一种光纤端面抛光及检测设备的制作方法

专利名称:一种光纤端面抛光及检测设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种光纤端面抛光及检测设备，包括电源装置、光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置、光纤夹具装置，本实用新型光纤端面检测方法利用放电热熔的方式处理光纤端面，可以对处理后的光纤端面的清洁度、损伤度、曲率半径等数据进行自动检测，消除光纤切割带来端面凹凸不平以及存在切痕等问题，以达到抛光光纤端面的效果，处理后的光纤端面具有良好的表面质量、均匀性及一致性，不需要进再行其它的机械处理就可以与其它光纤进行快速接续，本实用新型的设备具有体积小巧，操作简便，便于用户现场安装的特点。
【专利说明】一种光纤端面抛光及检测设备

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信设备加工【技术领域】，尤其涉及对光纤端面状况进行判断、检测的一种光纤端面抛光及检测设备。

【背景技术】
[0002]目前在现场制作光纤活动连接器的时候，仅对光纤进行机械切割而不对光纤端面进行任何抛光处理，同时在制作过程中也没有任何实时检测工具，由于机械切割的效果取决于机械切割刀的精度以及操作人员的熟练程度，在实际制作过程中由于上述两个因素没有得到保证，导致光纤端面质量和一致性无法得到有效保证，由于光纤现场活动连接光学性能的优异取决于光纤端面的清洁度、损伤度和合适的曲率半径等因素，因此即使机械切割得到了良好的光纤端面，由于机械切割的端面为平面无法满足光纤端面的曲率半径的要求，导致光纤活动连接的效果不佳，同时因为没有实时检测手段，导致现场光纤活动连接器的质量无法得到保证，虽然现有技术中可以通过添加光纤折射率匹配液来暂时消除一些问题，但是光纤折射率匹配液存在易流失、易污染等缺点，光纤折射率匹配液降低了光纤活动连接的可靠性，从而导致光纤连接的光学性能的不稳定。
[0003]为了保持光纤连接后具有稳定优异的光学性能，要对光纤端面进行球面抛光处理，在现有技术中也有通过放电热熔方式进行光纤端面处理的设备，例如光纤熔接机等，通过热熔光纤端面达到消除光纤端面反射的效果，但是在施工现场对光纤接续时，除了对光纤端面有清洁度和损伤度的要求，还对光纤端面的直径和曲率半径有严格的要求，但光纤熔接机等设备只能观测光纤侧面，不具备对光纤端面特别是光纤端面曲率半径进行计算评估的功能，在两根光纤永久接续或在不需要考虑光纤端面直径和曲率半径的情况下，光纤熔接机等设备多用于进行光纤端面的热熔处理。
[0004]现有技术中，也使用机械研磨的抛光方式对光纤端面进行抛光处理，这样可以得到一定的曲率半径的光纤端面，从而保证光学性能的优异，但是机械研磨的抛光方式的研磨工艺复杂，设备体积较大，对于在工厂或现场，如果采用机械研磨的抛光方式，则工序相对繁琐，而且光纤端面抛光质量必须在研磨工序结束后通过专用的光纤端面观察仪来检验，如果存在抛光效果不佳的情况则需要重复研磨工序甚至将光纤连接器做报废处理，同时机械研磨的抛光方式需要用到的金刚砂抛光纸属于价格不菲的耗材，增加了单芯加工的成本，因此在工厂或现场采用的机械研磨的抛光方式不利于光纤现场操作和使用。
实用新型内容
[0005]针对现有技术的上述缺陷和问题，本实用新型目的在于提供一种光纤端面抛光及检测设备，对光纤切割端面进行放电热熔处理，确保光纤端面的清洁度，损伤度和端面曲率半径的一致性，并且在对光纤端面进行放电热熔处理后，实时采集光纤端面图像，传送给显示屏用于观察的光纤端面图像，同时传送给图像处理装置进行黑白二值化处理用于计算光纤端面的清洁度、损伤度和曲率半径，且根据光学反射原理，通过图像处理装置自动判定光纤端面热熔状况，以确定是否需要追加一次放电热熔以保证光纤端面附着物被清洁，切割损伤被修复并形成合适的曲率半径。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]光纤端面抛光及检测设备，包括电源装置、光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置、光纤夹具装置，所述电源装置分别连接光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置；图像处理装置与摄像装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置连接；放电装置由电极组组成，所述光纤夹具装置与电机驱动装置连接；光纤夹具装置设置光纤固定槽，光源与光纤固定槽相对。
