CN105378444A - 用于检测杆形透明物体中的缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过使用被引导到杆形透明物体上的平行光射线的扫描射束检验杆形透明物体中的缺陷的方法，该射束与物体的纵轴正交，使得检验平面包括物体的横截面。扫描射束在被插入以拦截扫描射束的平行射线的杆形物体的相对侧进行检测。来自检测器的电输出信号被处理，以产生在第一扫描方向中的第一光强度曲线图，该光强度曲线图包括由第一和第二阴影边缘界定的阴影区域，所述边缘指示物体跨检验平面的外直径。该方法包括分析第一光强度曲线图以确定阴影区域内正强度峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定该强度峰值内降低强度区域的存在或不存在。如果，作为分析的结果，确定阴影区域内的强度峰值不存在或者确定降低强度区域在强度峰值内存在，则识别物体的横截面内至少一个结构缺陷的存在。在优选实施例中，杆形透明物体是用于传输光纤的生产的玻璃芯杆。

Description

用于检测杆形透明物体中的缺陷的方法
技术领域
本发明涉及用于检验杆形透明物体中的结构缺陷的方法。特别地，本发明涉及用于检验用于光纤，尤其是传输光纤，的玻璃芯杆当中的结构缺陷，诸如气泡、空穴或夹杂物，的方法。本发明还涉及拉长用于光纤，尤其是传输光纤，生产的玻璃预制件的过程。
背景技术
光纤技术需要在从预制件制造光纤的过程中对各种光纤性质的特征化和控制。
一般而言，光纤性能件依赖于光纤的芯和包覆层的几何均匀性和维度。外直径一般在拉制过程中光纤形成之后很短时间通常在紧挨着颈缩区之下的点进行测量。
美国专利No.4,280,827描述了光纤直径测量电路，该电路包括源、感测干涉条纹的存在的检测器，其中检测器信号经由连接到源的相应的延迟电路被连接到两个信号比较装置。来自信号比较装置的输出被组合并计数，以便生成代表前进光纤的连续轴向部分的直径的一连串计数。
为了获得高质量的光纤，诸如孔或气泡的结构缺陷应当被最小化或避免。孔或气泡通常发生在光纤的中心，但是它们可以位于光纤横截面的任何位置。
美国专利No.5,185,636描述了基于与用来测量光纤直径的那些参数不同的参数检测光纤中的缺陷的方法和装置，使得直径控制和缺陷检测步骤可以在整个检测系统中解耦合。所公开的技术是基于由孔产生的远场干涉图案的影响。
在美国专利No.6,313,909中，散射的光信号被过滤并且结果产生的信号与缺陷检测阈值进行比较，以确定散射的光信号中与缺陷相关的成分的存在。
US5,406,374描述了用于检验杆形光纤预制件中气泡和/或夹杂物的存在的方法，包括在光射线从白灯入射到预制件的整个端面上时由摄像机拍摄由气泡/夹杂物通过预制件的侧面散射的图像，并且通过所拍摄图像的图像信号的图像分析来辨别并检测气泡/夹杂物。光射线入射到光纤预制件上并且由摄像机拍摄预制件的图像是在围绕光纤预制件的纵轴旋转光纤预制件时进行的。
具有气泡检测器的人造石英拉制装置在JP10167744A中公开。
测试设备在WO2011/052541中公开，具有在通过旋转机制旋转预制件时检测预制件的正向散射光强度分布的检测器。确定单元从光强度分布确定通孔是否在预定的位置形成。
用于光纤生产的各种技术会导致在光纤中圈禁的孔或气泡的形成。例如，通过外部气相沉积(OVD)形成的芯预制件是通过二氧化硅和掺杂的二氧化硅微粉在目标上的沉积来获得的。在沉积过程结束时，目标被除去，从而导致具有中心孔的微粉预制件。微粉预制件被固结，然后拉伸，使得中心孔坍塌，由此形成具有含低或零掺杂成分的表面区域的玻璃芯杆。
在US2003/0140658中所描述的已知的过程中，在中心孔中产生真空之后，固结的芯预制件被放在竖炉中，在其中执行预制件下端的熔融。由于在孔中产生的真空，下端的熔融使孔的壁坍塌。熔融的玻璃材料冷却，从而形成具有预定直径的拉长的圆柱形元件，该元件被牵引设备向下拉伸。所公开的用于将牵引应用到拉长的元件的装置具有被放在拉长的圆柱形元件的上部附近的光-电传感器以用于测量直径。
在拉伸过程中孔的坍塌会不完全和/或在发生时产生缺陷。通过改进的化学气相沉积(MCVD)、通过等离子体化学气相沉积(PCVD)过程或者通过其它内部气相沉积过程产生的芯预制件可能呈现类似的问题。
要被拉制成光纤的最终玻璃预制件可以通过将包覆玻璃微粉沉积到芯杆上来产生，例如通过OVD过程，然后进行固结。
用于确定圆形横截面的物体的位置和尺寸的光学千分尺是已知的。
US4,492,473公开了利用旋转镜产生扫描射束的光-电测量设备，其中射束随后被准直、指向要测量的物体，然后，通过利用被为了脉冲信号的生成而旋转反射镜的相同马达驱动的轴编码器，光被收集并且从其得出代表物体的位置的数字脉冲串，其中脉冲信号与编码器和反射镜的角速度成比例。
US4,991,308涉及用于测量具有圆形横截面的零件的外直径的测径仪。该仪器包括会聚以形成V形通道的两个臂、沿通道的一侧定位的光源、以及与光源相对的沿通道的另一侧的光检测设备。
在US5,175,595中，描述了非接触测量设备，其中从光源生成的光被允许经由透镜进入以恒定速度旋转的多棱镜。然后，被多棱镜反射的光被允许进入准直器透镜，由此将光变成可以与准直器透镜的光轴平行地移动的扫描光并允许光聚焦在要测量的物体的位置。
US6,278,520涉及用于沿工件的长度测量工件的最大直径的光学千分尺，其中的工件例如锥形切割工具。用于测量工件的激光千分尺包括：用于生成激光束路径，使得所述射束路径的一部分经过工件的一部分的装置；用于接收和处理所述射束路径的所述部分，以确定所述第一部分的尺寸的装置；具有第一侧表面和第二侧表面的V形底座，其中所述表面构成接纳工件的底座，并且其中V形底座安置工件，以允许工件的至少一部分位于所述射束路径中；以及用于旋转所述工件以引起所述工件在所述V形底座中的可滑动旋转，使得所述工件在就座于其中时被所述装置维持与所述两侧的接触的装置。
发明内容
位于光纤中心区域，即，大部分光信号在其中被引导的芯区域，和光信号的尾部在其延伸的、与芯区域相邻的内部包覆区域中的缺陷非常有可能造成光纤性能的降级。为此，固结和/或拉长过程代表光纤的整个制造过程的关键阶段。
本申请人已经观察到，在从预制件拉制光纤的过程中对孔或气泡的识别，在有可能实现光纤质量的同时，会由于最终产品在有缺陷时作为废品被丢弃的事实而低效。
本申请人还注意到，利用由摄像机拍摄预制件的侧面的照片来检验光纤预制件的方法，诸如US5,406,374中所描述的方法，会遭受有效性很大程度上依赖于光学设备(例如，CCD相机和/或透镜)的质量并依赖于要被测试的预制件表面的清洁度的限制。
用于拉长(即，拉伸)玻璃芯预制件的装置通常配备用于测量拉长的预制件的外直径的光电设备，其中直径是在颈缩下游测量的。直径测量一般被用作牵引速度控制和/或用于监视其它过程参数的反馈。
可被用于测量拉长的芯预制件的外直径的设备使用US6,278,520的千分尺的通用原理，即，平行光束在炉子的出口照射拉长的预制件并且检测器检测由预制件投射的阴影，由此提供所检验的横截面的直径的测量结果。
