CN110672303B - 基于环形led照明的光纤端面几何参数测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开公开了基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置，包括：调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统；调节架用于调节光纤夹具位置和角度；光纤夹具用于夹持被测光纤；LED光源为环形结构，采用斜射照明方式，LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，并通过摄像头获得光纤端面图像；数据采集处理系统用于处理光纤端面图像，得到光纤端面的各项几何参数；能够实现对于具有涂覆层的光纤进行检测作用，并适应不同光纤端面结构的检测，整体结构简单紧凑，检测方便高效。

Description

基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置及方法
技术领域
本公开涉及一种基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置及方法。
背景技术
目前，光纤已经广泛应用于通信和传感领域，并且不断有满足特定应用需求的新型结构的光纤研制出来，其几何参数的精确测量对于光纤的制造和应用都具有十分重要的意义。因此，在光纤生产过程中，急需一种能够适应不同光纤端面结构的、自动测量光纤几何参数的装置。
现有的光纤端面几何参数测量装置大都是使用灰度成像法，将透射照明光源发出的光耦合注入被测光纤的一端，在光纤的另一端使用显微系统对光纤端面进行放大，由摄像头接收成像，然后进行数据处理计算几何参数。必要时，还使用同轴照明光源对光纤包层进行照明，以增强图像的对比度。
如图2所示，现有装置的光路结构较为复杂，测试过程中需要对约2m长被测光纤的两端分别进行切割处理，通过光耦合装置将透射照明光源发出的光耦合注入被测光纤，在被测光纤的另一端调节三维调节架，使得被测光纤端面清晰成像在摄像头的视野中央，然后由数据采集处理系统计算被测光纤的几何参数值。整个测试操作过程较为繁琐，而且最大的缺点在于测量与纤芯和包层相关参数的同时，无法对涂覆层参数进行测量，因为使用常规的光纤切割刀对光纤端面进行切割处理时，需要把光纤的涂覆层剥除。如果要测量光纤的涂覆层参数，就需要使用专用的光纤切割刀，带涂覆层对光纤端面进行切割处理，无形中增加了测试成本。而且，无法在一次测试过程中得到被测光纤的所有几何参数，测试效率较低。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置。本公开采用如下技术方案：
基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置，包括：调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统；调节架用于调节光纤夹具位置和角度；光纤夹具用于夹持被测光纤；
LED光源为环形结构，采用斜射照明方式，LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，并通过摄像头获得光纤端面图像；
数据采集处理系统用于处理光纤端面图像，得到光纤端面的各项几何参数。
进一步的，所述被测光纤具有涂覆层和包层，所述包层的端面距离涂覆层的端面设定距离；检测时，被测光纤处于LED光源环形结构内部。
进一步的，所述调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统从左向右依次设置，并处于同一轴线。
进一步的，所述调节架为五维调节架，用于调节光纤夹具X、Y、Z方向的位置和俯仰角度。
进一步的，所述LED光源的灯珠的照射角度可调。
进一步的，LED光源设置一个光强控制旋钮，用以调节照明亮度。
进一步的，所述显微系统采用不同倍率的物镜和目镜组合，或，所述显微系统采用可变焦镜头，显微系统放大倍数可以在一定范围内进行调节，以满足不同直径光纤的测试需求。
进一步的，所述数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取、曲线拟合等一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。
进一步的，所述光纤端面的各项几何参数包括:纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度和涂覆层直径。
本公开还提供了基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置的使用方法，首先打开环形LED光源，调节LED灯珠的照射角度和环形LED光源与显微系统之间的相对位置，使得环形LED光源发出的光不直接进入显微系统；
将被测光纤一个端面的涂覆层剥除，进行清洁处理；
在距离光纤涂覆层设定长度的位置，利用光纤切割刀刀头对被测光纤进行切割处理；然后，将被测光纤装入光纤夹具夹紧固定，放置在五维调节架上；
环形LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，摄像头形成被测光纤端面图像；
调节环形LED光源的光强控制旋钮，使得被测光纤端面图像具有较高的对比度；
调节五维调节架的X、Y方向旋钮以及俯仰旋钮，使得被测光纤端面位于摄像头视野的中央；
调节Z方向旋钮，使得被测光纤端面位于显微系统的焦平面上，此时摄像头将采集到光纤包层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；
