光纤位置检测方法及装置， 和具有该装置的光纤熔接机 技术领域 本发明涉及一种光通讯元件的位置检测方法及装置， 和一种使用该装置的 光纤熔接机。 背景技术 光纤是用于传导光线的媒介， 通常的光纤包括可以透光的核心部和包覆在 核心外部的包覆部。 光线由光纤核心部的端面入射， 在核心部内部形成全反射， 在核心部内部传输。 通常的光纤结构如图 11所示， 由纤芯 1和包在纤芯 1外的包层 2组成光纤 的芯部， 在芯部外包裹有包覆部 （涂覆部）。 光线在纤芯内部进行传播。 当需要将两段光纤进行熔接时， 需要对两段光纤进行精确的定位， 以避免 因光纤错位导致在熔接处产生大量的损耗。 在目前市场上销售的各个厂家的产 品， 几乎全部是采用摄像头观察光纤， 利用计算机视觉识别系统来对准光纤， 为了保证光纤的定位精度， 对镜头的综合放大倍率要求在 200倍以上， 因此对 光路的设计和安装要求很高， 同时也导致相关的机械制造必须非常精密， 另外 计算机视觉识别系统的算法复杂， 导致必须采用一个处理速度比较快的控制系 统， 所有这些导致该成品的成本居高不下。 上述的熔接技术， 如中国发明专利 CN102520509A中公开了一种光子晶体光 纤成像系统， 包括第一成像单元和第二成像单元， 分别用于获取正对放置的被 熔接的两根光子晶体光纤的端面图像， 该发明考虑了杂散光、 反射光、 相干光 等因素的影响， 设计了转折光路， 同时获取两被熔光纤的端面图像， 图像清晰，
满足熔接需求。 又如中国台湾专利 TWI271562B中公开了一种串联式熔接光纤之熔接面检测 装置， 如图 1 所示， 该串联式熔接光织包含串联熔接的第一、 二光纤段。 该熔 接面位于第一、 二光纤段的熔接区域中， 该检测装置包含一固定串联式熔接光 织的光纤载具、 一可产生平行光线的平行光产生单元， 及一影像处理单元。 该 影像处理单元具有一与平行光产生单元相对应的撷取器。 藉此使该撷取器可撷 取并放大平行光线照射串联式熔接光纤的影像， 得检测出熔接面的精确位置， 同时， 因为撷取器的焦距较大， 故能直接于其中设置一光纤切割器， 在于检测 完位置后立即进行切割， 以减少因更换设备而产生的误差。 很明显的， 该发明 中对光纤位置的判断是依靠平行光经过光纤包层和核心部 （纤芯） 折射后形成 的暗线进行定位， 该暗线与光纤核心部尺度基本相似的， 所以定位的仍需要具 有很高精度的撷取器， 并且其主要用于判断纤芯之间的相对位置。 发明内容 本发明相对于现有技术， 提供了一种能够利用低成本设备实现光纤位置检 测的方法， 以及相应的检测装置， 和使用该装置的光纤熔接机。 本发明的技术方案如下： 一种光纤位置检测方法， 包括如下歩骤，
A. 将定位区间的光纤去除包覆部， 裸露出芯部；
B. 从光纤的侧面用光线照射芯部， 在光纤的另一侧采集经过光纤芯部折 射后的光线；
C. 对采集的光线在 N个不同位置的点取该点的光强， 其中 N为大于等于
2的整数， 根据各点的位置坐标和对应的光强，判断光纤芯部的位置。 优选地， 记录所采集点的光强， 且采集点选取位于光纤芯部两侧的点。 优选地， 所述照射用光线是与芯部轴向垂直的平行光。 优选地， 所述采集折射后光线包括采集在采集平面内光线的二维分布， 该 采集平面与平行光方向垂直。 本发明提供的一种光纤位置检测装置， 包括： 夹具， 用于固定光纤； 光源， 发射光线至光纤芯部的定位区域， 所述发射光线经过光纤芯部折射 后散射； 图像采集装置， 该图像采集装置位于光源对侧， 在采集面内采集经过裸露 的光纤芯部折射的光线， 并记录采集到光线的位置信息和光强信息， 其中， 采 集面是一个与照射光线垂直的平面； 图像处理装置， 接收图像采集装置的采集信号， 对不同位置的光强信息进 行比较处理。 优选地， 所述光源是发射平行光线的光源， 所述平行光线与光纤延伸方向 垂直。 优选地， 所述的图像采集装置包括 N个光电传感器， 其中 N是大于等于 2 的整数。 优选地， 所述 N个光电传感器布置在同一直线上。 优选地， 所述 N个光电传感器成点阵布置， 并且至少部分传感器关于点阵