本申请人注意到，在玻璃预制件的情况下，由于玻璃的透明度，阴影不是由于被照射的物体阻挡光束的透射(就像在不透明物体的情况下)，而是主要由于入射射束的强偏转。这个原理示意性地在图1中示出，图1示出了被平行扫描射束照射的杆形透明物体的横截面视图。在图1中，具有折射率n>1的圆形横截面的透明物体1使平行射线2的一些偏离到倾斜的方向。物体1的直径是由阴影确定的，该阴影在与入射扫描射束垂直的方向中在物体的横截面平面中延伸。物体的外直径的实际测量结果不受入射射线的偏转的影响，因为在检测平面上的阴影保持相同，如以下将更详细解释的。透射的射线(被偏转和无干扰的)被透镜系统，在图中由会聚透镜7示例，聚焦到光电检测器35上。收集透射的射线的光电检测器具有确定被检测的被扫描区域的有限尺寸，在图中利用箭头8表示。由于检测器的有限尺寸，存在光可以被收集的最大角度，这在本文中被指示为最大接受角θmax。作为第一近似，最大角度依赖于光电检测器的尺寸并且依赖于聚焦透镜系统的主要光学参数，例如透镜的(一个或多个)焦距和折射率。
在图1中用标号5指示的距离d被定义为离射束中心轴6的距离，中心轴6沿入射射线的方向穿过物体1的轴向中心C。以距离d入射到物体上的光射线2以一个偏转角被偏转。如果距离d大于给定的最小距离dmin，则光射线2作为具有大于θmax的偏转角θ的偏转射线4出现，并且因此光射线不被光电检测器收集，如由离开透镜系统的射线34示意性地指示的。
在物体的横截面平面中，光电检测器35被配置为在与入射方向垂直的扫描方向(在图中用箭头指示)中检测扫描区域8。扫描区域大于要被测量的物体的横截面。近似从切向射线9到切向射线9’的阴影范围对应于检测平面(例如，光电检测器的检测表面位于其中的平面)上的阴影边缘。
本申请人已经观察到，如果d≤dmin，则偏转角使得射线照亮阴影的中心部分。图2是这种状况的示意性表示。图1和2的相同项用相同的标号指示。光射线31从中心轴6以距离d≤dmin撞击到物体1上并且被偏转偏转角γ≤θmax，即，小到足以落在检测器上。透射的射线被透镜系统，在图中由会聚透镜7示例，聚焦到光电检测器35上。特别地，偏转射线33被聚焦到由光电检测器收集的射线37中。点线区域32用图表示杆形物体的横截面的区域，入射射线跨这个区域被偏转等于或小于接收检测器的最大接受角θmax的角度。
本申请人已经意识到，阴影区域的被照射部分受被分析物体中结构缺陷的存在的影响。因此，有可能为了光纤的生产跨玻璃芯杆可靠地检测缺陷，诸如气泡或空穴。特别地，有可能检测杆的轴向中心区域中的缺陷，在那里，预期缺陷最大地影响最终产品的光学性能。
根据一些优选实施例，所公开的方法是成本有效的，因为它允许在光纤的制造过程的早期阶段对缺陷进行在线监视。在一些优选实施例中，监视可以通过常常在用于拉伸芯预制件的装置上的设备来执行，以控制被拉伸的预制件的外直径。
根据与本公开内容一致的方面，提供了用于检验杆形透明物体中的缺陷的方法，该方法包括：
-生成在第一扫描方向中扫过检验平面的平行光射线的第一扫描射束；
-将第一扫描射束引导到具有纵轴的杆形透明物体上，所述杆形透明物体以这样一种方式布置使得检验平面横穿物体的纵轴并且包括物体的横截面；
-在被插入以拦截扫描射束的平行射线的杆形物体的相对侧检测第一扫描光束，由此产生第一电输出信号；
-处理第一电输出信号以产生在第一扫描方向中的第一光强度曲线图，该光强度曲线图包括由第一和第二阴影边缘界定的阴影区域，第一和第二阴影边缘之间的宽度指示跨检验平面的物体的外直径；
-分析第一光强度曲线图以确定阴影区域内正强度峰值的存在或不存在，峰值源自透射通过物体并且被检测的偏转射线，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定该强度峰值内降低强度区域的存在或不存在。
如果，作为分析的结果，确定阴影区域内的强度峰值不存在或者确定降低强度区域在强度峰值中存在，则该方法还包括识别物体的横截面内至少一个结构缺陷的存在。
优选地，至少一个结构缺陷的存在包括激活警报。
在实施例中，激活警报包括：
-记录物体的作为有缺陷横截面的横截面沿纵轴的纵向位置，在该横截面，峰值的不存在或者降低区域的存在被肯定地确定。
优选地，在记录有缺陷横截面的纵向位置之后，该方法包括检索该纵向位置并且丢弃包括有缺陷横截面的杆形物体的纵向部分。
根据一些优选实施例，第一强度曲线图具有源自在没有物体插入时被无干扰透射的扫描射束的扫描最大值，并且
-分析光强度曲线图包括：
-设置小于扫描最大强度值的阈值强度值，及
-确定是否第一强度曲线图的多个强度值跨第一和第二阴影边缘之间的阴影区域超过强度阈值，以检查阴影区域中强度峰值的存在或不存在；
-如果第一强度曲线图的强度被确定为跨阴影区域小于阈值，则强度峰值被确定为不存在；
-如果多个强度值跨阴影区域超过阈值，则强度峰值被确定为存在并且分析还包括确定强度峰值是否具有小于强度阈值的强度值区域，以检查降低强度区域的存在或不存在，及
-如果强度值小于阈值的区域被确定为在强度峰值内存在，则降低强度区域被确定为存在。
优选地，强度阈值在扫描最大强度值的20％至80％的范围内选择，更优选地，从扫描最大强度值的30％至70％的范围内选择。
优选地，检验平面与杆形物体的纵轴正交。
优选地，平行光射线的第一扫描射束是单色光。
优选地，生成第一平行扫描光束包括：
-生成单色光的光束；
-将光束引导到旋转镜上，以便在检验平面内产生扫描光束；及
-准直扫描射束，以便在检验平面内产生被引导到杆形透明物体上的平行光射线的平行扫描射束。
在优选实施例中，杆形透明物体是用于光纤生产的玻璃芯杆。
强度峰值在第一扫描方向中由第一和第二峰值边缘界定并且具有峰值最大强度值。在一些实施例中，跨降低强度区域，强度值显著小于峰值最大值，即，至少比峰值最大值小20％。
强度峰值中的降低区域在第一扫描方向中由定义降低区域的宽度的第一和第二降低边缘界定。优选地，该方法还包括：
-确定降低区域的宽度，
-检索宽度值与结构缺陷的直径之间的相关函数作为校准曲线，及
-通过使用该相关函数计算至少一个检测的结构缺陷的直径。根据一些实施例，降低区域位于强度峰值中的中心区域。
在实施例中，分析包括：
-设定小于扫描最大强度值的阈值强度值；
-确定第一扫描方向中光强度曲线图与阈值强度值的相交次数；及
-从相交次数确定阴影区域内正强度的峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定该强度峰值中降低区域的存在或不存在。
在实施例中，光强度曲线图在扫描方向中从初始扫描边缘到最终扫描边缘的范围内，并且从相交次数确定强度峰值或峰值内降低区域的存在或不存在包括：
-如果相交次数在第一扫描方向中是二，则阴影区域内的强度峰值被确定为不存在，
-如果相交次数在第一扫描方向中是四，则强度峰值被确定为存在并且强度峰值内的降低区域被确定为不存在，及
-如果相交次数在第一扫描方向中是六，则强度峰值和强度峰值内的降低区域被确定为存在。
如果，作为分析的结果，相交次数被确定为二或六，则识别物体的横截面中至少一个结构缺陷的存在。
根据与本公开内容一致的一些优选实施例，提供了用于检验杆形透明物体中的缺陷的方法，该方法包括：
-生成在第一扫描方向中扫过检验平面的平行光射线的第一扫描射束；
-生成在第二扫描方向中扫过平面的平行光射线的第二扫描射束；
-将第一扫描射束引导到具有纵轴的杆形透明物体上，所述杆形透明物体被布置为使得检验平面横穿物体的纵轴并且包括物体的横截面；
-将第二扫描射束以这样一种方式引导到杆形透明物体上，使得被第二扫描射束扫过的平面对应于检验平面并且平行射线的第一和第二扫描射束在检验平面的包括检验平面中物体横截面的区域中正交地彼此相交，第二扫描方向与第一扫描方向正交；
-在被插入以拦截相应第一和第二扫描射束的平行射线的杆形物体的相应相对侧检测第一和第二扫描光束，由此产生相应的第一和第二电输出信号；
-处理第一和第二电输出信号，以分别产生第一扫描方向中的第一强度曲线图和第二扫描方向中的第二强度曲线图，第一和第二光强度曲线图当中每一个包括由第一和第二阴影边缘界定的阴影区域，第一和第二阴影边缘之间的宽度指示物体跨检验平面的外直径；