[0008]上述技术方案中，所述电极组由两个对称电极组成。
[0009]上述技术方案中，所述摄像装置包括CCD芯片与倍率物镜，其焦点定位于以两个对称电极轴心连线的中点为球心，半径为Imm的球形范围内，优选的定位于两电极轴心连线的中点。
[0010]上述技术方案中，所述摄像装置的倍率物镜与光纤固定槽相对并同轴，且二者轴心连线与两个电极的轴心连线交叉成角度，该角度优选为90度。
[0011]上述技术方案中，所述光源为环形光源或对称光源。
[0012]上述技术方案中，所述光源发射的光线与光纤固定槽轴线成入射角度。
[0013]优选的技术方案，所述入射角度为45度。
[0014]本实用新型光纤端面检测方法利用放电热熔的方式处理光纤端面，可以对处理后的光纤端面的清洁度、损伤度、曲率半径等数据进行自动检测，消除光纤切割带来端面凹凸不平以及存在切痕等问题，以达到抛光光纤端面的效果，处理后的光纤端面具有良好的表面质量、均匀性及一致性，不需要进再行其它的机械处理就可以与其它光纤进行快速接续，本实用新型的设备具有体积小巧，操作简便，便于用户现场安装的特点。

【附图说明】

[0015]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是光纤端面抛光及检测设备结构示意图。
[0017]图2是光纤成像及放电热熔结构示意图。
[0018]图3是图像处理算法流程图。
[0019]图4预定义合格的光纤端面示意图。
[0020]图5是放电热熔后合格的光纤端面示意图。
[0021]图6是放电热熔后清洁度差、损伤度高、曲率半径过大的光纤端面示意图。
[0022]图7是放电热熔后曲率半径过小的光纤端面示意图。

【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]本实用新型提供实施例针对于直径为125um的石英光纤进行了示例。
[0025]如图1所示，作为实施例所示的光纤端面抛光及检测设备，包括电源装置8、光源
1、摄像装置2、图像处理装置3、图像显示装置9、电机驱动装置5、放电装置4、光纤夹具装置7。所述图像处理装置3为具备数据处理功能的微型计算机，图像处理装置3与摄像装置2、电机驱动装置5、图像显示装置9、放电装置4通过数据线连接。电源装置分别连接光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置并为这些装置供电。
[0026]所述电机驱动装置5为小功率微型步进电机，可驱动光纤夹具装置7前后运动，光纤夹具装置7上设置有光纤固定槽701，光纤固定槽701为槽道形状或其他可以固定光纤的直道，固定在光纤固定槽701中光纤的轴线为光纤固定槽的轴线。摄像装置2包括倍率物镜201和CCD芯片202，摄像装置2的焦点定位于以两同轴电极401、402连线的中点为球心，半径为Imm的球形范围内，本实施例摄像装置2的焦点定位于两个对称电极连线的中点，倍率物镜201与光纤固定槽701相对并同轴，其轴线与同轴电极401、402的轴线交叉成一定角度，本实施例同轴的倍率物镜201和光纤固定槽701的轴线与同轴的两个电极401、402的轴线交叉成90度。
[0027]如图2所示，由于光纤固定槽701与倍率物镜相对并同轴，所以当待处理的光纤6固定在光纤固定槽701中之后，倍率物镜201与光纤端面601相对并同轴，本实施例中，摄像装置2的焦点定位于两个对称电极401、402连线的中点，所以当光纤端面601移动到两个对称电极401、402连线的中点位置时，摄像装置2可以获得最清晰的光纤端面图像。
[0028]本实用新型光纤端面抛光及检测设备使用程序为:
[0029]步骤a、通过电机驱动装置5驱动光纤夹具装置7沿倍率物镜201轴向前后移动，通过图像处理装置3对光纤夹具装置7上夹持光纤的端面601进行灰度计算，灰度值符合预定义值停止驱动；
