DE19514718C2

DE19514718C2 - Method for measuring a curved surface of an optical waveguide ribbon

Info

Publication number: DE19514718C2
Application number: DE1995114718
Authority: DE
Inventors: Herbert Eigenstetter; Franz Hepp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Corning Research and Development Corp
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2015-04-22
Also published as: DE19514718A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von in einer Richtung gekrümmten Oberflächen, die senkrecht zur Krümmungsrichtung annähernd eben sind. Es werden die Oberflächen von Lichtwellenleiter-(LWL)-Bändern untersucht, wobei die Oberfläche von außen beleuchtet wird.The invention relates to a method for examining in a direction of curved surfaces perpendicular to the Direction of curvature are approximately flat. It will be the Surfaces of fiber optic (LWL) tapes examined, the surface being illuminated from the outside.

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur kontinuierlichen Untersuchung von Lichtleitfasern bekannt, wobei das Licht einer Lichtquelle in die Faser eingekoppelt wird, die in einem Ziehofen hergestellt wird. Zur Erkennung von Fehlern an der Lichtleitfaser wird mittels eines Detek tors erfaßt, wieviel Streulicht im Anschluß an den Ziehofen nach außen tritt.In the prior art devices and methods for continuous examination of optical fibers known the light from a light source being coupled into the fiber which is produced in a drawing furnace. For recognition Errors in the optical fiber are detected by means of a detector tors detects how much stray light after the drawing furnace comes out.

Bei Lichtwellenleiterbändern sind mehrere Einzelfasern in einem breiten Band zusammengefaßt. Hierbei ist die gleichmä ßige Anordnung dieser Bänder nebeneinander und in der Höhe bzw. in der Mitte des Bandes von entscheidender Bedeutung für die Qualität bzw. für die Lichtausbeute. Somit ist die genaue Lage jeder einzelnen Lichtwellenleiter-Faser von wesentlicher Bedeutung und eine diesbezügliche Abweichung während der Fer tigung eines LWL-Bandes sollte schnellstmöglich erkannt wer den.In the case of optical fiber ribbons, several individual fibers are in summarized in a broad volume. Here is the even ß arrangement of these bands side by side and in height or in the middle of the volume crucial for the quality or for the luminous efficacy. So the exact one Location of each individual fiber optic fiber is essential Significance and a related deviation during the Fer A fiber optic tape should be recognized as soon as possible the.

Die bisherige Praxis sieht eine zerstörende Prüfung vor, bei der Stichproben vorgenommen werden. Dies ist eine sehr zeit intensive Meßmethode. Zudem ist die Messung nicht automati sierbar, d. h. nicht in eine Fertigungslinie integrierbar. Ein Fehler innerhalb eines LWL-Bandes wird bei der bisherigen vi suellen Vermessung festgestellt, indem ein LWL-Band aufge schnitten wird und ein Schliffbild des Querschnittes herge stellt wird. The previous practice provides for a destructive test, at of the samples. This is a very time intensive measuring method. In addition, the measurement is not automatic sizable, d. H. cannot be integrated into a production line. On Errors within a fiber optic band is in the previous vi Surveying determined by adding a fiber optic tape is cut and a micrograph of the cross section is posed.

In Hodam, Fritz: Optik in der Längenmeßtechnik, VEB Verlag Technik Berlin, 2. Auflage 1966, Seiten 248 bis 253 ist ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung einer geometrischen Oberflächenstruktur eines Meßobjekts auf optischem Wege beschrieben. Hierbei wird ein scharf begrenztes und streng gerichtetes Strahlenbündel schräg auf eine zu untersuchende Oberfläche gerichtet, so daß eine Grenzlinie des Bündels im Auftreffschnitt eine dem Profil der Oberfläche entsprechende Form annimmt. Damit wird in schräger Richtung ein Spalt auf die zu untersuchende Oberfläche projiziert und mit einem ebenfalls geneigten Mikroskop beobachtet.In Hodam, Fritz: Optik in der Längenmeßtechnik, VEB Verlag Technik Berlin, 2nd edition 1966 , pages 248 to 253, a method for the quantitative determination of a geometric surface structure of a measurement object is described optically. Here, a sharply delimited and strictly directed beam is directed obliquely onto a surface to be examined, so that a boundary line of the beam takes on a shape corresponding to the profile of the surface in the incision cut. A slit is thus projected onto the surface to be examined in an oblique direction and observed with a likewise inclined microscope.