-分析第一和第二光强度曲线图，以便对每个曲线图确定阴影区域中正强度峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则针对每个曲线图确定强度峰值内降低强度区域的存在或不存在；
-比较第一强度曲线图与第二强度曲线图，以确定是否(a)强度峰值在第一和第二强度曲线图中都不存在，或者(b)阴影区域中的强度峰值在第一和第二强度曲线图中都存在并且降低强度区域在第一和第二强度曲线图中都存在，或者(c)强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线图之一中不存在并且具有降低区域的强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线图当中另一个中存在；及
-如果，作为比较的结果，条件(a)至(c)之一被满足，则识别被检验物体的横截面中至少一个位于中心的结构缺陷的存在。
不希望受说明的限定，条件(c)指示在一个轴向方向中非常大并且在另一个轴向方向中比较小的位于中心的结构缺陷，因此缺乏轴对称性。
优选地，识别至少一个位于中心的结构缺陷包括激活警报。优选地，激活警报包括记录物体的横截面沿纵轴的纵向位置作为有缺陷横截面，该纵向位置是在其或者(1)在第一和第二扫描曲线图中都肯定地确定峰值的不存在或降低区域的存在或者(2)正强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线图之一当中不存在并且具有降低区域的强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线图的另一个中存在的位置。
在一些实施例中，第一强度曲线图具有第一扫描最大值并且第二强度曲线图具有第二扫描最大值，第一和第二扫描最大值源自在相应扫描方向中在没有物体插入时被无干扰透射的相应第一和第二扫描射束，其中：
-分析第一光强度曲线图包括设定小于第一扫描最大值的第一阈值强度值并且确定第一扫描方向中第一光强度曲线图与第一阈值强度相交的第一次数；
-分析第二光强度曲线图包括设定小于第二扫描最大值的第二阈值强度值并且确定第二扫描方向中第二光强度曲线图与第二阈值强度相交的第二次数；
-比较包括比较第一相交次数与第二相交次数以确定第一和第二次数是否彼此相等，并且如果第一和第二相交次数彼此相等，则确定第一和第二次数的值是否是二或六，并且如果第一次数不等于第二次数，则确定是否第一相交次数等于二并且第二次数等于六；及
-如果，作为确定的结果，或者第一和第二次数彼此相等并且具有值二或六或者第一和第二次数的组合是二和六，则识别物体的横截面中至少一个位于中心的结构缺陷的存在。
优选地，第一和第二阈值关于相应的扫描最大强度彼此相等。优选地，第一和第二阈值被设定为相应的第一和第二扫描最大值的20％至80％，更优选地是30％至70％。
根据一些优选实施例，杆形透明物体是用于光纤制造的玻璃芯杆并且该方法结合用于拉长玻璃芯预制件的过程执行，所述过程包括：
-提供玻璃芯预制件；
-在炉子中加热玻璃芯预制件，从而软化其下部；及
-使玻璃芯预制件接受牵引，牵引包括沿着前进方向将芯预制件的软化的下端拉出炉子，从而形成作为杆形透明物体的玻璃芯杆，
其中，引导平行光射线的第一扫描射束是将第一扫描射束引导到玻璃芯杆上，检验平面沿前进方向位于炉子的下游，并且玻璃芯杆相对于检验平面垂直地在前进方向移动。
优选地，接受牵引是在关于玻璃芯杆的纵轴旋转玻璃芯杆的同时执行的。
优选地，玻璃芯杆以4至8rpm的旋转速度均匀地旋转。
优选地，玻璃芯杆的纵轴沿前进方向。
优选地，玻璃芯杆以15至25cm/min的前进速度在前进方向移动。
优选地，检测第一扫描射束是在旋转玻璃芯杆的第一角位置执行的，并且该方法还包括在单个旋转期间在旋转玻璃芯杆的第二角位置重复检测第一扫描射束以产生附加的电输出信号，将该附加的电输出信号处理成第一扫描方向中附加的光强度曲线图，分析该附加的光强度曲线图，并且如果，作为分析附加强度曲线图的结果，阴影区域内的强度峰值被确定为不存在，或者如果强度峰值被确定为存在，降低强度区域被确定为在强度峰值内存在，则在第二角位置识别出物体的横截面内至少一个结构缺陷的存在。
根据与本公开内容一致的方面，提供了用于拉长用于光纤生产的玻璃预制件的过程，该过程包括：
-提供玻璃芯预制件；
-在炉子中加热玻璃芯预制件，从而软化其下部，及
-使预制件接受牵引，牵引包括沿着前进方向将芯预制件的软化的下端拉出炉子从而形成玻璃芯杆，及
-在炉子下游的检验平面中检验玻璃芯杆的缺陷，
其中检验是根据与本公开内容的主要特征相符的方法来执行的。
优选地，玻璃芯杆是用于制造被拉制成用于光学通信系统的单模光纤的光纤预制件。
在一些实施例中，芯杆，并且更一般而言是杆形透明物体，的检验是离线执行的，例如，通过关于检验平面垂直移动物体。
附图说明
现在将参考附图在下文中更详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些但不是全部实施例。示出实施例的图是不按比例的示意性表示。
对于本描述和所附权利要求，除非另外指示，否则表示量、数量、百分比等的所有数字都应当理解为在所有情况下通过术语“大约”来修改。而且，所有范围都包括所公开的最大和最小点并且包括其中的任何中间范围，这些可能或者可能没有在本文具体地列举。
图1是示出被以横截面图示出的透明物体透射的射线的路径的示意图。
图2是示出被以横截面图示出的透明物体透射的射线的路径的示意图。
图3是实现根据与本公开内容一致的实施例的方法的装置的示意图。
图4是示出用于不透明圆柱形物体的典型强度与扫描时间的关系曲线的示意图。
图5是示出用于杆形透明物体的实验强度与时间的关系曲线(白线)的示波器屏幕的相机图片的快照。
图6是示意性的表示图5的实验数据的强度曲线的图。
图7a示出了图5的实验强度曲线的放大部分。
图7b是示意性地再现图7a的强度曲线的图。
图8是示出由具有结构缺陷的杆形透明物体透射的射线的路径的示意图。
图9是示波器屏幕的相机图片的快照，示出了从测量产生的扫描的实验强度曲线(示为白线的模拟迹线)的中心部分。
图10是示意性地表示图9的实验数据的强度曲线的示意图，但是报告了扫描方向中的整个强度曲线。
图11是从图9的实验强度曲线得出的图，报告了强度与时间的关系曲线(即，图10的中心放大部分)。
图12是示出在玻璃芯杆中具有已知直径的相应缺陷处记录的扫描的中心强度峰值中降低区域的时间宽度(μs)的校准曲线的图。
图13是关于以横截面图示出的、在该横截面的各个位置包括缺陷的透明物体示出接收系统的配置的示意图。
图14是根据另一实施例关于以横截面图示出的、在该横截面的不同位置包括缺陷的透明物体示出接收系统的配置的示意图。
图15是实现根据与本公开内容一致的另一实施例的方法的装置的示意图。
具体实施方式
图3是根据与本公开内容一致的实施例、结合用于拉长玻璃芯预制件的拉伸装置的检验装置的示意透视图。在该实施例中，提供了用于检验玻璃拉长物体22的检验装置10。拉长的物体具有一般圆柱形的形状并且沿纵轴11(z轴)延伸。根据优选实施例，检验装置在玻璃芯预制件的拉长(拉伸)期间被用于在线监视。以其本身已知的方式，玻璃芯预制件17被垂直馈送到炉子16中。玻璃芯预制件由二氧化硅制成，至少在轴向中心区域中掺杂合适的掺杂剂(根据要获得的光学透射性质来选择)，以形成用于引导光的芯区域。与芯区域相邻的(一个或多个)掺杂的内部包覆区域可以为了工程设计芯中光的限制而存在。芯预制件的典型直径可以大约在从50mm至100mm的范围内。炉子能够与预制件的前进方向的竖直轴同轴地容纳芯预制件。
