CN1381715A - 用于合成光纤基质的喷嘴检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的用于合成光纤基质的喷嘴检测装置能够精确测量用于形成芯的喷嘴和用于形成包层的喷嘴的顶部尺寸。本发明的检测装置具有XY台面、背景照明部分和显微镜。喷嘴放置在XY台面。背景照明部分投影喷嘴顶部的图象,从后部发射光并射向喷嘴。通过管的中空部分的光所投影的图象比通过管壁部分的图象明亮,因此投影喷嘴顶部的截面图象。平面镜部分把该图象反射到显微镜一侧,而且显微镜接收该图象。操作者凝视该显微镜接收的图象以便能够测量喷嘴的尺寸。仅仅通过观察玻璃喷嘴的顶部,不能测量顶部轮廓。通过使用该设备,喷嘴顶部的图象变清晰,使我们能够使用该非接触型装置精确测量喷嘴顶部的尺寸。

Description

用于合成光纤基质的喷嘴检测装置

技术领域

本发明涉及用于合成光纤基质的喷嘴检测装置。

背景技术

图4典型示出光纤基质的制造装置的例子。制造装置1利用汽相轴向附着方法(VAD方法)制造光纤基质11。光纤基质的制造装置1具有反应容器2，反应容器2的内部形成光纤基质的生长室2a。制造装置1还具有用于生长室2a的排气管3、母棒4、用于形成芯的喷嘴5、以及用于形成包层的喷嘴6。

例如，用于形成芯的喷嘴5是直径不同的多管喷嘴。例如，多个管是二氧化硅等制成的玻璃管，而且多管喷嘴形成为多个管的中心轴同心。形成芯的喷嘴5通过把可燃气体、四氯化硅气体和少量气体添加剂诸如四氯化锗等混合形成氢氧焰8。粒子10(二氧化硅)由四氯化硅的火焰水解反应形成。添加剂二氧化锗等的粒子由诸如四氯化锗等的添加气体的火焰水解反应形成。

上述二氧化硅粒子10沉积在母棒4的顶部，而光纤基质的芯部沿着纵向生长。在这种情况下，例如，添加剂诸如二氧化锗的粒子等也与二氧化硅粒子10一起沉积在母棒4的顶部。芯通过在母棒4的顶部沉积添加剂和二氧化硅而生长(形成)。母棒4连接到驱动件上(该装置没有示出)，并通过在旋转母棒4的同时操作所述驱动件逐渐拉出。

形成包层的喷嘴6具有与用于形成芯的喷嘴5类似的结构。喷嘴6在喷嘴5制成的芯周围形成包层。

例如，光纤通过熔结制造，并把光纤基质11形成为玻璃化，进一步把光纤基质11拔丝。

因为光纤基质11中的添加剂的径向分布状态决定光纤的折射率分布，因此该分布状态十分重要。然而，该添加剂的分布状态在由同一制造装置1制造的光纤基质11中基本上相同，但是当制造装置1改变时该分布状态发生变化。因此，由光纤基质11制成的光纤元件不一致。

光纤基质11中的添加剂的分布状态不同的一个原因是对于每个制造装置1，形成芯的喷嘴5的顶部的形状和顶部的尺寸即顶部的直径或厚度不同。

因此采用下述措施把配置在每个制造装置1中的用于形成芯的喷嘴5的顶部尺寸设置成基本上相等。即，检测喷嘴5的顶部尺寸，并根据所述检测结果把尺寸基本上相同的喷嘴5配置在每个制造装置1上。

然而，用于形成芯的喷嘴5由玻璃管制成，在例如外径为大约20mm的四重管时容易破碎。因此，在使用接触型测量仪器诸如卡尺等测量喷嘴5的顶部尺寸时，发生喷嘴5的顶部被测量仪器变形的情况。当形成芯的喷嘴5的顶部变形时，就不能精确测量喷嘴5顶部的尺寸。

提出过一种测量喷嘴5的顶部尺寸的非接触型装置，但是检测装置的精度低。即，对于喷嘴5的顶部尺寸测量所要求的精度必须高于0.02mm，但是所提出的检测装置的最高精度大约为0.02mm。

