程的方法可以以电脑可读形式储存在记录媒介(例如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)内。将会认识到所述装置可以包括接收并执行储存在存储器中的电脑程序或电脑可执行码的处理器。
尽管已参考特定的优选实施例示出并说明了本发明，然而本领域普通技术人员将会明白在不偏离随附权利要求及其等效形式所限定的本发明的本质和范围的前提下可以在此对形式和细节做各种变更。
权利要求
1.一种气相轴向淀积装置，包括第一喷灯，所述第一喷灯用于将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的远端上，所述第一喷灯与第二轴线排成直线；生长尺寸检测单元，所述生长尺寸检测单元用于检测包括烟灰预制件的生长点以及所述第一喷灯的末端的图像；以及控制单元，所述控制单元用于从所检测到的图像计算出烟灰预制件与所述第一喷灯之间的沿着所述第二轴线的距离，并且根据所计算出的距离向上移动烟灰预制件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述生长尺寸检测单元包括照明装置，所述照明装置用于同时照明烟灰预制件的所述生长点以及所述第一喷灯的所述末端，所述照明装置被设置在烟灰预制件的一侧；以及图像检测装置，所述图像检测装置用于检测包括烟灰预制件的所述生长点以及所述第一喷灯的所述末端的图像，所述图像检测装置被设置在烟灰预制件的另一侧，从而所述图像检测装置被定位成与所述照明装置相对。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括预制件移动单元，所述预制件移动单元用于将烟灰预制件的末端固定到其上并移动烟灰预制件。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制单元包括图像处理装置，所述图像处理装置用于从所检测到的图像计算出烟灰预制件的端点与所述第一喷灯的前边缘之间的垂直距离；主处理器，所述主处理器用于将所述图像处理装置中所计算出的距离与预定参考值进行比较，并且输出控制信号以补偿所计算出的距离与所述预定参考值之间的差值；以及用于根据所述控制信号来驱动烟灰预制件的驱动装置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制单元向上移动烟灰预制件，从而烟灰预制件的所述端点与所述第一喷灯的所述前边缘之间的垂直距离保持不变。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于将烟灰淀积到烟灰预制件的外圆周表面上的第二喷灯。
7.一种气相轴向淀积方法，其中通过使用与第二轴线排成直线的喷灯将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的末端上，所述方法所包括以下步骤(a)检测包括烟灰预制件的生长点以及所述喷灯的前边缘的图像；(b)从所检测到的图像计算出烟灰预制件的端点与所述喷灯的所述前边缘之间的垂直距离；以及(c)移动烟灰预制件，从而烟灰预制件的所述端点与所述喷灯的所述前边缘之间的垂直距离保持不变。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(b)包括以下步骤(b-1)将所述喷灯的一侧边缘上的线段延长到烟灰预制件的中心轴线；(b-2)计算由所述线段的延长线与烟灰预制件的中心轴线所构成的夹角；以及(b-3)从所述夹角计算出烟灰预制件的所述端点与所述喷灯的所述前边缘之间的垂直距离。
9.一种气相轴向淀积方法，所述方法包括以下步骤通过与第二轴线排成直线的第一喷灯将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的末端上；检测包括烟灰预制件的生长点以及所述第一喷灯的末端的图像；以及从所检测到的图像计算出烟灰预制件与所述第一喷灯之间的沿着所述第二轴线的距离，并且根据所计算出的距离移动烟灰预制件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述图像检测步骤包括以下步骤照明烟灰预制件的所述生长点以及所述第一喷灯的所述末端；以及在与照明位置相对的位置处检测包括烟灰预制件的所述生长点以及所述第一喷灯的所述末端的图像。
11.根据权利要求9所述的方法，所述移动步骤所包括以下步骤固定烟灰预制件的末端。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述预制件移动步骤所包括以下步骤从所检测到的图像计算出烟灰预制件的端点与所述第一喷灯的前边缘之间的垂直距离；将所述图像处理装置中所计算出的距离与预定参考值进行比较；以及输出控制信号以补偿所计算出的距离与所述预定参考值之间的差值。
13.根据权利要求9所述的方法，其中烟灰预制件的所述端点与所述第一喷灯的所述前边缘之间的垂直距离保持不变。
14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤通过第二喷灯将烟灰淀积到烟灰预制件的外圆周表面上。
全文摘要
一种气相轴向淀积装置。所述气相轴向淀积装置包括第一喷灯、生长尺寸检测单元以及控制单元。所述第一喷灯将烟灰淀积到与第一轴线排成直线的烟灰预制件的远端上并且与第二轴线排成直线。所述生长尺寸检测单元检测包括烟灰预制件的生长点以及所述第一喷灯的末端的图像。所述控制单元从所检测到的图像计算出烟灰预制件与所述第一喷灯之间的沿着所述第二轴线的距离，并且根据所计算出的距离使烟灰预制件向上移动。
文档编号C03B37/014GK1931756SQ20061012813
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月16日
发明者房成昱, 李永燮, 李东熙 申请人:三星电子株式会社