In DE 42 29 349 A1 wird eine Anordnung zur Messung der optischen Güte von spiegelnden und transparenten Materialien und Verfahren zur seiner Durchführung beschrieben. Hierbei ist unter anderem eine Auswerteeinheit installiert, durch die mit einem Detektor mit einer vorgeschalteten Lochblende oder einer CCD-Kamera mit anschließender Bildverarbeitung ein von einem zu untersuchenden Material reflektiertes und/oder gestreutes oder abgelenktes Licht meßbar ist.DE 42 29 349 A1 describes an arrangement for measuring the optical quality of reflective and transparent materials and methods for carrying it out. in this connection Among other things, an evaluation unit is installed through which with a detector with an upstream pinhole or a CCD camera with subsequent image processing one of a material to be examined and / or reflected scattered or deflected light is measurable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gekrümmte Oberfläche eines Lichtwellenleiterbandes derart zu vermessen, daß geringe Höhenunterschiede quer zur Krümmungsrichtung detektierbar sind.The invention has for its object a curved To measure the surface of an optical waveguide ribbon in such a way that small height differences across the direction of curvature are detectable.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An spruches 1 bzw. des Anspruches 2. Vorteilhafte Ausgestaltun gen können den Unteransprüchen entnommen werden.This task is solved by the characteristics of the contractor Proverb 1 or claim 2. Advantageous Ausgestaltun can be found in the subclaims.

In der Erfindung wird die Krümmung der zu vermessenden Ober fläche des zu prüfenden Lichtwellenleiterbandes derart ausge nutzt, daß sämtliche Oberflächenbereiche kontinuierlich oder sukkzessive annähernd tangential beleuchtet werden und das Oberflächenprofil, das im Idealfall eine Gerade darstellt, wird in eine in Beleuchtungsrichtung hinter dem Objekt liegende, ebenfalls tangential angeordnete Kamera abgebildet. Zur Erzeugung einer möglichst kontrastreichen Abbildung in der Kamera wird dieser flache Winkel, der bei der tangen tialen Beleuchtung vorliegt, gewählt, damit das Licht über eine annähernd vollständige Totalreflexion auf der Oberfläche des LWL-Bandes in die Kamera gelangt. Diese Abbildung ist demnach auch bei transparenten Materialien, wie es bei einem LWL-Band der Fall ist, möglich, da durch Interferenz erscheinungen eine kontrastreiche Abbildung erzielbar ist.In the invention, the curvature of the upper to be measured area of the optical fiber tape to be tested out in such a way uses that all surface areas continuously or are successively illuminated almost tangentially and that Surface profile, which ideally represents a straight line, is in a direction of illumination behind the object lying, also tangentially arranged camera shown. To generate the most contrast-rich image in the camera gets this flat angle that at the tangen tial lighting is selected so that the light over an almost complete total reflection on the surface of the fiber optic band in the camera. This picture is therefore also with transparent materials, as is the case with a Fiber optic band is possible because of interference a high-contrast image can be achieved.

Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe geschieht eben falls mit annähernd tangentialer Beleuchtung und annähernd tangentialer Bildaufnahme. Dabei wird in dem Bereich des Scheitelpunktes, der beleuchtet wird, eine sog. Referenz schneide in geringem Abstand über der Oberfläche und quer zur Krümmungsrichtung angeordnet. Durch die seitliche Beleuchtung wird ein Spiegelbild der Referenzschneide auf der zu vermessenden Oberfläche erzeugt. Bei gleichzeitiger Abbildung von Referenzschneide und Spiegelbild in der Kamera wird bei ideal gerader Oberfläche ein Lichtspalt abgebildet, wobei die obere Kante der Referenzschneide entspricht und die untere Kante der Oberfläche des Prüfobjektes. Der Abstand kann di rekt vermessen werden. Durch die Spiegelung an der Oberfläche des Meßobjektes kommt es zu einer Erhöhung der Auflösung um den Faktor 2.Another solution to the task is just happening if with approximately tangential lighting and approximately tangential image acquisition. It is in the area of Vertex, which is illuminated, a so-called reference cut a short distance above the surface and across Arranged direction of curvature. Through the side lighting becomes a reflection of the reference cutting edge on the measuring surface. With simultaneous illustration of reference cutting edge and mirror image in the camera ideally straight surface a light gap is shown, the corresponds to the upper edge of the reference cutting edge and the lower edge Edge of the surface of the test object. The distance can be di be measured directly. Through the reflection on the surface of the test object there is an increase in the resolution the factor 2.

