CN114136241B

CN114136241B - 一种光纤预制棒偏心度测量方法

Info

Publication number: CN114136241B
Application number: CN202111451447.7A
Authority: CN
Inventors: 姚建南; 费胜; 樊鉴乐; 沈厚谊; 陈建军
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2024-04-19
Anticipated expiration: 2041-12-01
Also published as: CN114136241A

Abstract

本发明涉及一种光纤预制棒偏心度测量方法，利用检测相机在横向四个确定位置点上对光纤预制棒的相应边界进行拍摄，继而经过图像处理获取四张图像中相应边界与检测相机的视野边界之间的距离，利用前述距离值求取偏差距离，相比于现有技术而言，由于检测相机只需要在确定位置点拍摄边界图像，使得本发明可以用于任意大尺寸的光纤预制棒，并且相机移动过程中的传递误差彼此消除，克服了现有技术误差累加的缺陷；另外，通过对设置在主动轮和从动轮上的充气胎设置不同的胎压，使得光线预制棒首先无刚性碰撞地稳定承载于滚轮支架上，确保后续测量过程中光纤预制棒的边界的横向变动仅为偏心距离，从而提高了测量精度。

Description

一种光纤预制棒偏心度测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其为一种光纤预制棒偏心度测量方法。

背景技术

光纤预制棒是可以用来拉制光纤的材料预制件，其理想状态应该是呈均匀的圆柱体，实际由于在喷涂制造工艺中的喷涂不均匀性导致棒体的局部产生不同的偏心值，这种偏心值会影响后续的光纤制造工艺，因此需要对其进行检测；现有测量技术包括激光测量技术以及图像检测技术，激光测量技术的实施成本较高并且对大尺寸光纤预制棒的适应性较差；而现有图像检测技术如专利申请号为“201210378620.X”中国发明专利，将光纤预制棒置于背光源下拍照，通过图像处理技术计算光纤预制棒的芯棒边界与外包层边界之间的距离以进一步获取偏心值。如前所述，该技术拟解决的技术问题是如何测量光纤预制棒的偏心值，而托架的结构设置却是忽略光纤预制棒的偏心值的，具体而言，光纤预制棒被放置在托架的滚轮上，滚轮转动过程时，与光纤预制棒的外沿相接触的部分横截面本身就不是一个规则圆，因此导致光纤预制棒的轴线产生横向的或者纵向的颠簸，从而影响通过图像拍摄计算得出的偏心结果。

另外，测量过程中，相机的位置定位精度对于图片所反映的芯棒边界与外包层边界有不可避免的影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种测量精度高的光纤预制棒偏心度测量方法，具体由以下技术方案实现：

一种光纤预制棒偏心度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将光纤预制棒放置在托架上：该托架具有两个端部支架以及至少两个滚轮支架，端部支架位于托架的纵向两端，并且端部支架中部设置有开口向上的定位槽；所述滚轮支架上具有一主动轮、与主动轮相对的一从动轮；主动轮、从动轮都具有充气胎，充气胎处于高压状态时，光纤预制棒放置在滚轮支架上，光纤预制棒的两端位于所述定位槽的上方；对充气胎泄压，使得光纤预制棒水平下降，从而光纤预制棒的两端落于定位槽中，充气胎停止泄压；

2）检测相机沿光纤预制棒纵向移动至一纵向点位，而后横向移动至与光纤预制棒的外包层一侧边界相对应的第一横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动至芯棒与外包层的边界相对应的第二横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动检测相机至芯棒与外包层的另一侧边界相对应的第三横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动检测相机至外包层的另一侧边界相对应的第四横向点位，拍摄包含该边界的图像；

3）对四张图像进行计算处理，计算每张图片中光纤预制棒的相应边界与检测相机的视野边界之间的距离为X1、X2、X3、X4；

4）结合第一横向点位、第二横向点位、第三横向点位、第四横向点位的横向移动距离以及X1、X2、X3、X4的数值计算出该纵向点位上外包层在芯棒一侧的厚度与外包层在芯棒另一侧的厚度之差的绝对值，即为该纵向点位的偏心距离；

5）沿纵向移动至若干个纵向点位，在每个纵向点位重复步骤2）—4）；

6）主动轮转动，驱动光纤预制棒转动90度，重复步骤2）—5）。

所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其进一步设计在于，步骤2）中，光纤预制棒的外包层设计外径为A，芯棒的直径为B，检测相机位于光纤预制棒中轴线上方时距离检测相机的横向原点的距离为L；则第一横向点位、第二横向点位、第三横向点位、第四横向点位距离原点的距离分别为a=L-A/2、b=L- B/2、c=L+ B/2、d=L+ A/2。