在炉子中，预制件17的下端部分24被加热至玻璃软化温度，例如，1800-1900℃，从而由于重力并由于连接到预制件下端的牵引设备所施加的拉力而形成“颈缩”。熔化的部分流出炉子16并且在被向下拉伸的时候冷却，从而形成具有特定直径的拉长的芯预制件22，在下文中被称为芯杆。拉力在图1中由箭头18指示，而牵引设备在图中未示出。牵引设备本身是已知的。例如，在US2003/0140658中所描述类型的牵引设备可以被采用。优选地，芯杆的前进方向是沿着芯杆的纵轴11。
在一些实施例中，玻璃芯预制件是从微粉芯预制件的脱水和固结产生的，例如通过OVD过程制成，并且具有中心孔。玻璃芯预制件的下端部分的熔化造成中心孔的壁的坍塌并且因此造成孔的闭合。以其本身已知的方式，坍塌是通过对中心孔施加真空而被辅助进行的。在其它实施例中，玻璃芯预制件是通过内部沉积技术产生的，其中玻璃层通过被称为PCVD、MCVD的方法或其变体被沉积到衬底管的内直径上。随后使热源在具有内部沉积的玻璃层的衬底管之上横越造成管的坍塌，成为实心玻璃芯预制件。
选择牵引力，从而产生具有在从10mm至30mm的范围内的典型直径的芯杆。1至2米典型长度的芯杆从离开牵引设备的连续杆切断。优选地，芯杆具有被基本上未掺杂的二氧化硅的内部包覆区域包围的掺杂的二氧化硅玻璃的芯区域。
检验装置10定位在炉子16的外面并且关于前进方向，即，z轴，在颈缩24的下游。以这种方式，可以检验芯杆的前进垂直部分中结构缺陷(诸如气泡、空穴或夹杂物)的存在。
检验装置10包括被配置为发射相干光束(优选地是在可见光谱中)的光源12，该光束被指向可旋转扫描仪14，扫描仪14产生扫过平面上其中布置有准直光学系统20的区域的扫描射束25。准直光学系统20产生平行光射线的扫描射束23，在下面被称为平行扫描射束。在实施例中，准直光学系统20包括光学边缘传感器和一个或多个准直透镜。光学边缘传感器被配置为感测图像边缘并且提供每次射束扫掠(sweep)的初始和最终时间。可旋转扫描仪和准直光学系统被布置成使得入射光束23在横穿芯杆的纵轴11并且优选地与其垂直，即，与拉长的物体的前进方向垂直，的方向(y轴)中照射芯杆22。在实践当中，入射扫描射束的平行射线穿过杆的横截面。被平行扫描射束扫过的平面被称为检验平面。平行扫描射束在与入射方向(y轴)垂直的方向(x轴)扫过检验平面(x,y)。
优选地，光源12是激光设备。例如，激光设备是以630nm发射可见光谱内的准直射束的低功率HeNe激光器。优选地，可旋转扫描仪14是可旋转镜，它被配置为跨足够宽的扫描角β，在图3中用弯箭头19指示，以恒定的角速率dβ/dt旋转，使得被反射射束，即，扫描射束，扫过的区域大于要测量的拉长的物体的横截面。
透射通过芯杆的射束被接收系统27收集，其中接收系统27包括聚焦光学系统21，例如，收集透镜，以及光电检测器22，其中聚焦光学系统21可操作地布置成使得接收透射的扫描射束，即，无干扰的射线和被物体偏转的射线。聚焦光学系统将收集的光聚焦到光电检测器上，其中光电检测器可操作地布置成接收收集的扫描光。用于产生扫描入射射束的部件14和20以及用于收集透射通过拉长的物体的扫描射束的接收系统27可以放在相应的工作台板15和15’上。在该布置中，透明物体拦截平行扫描射束并且接收系统位于物体上与光源相对的侧，处于接收透射通过物体的射线的位置。
光电检测器22优选地包括用于检测每次扫掠的开始和结束的边缘感测预放大器电子器件并且它可操作地连接到被配置从光电检测器接收输出信号的信号处理器。优选地，信号处理器被配置为控制激光设备12和可旋转扫描仪14的操作(控制线在图中利用双头箭头指示)。例如，光电检测器是光电二极管。
处理器可以连接到计算机(图3中未示出)的显示器，用于强度曲线的可视化。
在实施例中，信号输出可以通过连接到光电检测器输出的示波器(图3中未示出)来可视化。如果测量结果的分析是利用示波器进行的，则可以拍摄示波器屏幕的相机图片，该图片可以在计算机中进一步被处理。
从光电检测器22输出的信号被信号处理器13处理，以产生被检测的扫描的光强度曲线。特别地，在正向方向中测量的透射光的强度针对扫描角β的每个角度步长构成强度曲线，一旦扫描期间旋转镜的角速率dβ/dt已知，该曲线就可以表示为时间的函数。因此，扫描周期T对应于扫描角β。
检验装置可以是商用装备，诸如由BetaLaserMike制造的装置AccuScanLD1025-S，该装置被用来测量拉长的物体的外直径。
图4是报告当不透明圆柱形物体位于检验装置的测量窗口中(即，检验平面内)时所获得的、具有被检测射束的强度(纵坐标)相对于时间(横坐标)的扫描的典型强度曲线图。为了解释，示意性地绘出代表强度曲线的线42并且，例如，不再现实验噪声。
在实施例中，图的强度曲线可以从通过本身已知的平滑数学函数处理的被测量的强度曲线产生。
在图4中，横坐标代表时间轴。扫描在时间45，即，初始扫描边缘，开始并且在时间46，即，最终扫描边缘，结束。信号42的强度在点43和44之间的时间间隔之外维持在最大值41，在该间隔内，由于投射在不透明物体后面的阴影，信号降至零。点43和44被称为阴影时间边缘。强度的最大值源自撞击到光电检测器上的无干扰的透射扫描射束。
在本描述以及权利要求中，扫描的扫描最大强度指在没有物体插入的情况下被检测的扫描射束的强度值，即，代表无干扰的平行扫描射束。
阴影时间边缘43和44对应于图3的检验装置的旋转镜的两个相应角位置。通过知道扫描期间镜子旋转的角速率，有可能从阴影时间边缘之间的时间间隔的测量结果确定不透明物体的外直径。例如，对于具有15mm至17mm外直径的拉长的物体的分析，阴影边缘之间的时间间隔是大约300μs，除其它因素之外，该值尤其依赖于扫描期间反射镜的角速率。
图5是示出在扫描方向中扫描的实验强度曲线(示为白线的模拟迹线)的示波器屏幕的相机图片的快照，这是由参考图3所描述的类型的检验装置对用于制造光纤预制件的玻璃芯杆测量的。
为了清晰并为了容易讨论，图6是示意性地表示图5的实验强度曲线的图。相对于时间(t)的强度曲线50在从位于时间56的初始扫描边缘到位于时间56’的最终扫描边缘的范围内并且在对应于旋转镜的两个相应角位置的时间53、54呈现出第一和第二阴影边缘，其中，在这两个角位置，收集图1和2的切向射线9和9’。因此，芯杆的外直径可以从阴影边缘53和54之间的阴影区域的范围来确定。
图6的强度曲线在阴影区域的中间呈现出强度峰值51，在那里，信号上升至相对大的强度值55，尽管通常稍低于扫描最大强度值52。强度峰值51在从位于时间57的第一峰值边缘到位于时间58的第二峰值边缘的范围内。
不希望受理论或特定说明的限定，阴影区域内的强度峰值源自在离平行于射线并且经过物体的横截面的中心的轴距离d≤dmin处入射到透明物体上的射线，如参考图2所描述的。在这种条件下，入射射线通过经过物体而被偏转小到足以允许偏转射线聚焦到光电检测器上的角度。如前所述，检测射线被偏转不大于给定值θmax的角度γ的能力主要依赖于光电检测器的尺寸并且依赖于位于光电检测器前面的聚焦光学系统。
图7a是以阴影区域内正强度峰值为中心的放大比例示出图5的实验强度曲线的示波器屏幕的相机图片的快照。图7b是示意性地再现图7a的强度曲线的图。在阴影区域内，强度曲线在峰值边缘57和58之间呈现具有可以假设为几乎恒定的强度值51(不考虑实验波动，见图7a)的中心峰值的正强度内部区域51。最大峰值51一般被观察为小于扫描最大值70，通常在扫描最大强度值的85％和95％之间的范围内。