的中心线对称布置。 优选地， 成点阵布置布置的 N个光电传感器， 其中 N大于等于 6。 基于上述光纤位置检测装置的技术方案上， 本发明进而还提供了一种光纤 熔接机， 包括： 夹具， 用于固定光纤； 位置调节装置， 用于调整夹具及光纤的位置； 光源， 发射光线至光纤芯部的定位区域； 图像采集装置， 该图像采集装置位于光源对侧， 在采集面内采集经过裸露 的光纤芯部折射的光线， 并记录采集到光线的位置信息和光强信息， 其中， 采 集面是一个与照射光线垂直的平面； 图像处理装置， 接收图像采集装置的采集信号， 对不同位置的光强信息进 行比较处理； 放电熔接装置， 其位于定位区域两侧， 用于放电熔接光纤芯部。 优选地， 所述光纤熔接机还包括控制单元， 其根据图像处理装置发出的信 号， 控制位置调节装置调节夹具及光纤的位置。 本发明的原理如下： 当没有光纤时， 光线直射至光线采集器所在平面， 采集器位于两端的部分 不能感受到光源， 当有光纤进入时， 光纤遮挡了平行光并进行折射时， 由于光 纤本身的透镜效果， 会形成散射， 会在采集器所在平面上形成直线射斑， 使采 集器位于两端的部分感受到光线， 因此可以判定出光纤的头部位置， 同时两个
传感器根据接受光亮强度的判定， 可以确定光纤是否偏离了中心， 如果光强一 致， 说明在预定的中心位置， 如果一强一弱， 说明有偏离， 同时和预存的该高 度的时光强度数据比较， 可以判定光纤的高低。 进一歩的， 如果光纤切口平直， 那么平行光束从光束边缘照射光纤切口到整个光束照射到光纤上的过程中， 形 成的散射是个均匀有规律的变化过程， 相反， 如果光纤切口不佳， 则整个过程 中， 形成的散射是存在跳跃性的数值， 通过这个规律， 可以判定光纤切口的平 直度。 当平行光的光源和下平面一定时， 光纤如果上倾或下倾， 会在投射面上分 别形成一个向内和向外的弧线， 且倾角越大弧度越大。 在一些实施例中， 本发 明利用测量光线二维分布的位置和强度， 来判断光纤的上、 下倾斜度。 同时， 利用本发明提出的装置， 还可以实现对光纤熔接质量的判定和对光 纤剥切质量的判定， 其原理是， 在光纤焊接后对接点进行探测， 判断前后数值 的变化， 可以得出光纤的焊接质量。 同理， 对要剥切的光纤种类进行预先的数 据储存， 将剥切后的光纤芯部进行探测， 比较两者的散射数据的变化， 可以判 定光纤的剥切质量。 本发明和实施例中， 光纤芯部或芯部是包括纤芯 1和包层 2在内的整体， 包覆部 3是包覆或涂覆在芯部外的包覆层。 与现有技术相比， 本发明的有益效果： 利用光穿越光纤时形成的散射效果， 使得使用较低精度的光线采集器或光电传感器来进行光纤位置探测和结果判定 成为可能， 以及利用这个方法和装置设计出不同要求的光纤熔接机的办法。 本 发明和传统的以摄像头和计算机视觉识别系统为基础的光纤熔接机相比， 成本 明显下降， 制造难度降低。 本发明还为集剥， 切， 焊为一体的全自动光纤熔接
机奠定了基础。 附图说明 图 1为现有技术光纤熔接机中定位装置的示意图。 图 2和 3是本发明的光纤定位装置实施例的示意图。 图 4是本发明另一光纤定位装置实施例中传感器分布的示意图。 图 5和 6是本发明的光纤熔接机实施例的示意图。 图 7是本发明的光纤熔接机另一实施例的示意图。 图 8是图 7所示实施例中探测及放电装置的示意图。 图 9是图 7所示实施例中探测及放电装置另一实施方式的示意图。 图 10是本发明光纤熔接机又一实施例的示意图。 图 11是一般光纤的横截面示意图。 具体实施方式 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一歩的详细描述。 但不应将 此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明内容所实 现的技术均属于本发明的范围。 下述实施例中， 光纤芯部指包层和纤芯构成的整体。 光纤包括包覆部和芯 部。 本发明的一个具体实施例， 一种光纤的精密定位装置， 如图 2和 3所示， 包括平行光源 201， 光纤位置 202， 基座 203， 两个传感器 204和 205。 其中，