[0030]步骤b、利用放电装置对光纤端面进行放电热熔处理，此时图像处理装置3输出放电指令给放电装置4，放电装置通过对称同轴的放电电极401、402产生高温电弧，形成电弧区，处于两个对称电极401、402连线的中点位置的光纤端面601被电弧定量加热进而局部熔融，从而形成适于与其他光纤耦合的端面，有效提高光纤接续质量，避免了在接续之前对光纤的端面进行机械打磨之类的预处理工序，加快了接续过程。本实用新型实施例的放电装置4预设两组特定的放电电流和放电时间，第一组短时间、低电流，用于初步清洁光纤端面，时间为0.1S，电流为0.5A，第二组长时间、大电流，时间为0.5S，电流为1.5A。根据光纤直径的不同时间可以选择0.5?2S，电流可以选择0.5?2A。本领域专业技术人员，也可以通过实验，不同规格的光纤端面进行处理时，可以调整放电装置4预设的放电电流和放电时间，从而得到相应合理的参数；
[0031]步骤C、利用摄像装置采集放电热熔后的光纤端面图像传送给图像装置进行黑白二值化处理，并根据处理数据计算光纤端面的清洁度，损伤度和曲率半径等数据，即摄像装置2再次采集放电熔融后的光纤端面并传送给图像处理装置3，同样图像处理装置3对摄像装置2采集的图像先进行前景分割，提取出光纤端面601的图像，再进行黑白二值化处理，根据端面黑白二值的分布以及形成亮环内径R计算，从而判断出光纤端面的清洁度，损伤度情况和光纤端面的曲率半径大致范围，并输出相应的指令。本实施例取一个灰度阀值为100，灰度值高于100则认定为255，灰度值低于或等于100则认定为0，可以根据光源以及摄像装置等的不同而取不同的阀值以保证最佳的效果；
[0032]步骤d、将步骤c计算所得光纤端面的清洁度，损伤度和曲率半径的数据与预定义的标准光纤端面的清洁度，损伤度和曲率半径的数据进行比对，判定是否对光纤端面追加一次放电；
[0033]步骤e、如果比对结果为清洁度、损伤度、曲率半径均符合预定义，则结束操作并提示完成抛光见检测，否则追加一次放电热熔处理，并重复步骤c、d、e，直至曲率半径低于预设的最小值，则结束操作并提示重新切割光纤。
[0034]本实施例光源采用环形光源，如图2所示，环形光源I与光纤固定槽701相对，所述光源发射的光线与光纤固定槽701轴线成45度入射，当光纤6固定在光纤固定槽701中之后，环形光源I即与光纤端面601相对，同时环形光源I发射的光线与光纤轴线也成45度入射到光纤端面上，当光纤端面601存在附着物一部分环形光源I发射的部分光线会被反射到倍率物镜201中被CCD芯片202接收到，从而在圆周外形成不规则的亮暗斑；当光纤端面601存在切割损伤一部分环形光源I发射的光线会被反射到倍率物镜201中被CCD芯片202接收到，从而在圆周内形成不规则的亮斑；当光纤端面601具有一定曲率半径时，一部分环形光源I发射的光线会在圆周内环形区域内被反射到倍率物镜201中被CCD芯片202接收到，从而形成亮环。本实用新型实施例使用的是环形光源，本领域专业技术人员可以采用两个及以上的对称点光源入射，通过对图像处理装置内算法的调整同样完成计算。
[0035]如图3图像处理算法所示，图像处理装置3对摄像装置2采集过来的图像进行前景分割之后获得光纤端面601的图像，并对图像灰度进行计算，同时由图像处理装置3控制电机驱动装置5调整光纤夹具装置的位置，以便调整和锁定光纤端面601相对倍率物镜201的位置。而倍率物镜的焦点定位于两电极401、402连线中点，因此当光纤端面601被驱动到达两电极401、402连线的中点时，图像是最清晰的，灰度值最低。此时电机驱动装置5停止驱动并锁定光纤夹具装置7，同时图像处理装置3对放电装置4输出放电指令，然后摄像装置2采集图像再进行前景分割获得放电热熔之后的光纤端面图像，并将此图像传送给图像处理装置3进行二值化处理并计算和判定结果，如果符合预定义范围，则结束工作，并复位电机驱动装置5和光纤夹具装置7 ;如果不符合则重复上述步骤，直至光纤端面的清洁度、损伤度、曲率半径符合预定义的范围，或者曲率半径过小而停止所有工作并输出告警同时复位电机驱动装置5和光纤夹具装置7。
