JP3861992B2 - Optical fiber preform bending measurement method and measuring apparatus, and optical fiber preform manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線引き炉に入れて光ファイバの線引きを行なう透明ガラス化され光ファイバ母材の曲がり測定方法および測定装置ならびに光ファイバ母材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、透明ガラス化された光ファイバ母材を吊り下げ状態にして線引き炉に入れ、下方を徐々に加熱溶融し、その下方から所定の速度で引き取ることにより形成される。光ファイバ母材に大きな曲がりがあると、加熱軟化している下端の紡錘形状が不安定となり、線引きして得られる光ファイバの外径や特性が変動したりする。また、線引き途中の光ファイバの位置がずれて、光ファイバ表面を被覆する被覆ダイに接触して、光ファイバが破断するなどの問題もある。さらに、光ファイバ母材が線引き炉の壁面に近づいたり、接触したりして線引き炉内での位置に偏りが生じ、線引きが不安定になるといった問題もある。
【0003】
光ファイバ母材に曲がりが生ずる要因としては、多孔質ガラスを透明ガラス化する際に、多孔質体の密度分布や加熱条件等によって生じる場合がある。また、透明ガラス化した後に所定の径の光ファイバ母材となるように加熱延伸する場合に、透明化ガラスを延伸装置に把持させるための把持用ガラスロッド(ダミーロッド)を溶着させるときの軸線のずれ等によって生じることもある。さらに、延伸された光ファイバ母材を線引きするため所定の長さに切断し、線引き装置に吊り下げ把持させるためのガラスロッドを溶着させるときの加熱や軸線のずれもある。
【0004】
これらの光ファイバ母材の曲がりに対して、光ファイバ母材に曲がりが生じないように延伸する技術(例えば、特開2000−264664参照)や、また、曲がりの生じた光ファイバ母材を修正する技術(例えば、特開2001−31439参照)が知られている。
【0005】
また、光ファイバ母材が大きな曲がりを持ったまま線引き炉にセットされ、線引きが行なわれると、上述したような問題が生じることから、事前に光ファイバ母材の曲がりを測定することが行なわれている(例えば、特開平9−189503号公報,特開平10−62299号公報参照)。
【0006】
図11は、前記の特開平9−189503号公報に開示された光ファイバ母材の曲がりを測定する方法と装置を示す図である。図中、1は基台、2は支持手段、3は位置測定器、4はガイド軸、5,6は駆動モータ、7はエンコーダ、8はリミットスイッチ、9は記憶・演算処理装置、10は光ファイバ母材を示す。
【0007】
この光ファイバ母材10の曲がり測定装置は、基台1の両側に図2(B)に示すように1対の回転ローラからなる支持手段2を設置し、この支持手段2に光ファイバ母材10を載せ、光ファイバ母材10の長手軸方向に移動可能な光ファイバ母材の外径位置を測定する位置測定器3を配して構成されている。位置測定器3は、光ファイバ母材10を囲うコ字状の測定部3aとガイド軸4に螺合する支持部3bとからなり、支持部3bは、ガイド軸4の回動により、光ファイバ母材10の長手軸方向に移動される。コ字状の測定部3aは、光ファイバ母材10を挟んで、例えば、レーザー光を照射し、光ファイバ母材10の外径位置を測定するように構成されていて、外径の変動と径方向のずれを量を検出する。
【0008】
位置測定器3は、ガイド軸4を駆動モータ5で回転することにより、光ファイバ母材10の長手軸方向の測定位置が変えられる。測定位置の範囲は、支持手段2の内側の光ファイバ母材10のL点からR点まで行なわれ、所定のピッチ毎に測定する。この測定位置の範囲のL点およびR点は、リミットスイッチ8で設定される。長手軸方向の測定位置は、ガイド軸4の回転をエンコーダ7を用いて検出し、光ファイバ母材10の軸方向の位置情報として記憶・演算処理手段9に入力される。各軸方向の測定位置で測定された外径位置のデータも記憶・演算処理手段9に入力される。また、これらの測定は、光ファイバ母材10の回転位置を駆動モータ6の駆動により90度変え、X,Yの2つの直交する側面方向から行なわれる。
【0009】
測定されたデータは、記憶・演算処理手段9により記憶・演算され、光ファイバ母材10の母材中心の径方向ずれおよび外径変動を、軸方向に沿って算出し、光ファイバ母材の曲がり量を定量的に計測することができる。計測された光ファイバ母材の曲がり量から、光ファイバの線引きに適しているか否かの判定を行ない、線引きされる光ファイバ材料に対しての光ファイバ母材の品質保証を的確にすることができるとしている。