正强度区域在从峰值边缘延伸到相应时间49和49’的强度峰值的侧面呈现出两个具有低强度的横向“尾部”48、48’。不希望受理论或特定说明的限定，相信强度峰值中的横向尾部是由于在本例中被分析的芯杆的折射率曲线中的相对大的骤降(dip)而导致的。芯区域的折射率曲线的相对大的中心骤降对于由OVD过程制成的芯杆是典型的。事实上，本申请人观察到，这种横向尾部一般在由PCVD制成或者在中心部分的内表面的化学蚀刻之后产生的芯杆中不存在。因此，强度峰值的尾部的形状提供了关于信号对杆的非常内部部分的扰动(即，芯区域的折射率曲线的相对宽的中心骤降)的灵敏度的第一指示。如果横向尾部不存在，则正内部区域的边缘和峰值边缘将重叠。
在以下描述和权利要求中，阴影时间间隔内的强度峰值指在峰值边缘之间延伸的强度峰值，即，忽视可能的低强度横向尾部，这是比峰值小相当多的强度，即，小于峰值的最大强度值的30％并且通常小于10-20％。
扫描时间57和58之间强度曲线的分析提供了关于玻璃芯杆的被分析横截面中结构缺陷的存在的信息。在图5、6、7a-7b的强度曲线中，没有检测到缺陷，因为阴影区域内的峰值存在并且具有几乎恒定的强度值。
根据一些优选实施例，强度曲线的分析包括设定阈值强度值并且确定跨强度峰值的强度值是否小于该阈值。阈值在图6和7中用点线70指示。如果确定的结果是否定的(即，没有强度值被确定为小于设定的阈值70)，则在芯杆的被检验横截面中没有识别出缺陷。
图8是示出由在横截面的中心区域中包含缺陷的玻璃芯杆(在横截面图中示出)透射和偏转的射线的路径的示意图。由平行光射线构成的入射扫描射束照射玻璃芯杆1(扫描时间利用箭头68指示)，其中玻璃芯杆1具有位于物体的轴向中心的缺陷65。入射射线61在离中心轴60距离d处进入物体，中心轴60沿入射射线的方向穿过物体1的轴向中心C。如果距离d不大于dmin，则射线61落在杆的可检测的横截面区域中，利用点区域62指示。如果缺陷65不存在，则射线61将作为射线63(点线)透射通过物体，射线63关于入射射束的方向被偏转小于接收系统的最大接受角的角度γ。在这个例子中，接收系统包括光电检测器66和将射线63聚焦到光电检测器上的会聚透镜67。因此，在没有缺陷的情况下，偏转射线63将被光电检测器收集，由此对阴影区域内的中心强度峰值起作用。
在物体中存在结构缺陷的情况下，沿入射射线61的光径，入射射线被缺陷散射，其中散射射线64的方向构成比角度γ大得多并且一般比最大接受角大的偏转角φ。因此，散射射线64不命中光电检测器并且因此将被计入到中心强度峰值的射线的强度“丢失”。
通过与本公开内容一致的方法进行检测的缺陷的折射率相对于芯杆的玻璃基质的折射率显著不同，一般而言被通常在由用于光纤制造的常见沉积技术制成的玻璃预制件中找到的结构缺陷(即，玻璃基质中的空穴和空气泡或气泡)所满足的条件。
图9是示出由参考图3所描述的类型的检验装置对具有结构缺陷的芯杆测量的扫描的实验强度曲线(示为白线的模拟迹线)的示波器屏幕的相机图片的快照，其中缺陷例如沿杆的纵轴布置。在示波器屏幕中只以放大比例可视化了扫描的中心部分，示出了用于玻璃芯杆的阴影区域内的强度峰值。
图10是示意性地表示图9的实验强度曲线的图，但是报告了作为扫描时间的函数的扫描方向中的整个强度曲线。得自图9的实验强度曲线的该图的中心部分在图11中以关于图10放大的比例示出。图9至11是代表结构缺陷检测的情况的示例性强度曲线。
相对于时间(t)的强度曲线83在从位于时间84的初始扫描边缘到位于时间84’的最终扫描边缘的范围内并且分别在时间81、81’呈现出第一和第二阴影边缘。芯杆的外直径可以从阴影边缘81和81’之间的阴影区域的范围来确定。强度曲线83具有源自撞击到光电检测器上的无干扰透射的扫描射束的扫描最大值80。
正强度内部区域从时间76延伸到77并且强度峰值71在峰值边缘78和79之间延伸(忽视横向尾部)。已经观察到，位于大约峰值边缘78和79的强度值一般接近跨阴影区域的正峰值的强度的最大值75，所述最大峰值近似地对应于图7的、源自进入光电检测器的偏转射线的峰值的强度值。最大峰值75被观察到小于扫描最大值80，常常在扫描最大值的85％和95％之间的范围内。
强度峰值呈现出降低强度的区域72。申请人已经理解，中心强度峰值内降低区域的存在与玻璃杆内结构缺陷的存在关联。
在图11中，降低强度区域的深度被指示为峰值的最大强度75与跨降低区域的强度74之差。跨降低强度区域，强度值显著小于峰值，即，比峰值小至少20％。
优选地，如果降低区域跨该降低区域的深度小于阈值强度值，则光强度峰值内的降低区域识别出被检验物体中的结构缺陷，其中阈值强度被设定为小于与无干扰的平行扫描射束关联的强度曲线的扫描最大强度值的值。在图10和11中，阈值强度值利用点线70指示。
优选地，强度阈值是扫描最大值的20％至80％，更优选地是扫描最大值的30％至70％。在实施例中，阈值被设定为扫描最大值的50％，使得强度峰值中低于扫描最大值的50％的值识别出结构缺陷的存在。
扫描最大强度值可以通过分析实验强度曲线来确定(例如，通过找出扫描方向中的最大值的数学函数)或者它可以作为与检验装置在其测量强度曲线的实验条件关联的存储值被检索。
在一些实施例中，阈值可以关于强度峰值中的最大值来设定。在这些实施例中，优选地，分析强度曲线包括确定阴影区域中强度峰值的存在或不存在；在肯定的情况下，确定峰值的最大强度值；设定小于峰值的最大强度值的阈值强度值，并且确定跨强度峰值的强度值是否小于该阈值。
根据本公开内容的一些实施例的方法允许对缺陷尺寸的分析。特别地，申请人理解，降低区域的宽度提供了缺陷直径的指示。
参考图11，降低强度区域的宽度82在第一降低边缘73和第二降低边缘73’之间定义。在该图的示例性扫描曲线中，第一降低边缘在扫描方向中处于比第一峰值边缘78更大的时间，而第二降低边缘处于比第二峰值边缘79更小的时间，即，降低区域在强度峰值内部并且，在所关心的一些情况下，在峰值中处于中心位置。
用于确定被检测的缺陷尺寸的校准曲线是通过使用根据本公开内容的检验装置从多个具有已知直径的缺陷的测量结果建立的。
图12是示出在玻璃芯杆中的相应缺陷处记录的扫描的中心强度峰值中降低区域的宽度(μs)与缺陷的已知直径之间的关系的图。宽度与直径的关系可以通过由点线内插线120表示的线性相关更好地来近似。结果是通过测量具有约16mm的外直径的芯杆获得的，这个直径对应于300μs的阴影区域(即，图6中时间54与时间53之间的差值)。扫描是利用具有大约5mm的有限直径尺寸的光电二极管检测的。阴影区域内强度峰值的宽度(即，图7b中时间57与时间58之间的差值)近似是25μs，在图12中由虚点线121表示。25μs的扫描时间对应于约1mm的孔直径，因此是可以被本例的检验装置测量的最大直径值。更一般而言，本申请人注意到，直径从大约0.05mm至1mm的内部结构缺陷可以在具有至多大约25mm的直径的玻璃芯杆中被检测。
当期望从测量结果得出量化信息时，检验装置的合适接收系统的选择可以考虑预期要在玻璃预制件中找出的缺陷的尺寸。例如，关于具有相对小的收集表面的光电二极管(例如，直径尺寸小于大约5mm)，大的孔(例如，至少大约1mm)会造成具有和源自从均质芯杆偏转的射线的峰值强度一样大或者更大深度的降低区域的出现。这种出现不允许缺陷尺寸的确定。但是，它允许确定孔或气泡的存在，这与中心亮区的消失相关联。即，中心强度峰值的部分或完全消失提供了孔存在的指示。
在其中强度曲线的分析利用阈值来执行的实施例中，如果阴影区域内的强度值被确定为小于阈值，则识别出结构缺陷的存在。
扫描方向中的光强度曲线被分析，例如，被处理器13分析，以确定强度是否小于阈值强度值，该阈值被设定为小于与无干扰的平行扫描射束关联的扫描最大强度值的值。