因此，传统上不能以高精度测量喷嘴5的顶部尺寸，这就是难以保持每个制造装置1中喷嘴5的顶部尺寸一致的原因。

发明内容

本发明中用于合成光纤基质的喷嘴检测装置的一个方面是该装置必须能够非接触地精确检测喷嘴顶部。

本发明的用于合成光纤基质的喷嘴的检测装置包括：

平台，用于放置合成光纤基质的喷嘴；

背景照明部分，用于从后部朝位于喷嘴平台上的喷嘴发射光；以及

图象接收器，用于接收喷嘴顶部的图象，所述图象由背景照明部分发射的光形成。

附图说明

现在将结合附图描述本发明的实施例，其中：

图1是本发明的用于合成光纤基质的喷嘴检测装置的透视图；

图2是图1所示喷嘴检测装置的侧视图；

图3是检测装置的第二实施例的视图；

图4是用于制造光纤基质的装置的视图。

具体实施方式

下面将根据附图具体描述本发明的实施例。图1是用于合成光纤基质的喷嘴的检测装置的透视图。图2是图1所示检测装置的侧视图。

如图1和2所示，检测装置15包括底座(base)16、设置在所述底座16上的XY平台(stage)部分17、背景照明部分18、喷嘴固定件19、喷嘴定位件20、平面镜部分21和显微镜22。

XY平台部分17具有XY台面24(table)、沿着X轴移动的部件25、和沿着Y轴移动的部件26。喷嘴放置在XY台面24上。部件25沿着X轴移动XY台面24，而部件26沿着Y轴移动XY台面24。在第一实施例中，XY平台部分17制成手工沿着X和Y方向移动XY台面24。

如图2所示，XY平台部分17具有用于手工操作部件25的手柄25a和用于手工操作部件26的手柄26a。XY平台部分17还具有刻度尺25b，用于测量XY台面24沿着X轴的位移；以及刻度尺26b，用于显示XY台面24沿着Y轴的位移。

喷嘴固定件19包括固定到XY台面24上的V形槽块27和加压件(presser)28。喷嘴(用于形成芯的喷嘴5、以及用于合成光纤基质的包层的喷嘴6)放置在V形槽块27上。加压件28压在喷嘴5、6的上面，并把该喷嘴固定到V形槽块27上。加压件28把喷嘴5、6固定到XY台面24上。

喷嘴5、6由部件20定位。当部件20上升时，它的上面(20a)接触喷嘴的底部，它推动喷嘴直到所期望的喷嘴位置。如图1和2所示的部件12表示提供气体的支管。支管12连接到喷嘴5、6的后端并提供可燃气体、四氯化硅气体和气体添加剂。

背景照明部分18从后端发射光射向喷嘴5、6。

平面镜部分21通过支座30固定到XY台面24上。该平面镜部分21的位置与喷嘴5、6的顶部相对，二者之间具有间隙。平面镜部分21的表面相对平行于喷嘴5、6的管的轴倾斜。

显微镜22设置在平面镜部分21的上方。该显微镜22作为来自部件18的光所形成的喷嘴5、6的图象的接收器。显微镜22接收被平面镜部分21反射的喷嘴的顶部的图象。

显微镜22安装到支柱31上。支柱31固定到底座16上。显微镜22的光轴与XY台面24基本上彼此垂直。换句话说，显微镜22大体上垂直于喷嘴5、6管的轴。

在第一实施例中，具有相对于支柱31在Z轴方向上(竖直方向)移动显微镜22的移动机构。通过在竖直方向上移动显微镜22能够把喷嘴5、6的顶部的图象调焦。

下面的解释是关于使用上述检测装置15检测喷嘴5、6的顶部的方法。例如，喷嘴5、6放置在V形槽块27的V形槽27a中。喷嘴5、6的下端部分被喷嘴定位件20的面(20a)推至喷嘴的希望位置。然后，通过加压件28把喷嘴5、6固定到XY台面24上。此时，喷嘴5、6的管轴设置成基本上平行于XY台面24。

然后，在光从部件18射向喷嘴5、6的状态下，操作者通过在观察显微镜的同时在竖直方向移动\调节显微镜22可以把图象调焦。

在第一实施例中，如上所述，光从部件18射向喷嘴5、6。该光可以从喷嘴5、6的顶部通过所述喷嘴的管壁(玻璃)的内部发射，但是所述光量大大衰减。因为来自部件18的光在通过喷嘴壁时受到限制，投影到显微镜上的图象变暗。当发射的光通过管内部时，因为事实上它没有被限制，所以投影到显微镜上的图象比被管壁部分投影的图象明亮。因此，投影到显微镜上的图象与管的截面相似。通过调整和聚焦显微镜可以使图象清晰。通过使用部件25和26也可以水平和竖直调整管的位置，直到在显微镜中能够观察到图象的希望位置。