所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其进一步设计在于，步骤4）中偏心距离为∣X₂＋X₃－X₁－X₄∣。

所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其进一步设计在于，步骤2）中，托架侧边部设置有若干点光源，检测相机水平侧固定设置有校验相机，校验相机正下方设置有投影板，检测相机横向移动时至某横向点位时，校验相机拍摄点光源在投影板上形成的光斑。

本发明的有益效果在于：

本发明利用检测相机在四个确定位置点上对光纤预制棒的相应边界进行拍摄，继而经过图像处理获取四张图像中相应边界与检测相机的视野边界之间的距离，利用前述距离值求取偏差距离，相比于现有技术而言，由于检测相机只需要在确定位置点拍摄边界图像，使得本发明可以用于任意大尺寸的光纤预制棒，并且相机移动过程中的传递误差彼此消除，克服了现有技术误差累加的缺陷；另外，通过对设置在主动轮和从动轮上的充气胎设置不同的胎压，使得光线预制棒首先无刚性碰撞地稳定承载于滚轮支架上，而后充气胎泄压使得光纤预制棒的部分重力承载于定位槽中，利用自重对光纤预制棒的轴心进行定位，避免光纤预制棒的外径变动引起芯轴发生横向或者竖向移动，确保后续测量过程中光纤预制棒的边界的横向变动仅为偏心距离，从而提高了测量精度；于此同时，泄压后的充气胎与存在偏心度的光纤预制棒外表面可以保持充分接触，确保足够的静摩擦力驱动光纤预制棒转动，避免出现由于硬质的滚轮与不均匀的外壁之间出现打滑等不利现象；利用校验相机对设置于托架侧的点光源的投影图像进行采集，结合投影图像的光斑圆心位置、光斑形变、光斑直径大小来确定平行部检测相机的位置误差，从而对平行部检测相机的位置进行调整或者有利于相机标定继而对检测结果进行修正。

附图说明

图1是本发明实施例的检测量示意图。

图2是本发明采用的检测装置的侧面结构示意图。

图3是检测装置的俯视结构示意图。

图4是校验相机与投影板结构示意图。

图5是托架的整体结构示意图。

图6是端头支架的侧面结构示意图。

图7是端头支架的俯视结构示意图。

图8是充气胎高压、低压两个状态使得光纤预制棒的芯轴发生竖向位移的状态示意图。

实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本实用新型进行进一步说明：

首先对本发明的所采用的测量装置进行介绍，如图2-3所示，所述的光纤预制棒3包括芯棒以及包裹在芯棒上的外包层；外包层两端为锥部，外包层中部为连接两个锥部的平行部；所述图像采集装置包括托架1以及检测机构，所述托架设置有用于水平放置待检测的光纤预制棒的滚轮支架，所述检测基座22设置于托架的一侧，如图5所示，托架1包括支撑架11、两个滚轮支架12以及两个端头支架13，两个滚轮支架沿支撑架的纵向固定设置在支撑架上，一滚轮支架上对称并且可转动地设置有一主动轮121与一从动轮122；的主动轮、从动轮均包括轮圈以及设置在轮圈上的充气胎123；结合图6-7，两个端头支架3分别设置在支撑架的两端部，端头支架上均设置有定位槽131；如图8所示，充气胎处于高压状态时，外径增大，吊装光纤预制棒置于两个滚轮支架的主动轮与从动轮上，光纤预制棒的两端位于定位槽的槽底上方；充气胎在泄压至低压状态时，外径减小，光纤预制棒下降直至其两端水平搁置在定位槽131中。

检测机构2包括检测基座22、纵向滑板23、检测竖臂24、锥部光源25、锥部检测相机26、平行部光源以及平行部检测相机28；检测基座22上纵向设置有与所述光纤预制棒平行的纵向滑轨221，所述纵向滑板在纵向驱动机构的连接下可纵向滑动地设置在纵向滑轨上；所述纵向滑板23上设置有横向滑轨231，所述检测竖臂竖向设置在纵向滑板上并且检测竖臂的下端在横向驱动机构的连接下可横向滑动地设置在所述横向滑轨内；所述检测竖臂24的下部近托架一侧旁接有第一悬臂241，所述锥部光源、平行部光源设置在第一悬臂上；所述检测竖臂的上部设置有竖向滑轨，竖向滑轨内可竖向滑动地设置有第二悬臂242，所述锥部检测相机、平行部检测相机设置在第二悬臂上，并且锥部检测相机、平行部检测相机与锥部光源、平行部光源相对；所述锥部光源25与锥部检测相机26之间设置有固定连接于检测竖臂的成像板210。