Wird die Version der Erfindung ohne den Einsatz der Referenz schneide gewählt, so ist es vorteilhaft, das Licht durch eine querliegende Schlitzblende, die hinter der Beleuchtungsquelle angeordnet ist, in zur Oberfläche senkrechter Richtung zu pa rallelisieren. Durch den Einsatz dieser Schlitzblende wird der Kontrast in der Abbildung verstärkt.Will the version of the invention without the use of the reference chosen, it is advantageous to cut the light through a Transversal slit diaphragm behind the lighting source is arranged in a direction perpendicular to the surface to pa rallelisieren. By using this slit aperture the contrast in the image is enhanced.

Falls eine annähernd tangentiale Beleuchtung und Bildaufnahme aus Platzgründen nicht erfolgen kann, so ist die Variante der Erfindung vorzuziehen, bei der eine Referenzschneide eingesetzt wird. Dies begründet sich auf die Erzeugung eines Spiegelbildes der Referenzschneide, was auch bei größeren Einstrahlungswinkeln gegeben ist. Notwendig ist jedoch die gleichzeitige Abbildung der Referenzschneide und des Spiegel bildes in der Kamera.If almost tangential lighting and image acquisition cannot take place due to lack of space, so the variant of Preferred invention, in which a reference cutting edge is used. This is based on the generation of one Mirror image of the reference cutting edge, which is also the case with larger ones Irradiation angles are given. However, that is necessary simultaneous imaging of the reference cutting edge and the mirror picture in the camera.

Die Verwendung einer herkömmlichen Kamera erfordert ein Bild auswerte- bzw. Bildverarbeitungsverfahren. In vorteilhafter Weise wird eine sog. CCD-Kamera (Halbleiterkamera) einge setzt. Diese weist wesentliche Vorteile zur örtlichen Auflö sung innerhalb eines Bildes auf.Using a conventional camera requires an image evaluation or image processing methods. In advantageous A so-called CCD camera (semiconductor camera) is inserted puts. This has significant advantages for local resolution resolution within an image.

Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh rungsbeispiele beschrieben.In the following, diagrammatic figures are used described examples.

Fig. 1 und 2 zeigen eine automatische Profilmessung an einem LWL-Band mit dem entsprechenden Monitorbild, Fig. 1 and 2 show an automatic profile measurement on a fiber optic ribbon with the corresponding monitor image,

Fig. 3 und 4 zeigen eine automatische Profilmessung an einem LWL-Band unter Einsatz einer Referenzschneide und das zugehö rige Monitorbild, FIGS. 3 and 4 show an automatic profile measurement on an optical fiber tape using a reference blade and the zugehö membered monitor image,

Fig. 5 zeigt den ungefähren Strahlengang auf der Seite der Abbildungsstrahlen in zwei willkürlichen Ebenen. Fig. 5 shows the approximate beam path on the imaging beam side in two arbitrary planes.

Die Herstellung von LWL-Bändern sieht vor, daß diese über ei ne Rolle mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 100 m/min laufen. Es wird eine optische Abbildung des Oberflä chenprofiles des an dieser Stelle gekrümmten Bändchens auf eine CCD-Kamera bewirkt, wobei zwei Varianten die erfindungs gemäße Aufgabe lösen.The production of fiber optic ribbons provides that these via ei ne roll at a speed of, for example, 100 m / min to run. It will be an optical image of the surface chenprofiles of the ribbon curved at this point A CCD camera causes two variants of the invention solve the appropriate task.

In der Fig. 1 wird ein LWL-Band 1 mit leichter Krümmung dar gestellt. Eine Meßanordnung, bestehend aus einer Lichtquelle 5, einer Schlitzblende 6, einem Objektiv 7 und einer Kamera 8 beleuchtet an einem vorgegebenen Scheitelpunkt das dort vor liegende Oberflächenprofil 2. Die Bewegungsrichtung 4 des LWL-Bandes 1 in der Fertigung wird durch den entsprechend vermerkten Pfeil angedeutet. Durch die tangentiale Beleuch tung und ebenfalls tangentiale Bildaufnahme kann eine Abbil dung des Oberflächenprofiles 2 in die Kamera 8 erzeugt wer den. Der Einsatz einer Schlitzblende 6 ist zur Erhöhung des Kontrastes in der Abbildung vorteilhaft.In Fig. 1, an optical fiber tape 1 with a slight curvature is provided. A measuring arrangement consisting of a light source 5 , a slit diaphragm 6 , a lens 7 and a camera 8 illuminates the surface profile 2 located there at a predetermined vertex. The direction of movement 4 of the fiber optic tape 1 in manufacture is indicated by the arrow noted accordingly. Due to the tangential lighting and also tangential image recording, an image of the surface profile 2 can be generated in the camera 8 . The use of a slit diaphragm 6 is advantageous for increasing the contrast in the figure.