沿同一方向继续调节Z方向旋钮，光纤包层及其内部结构的图像由于失焦而消失，摄像头将采集到光纤涂覆层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；
数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取和曲线拟合等一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
1、本公开通过采用环形LED光源斜射照明进行暗场成像，利用环形的光源，并斜射照明到涂覆层表面，通过光散射形成外围光圈，能够实现对于具有涂覆层的光纤进行检测作用，并适应不同光纤端面结构的检测。且，利用环形LED光源的灯珠角度调节和照射光强调整，能够增强光纤端面图像的对比度，有利于摄像头精确采集涂覆层和光纤端面结构的散射光信息，并通过数据采集处理系统分析出包括光纤涂覆层直径在内的各项几何参数。
2、本公开所需被测光纤的长度较短，由于环形光照采集散射光的设置，仅需对被测光纤的一个端面进行处理和测量，即可得到包括光纤涂覆层直径在内的各项几何参数，简化了传统的操作过程。
3、本公开测量装置光路采用共轴设计，使得整体结构简单紧凑，检测方便高效。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开的基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置示意图；
图2为现有技术的光纤端面几何参数测量装置示意图；
图3为本公开的光纤端面切割处理示意图；
图4为本公开实施例1中摄像头采集到的背景图像；
图5为本公开实施例1中摄像头采集到的包层及其内部结构图像；
图6为本公开实施例1中摄像头采集到的涂覆层及其内部结构图像；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
实施例1
本发明提供的基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置包括：五维调节架及光纤夹具、环形LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统。光纤夹具用于将被测光纤夹紧后放置在五维调节架上，五维调节架可对光纤夹具在X、Y、Z方向的位置和俯仰角度进行调节。
环形LED光源采取斜射照明方式，LED灯珠的照射角度可以调节。同时，环形LED光源设置一个光强控制旋钮，用以调节照明亮度。
显微系统采用不同倍率的物镜和目镜组合，放大倍数可以在一定范围内进行调节，以满足不同直径光纤的测试需求。摄像头采用CCD或CMOS相机。数据采集处理系统对光纤端面图像进行采集和处理，计算得到光纤端面的各项几何参数。
打开环形LED光源，调节LED灯珠的照射角度和环形LED光源与显微系统之间的相对位置，使得环形LED光源发出的光不直接进入显微系统，此时摄像头所成图像为黑色。对被测光纤的一个端面进行切割处理后，装入光纤夹具夹紧固定，然后放置在五维调节架上。环形LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，此时在原先摄像头所成的黑色图像背景上形成一个明亮的被测光纤端面图像。调节环形LED光源的光强控制旋钮，使得被测光纤端面图像具有较高的对比度。调节五维调节架的X、Y方向旋钮以及俯仰旋钮，使得被测光纤端面位于摄像头视野的中央。调节Z方向旋钮，使得被测光纤端面位于显微系统的焦平面上，此时被测光纤端面所成图像的清晰度最高。数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取、曲线拟合等一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数，包括纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度，以及涂覆层直径等。
本公开通过采用环形LED光源斜射照明进行暗场成像，利用环形的光源，并斜射照明到涂覆层表面，通过光散射形成外围光圈，能够实现对于具有涂覆层的光纤进行检测作用，并适应不同光纤端面结构的检测。且，利用环形LED光源的灯珠角度调节和照射光强调整，能够增强光纤端面图像的对比度，有利于摄像头精确采集涂覆层和光纤端面结构的散射光信息，并通过数据采集处理系统分析出包括光纤涂覆层直径在内的各项几何参数。
所需被测光纤的长度较短，由于环形光照采集散射光的设置，仅需对光纤的一个端面进行处理和测量，即可得到包括光纤涂覆层直径在内的各项几何参数，简化了传统的操作过程。测量装置光路采用共轴设计，使得整体结构简单紧凑，检测方便高效。
实施例2：
本公开提供的一种基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置包括：调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统；调节架用于调节光纤夹具位置和角度；光纤夹具用于夹持被测光纤；LED光源为环形结构，采用斜射照明方式，LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，并通过摄像头获得光纤端面图像；数据采集处理系统用于处理光纤端面图像，得到光纤端面的各项几何参数。
被测光纤具有涂覆层，LED光源的灯珠的照射高度和角度均可调，由于LED光源为环形的设置，灯珠高度调节可以扩大光照通过光纤散射的散射角的调节范围，与角度调节配合作用，能够适用于不同形状的光纤聚焦。LED光源设置一个光强控制旋钮，用以调节照明亮度。所述显微系统采用可变焦镜头，放大倍数可以在一定范围内进行调节，以满足不同直径光纤的测试需求。
