JP2000131255A - 材料中の瑕疵検出方法及びその装置 - Google Patents

材料中の瑕疵検出方法及びその装置

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JP2000131255A
JP2000131255A JP10300927A JP30092798A JP2000131255A JP 2000131255 A JP2000131255 A JP 2000131255A JP 10300927 A JP10300927 A JP 10300927A JP 30092798 A JP30092798 A JP 30092798A JP 2000131255 A JP2000131255 A JP 2000131255A
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JP
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temperature distribution
optical fiber
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flaw
temperature
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JP10300927A
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Kenji Kawase
賢司 川瀬
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異物や気泡等の瑕疵が定量的に検出できる材
料中の瑕疵検出方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 被検査材料1を加熱して温度分布を生じ
させ、この温度分布を被検査材料1からの放射エネルギ
により測定し、測定された温度分布の勾配から被検査材
料中の瑕疵4を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ又は光
ファイバ母材等の光学材料に含まれる異物や気泡等の瑕
疵を検出する方法及びその装置に係り、特に、異物や気
泡等の瑕疵が定量的に検出できる材料中の瑕疵検出方法
及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ中に異物や気泡が存在する
と、光ファイバの外径異常や断線の発生などの物理的な
不具合を生じると共に、信号光の散乱による伝送損失の
増加などの光学的な不具合を生じる。従って、このよう
な異物や気泡が存在する光ファイバ又はその光ファイバ
の製造に供する光ファイバ母材は、光ファイバの製造に
供する以前に、或いは製品として出荷する以前に除外し
なければならない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、光ファイバや光
ファイバ母材中の異物や気泡は、人が目視により検査し
ていた。しかし、目視では異物や気泡の大きさや存在位
置を定量的に検出することができず、検査が不安定であ
る。異物や気泡の大きさや存在位置を定量的に検出する
方法及び装置が望まれている。
【0004】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、異物や気泡等の瑕疵を定量的に検出できる材料中の
瑕疵検出方法及びその装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の方法は、被検査材料を加熱して温度分布を生
じさせ、この温度分布を被検査材料からの放射エネルギ
により測定し、測定された温度分布の勾配から被検査材
料中の瑕疵を検出するものである。
【0006】本願発明の装置は、被検査材料を加熱して
温度分布を生じさせる加熱手段と、この温度分布を被検
査材料からの放射エネルギにより測定する温度分布測定
手段と、この温度分布の勾配から被検査材料中の瑕疵を
検出する瑕疵検出手段とを設けたものである。
【0007】前記温度分布の測定は、被検査材料の透過
波長帯における放射エネルギを用いてもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0009】まず、図4を用いて本発明の原理を説明す
る。
【0010】物体に局所的に熱を加えると、熱は平衡状
態になろうとして高温側から低温側へと移動する。物体
の単位面積、単位時間に伝わる熱流束Φは、物体の熱伝
導率をλ(kW/m・K)とすると、フーリエの法則に
より、 Φ=−λ(dt/dx) tは温度 xは長さ dt/dxは温度勾配 となる。
【0011】上式のdt/dxは熱が流れる方向の温度
勾配を表している。従って、物体中にその物体とは異な
った熱伝導率を持つ物質、即ち異物・気泡が存在した場
合、物体と異物・気泡とで異なった温度勾配が生じる。
この温度勾配を測定することで異物・気泡を検知するこ
とができる。
【0012】一方、あらゆる物体は、その絶対温度の4
乗に比例した放射エネルギ(赤外線エネルギ)を放出し
ているので、放射エネルギ分布から温度勾配を測定する