实施例在应用时，首先对充气胎充气，充气胎膨胀使得上边沿高于端头支架上定位槽的槽底，吊装光纤预制棒，将光纤预制棒水平放置在两个滚轮支架的主动轮和从动轮上，此时充气胎受压发生轻微下沉并且光纤预制棒的两端位于定位槽的槽底上方；对主动轮、从动轮上的四个充气胎缓慢泄压，使得光纤预制棒下降，光纤预制棒的两端触及定位槽的槽底，由于下降过程光纤预制棒的姿态可能不是水平的，根据光纤预制棒的姿态逐个调整四个充气胎的气压，直至光纤预制棒的两端分别与定位槽的槽底线接触，从而使得光纤预制棒的轴心保持水平；此后检测机构携带背光源以及相机对光纤预制棒进行拍摄，形成反映芯棒与外包层之间的边界、以及反应外包层的外边界的图像，在拍摄了足够的点位后；主动轮转动驱使光纤预制棒转动九十度，在此过程中，由于充气胎处于低压状态，充气胎的外壁与光纤预制棒的外壁充分贴合，确保足够的静摩擦力驱使光纤预制棒稳定转动；检测机构继续对光纤预制棒进行前述的图像采集工作，最后根据所采集的图像计算出光纤预制棒各部的偏心度。

具体而言，检测机构的作业方式如下：移动检测竖臂使得锥部光源以及锥部检测相机与外包层的锥部相对，首先锥部光源在外包层的锥部打背光，锥部的影像投射在成像板210上，锥部检测相机对成像板上的影像进行拍摄获得反应锥部数据的照片；此时平行部光源以及平行部检测相机与光纤预制棒的平行部相对，横向移动检测竖臂，平行部光源以及平行部检测相机依次处于外包部两个外边界处、外包部与芯棒之间的两个边界处相对应的共计四个确定点位，并且在每个点位拍摄包含反映外包部两个外边界、外包部与芯棒之间的两个边界的四张照片，利用每张照片中外包部外边界与相机视野边界的距离，或者外包部与芯棒之间的边界与相机视野边界的距离计算检测竖臂此时相应光纤预制棒的的偏心值；而后纵向移动检测竖臂，移动距离为锥部检测相机与平行部检测相机之间的距离，利用平行部检测相机对新的纵向检测点位上的四个横向点位进行拍摄时，锥部检测相机对平行部检测相机在前一纵向点位上的四个横向点位进行拍摄，形成验证数据。

完整的检测流程如下：

1、对滚轮支架上的两对主动轮、从动轮的充气胎充气膨胀到高压状态，将光纤预制棒放置在两对主动轮、从动轮上，光纤预制棒的两端位于定位槽的上方；对充气胎缓慢泄压，使得光纤预制棒下降直至两端水平搁置在定位槽中；2、移动平行部检测相机以及锥部检测相机移动到托轮的中轴线（即光纤预制棒的中轴线）上；此时，光栅尺感应到相机的位置距离0初始位置为L，如图1所示;3、光纤预制棒的标准直径为A，芯层标准直径为B；控制相机回到初始位置，再分别沿y轴移动a=L-A/2、b=L- B/2、c=L+ B/2、d=L+ A/2，对光纤预制棒的外包层外边界、外包层与芯棒之间边界各拍摄一张图像；4、通过图像处理技术从拍摄的四幅图像中计算出每张图片中相应的边界与平行部检测相机的视野边界的距离；依次得到四张图像对应的距离值X₁、X₂、X₃、X₄；计算该部分偏心量为：∣X₂＋X₃－X₁－X₄∣； 5、沿x轴移动相机，在一根预制棒上取10个节点，重复2-4；6、控制托轮将棒体翻转90°，重复上述步骤2-5。

定位槽中可拆卸地设置有端头套筒25，端头套筒内置有若干轴承（图中未画出）。利用可拆卸的端头套筒25连接在光纤预制棒的两端，在实现轴心定位的同时，便于测量过程转动光纤预制棒。