在实施例中，强度在扫描方向中作为时间的函数从初始扫描边缘到最终扫描边缘被分析，以确定光强度曲线与阈值强度值相交的次数。从扫描中与阈值的相交次数，有可能确定阴影区域内强度峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定强度峰值内降低区域的存在或不存在。
回过头来参考图6，设定阈值强度值70，例如它被存储在分析来自光电检测器的输出信号的处理器中。例如，阈值是扫描中最大强度52的50％。最大扫描强度52可以由处理器确定为在初始扫描边缘，即，初始扫描时间56，的强度。在扫描方向中从初始扫描边缘56开始到最终扫描边缘56’，强度曲线与阈值线70的第一次相交是在时间53，这对应于第一阴影边缘。强度曲线的第二次相交是在时间57(第一峰值边缘)、第三次相交是在时间58(第二峰值边缘)，并且第四次相交是在时间54(第二阴影边缘)。相交次数四关联到芯杆的被检验横截面平面中缺陷的不存在。
在代表至少一个结构缺陷的肯定识别的情况的图10和11中，强度扫描曲线与阈值线的相交次数是六，即，在扫描方向中并且从初始扫描边缘84开始，在第一阴影边缘81、在第一峰值边缘78、在降低区域的第一和第二边缘73和73’、在第二峰值边缘79和在第二阴影边缘81’。相交叉次数等于二暗示中心强度峰值的不存在并且因此与芯杆的被检验横截面平面中一个或多个(大)缺陷的存在关联。
优选地，缺陷的纵向范围通过在芯杆拉伸期间，即，在杆相对于检验装置垂直移动时，在沿其纵轴的多个位置检验芯杆来确定。
在另一种实施例中，缺陷的纵向范围的确定是离线执行的。
在实施例中，处理检测到的信号的处理器被配置为分析信号，以检查中心亮区中降低区域的出现或者检验中心亮区的不存在。如果，作为分析的结果，降低强度区域被确定为在强度峰值中存在或者阴影区域中的强度峰值被确定为不存在，则处理器被配置为识别物体的横截面中至少一个结构缺陷的存在。
优选地，处理器被配置为在识别出结构缺陷的情况下激活警报。在一些优选实施例中，识别至少一个结构缺陷的存在包括激活警报，其中激活包括记录物体的作为有缺陷横截面的横截面沿纵轴的纵向位置，在该横截面处至少一个结构缺陷的存在被识别。处理器可以被配置为在处理器中的存储器中记录该纵向位置或者将有缺陷横截面的纵向位置发送到存储其的(连接到处理器的)计算机。
优选地，芯杆中缺陷的纵向位置的记录使得有可能在拉伸过程完成之后选择并丢弃包含缺陷的芯杆的纵向部分。
芯杆的纵向部分的选择可以以已知的方式自动执行，诸如通过控制在拉伸过程结束时惯用于将拉长的玻璃芯杆横向切割成多个杆部分的切割工具的操作，其中杆部分也被称为用于光纤生产的最终玻璃预制件的制造的“茎线(canes)”。茎线通常被由二氧化硅微粉沉积制成的外包层包覆，以形成微粉玻璃预制件，微粉玻璃预制件经历固结以便形成要被拉制成光纤的最终玻璃预制件。
在另一种实施例中，警报是由缺陷的识别触发的声学信号。
根据一些实施例，处理器被配置为分析每个记录的扫描的强度曲线，以确定强度曲线与预定阈值的相交次数并且在确定的相交次数不是四的情况下(在实践中如果次数是二或六)激活警报。
虽然在以上实施例中强度曲线得自模拟电信号(诸如在示波器中记录的信号迹线)，但是应当理解，分析可以对从模拟信号处理成的数字信号执行，例如通过将值0关联到超过给定强度阈值的暗并且值1关联到超过给定强度阈值的亮。在实施例中，警报在时间窗口中对应于中心亮区，即，强度峰值，的0值出现时被激活，这可以在亮区中存在降低区域时或者在阴影时间区域中缺乏光的检测的情况下发生。后一种情况一般指示大孔的存在。
在前述实施例中，如果缺陷位于由以距离d≤dmin撞击物体的平行射线定义的拉长物体的横截面区域(例如，图8的区域62)中，则可以检测到缺陷。
图13是关于以横截面图示出的、在该横截面的各个位置包括缺陷的透明物体示出接收系统的配置的示意图。在图中，聚焦透镜系统被省略了。在图13的例子中，缺陷93和94位于玻璃杆90的横截面区域95中，在那里，透射的射线可以被光电检测器91检测，而缺陷92位于可检测的区域95之外。
在实施例中，在检验期间玻璃杆关于其自己的纵轴旋转并且多次扫描，即，至少两次，在物体的一次完全旋转中被记录。旋转允许暂时在图13中可检测横截面区域95之外的缺陷，诸如缺陷92，的检查。
优选地，杆90的旋转以恒定的速度被执行。玻璃杆的旋转优选地在拉伸期间在线进行，例如，通过使用在US2003/0140658中描述的拉伸装置，这允许杆的同时牵引和旋转。在这种优选实施例中，拉伸过程在对离开炉子的拉长物体施加旋转时执行，因为它允许搜索并检测在芯杆关于入射射束的不同角位置的缺陷。例如，旋转是均匀的并且为4至8转/分钟。应当注意的是，通过诸如参考图3描述的检验装置获取扫描所需的时间是大约0.5ms并且因此在拉长期间预制件的典型旋转速度允许在杆的同一横截面平面内多个测量结果的记录(recordal)。
当与强度扫描的获取时间相比时，在拉伸芯预制件的过程中玻璃杆的前进速度通常非常小，使得空穴的具体轴向位置可以被准确地确定。在实施例中，前进速度是15至25cm/min。
当对缺陷的存在的检验被离线执行时，旋转可以在测量期间通过任何已知的手段被施加到杆。
申请人注意到，位于非常靠近物体表面的外围横截面区域中的缺陷常常与表面杂质相关联，这些杂质一般在制造光纤预制件的后续工艺步骤(诸如在外包覆沉积阶段之前芯杆的火抛光)中被除去。因此，表面缺陷，包括位于靠近表面的外围缺陷，一般将不影响光纤的质量。还注意到，在从常见的沉积和固结技术所获得的玻璃预制件中，大部分内部结构缺陷位于中心横截面区域中，因为它们源自芯预制件的轴向孔的不完全或不正确闭合，例如在由PCVD、MCVD或OVD制成的玻璃芯预制件中。
本申请人认识到，通过采用沿两个正交方向对检验平面进行两次读取的方法，由表面杂质造成的光斑可以与来自内部缺陷的光区分开。
图14用图示出了根据实施例的检验装置的接收系统。以横截面来看，玻璃杆138沿两个轴，131和132，被扫描，这两个轴在杆的横截面平面中彼此垂直。玻璃杆用于第一和第二平行扫描射束的相应可检测区域被指示为点线区域133和134。优选地，扫描轴与杆的纵向方向垂直。透射通过玻璃杆的、沿轴131和132的扫描射束由相应的第一和第二光电检测器136和135收集。表面缺陷，诸如137，只在两个可检测区域之一，即，区域134，当中由第二光电检测器被检测。相反，中心缺陷，诸如孔139，位于两个可检测区域中并且因此被两个光电检测器检测。
来自第一和第二光电检测器的信号输出的比较提供关于被检测的缺陷的位置的信息，因为表面缺陷将只由两个光电检测器之一检测，而中心缺陷将在两个扫描曲线的中心亮区中示出或者，如果具有大尺寸，则作为两个扫描曲线中缺失的亮区被示出，其中信号输出被单独处理以便将信号转换成相应的强度扫描曲线。以这种方式，有可能区分中心和外围缺陷，由此最小化可能导致被丢弃的中间产品的更大浪费量的错误。
图15是根据与本公开内容一致的另一实施例、与用于玻璃芯预制件的拉长的拉伸装置相结合的检验装置的图示透视图。与图3相同的标号指示相同或相似的元件。特别地，玻璃芯预制件17被垂直馈送到炉子16中。来自颈缩区域的熔化部分流出炉子16并且在被向下拉伸的时候(沿着利用箭头18指示的拉方向)冷却，从而形成具有特定直径的拉长的玻璃预制件22，即，芯杆。
用于检验玻璃杆22的检验装置100包括第一和第二光源101a和101b，其被配置为发射相应的第一和第二相干光束，指向相应的可旋转扫描仪104a和104b。优选地，由光源发射的第一和第二光束处于可见光谱中的相应波长。更优选地，第一和第二光束的发射波长相同。例如，第一和第二光源都是以630nm发射在可见光谱内的准直射束的HeNe激光设备。