ことができる。
【0013】以上のことから、被検査材料を加熱して温
度分布を生じさせ、この温度分布を被検査材料からの放
射エネルギにより測定し、測定された温度分布の勾配か
ら被検査材料中の異物・気泡等の瑕疵を検出することが
できる。
【0014】この原理を図4の実験により実証する。即
ち、光ファイバ母材中に人工的な気泡を作り、石英が充
実した部分と気泡の部分とで異なった温度勾配が生ずる
かどうかを確認する。図4に示されるように、実験試料
41は、石英からなる光ファイバ母材42,43の中間
に石英管44を挟み込み、石英管44の中空部45を気
泡とみなすものである。光ファイバ母材43を酸水素火
炎46で加熱し、長手方向の表面温度分布を測定する。
測定された温度分布Tより、温度勾配を抽出すると、光
ファイバ母材43からなる石英充実部分の温度勾配T1
に比べて気泡部分の温度勾配T2が緩くなっている。即
ち、石英充実部分と気泡部分とで異なった温度勾配T
1,T2が生じている。これにより、前記原理は実証さ
れた。なお、この実験では、加熱温度が高くなかったた
めに、光ファイバ母材42の石英充実部分は室温になっ
てしまったが、加熱温度を十分に高くすれば、破線で示
した温度勾配T3を持つ温度分布が形成されることは明
らかである。
【0015】実際の光ファイバ母材中に含まれる異物・
気泡等の瑕疵は、前記実験のものに比べて大きさが非常
に小さく、また光ファイバ母材の内奥部に存在すること
もあるため、表面温度分布測定からはこのような異物・
気泡等の瑕疵による温度分布の勾配を検出するのが困難
なことがある。そこで、光ファイバ母材内奥部からの放
射エネルギをも測定することを検討する。
【0016】図2に示されるように、石英系ガラスに
は、光の透過率に波長依存性があり、波長0.5μm〜
2.5μmまでは高い透過率を示している。従って、石
英内奥部に存在する異物・気泡等の瑕疵から放出される
放射エネルギを測定するには、石英に吸収されずに外部
に放出される波長帯の放射エネルギを測定すればよい。
即ち、温度分布の測定には、被検査材料の透過波長帯に
おける放射エネルギを用いる。具体的には、波長0.5
μm〜2.5μm帯(主に赤外線)に感度を持つ受光素
子を用いればよい。光ファイバの低損失波長帯域である
1.5μm帯の受光素子であれば最適である。
【0017】次に、上記の原理に基づく本発明の瑕疵検
出装置を説明する。
【0018】図1に示されるように、本発明の瑕疵検出
装置は、被検査材料1を加熱して温度分布を生じさせる
加熱手段2と、この温度分布を被検査材料1からの放射
エネルギにより測定する温度分布測定手段3と、この放
射温度分布の勾配から被検査材料中の瑕疵4を検出する
瑕疵検出手段5とを備え、温度分布の測定には、被検査
材料1の透過波長帯における放射エネルギを用いるよう
になっている。
【0019】図1では、被検査材料1は石英(Si
2 )を主成分とする光ファイバ母材1aであり、この
光ファイバ母材1aは略円筒状に形成されている。その
光ファイバ母材1aの長手方向の一端部(これを基端部
とする)をスクロールチャック6に把持させることによ
り、光ファイバ母材1aが中心線を軸として回転できる
ようになっている。
【0020】加熱手段2は、被検査材料1の一部分を加
熱し、他の部分を自然冷却または強制冷却することによ
り、被検査材料中に温度勾配を形成するものであり、図
1では、酸水素火炎を発生するバーナ2aを使用し、こ
のバーナ2aを光ファイバ母材1aの長手方向の先端部
に近付けて配置することにより、光ファイバ母材1aの
先端部を加熱して基端部との間に温度勾配を形成するよ
うになっている。
【0021】温度分布測定手段3は、図1のように光フ
ァイバ母材1aの側面に臨ませて設置する。温度分布測
定手段3は、被検査材料1が温度に応じて放射する波長
帯、例えば、赤外線のエネルギを測定するものであり、
特に被検査材料1の内部からの放射を測定するために
は、被検査材料固有の透過波長帯について測定するもの
がよい。例えば、光ファイバ母材1aの主成分である石
英の波長透過率特性が図2のようであることから、0.
5μm〜2.5μm帯のIRカメラが最適である。ただ
し、IRカメラがなければ、3μm〜5.4μm帯のサ
ーモグラフィ(赤外線放射温度計)を使用して温度分布
を測定してもよい。このように温度分布測定手段3とし
て、IRカメラでもサーモグラフィでも使用できる。温
度分布測定手段3には、十分な空間分解能を持つものを
使用する。これにより、分解能単位毎の赤外線強度が測
定できる。この測定結果を画像で表現することもでき
る。画像は、三次元グラフでもよいし、平面を赤外線強
度に対応付けた色で彩色表示してもよい。
【0022】瑕疵検出手段5は、温度分布測定手段3で
得られた温度分布を解析するものであり、ここでは、サ
ーモグラフィから出力される分解能単位毎の赤外線強度
データを汎用的なコンピュータに取り込み、このコンピ
ュータに本発明の瑕疵検出プログラムを実行させるもの
とする。瑕疵検出プログラムは、温度分布の勾配から瑕
疵の大きさ、存在位置を検出すると共に、その瑕疵にお
ける温度勾配から熱伝導率を算出し、その熱伝導率から
瑕疵の材料構成を定量的に検出するようになっている。
【0023】図1の瑕疵検出装置において、光ファイバ