In der Fig. 2 wird ein Beispiel für ein Monitorbild, d. h. für die Abbildung des Oberflächenprofiles 2 gegeben. Das ab gebildete Oberflächenprofil 9 weist keinerlei Überhöhungen auf. Daraus ist zu schließen, daß die LWL-Faser 3 sämtlichst in gewünschter Lage positioniert sind.In FIG. 2, an example of a screen image, that is given for the image of the surface profile 2. The surface profile 9 formed has no peaks. From this it can be concluded that the fiber optic fibers 3 are all positioned in the desired position.

In der Fig. 3 werden die Beleuchtung und die Bildaufnahme eines Scheitelpunktes bzw. eines Oberflächenprofiles 2 unter Zuhilfenahme einer Referenzschneide 10 ebenfalls in annähernd tangentialer Richtung durchgeführt. Eine Schlitzblende 6 ist hier nicht vorgesehen. Die oberhalb des LWL-Bandes 3 in ge ringem Abstand und parallel zu dessen Oberfläche positio nierte Referenzschneide 10 ist so scharfkantig wie möglich und geradlinig ausgebildet. Deren Abbildung in die Kamera 8 kann somit ebenfalls eine Gerade sein. Einerseits kann die Kombination aus Referenzschneide 10 und Oberflächenprofil 2 an der darunterliegenden Stelle des LWL-Bandes 3 als Schlitz blende betrachtet werden. Abgebildet werden in diesem Fall jedoch die Referenzschneide 10 und das an der Oberfläche des LWL-bandes 1 erzeugte Spiegelbild 11 der Referenzschneide 10.In FIG. 3, the illumination and the image recording of a vertex or a surface profile 2 are also carried out in an approximately tangential direction with the aid of a reference cutting edge 10 . A slit diaphragm 6 is not provided here. The above the fiber optic tape 3 in ge small distance and parallel to the surface positio ned reference cutting edge 10 is as sharp as possible and straight. Their image in the camera 8 can thus also be a straight line. On the one hand, the combination of reference cutting edge 10 and surface profile 2 can be considered as a slit aperture at the location of the fiber optic strip 3 below. In this case, however, the reference cutting edge 10 and the mirror image 11 of the reference cutting edge 10 generated on the surface of the optical fiber band 1 are depicted.

Bei fehlerfreiem Oberflächenprofil des LWL-Bandes 3 er scheint, wie in Fig. 4 dargestellt, die Abb. 15 der Re ferenzschneide 10 als konstraststarke Linie oberhalb des er kennbaren Lichtspaltes und das abgebildete Oberflächenprofil 9 des LWL-Bandes 1 an dessen Unterseite. In diesem Fall lie gen ebenfalls keine wesentlichen Fehler in Form von Überhö hungen innerhalb der Oberfläche, insbesondere nicht an diesem Scheitelpunkt vor.With a flawless surface profile of the fiber optic tape 3, it appears, as shown in Fig. 4, the Fig. 15 of the reference edge 10 as a high-contrast line above the visible light gap and the surface profile 9 shown of the fiber optic tape 1 on its underside. In this case there are also no significant errors in the form of elevations within the surface, especially not at this vertex.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus einem LWL-Band 1 darge stellt. Die Oberfläche ist nicht gleichmäßig, sondern zeigt entsprechend dem Oberflächenprofi 2 Überhöhungen. Auf die Darstellung des Beleuchtungsstrahles 12, wie in Fig. 1, ist in Fig. 5 verzichtet worden. Es ist erkennbar, daß die Ab bildungsstrahlen 13, 14 für zwei ausgewählte Ebenen zum einen eine Abb. 15 der Referenzschneide in der Kamera 8 und zum anderen eine Abb. 9 des Oberflächenprofiles 2 in der Kamera 8 bewirken. Durch die hier fehlerhaft vorliegende Überhöhung innerhalb des Oberflächenprofiles 2 ergibt sich das entsprechend ausgebildete, an seiner Oberseite nicht ge radlinige Spiegelbild 11 der Referenzschneide 10. An dieser Stelle ist anzumerken, daß ein erwähnter Scheitelpunkt des LWL-Bandes 1 nicht unbedingt mit dem Oberflächenprofil 2, das gerade abgebildet werden soll, zusammenfällt. In Fig. 5 lie gen Referenzschneide 10 und Spiegelbild 11 nicht übereinan der.In Fig. 5 is a section of a fiber optic tape 1 Darge provides. The surface is not even, but shows 2 peaks according to the surface professional. The illustration of the illumination beam 12 , as in FIG. 1, has been omitted in FIG. 5. It can be seen that the imaging beams 13 , 14 for two selected planes cause an image 15 of the reference cutting edge in the camera 8 and an image 9 of the surface profile 2 in the camera 8 . Due to the incorrect elevation present here within the surface profile 2 , the correspondingly formed, not ge on its upper surface linear mirror image 11 of the reference cutting edge 10 results. At this point it should be noted that a mentioned vertex of the fiber optic tape 1 does not necessarily coincide with the surface profile 2 that is to be imaged. In Fig. 5 lie gene reference edge 10 and mirror image 11 not the one another.