所述数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取、曲线拟合等一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。所述光纤端面的各项几何参数包括:纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度和涂覆层直径。
首先打开环形LED光源，调节LED灯珠的照射角度和环形LED光源与显微系统之间的相对位置，使得环形LED光源发出的光不直接进入显微系统；将被测光纤一个端面的涂覆层剥除，进行清洁处理后，在光纤涂覆层距离光纤切割刀刀头大约1mm的位置处对光纤进行切割处理，然后装入光纤夹具夹紧固定，放置在五维调节架上；环形LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，摄像头形成被测光纤端面图像；调节环形LED光源的光强控制旋钮，使得被测光纤端面图像具有较高的对比度；调节五维调节架的X、Y方向旋钮以及俯仰旋钮，使得被测光纤端面位于摄像头视野的中央；调节Z方向旋钮，使得被测光纤端面位于显微系统的焦平面上，此时摄像头将采集到光纤包层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；沿同一方向继续调节Z方向旋钮，光纤包层及其内部结构的图像由于失焦而消失，摄像头将采集到光纤涂覆层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取和曲线拟合等一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于，包括：调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统；调节架用于调节光纤夹具位置和角度；光纤夹具用于夹持被测光纤；
LED光源为环形结构，采用斜射照明方式，LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，并通过摄像头获得光纤端面图像；
数据采集处理系统用于处理光纤端面图像，得到光纤端面的各项几何参数；
所述光纤端面的各项几何参数包括:纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯/包层同心度和涂覆层直径。
2.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于，所述被测光纤具有涂覆层；检测时，被测光纤处于LED光源环形结构内部。
3.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于，所述调节架、光纤夹具、LED光源、显微系统、摄像头和数据采集处理系统从左向右依次设置，并处于同一轴线。
4.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于,所述调节架为五维调节架，用于调节光纤夹具X、Y、Z方向的位置和俯仰角度。
5.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于,所述LED光源的灯珠的照射角度可调。
6.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于,LED光源设置一个光强控制旋钮，用以调节照明亮度。
7.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于,所述显微系统采用不同倍率的物镜和目镜组合，或，所述显微系统采用可变焦镜头。
8.如权利要求1所述的光纤端面几何参数测量装置，其特征在于,所述数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取和曲线拟合一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。
9.基于环形LED照明的光纤端面几何参数测量装置的使用方法，其特征在于,
打开环形LED光源，调节LED灯珠的照射角度和环形LED光源与显微系统之间的相对位置，使得环形LED光源发出的光不直接进入显微系统；
将被测光纤一个端面的涂覆层剥除，进行清洁处理；
在距离光纤涂覆层设定长度的位置，利用光纤切割刀刀头对被测光纤进行切割处理；然后，将被测光纤装入光纤夹具夹紧固定，放置在五维调节架上；
环形LED光源发出的光经被测光纤散射后进入显微系统，摄像头形成测光纤端面图像；
调节环形LED光源的光强控制旋钮，使得被测光纤端面图像具有较高的对比度；
调节五维调节架的X、Y方向旋钮以及俯仰旋钮，使得被测光纤端面位于摄像头视野的中央；
调节Z方向旋钮，使得被测光纤端面位于显微系统的焦平面上，此时摄像头将采集到光纤包层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；
沿同一方向继续调节Z方向旋钮，光纤包层及其内部结构的图像由于失焦而消失，摄像头将采集到光纤涂覆层及其内部结构的图像，微调Z方向旋钮，使得所成图像的清晰度最高；
数据采集处理系统采集被测光纤端面图像，依次经过灰度处理、滤除噪声、边缘提取和曲线拟合一系列图像处理操作后，得到被测光纤端面的各项几何参数。
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