母材1aを定速回転させながらバーナ2aにより光ファ
イバ母材1aの先端部を加熱すると、この光ファイバ母
材1aの先端部と基端部との間に温度勾配が形成され
る。このとき、温度分布測定手段3で光ファイバ母材1
aの側面より表面温度分布を測定すると、バーナ2aを
配置した先端部側では温度が高く、スクロールチャック
6に把持された基端部側では温度が低くなるような温度
分布が得られる。この光ファイバ母材1aに瑕疵がなく
材質が均一であるとすれば、長手方向に一定の比率で傾
斜した温度勾配が得られる。また、瑕疵4があれば、図
4で説明したように、瑕疵4の部分において温度勾配が
乱れる(温度分布の偏りが生じる)ことになる。
【0024】瑕疵検出手段5は、温度分布測定手段3で
得られた温度分布を解析する。温度勾配が一定であれ
ば、瑕疵はないと判定される。もし、温度分布の偏りが
あれば、その箇所に瑕疵4が存在すると判定され、瑕疵
4の大きさも判明する。さらに、その瑕疵4における温
度勾配から熱伝導率が算出され、その熱伝導率から瑕疵
4の材料構成が定量的に検出される。
【0025】図3は、温度分布測定手段3で得られる温
度分布画像の概念を示したものである。この画像は、温
度分布測定手段3の視野に対応しており、横軸は光ファ
イバ母材1aの長手方向、縦軸は長手方向に直角な方向
に相当する。画像の中央部に光ファイバ母材1aの温度
分布像1bが見られる。ただし、サーモグラフィの出力
画像に赤外線強度に対応する彩色表示が施される場合
は、温度分布像1bは先端部から基端部にかけてグラデ
ーションとなる。図1に示したように瑕疵4が存在する
と、その瑕疵4に対応して温度分布像4bが見られるこ
とになる。この瑕疵4においては健全部分と温度分布が
異なるため、近傍の温度分布像1bとは色又は色の変化
が異なる温度分布像4bが得られることになる。
【0026】瑕疵検出手段5は、分解能単位毎の赤外線
強度データを処理して温度分布像4bに相当する温度分
布の勾配を検出することにより、瑕疵4を検出する。こ
のとき、瑕疵4の大きさ、存在位置、材料構成を検出す
る。
【0027】上記実施形態によれば、瑕疵の有無を検出
するだけでなく、瑕疵の大きさ、存在位置を検出するの
で、被検査材料から瑕疵部分だけを除去するのに利用す
ることができる。また、瑕疵の材料構成を検出するの
で、その瑕疵が生じた原因究明や対策に役立てることが
できる。
【0028】上記の実施形態では、被検査材料は石英
(SiO2 )を主成分とする光ファイバ母材としたが、
これに限らずプラスチックでもよい。また、ゲルマニウ
ムやフッ素を添加した石英でもよい。
【0029】加熱手段は、被検査材料の一部分を加熱で
きれば何でもよいが、酸水素火炎を発生するバーナとし
たことにより、酸水素火炎による加工工程(光ファイバ
線引工程等)において同時に瑕疵検出を行うことができ
る。
【0030】また、被検査材料1を酸水素火炎で加熱す
るとき、その火炎の光を光源としてビデオカメラ等で被
検査材料1からの可視光の強度を測定してもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0032】(1)温度分布の勾配から被検査材料中の
異物・気泡等の瑕疵を検出するようにしたので、瑕疵が
定量的に検出できる。
【0033】(2)熱伝導及びエネルギ放射を利用して
いるので、被検査材料の構成物質によらず適用できる。
【0034】(3)被検査材料を加熱して瑕疵検出を行
うので、材料を加熱する加工工程において、その加熱に
よる温度分布を利用して材料を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す瑕疵検出装置の構成
図である。
【図2】石英系ガラスの光透過特性図である。
【図3】温度分布画像の概念を示した図である。
【図4】本発明の原理を実証する実験を説明する図であ
り、実験試料の側面図に対応させて温度分布図を示した
ものである。
【符号の説明】
1 被検査材料 2 加熱手段 3 温度分布測定手段 4 瑕疵 5 瑕疵検出手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検査材料を加熱して温度分布を生じさ
    せ、この温度分布を被検査材料からの放射エネルギによ
    り測定し、測定された温度分布の勾配から被検査材料中
    の瑕疵を検出することを特徴とする材料中の瑕疵検出方
    法。
  2. 【請求項2】 被検査材料を加熱して温度分布を生じさ
    せる加熱手段と、この温度分布を被検査材料からの放射
    エネルギにより測定する温度分布測定手段と、この温度
    分布の勾配から被検査材料中の瑕疵を検出する瑕疵検出
    手段とを設けたことを特徴とする材料中の瑕疵検出装
    置。
  3. 【請求項3】 前記温度分布の測定は、被検査材料の透
    過波長帯における放射エネルギを用いることを特徴とす
    る請求項2記載の材料中の瑕疵検出装置。
JP10300927A 1998-10-22 1998-10-22 材料中の瑕疵検出方法及びその装置 Pending JP2000131255A (ja)

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