平行光源 201位于基座 203上方， 优选的平行光源 201射出的光线关于光纤位 置 202对称分布， 即两个端部的光线距离光纤位置 202等距， （实际安装中不可 能完全等距， 可通过设定校正值来提高精度）， 且两个传感器 204和 205之间的 连线中点是光源 201的投射点， 且和光纤 202的来向垂直。 这个基础的光纤的精密定位装置的工作原理是， 当没有光纤时， 传感器 204 和 205 不能感受到光源， 当有光纤进入时， 光线经过裸露的光纤芯部的折射， 会在距离光纤一定距离的下平面 203 上形成一个和光纤垂直的直线分布， 使传 感器 203和 204感受到光线。 当一束和光纤直径宽度接近的平行光垂直射过光 纤时， 如果光束偏向光纤的一侧， 则在平面上的直线投影会显示出一边宽一边 窄， 一边亮一边暗， 当平行光的的光源和平面距离一定时， 光纤位置的上下移 动会导致投射出来的直线光斑的长短和亮度发生变化， 因此根据两个传感器接 受的光亮强度的判定， 可以确定光纤是否偏离了中心， 如果光强一致， 说明在 预定的中心位置， 如果一强一弱， 说明有偏离， 同时和预存的该高度的时光强 度数据比较， 可以判定光纤的高低。 同时还可以根据这个数值从弱到强的变化 过程， 来以判定光纤切口是否平直整齐。 例如， 如果光纤切口平直， 那么平行 光束从光束边缘照射光纤切口到整个光束照射到光纤上的过程中， 形成的散射 是个均匀有规律的变化过程， 相反， 如果光纤切口不佳， 则整个过程中， 形成 的散射是存在跳跃性的数值， 通过这个规律， 可以判定光纤切口的平直度。 在这一实施例中， 很明显地， 光电传感器 204和 205也可以由 CCD或其他 影像撷取设备替代， 只要能够撷取光线强弱信息， 并输出对应位置的对应光强 即可。 同样平行光源 201 也可以被其他光源代替， 入射光经过光纤芯部的折射会
形成规律的分布， 根据这一分布中的光强和位置信息， 利用对称位置的比对， 或周边位置光强的变化规律即可分析得出光纤芯部的位置。 本发明的另一个实施例， 一个高级的光纤测定装置， 其传感器布置如图 4 所示， 下平面 301上以点阵的形式分布有光电传感器 304， 光源在下平面上投射 点 302位于中心， 光电传感器 304关于投射点 302对称分布， 并且在距离投射 点 302越远的位置传感器分布的数量越多，光纤的前进方向 303经过投射点 302。 本实施例是个精密探测装置， 当光纤进入后， 光纤如果上倾或下倾， 会在投射 面上分别形成一个向内和向外的弧线， 且倾角越大弧度越大， 以点阵的形式分 布有光电传感器 304可以有效的测出该曲线分布； 当平行光的光源和下平面一 定时， 光纤沿平行光为轴心旋转时， 下投射直线也跟这旋转， 始终保持和光纤 垂直， 这一变化同样可以由以点阵的形式分布有光电传感器 304测出。 因此， 在实施例 1 的基础上， 本实施例还可以判读出光纤在空间的精确 3维位置， 可 以进行 6轴调整， 用于对精度要求高的熔接机。 本发明的一个实施例， 一种光纤熔接机， 包括光纤的推进装置， 机械校准 装置（通常是 V型槽）， Χ,Υ轴调整装置， 放电装置， 剥切装置等， 由于这些都 是常用装置， 种类繁多， 并且不是本发明的要点， 因此， 本实施例中将不再详 细绘出， 用方块图加注解来表示。 该光纤熔接机涉及改进部分的结构如附图 5 和 6所示，包括平行光源 401，检测基板 402、推进装置 403、机械校准装置 404、 光纤芯部 405、 放电电极 501、 位于检测基板 402上的光强传感器 502和 503。 其中， 图 5所示， 两个待熔接的光纤芯部 405分别安装在两侧的推进装置 403 和机械校准装置 404上， 平行光源 401位于定位区域 （熔接位置附近） 上方， 检测基板 402位于定位区域下方， 光强传感器 502和 503安装在检测基板 402
上， 放电电极 501 位于熔接位置两侧。 其具体结构还可以参考该熔接机的侧视 图 6。 本实施例的工作方式是， 将切剥好的光纤芯部 405放进推进器 403和机械 校准装置 404中，然后一侧的推进器 403推进光纤芯部 405在机械校准装置 404 的约束下前进， 和光源 401 发出的平行光相遇， 形成散射直线光斑， 被探测器 502和 503检测到， 确定了光头位置， 同时根据光强的变化是否均匀和有规律， 判定切口是否符合标准， 是否需要重新放置， 然后做定距后退， 然后另一侧的 光纤重复上述动作， 然后控制系统比较两侧的光纤测的数据， 即两侧的光纤两 次测的散射数据， 即在两个光强传感器 502和 503上的数值是否在要求范围内， 即两个光纤的空间位置是对准的， 如果不是， 取出光纤重新放置或进行微调， 如果是， 这时两边同时推进， 电极 501进行放电， 完成熔接， 这时 401再次发 射出光束， 探测器 502和 503探测接口处的光线散射， 判定熔接效果， 为了提 高判定精度， 这时根据需要， 也可以由两侧的推进器 403 同向晃动， 进行一定 范围内的探测。 