Die Abbildung in der Kamera entspricht bei kleinen Krümmungen des LWL-Bandes 1 näherungsweise dem Bandprofil bzw. dem Ober flächenprofil 2. Aufgrund des Spiegelprinzipes ist es um den Faktor 2 vergrößert. Somit liegt bei Einsatz einer Referenz schneide 10 eine erhöhte Auflösung vor. Optische Verzerrungen bei der Verwendung der in der Abbildung gleichzeitig sichtbaren Referenzschneide 10 als Bezugsgerade können automatisch kompensiert werden. Das Monitorbild eignet sich so wohl für die visuelle Prüfung, als auch zur vollautomatischen Profilmessung in einer Fertigungslinie unter Einsatz eines Bildverarbeitungssystemes. Bei Einsatz eines hochgenauen Bildverarbeitungssystemes besteht die Möglichkeit, den Profilverlauf zur visuellen Beurteilung noch stärker überhöht darzustellen, als dies bei der direkten Visualisierung der optischen Abbildung entsprechend Fig. 5 durch eine Optik möglich ist.The image in the camera corresponds to the curvature of the fiber optic tape 1 approximately the tape profile or the upper surface profile 2 . Due to the mirror principle, it is enlarged by a factor of 2. Thus, when using a reference cutting edge 10, there is an increased resolution. Optical distortions when using the reference cutting edge 10, which is simultaneously visible in the figure, as a reference straight line can be automatically compensated for. The monitor image is suitable for visual inspection as well as for fully automatic profile measurement in a production line using an image processing system. When using a high-precision image processing system, there is the possibility of displaying the profile profile for visual assessment even more exaggerated than is possible with the direct visualization of the optical image according to FIG. 5 by optics.

Die Vermessung eines LWL-Bandes 1 geschieht in der Regel an einem an der statischen Meßeinrichtung vorbeigeführten ge ringfügig gekrümmten Band. Es ist auch denkbar, daß eine ge samte Oberfläche eines gekrümmten Körpers vermessen werden kann, indem jeweils bestimmte Meßfenster festgelegt werden, die sukkzessive abgearbeitet werden.The measurement of a fiber optic tape 1 is usually done on a past the static measuring device ge slightly curved band. It is also conceivable that an entire surface of a curved body can be measured by defining specific measurement windows, which are successively processed.

Claims

1. A method for measuring a surface of an optical waveguide band ( 1 ) which has a uniform curvature in one direction and is approximately flat perpendicular to the curvature, by means of an optical image of a surface profile ( 2 ) in a camera ( 8 ), the lighting and the Image acquisition in the direction of curvature and relative to the surface profile ( 2 ) each opposite and in an approximately tangential direction, so that deviations in the flat surface profile ( 2 ) can be seen.

2. Method for measuring a surface of an optical waveguide ribbon ( 1 ) which has a uniform curvature in one direction and is approximately flat perpendicular to the direction of curvature, by means of simultaneous optical imaging of a reference cutting edge ( 10 ) and a mirror image ( 11 ) of the reference generated on the surface cut ( 10 ) into a camera ( 8 ), the illumination and the image taking in the direction of curvature and relative to the upper surface profile ( 2 ) each opposite and in approximately tangential direction, the reference cutting edge ( 10 ) over the surface profile to be measured ( 2 ) and is arranged transversely to the direction of illumination and in the vicinity of the approximately flat surface so that a mirror image (11) of the reference edge (10) formed on the surface and the Re ference cutters (10) and the mirror image (11) displayed in the camera (8) to detect deviations in the flat surface profile ( 2 ) older.

3. The method according to claim 1, wherein behind the light source ( 5 ) in the illuminating beam ( 12 ) a horizontally disposed slit diaphragm ( 6 ) is arranged so that approximately paralleli-based light is generated.

4. The method according to claim 2, wherein the direction of lighting device and image acquisition while maintaining the simultaneous optical image of the reference cutting edge ( 10 ) and the corresponding mirror image ( 11 ) in the camera ( 8 ) from the relative to the curved surface tangential direction re chen.

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the camera ( 8 ) is a semiconductor camera.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the optical fiber ribbon moves in the direction of curvature.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the image evaluation automatically via an image processing system stem happens.