[0036]如图4所示，图像处理装置3预定义了光纤端面601a的清洁度、损伤度曲率半径的标准范围参数。清洁度，光纤端面圆周光滑完整；损伤度，光纤端面圆周内无不规则亮斑；曲率半径，形成的亮环内径应在范围为半径Rl的圆到R2的圆之间的区间。曲率半径越大亮环宽度越窄，其内径越大，反之光纤端面曲率半径越小亮环宽度越宽，其内径越小。在本实施例中，对于125um直径的石英光纤来说，如果亮环内径RO大于R2，则表示光纤曲率半径过大，如果亮环内径RO小于R1，则表示光纤端面曲率半径过小，本领域技术人员根据上述方法可以针对各种光纤的直径，采用不同倍率物镜201和CXD芯片202，通过实验可以计算和调整Rl和R2的值。
[0037]如图5所示，放电热熔后，光纤端面601b圆周光滑完整，则光纤清洁度合格；光纤端面601b圆周内无不规则亮斑，则光纤损伤度合格；光纤端面601b圆周内形成的亮环内径RO大于Rl小于R2，则认定曲率半径为合格。
[0038]如图6所示，光纤端面601c清洁度差即存在附着物或损伤度高环形光源I的照射下，总会有光线被反射并被摄像装置2接收到在圆周外或者圆周内形成亮斑，由于附着物和损伤是不规则且随机分布的所以形成的亮斑也同样是不规则和随机分布的。而RO则大于R2，则说明此时曲率半径过大，不符合预设情况，则图像处理装置3给放电装置4追加一次放电的指令，进一步的只要清洁度和损伤度两项任何一项不符合预设就追加一次放电。
[0039]如图7所示，追加放电之后光纤端面601d虽然如图6中存在的不规则亮斑消失，说明光纤端面清洁度和损伤度均符合要求，但是此时亮环的内径RO小于R1，表明端面曲率半径过大，图像处理装置3则输出告警，要求重新切割光纤。
[0040]本领域技术人员，针对不同直径的石英光纤可以通过调整放电时间、电流、黑白二值阀值范围达到同样抛光和检测的效果。
[0041]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:包括电源装置、光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置、光纤夹具装置，所述电源装置分别连接光源、摄像装置、图像处理装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置；图像处理装置与摄像装置、图像显示装置、电机驱动装置、放电装置连接；放电装置由电极组组成，所述光纤夹具装置与电机驱动装置连接；光纤夹具装置设置光纤固定槽，光源与光纤固定槽相对。2.根据权利要求1所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述电极组由两个对称电极组成。3.根据权利要求1所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述摄像装置包括CCD芯片与倍率物镜，其焦点定位于以两个对称电极轴心连线的中点为球心，半径为Imm的球形范围内。4.根据权利要求3所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述摄像装置包括CCD芯片与倍率物镜，其焦点定位于两电极轴心连线的中点。5.根据权利要求1所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述摄像装置的倍率物镜与光纤固定槽相对并同轴，且二者轴心连线与两个电极的轴心连线交叉成角度。6.根据权利要求5所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述摄像装置的倍率物镜与光纤固定槽相对并同轴，且二者轴心连线与两个电极的轴心连线交叉角度为90度。7.根据权利要求1至6任一所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述光源为环形光源或对称光源。8.根据权利要求1至6任一所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述光源发射的光线与光纤固定槽轴线成入射角度。9.根据权利要求8所述的一种光纤端面抛光及检测设备，其特征在于:所述入射角度为45度。
【文档编号】G01N21-88GK204287537SQ201420739809
【发明者】孙克雷 [申请人]南京光腾通信科技有限公司