端头支架上设置有与定位槽相对应的扣合件132，扣合件扣合于端头套筒以限制端头套筒径向脱离定位槽。

定位槽的槽底远滚轮支架一侧设置有压力传感器133。在两个定位槽中的压力传感器133都检测到相应的压力时，可以确定此时光纤预制棒的轴心处于水平状态。

主动轮121连接有驱动机构。从动轮的转轴连接一编码器（图中未画出），该编码器用于测量从动轮的转动角度。

由于本实施例所涉及检测方法是基于平行部检测相机每次横向定位后光纤预制棒上的两种边界图像与相机视野边界的距离，因此利用检测竖臂对平行部检测相机的定位精度比较重要，而控制平行部检测相机的三轴系统容易出现控制误差，基于此，在所述托架的近检测基座一侧固定设置有若干点光源211，所述检测竖臂还设置有校验相机212以及投影板213，如图4所示，所述校验相机固定连接于所述平行部检测相机的一侧，所述投影板位于校验相机的下方并且高于所述点光源；所述平行部检测相机移动至确定的检测位置时，所述点光源在所述投影板上形成圆心位置确定并且半径确定的光斑。在平行部检测相机的竖向位置或者横向位置出现偏差，设置平行部检测相机出现倾斜角度时，点光源在投影板上的光斑的中心位置、形状、内径等都可能出现变化值，利用这种变化值对平行部检测相机的位置进行调整或者对拍摄结果进行修正，以提高检测的精准度。其中，所述投影板为矩形或者正方形或者圆形。

所述检测基座上设置有笼罩所述纵向滑轨的风琴护罩，用以防止灰尘进入纵向滑轨而增大传动误差，从而避免引起平行部检测相机的检测点位偏差。

当然地，如在先技术所公开的那样，所述锥部光源、平行部光源加载有偏振片。

Claims

1.一种光纤预制棒偏心度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将光纤预制棒放置在托架上：该托架具有两个端部支架以及至少两个滚轮支架，端部支架位于托架的纵向两端，并且端部支架中部设置有开口向上的定位槽；所述滚轮支架上具有一主动轮、与主动轮相对的一从动轮；主动轮、从动轮都具有充气胎，充气胎处于高压状态时，光纤预制棒放置在滚轮支架上，光纤预制棒的两端位于所述定位槽的上方；对充气胎泄压，使得光纤预制棒水平下降，从而光纤预制棒的两端落于定位槽中，充气胎停止泄压；

2)检测相机沿光纤预制棒纵向移动至一纵向点位，而后横向移动至与光纤预制棒的外包层一侧边界相对应的第一横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动至芯棒与外包层的边界相对应的第二横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动检测相机至芯棒与外包层的另一侧边界相对应的第三横向点位，拍摄包含该边界的图像；横向移动检测相机至外包层的另一侧边界相对应的第四横向点位，拍摄包含该边界的图像；

3)对四张图像进行计算处理，计算每张图片中光纤预制棒的相应边界与检测相机的视野边界之间的距离为X₁、X₂、X₃、X₄；

4)结合第一横向点位、第二横向点位、第三横向点位、第四横向点位的横向移动距离以及X₁、X₂、X₃、X₄的数值计算出该纵向点位上外包层在芯棒一侧的厚度与外包层在芯棒另一侧的厚度之差的绝对值，即为该纵向点位的偏心距离；

5)沿纵向移动至若干个纵向点位，在每个纵向点位重复步骤2）—4）；

6)主动轮转动，驱动光纤预制棒转动90度，重复步骤2）—5）。

2. 根据权利要求1所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其特征在于，步骤2）中，光纤预制棒的外包层设计外径为A，芯棒的直径为B，检测相机位于光纤预制棒中轴线上方时距离检测相机的横向原点的距离为L；则第一横向点位、第二横向点位、第三横向点位、第四横向点位距离原点的距离分别为a=L-A/2、b=L- B/2、c=L+ B/2、d=L+ A/2。

3.根据权利要求2所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其特征在于，步骤4）中偏心距离为∣X₂＋X₃－X₁－X₄∣。

4.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒偏心度测量方法，其特征在于，步骤2）中，托架侧边部设置有若干点光源，检测相机水平侧固定设置有校验相机，校验相机正下方设置有投影板，检测相机横向移动时至某横向点位时，校验相机拍摄点光源在投影板上形成的光斑。