同时， 利用本实施例中的光电传感器， 还可以实现对光纤熔接质量的判定 和对光纤剥切质量的判定， 其原理是， 对光纤焊接前的数据进行保存， 在光纤 焊接后对接点进行探测， 判断前后数值的变化， 可以得出光纤的焊接质量。 同 理， 对要剥切的光纤种类进行预先的数据储存， 将剥切后的光纤进行探测， 比 较两者的散射数据的变化， 可以判定光纤的剥切质量。 本发明光纤熔接机的另一实施例， 一种光纤熔接机， 如图 7所示， 包括探 测及放电装置 601、 推进夹持装置 602、 机械校准装置 603、 光纤芯部 604、 Χ,Υ 轴调节装置 605。
其中， 探测及放电装置 601具体结构如图 8所示， 包括光源 701、 放电装置 702， 探测基板 705， 安装在探测基板 705上的光强探测装置 703和 704 (可以 是单个或多个传感器）。 光源 701和探测基板 705为两套， 并且以光纤芯部 604 为中心轴间隔一个夹角设置。 本实施例的工作原理是， 当切剥好的光纤 604被放进推进夹持装置 602和 机械校准装置 603后， 当选用附图 8中的装置时， 光纤 604被推进装置 602沿 机械校准装置 603推进到和光源 701发生干涉， 可选的， 如果同时打开两个光 源有干扰的话， 依次打开光源， 这时， 如果光纤不在平行光源的中心， 必然会 导致两边传感器 703和 704的光强不一致， 同过对两边光强的判定， 调节装置 605调节光纤到光源的中心， 使两边光强达到一致， 同理对另一侧光源的光强做 判定， 调节光纤到中心， 然后做定距后退， 对另一侧光纤重复上述歩骤， 然后 同时前进， 放电熔接， 熔接后， 依次打开光源检测光纤的散射光强， 判定熔接 效果。 本实施例的另一种芯部位置判断方法， 输入第一光纤， 记录光线经过第一 光纤产生光强分布， 退出第一光纤后， 再输入第二光纤， 撷取第二光纤的光强 分布， 调节第二光纤的位置， 使得光线经过第二光纤折射后的光强分布与第一 光纤的光强分布一致即可。 需要指出的是， 在调节装置中， 可以选择一侧固定， 一侧做双轴调节， 或 两侧做单轴调节， 具体的选用方式， 取决于传感器的精度。 例如， 图 9是本光纤熔接机实施例中探测及放电装置 601 的另一中实施方 式， 包括光源 801， 电极 802， 传感器阵列 803和 804。 只要探测装置的精度足 够就可以清楚的知道光纤的空间位置。
选择图 8或图 9中的传感装置， 取决于制造工艺和成本要求， 图 9是一个 前面所述高级的传感器， 通过光强传感器阵列来实现对光纤空间位置的探测。 本发明光纤熔接机又一实施例， 如图 10所示， 其包括光源 901， 有不少于 2个传感器的检测基板 902，和前面所述的光纤探测装置相同，光纤夹持装置 903， 可来回运动的剥切装置 904， 对光纤芯部 905进行加工。本实施例是对在全自动 装置中， 光纤剥切效果的判定， 当剥切装置 904对光纤外皮剥离切割后， 光源 901照射光纤 905， 如果光纤剥离效果好， 探测基板 902上的光强传感器就可以 接收到合适的光强， 同时可以对光头利用前面提到的特性 6， 判定切割的好坏， 反之， 则表示剥切效果不佳， 则需重复剥切动作。 全自动的光纤熔接机， 从剥， 切， 焊一体的， 机械上到达的方法很多， 但 对每一歩的效果进行判定才是最重要的， 本发明的光电探测装置可以满足所有 歩骤的需要。 总结， 本发明最大亮点的是充分利用了平行光穿越光纤时形成的散射效果， 发明了一整套利用这个散射效果来实现在位置探测和结果判定的实现方法， 以 及利用这个方法设计出不同要求的光纤熔接机的办法。 本发明和传统的以摄像 头和计算机视觉识别系统为基础的光纤熔接机相比， 成本上下降了一个数量级， 制造难度大大降低， 同时为集剥， 切， 焊为一体的全自动光纤熔接机奠定了基 础， 是此行业革命性的发明。