在上述操作之后，根据投影到显微镜上的图象测量喷嘴5、6的顶部的形状和尺寸。根据测量结果检测喷嘴5、6的顶部。

喷嘴5、6具有由玻璃管制成的多管结构，当仅仅观察所述顶部时每个玻璃管的顶部轮廓不清楚。因此，当使用非接触型设备测量每个玻璃管的顶部尺寸时，改进测量精度有困难。与此相反，在第一实施例中，光由背景照射部件18发射，并照射向喷嘴5、6以便能够看到喷嘴5、6的顶部的图象。通过调整所投影的图象的对比度喷嘴顶部的图象的轮廓(边缘)变清楚。因此，喷嘴5、6顶部的形状、和尺寸能够以高精度测量，例如不大于0.01mm。

因此，喷嘴顶部的尺寸(用于形成芯的喷嘴5和用于形成包层的喷嘴6，设置在光纤基质的制造装置中)能够非常精确地统一。因此，光纤基质中添加剂的分布状态的粒子扩散受到限制，因此由光纤基质制造出高质量光纤。

而且，喷嘴5、6是细管，而且易碎。因此，当利用接触型测量装置诸如卡尺等测量喷嘴5、6顶部的尺寸时，担心损坏喷嘴5、6的顶部。与此相反，在第一实施例中，喷嘴5、6的顶部的尺寸使用非接触型测量装置测量，因此能够防止喷嘴5、6变形。

而且，在第一实施例中，设置有喷嘴定位件20。因此，当顺序检测多个喷嘴5、6基质时，这些喷嘴5、6的顶部位置的设置基本上一致确定。因此，即使替换喷嘴5、6时，也不需要调焦显微镜22，仅仅微调焦就足够了。

而且，在第一实施例中，显微镜22设置成显微镜22的光轴基本上垂直于放置在XY台面24上的喷嘴5、6的管轴。因此，在第一实施例中，能够减小检测装置15的长度。

如果该结构是能够向喷嘴5、6发射光的装置，那么就不必包括背景照明部件18。然而，最好通过结合两个或多个面形发光体、环形发光体和点发光体使用背景照明部件18。当通过显微镜22观察时，这些发光体的结合能够进一步提高喷嘴5、6的顶部图象的清晰度。

背景照明部分18也可以构成为发射单色光。背景照明部件18的发射单色光的这一结构可以进一步提高通过显微镜22看时喷嘴5、6的顶部图象的清晰度。因此，这一结构的应用能够高精度测量喷嘴顶部尺寸。

下面将描述第二实施例。第二实施例的特征是具有能够自动测量喷嘴5、6顶部的形状和尺寸的结构。

第二实施例所示的检测装置15具有如图3所示结构，其中向第一实施例添加了一些部件。也就是说，在第二实施例中，检测装置15具有摄象机33、驱动控制部分34、图象处理部分35、计算机部分36、监视器37、平台操作部分38、水平控制器39、竖直控制器40、和摄象机移动控制器41。例如，摄象机33是CCD摄象机。在第二实施例的解释中，第一实施例中的部件使用相同的参考标号表示，因此这里略去这些部件的功能解释。

摄象机33和显微镜22设置在一起，喷嘴5、6的顶部图象从显微镜22接收。当从背景照明部件18发射单色光时，最好通过单色滤光片接收喷嘴5、6的顶部图象。

摄象机33连接到图象处理部分35。图象处理部分35处理从摄象机33传来的喷嘴5、6的顶部的图象数据。例如，图象处理部分35检测喷嘴5、6顶部轮廓。在图象处理部分35中可以使用不同的图象处理技术，因为有许多种图象处理技术，因此本说明书中略去图象处理技术的解释。

例如，部件39(控制装置沿着X轴的移动)、部件40(控制装置沿着Y轴的移动)和摄象机控制器(部件41)与驱动件诸如弹性可控制马达等组合在一起。驱动控制部分34具有表示部件39、40和41接通/断开的输出信号，所述接通和断开是电气控制的。