第一和第二可旋转扫描仪接收从相应光源发射的光束并且被配置为产生相应的第一和第二扫描射束108a和108b。第一和第二准直光学系统103a和103b布置成分别接收第一和第二扫描光束108a和108b并且将它们转换成相应的平行扫描射束109a和109b，即，平行射线的扫描射束。第一和第二准直光学系统的相应光轴布置在扫描光束108a和108b的平面内。可旋转扫描仪关于彼此布置成使得第一平行扫描射束109a沿第一入射方向(y轴)被指引并且在第一扫描方向(沿x轴)被扫过。第一入射方向与第二平行扫描射束109b的第二入射方向(x轴)正交，其中第二平行扫描射束109在与第一扫描方向正交的第二扫描方向(沿y轴)被扫过，两个扫描方向构成检验平面。正交的扫描射束在包括芯杆的横截面平面的检验平面的区域内彼此相交。
优选地，检验平面(即，xy平面)与芯杆的纵轴(图15中的z轴)正交，该纵轴在优选实施例中对应于芯杆的前进方向。
在实施例中，准直光学系统103a和103b当中每一个包括光学边缘传感器和一个或多个用于将接收到的光束转换成平行射线的射束的准直透镜。优选地，每个可旋转扫描仪是可旋转镜，被配置为跨足够宽的扫描角β以恒定的角速率dβ/dt旋转，使得被反射射束扫过的区域大于在检验平面内要测量的拉长物体的横截面。
透射通过芯杆的第一和第二扫描射束110a、110b由相应的接收系统收集，其中接收系统包括相应的聚焦光学系统107a、107b，例如收集透镜，每个收集透镜可操作布置成接收透射的扫描射束，即，无干扰的射线和被杆偏转的射线，还包括相应的光电检测器105a、105b，每个光电检测器可操作布置成检测由聚焦光学系统收集的射束。
芯杆22拦截第一和第二平行扫描射束并且接收系统布置在芯杆上关于相应光源的相对侧，在接收透射通过杆的射线的位置。
用于产生第一平行扫描入射射束的部件103a和104a以及用于收集并检测沿第一扫描方向(105a和107a)透射通过拉长物体的扫描射束的接收系统可以放在相应的工作台板102a和106a上。类似地，用于产生第二平行扫描入射射束的部件103b和104b以及用于收集并检测沿第二扫描方向透射通过拉长物体的扫描射束的接收系统可以放在相应的工作台板102b和106b上。
第一和第二光电检测器105a和105b优选地包括用于检测每次扫掠的开始和结束的边缘感测预放大器电子器件，并且每个光电检测器可操作连接到被配置为从光电检测器接收输出信号的信号处理器111。优选地，信号处理器被配置为控制激光设备101a和101b以及可旋转扫描仪104a和104b的操作(在图中用双箭头指示的控制和输出线)。
处理器111被配置为接收从第一光电检测器105a输出的第一电信号和从第二光电检测器105b输出的第二电信号，并且分别从第一和第二电信号生成在第一扫描方向中的第一光强度曲线和在第二扫描方向中的第二光强度曲线。
具有双轴检测并且适合执行与本公开内容一致的方法的商用装置的例子是BetaLaser-MikeAccuscanLD1025XY-S。
第一和第二强度曲线被例如本身已知并且在处理器111中运行的数学软件部件进行比较，以确定是否满足以下条件之一：
(a)在两个扫描曲线中都不存在强度峰值；
(b)包括降低强度区域的强度峰值在两个扫描曲线中都存在；及
(c)正强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线之一当中不存在并且具有降低区域的强度峰值被确定为在第一和第二扫描曲线当中另一个中存在。
如果条件(a)至(c)之一被满足，则物体横截面的内部区域中至少一个结构缺陷，即，位于中心的缺陷，的存在被识别出，然后激活警报。
如果只在两个扫描曲线之一中存在降低区域或者不存在强度峰值(即，只在一个扫描方向中识别出缺陷)，则处理器不继续进行警报的激活。
如果降低区域在两个扫描曲线之一当中存在并且强度峰值在另一个扫描曲线中不存在(即，在两个扫描方向中都识别出缺陷，预期(assumingly)在两个扫描方向中具有不同的尺寸)，则处理器继续激活警报。
优选地，激活警报包括记录(在处理器中或者在连接到处理器的计算机中)物体的在其识别出至少一个位于中心的结构缺陷的存在的横截面沿纵轴的纵向位置。
在一些优选实施例中，从相应光电检测器的输出生成的每个强度曲线在相应的扫描方向从初始扫描边缘到最终扫描边缘作为时间的函数被分析，以确定强度曲线与相应阈值强度值相交的次数，该阈值对于两个强度曲线可以相对于相应的扫描最大值被设定为相同。例如，阈值强度值在相应扫描最大值的20％至80％的范围内被选择，优选地是在从扫描最大值的30％至70％。
该分析输出针对第一强度曲线的第一相交次数和针对第二强度曲线的第二相交次数。阈值的第一相交次数与第二次数进行比较，以确定第一和第二相交次数是否相等。如果第一和第二次数相等，则二或六次相交指示位于中心的结构缺陷的存在，而四次相交指示缺陷的不存在。如果第一次数与第二次数不同，则在一个强度曲线中的次数二或六和在另一强度曲线中的次数四指示表面缺陷的存在。
在许多关心的情况下，位于中心的缺陷位于芯预制件的芯区域中或者与芯区域相邻的环形区域中，该环形区域组成光纤的(一个或多个)内部包覆层。
作为可能的结果，在一个强度曲线中的次数二和在另一强度曲线中的次数六指示主要在一个方向延伸并且因此缺乏轴向对称性的非常大的内部缺陷(例如，大约1mm)的存在。
例如，比较可以通过对第一和第二强度曲线应用组合数学函数来实现，该函数作为结果提供或者0(即，没有中心缺陷)或者1(即，中心缺陷存在)。如果满足以下条件之一，则结果为0：(i)第一和第二次数彼此不相等并且两个次数之一等于四，或者(ii)第一和第二次数彼此相等并且它们的值为四。
如果满足以下条件之一，则结果为1：(iii)第一和第二次数彼此相等并且它们的值为二或六，和(iv)第一相交次数等于2并且第二相交次数等于六。结果1通过激活警报来识别位于中心的缺陷。
虽然在图3和14的优选实施例中考虑垂直拉长过程，其中预制件沿垂直轴被拉长，但是与本公开内容的通用原理一致的方法可以在水平拉长过程中应用，其中预制件通过可水平移动的加热器，例如，安装在托架上的燃烧器，来加热。水平拉长过程的例子在WO2004/018373中给出。
虽然结构的分析优选地是在玻璃芯预制件的拉伸过程中在线执行的，但是根据本公开内容的方法也可以离线执行。例如，在将芯杆切断成多个芯茎线以便为要被拉制成光纤的光纤预制件的生产而进一步处理之前，拉伸的芯杆最终光纤预制件可以被检验缺陷的存在。

Claims (15)

1.一种用于检验杆形透明物体中的缺陷的方法，所述方法包括：
-生成在第一扫描方向扫过检验平面的平行光射线的第一扫描射束(23)；
-将第一扫描射束引导到具有纵轴(11)的杆形透明物体(22)上，所述杆形透明物体被布置为使得检验平面横穿物体的纵轴并且包括物体的横截面；
-在被插入以拦截扫描射束的平行射线的杆形物体的相对侧检测第一扫描光束，由此产生第一电输出信号；
-处理第一电输出信号以产生在第一扫描方向中的第一光强度曲线图，所述光强度曲线图包括由第一阴影边缘和第二阴影边缘(53，54；74，74’)界定的阴影区域，第一阴影边缘和第二阴影边缘之间的宽度指示物体跨检验平面的外直径；
-分析第一光强度曲线图以确定阴影区域内正强度峰值的存在或不存在，峰值源自透射通过物体并被检测的偏转射线，并且如果强度峰值(51；71)被确定为存在，则确定该强度峰值内降低强度区域的存在或不存在，以及
-如果，作为分析的结果，确定阴影区域内的强度峰值不存在，或者如果确定强度峰值存在，确定降低强度区域(72)在所述强度峰值(71)内存在，则识别物体的横截面内至少一个结构缺陷的存在。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别至少一个结构缺陷的存在包括激活警报。
3.如权利要求2所述的方法，其中激活警报包括：
-记录物体的作为有缺陷横截面的横截面沿纵轴的纵向位置，在该横截面处，强度峰值的不存在或者降低区域的存在被肯定地确定。
4.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中杆形透明物体是用于光纤生产的玻璃芯杆。
5.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中降低区域在第一扫描方向中由定义强度峰值内降低区域的宽度(82)的第一降低边缘和第二降低边缘(73，73’)界定，该方法还包括：
-确定降低区域(72)的宽度(82)，
-检索宽度值与结构缺陷的直径之间的相关函数作为校准曲线，以及
-通过使用所述相关函数来计算所述至少一个检测的结构的直径。
6.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中第一强度曲线图具有源自在没有物体插入时被无干扰发送的扫描射束的扫描最大值(52；80)，并且其中：
-分析第一光强度曲线图包括：
-设定小于扫描最大强度值的阈值强度值(70)，以及
-确定强度跨第一阴影边缘和第二阴影边缘(53，54；74，74’)之间的阴影区域是否超过强度阈值，以检查阴影区域内强度峰值的存在或不存在；
-如果第一强度曲线图的强度被确定为跨阴影区域小于阈值，则强度峰值被确定为不存在；
-如果多个强度值跨阴影区域超过阈值，则强度峰值被确定为存在，并且所述分析还包括确定强度峰值是否具有强度值小于强度阈值的区域，以检查降低强度区域的存在或不存在，以及
-如果强度值小于阈值的区域被确定为在强度峰值内存在，则降低强度区域被确定为存在。
7.如权利要求6所述的方法，其中强度阈值是扫描最大强度值的20％至80％。
8.如权利要求1至5中任何一项所述的方法，其中强度曲线图具有源自在没有物体插入时被无干扰发送的扫描射束的扫描最大值(52；80)，并且分析光强度曲线图和分析包括：
-设置小于扫描最大强度值的阈值强度值(47；70)；
-确定在第一扫描方向中光强度曲线图与阈值强度值相交的次数，以及
-从相交次数确定阴影区域内正强度峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定所述强度峰值内降低区域的存在或不存在。
9.如权利要求8所述的方法，其中第一光强度曲线图的范围在第一扫描方向中从初始扫描边缘(56；76)到最终扫描边缘(56’；76’)，并且从相交次数确定强度峰值或峰值内降低区域的存在或不存在包括：
-如果相交次数在第一扫描方向中是二，则阴影区域内的强度峰值被确定为不存在，
-如果相交次数在第一扫描方向中是四，则强度峰值被确定为存在，并且强度峰值内的降低区域被确定为不存在，以及
-如果相交次数在第一扫描方向中是六，则强度峰值和该强度峰值内的降低区域被确定为存在。
10.如前面任何一项权利要求所述的方法，还包括：
-生成在第二扫描方向中扫过平面的平行光射线的第二平行扫描射束；
-将第二扫描射束引导到杆形透明物体上以使得被第二扫描射束扫过的平面对应于检验平面，第二扫描方向与第一扫描方向正交，并且第一平行扫描射束和第二平行扫描射束在检验平面的包括检验平面中物体横截面的区域中彼此相交；
-在被插入以拦截第二扫描射束的平行射线的杆形物体的相对侧检测第二扫描光束，由此产生第二电输出信号；
-处理第二电输出信号以产生第二扫描方向中的第二光强度曲线图，第二光强度曲线图包括由第一和第二阴影边缘界定的阴影区域，第一阴影边缘和第二阴影边缘之间的宽度指示物体跨检验平面的外直径；
-分析阴影区域内的第二光强度曲线图以确定阴影区域内正强度的峰值的存在或不存在，并且如果强度峰值被确定为存在，则确定该强度峰值内降低强度区域的存在或不存在；
-在分析第一光强度曲线图和第二光强度曲线图之后，比较第一强度曲线图与第二强度曲线图，以确定是否(a)强度峰值在第一和强度曲线图中不存在，或者(b)阴影区域内的强度峰值在第一强度曲线图和第二强度曲线图中存在并且降低强度区域在第一强度曲线图和第二强度曲线图中存在，或者(c)正强度峰值被确定为在第一扫描曲线图和第二扫描曲线图之一中不存在并且具有降低区域的强度峰值被确定为在第一扫描曲线图和第二扫描曲线图的另一个中存在；以及
-如果，作为比较的结果，条件(a)至(c)之一被满足，则识别出物体的横截面中至少一个位于中心的结构缺陷的存在。
11.如权利要求10所述的方法，其中：
-第一强度曲线图具有第一扫描最大值，并且第二强度曲线图具有第二扫描最大值，第一扫描最大值和第二扫描最大值源自在相应扫描方向中在没有物体插入时被无干扰发送的相应扫描射束；
-分析第一光强度曲线图包括设定小于第一扫描最大值的第一阈值强度值，并且确定第一扫描方向中第一光强度曲线图与阈值强度值相交的第一次数；
-分析第二光强度曲线图包括设定小于第二扫描最大值的第二阈值强度值，并且确定第二扫描方向中第二光强度曲线图与第二阈值强度值相交的第二次数；
-比较包括比较第一相交次数与第二相交次数以确定第一次数和第二次数是否彼此相等，并且如果第一相交次数和第二相交次数彼此相等，则确定第一次数和第二次数的值是否是二或六，并且如果第一次数不等于第二次数则确定第一相交次数是否等于二并且第二次数是否等于六；以及
-如果，作为确定的结果，第一次数和第二次数彼此相等并且具有值二或六，或者第一次数和第二次数的组合是二和六，则识别物体的横截面中至少一个位于中心的结构缺陷的存在。
12.如前面任何一项权利要求所述的方法，其中所述杆形透明物体是用于光纤制造的玻璃芯杆，并且该方法结合用于拉长玻璃芯预制件的过程执行，所述过程包括：
-提供玻璃芯预制件(17)；
-在炉子(16)中加热玻璃芯预制件，从而软化玻璃芯预制件的下部，以及
-使玻璃芯预制件接受牵引(18)，所述牵引包括沿着前进方向将芯预制件的软化的下端拉出炉子，从而形成作为杆形透明物体的玻璃芯杆，
其中引导第一平行扫描射束是将第一扫描射束引导到玻璃芯杆上，检验平面沿前进方向位于炉子的下游，并且玻璃芯杆相对于检验平面垂直地在前进方向移动。
13.如权利要求12所述的方法，其中接受牵引是在关于玻璃芯杆的纵轴旋转玻璃芯杆的同时执行的。
14.如权利要求13所述的方法，其中检测第一扫描射束是在旋转玻璃芯杆的第一角位置执行的，并且该方法还包括在单个旋转期间在旋转玻璃芯杆的第二角位置重复检测第一扫描射束以产生附加的电输出信号，将所述附加的电输出信号处理成第一扫描方向中附加的光强度曲线图，分析所述附加的光强度曲线图，并且如果，作为分析所述附加的强度曲线图的结果，阴影区域内的强度峰值被确定为不存在，或者如果强度峰值被确定为存在，降低强度区域被确定为在强度峰值内存在，则在第二角位置识别出物体的横截面内至少一个结构缺陷的存在。
15.一种用于拉长用于光纤生产的玻璃预制件的过程，该过程包括：
-提供玻璃芯预制件(17)；
-在炉子(16)中加热玻璃芯预制件，从而软化玻璃芯预制件的下部，以及
-使预制件接受牵引(18)，所述牵引包括沿着前进方向将芯预制件的软化的下端拉出炉子，从而形成拉长的玻璃芯杆，以及
-在炉子下游的检验平面中检验玻璃芯杆的缺陷，
其中检验是根据如权利要求1至11中任何一项所述的方法执行的。
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