控制检测装置的操作的程序安装在计算机部分36中。利用该程序，计算机部分36具有能够自动检测喷嘴5、6顶部的结构，通过控制驱动控制部分34和图象处理部分35的操作实现。

例如，在把喷嘴5、6放置在XY台面24上后计算机部分36完成如下操作。即，计算机部分36根据摄象机33接收的喷嘴5、6顶部的图象数据控制驱动控制部分34的操作来操作部件39和40。然后计算机部分36完成操作以便喷嘴5、6的顶部图象设置在摄象机33的视场预定位置。类似地，通过操作摄象机计算机部分36把喷嘴5、6的顶部图象调焦。

然后在上述调焦完成之后，计算机部分36测量喷嘴5、6的顶部尺寸。例如，该测量根据图象处理部分35检测的喷嘴(6)的顶部的轮廓数据进行。因此，能够自动测量喷嘴5、6顶部的尺寸。

监视器37、平台操作部分38诸如操纵杆等、和照明信息输入装置诸如键盘等连接到计算机部分36。例如，计算机部分36具有根据操作者所输入指令在接收器37上显示摄象机33的图象映象的结构。计算机部分36具有在监视器37上显示图象处理部分35处理的喷嘴5、6的顶部数据的结构。而且，例如，当操作者操作平台操作部分38时，通过与上述控制部分相似的控制部分34计算机部分36能够控制XY台面24在X和Y方向的移动。

根据第二实施例，因为设置有能够自动检测喷嘴5、6的端部的结构，因此能够在短时间内有效检测多个喷嘴5、6。而且，因为在第二实施例中设置有与第一实施例类似的结构，能够高精度测量喷嘴5、6顶部的尺寸。

本发明并不限于上述每个实施例，而是可以采用不同实施例模式。例如，在上述每个实施例中，喷嘴定位件20设置在XY台面24上。然而，例如，当在XY台面24上形成有用于显示喷嘴5、6顶部的位置设置时，例如标记等，该喷嘴定位件20可以省去。

而且，在上述每个实施例中，平面镜部分21和支柱31二者都固定，不能移动。然而，也可以使用这样的结构，既我们可以改变平面镜部分21的倾斜度和支柱31相对于底座16的倾斜度。例如，由于存在连接到喷嘴5、6的支管12使喷嘴5、6不能水平设置在XY台面24上时，可以使用该结构。即，通过改变平面镜部分21的倾斜度和支柱31相对于底座16的倾斜度，这一结构能够使得喷嘴5、6顶部的图象可靠到达显微镜22中。

而且，在上述第二实施例中，根据图象处理之后产生的数据自动测量喷嘴5、6顶部的形状和尺寸。然而，例如，图象处理部分35可以设置成直到已经处理喷嘴5、6顶部的轮廓数据检测。在这种情况下，操作者也可以根据图象处理器(部分35)检测的轮廓数据测量喷嘴5、6顶部的形状和尺寸。

而且，在上述每个实施例中，设置有平面镜部分21，喷嘴顶部的图象反射在图象接收部分一侧，显微镜22接收平面镜部分21反射的喷嘴5、6的顶部的图象。然而，平面镜部分21可以略去，显微镜22的图象接收部分等也可以直接接收喷嘴5、6的图象，该图象由背景照明部分18发射的光形成。

Claims (3)

1、一种用于合成光纤基质的喷嘴的检测装置，包括：

喷嘴平台，用于放置合成光纤基质的喷嘴；

背景照明部分，用于从后部朝位于喷嘴平台上的喷嘴发射光；以及

图象接收器部分，用于接收所述喷嘴顶部的图象，所述图象由背景照明部分发射的光形成。

2、根据权利要求1所述的用于合成光纤基质的喷嘴的检测装置，其中平面镜部分设置在与喷嘴的顶部相对的区域，在喷嘴与平面镜之间具有间隙；

平面镜部分设置成相对平行于喷嘴(5，6)的管的轴倾斜，并把喷嘴顶部的图象反射到图象接收部分；以及

图象接收部分接收被所述平面镜反射的喷嘴的顶部的图象。

3、根据权利要求1所述的用于合成光纤基质的喷嘴的检测装置，其中背景照明部分向喷嘴发射单色光；

摄象机设置在图象接收部分；以及

该摄象机通过单色滤光片接收喷嘴顶部的图象。

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