【0010】
しかしながら、上述した光ファイバ母材の曲がり測定装置は、光ファイバ母材10の両端の側面部分を支持手段2で受けているため、測定は中央部分のみで光ファイバ母材全長の曲がり測定を行なうことができない。特に、光ファイバ母材の少なくとも一方の端部には、線引き装置に吊り下げ把持させるためのガラスロッドを溶着させているので、この溶着状態の軸ずれを測定できない場合がある。また、光ファイバ母材10の外周面を支持手段2の回転ローラに接触支持させる構成であるため、光ファイバ母材表面に傷がつきやすいという問題もあった。さらに、図11(B)に示すように、光ファイバ母材10の支持端部に曲がりがあると、光ファイバ母材10の回転中心に対して、光ファイバ母材中心が回転位置によっては変化し、測定誤差が生じる可能性がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、光ファイバ母材外周面に傷をつけることなく光ファイバ母材を回転可能に支持し、端部に溶着するガラスロッドを含めた光ファイバ母材全長に亘っての曲がり状態を、正確に測定できる光ファイバ母材の曲がり測定方法と測定装置ならびに光ファイバの製造方法の提供を課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ母材の曲がり測定方法は、光ファイバ母材の回転中心に対して、光ファイバ母材の母材中心の振れまわり量が回転により変化しないように光ファイバ母材の両端部を保持固定し、光ファイバ母材を回転させて光ファイバ母材表面との最大距離と最小距離とを光ファイバ母材の軸方向全長に亘って無接触で計測して、回転中心に対する母材中心の振れまわり量を測定することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の光ファイバ母材の曲がり測定装置は、光ファイバ母材の回転中心に対して、光ファイバ母材の母材中心の振れまわり量が回転により変化しないように光ファイバ母材の両端部を保持固定する固定治具、光ファイバ母材を固定治具と共に回転させる駆動手段、光ファイバ母材表面との最大距離と最小距離とを無接触で計測し回転中心に対する母材中心の振れまわり量を測定する測定手段、測定手段を光ファイバ母材の軸方向全長に亘って移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、本発明の光ファイバ母材の製造方法は、光ファイバ母材の回転中心に対して、光ファイバ母材の母材中心の振れまわり量が回転により変化しないように光ファイバ母材の両端部を保持固定し、光ファイバ母材を回転させて光ファイバ母材表面との最大距離と最小距離とを光ファイバ母材の軸方向全長に亘って無接触の測定器により計測して、回転中心に対する母材中心の振れまわり量を算出し、母材中心の振れまわり量のデータから母材中心の振れまわり量の1次回帰式を算定し、母材中心の振れまわり量と1次回帰式との偏差量を算出し、偏差量の最大位置で母材中心の振れまわり量のデータを光ファイバ母材の軸方向に分断して新たな偏差量を算出し、先に算出した偏差量の最大位置で前記光ファイバ母材を切断することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1〜図4により本発明の実施の形態を説明する。図1(A)は、本発明の概略を説明する図、図1(B)は固定治具の一例を示す図、図1(C)〜図1(F)は光ファイバ母材端部の保持固定例を示す図、図2(A)および図2(B)は、光ファイバ母材の振れまわり量の測定を説明する図、図3(A)および図3(B)は、測定データの演算処理を説明する図、図4(A)と図4(B)は、母材中心と回転中心が交差する場合と交差しない場合の識別処理を説明する図である。図中、10は光ファイバ母材、11,12は固定治具、13は固定治具支持部材、14は送り軸、15は測定器、16はガイド軸、17,18は駆動モータ、19は記憶・演算処理装置、20はバネ部材、21は当て部材、Dは振れまわり量(振れ量)、Eは偏差量、Sは回転中心、Tは母材中心を示す。
【0016】
本発明は、図1および図2に示すように、光ファイバ母材10の両端を1対の固定治具11と12の間に挟んで軸方向に押圧して保持固定し、固定治具11,12とともに回動させ、その回転中心Sに対して母材中心Tが回動する振れまわり量(以下、振れ量という)を求めることにより、光ファイバ母材10の曲がり量を測定する。図には、光ファイバ母材10を垂直に支持する縦型の構成例で示してある。光ファイバ母材10は、下端10aを下部固定治具11の上に載せ、上端10bを上部固定治具12で押さえて固定する。上部固定治具12は、固定治具支持部材13と共に上下方向に移動可能であり、また、固定治具支持部材13に対して回動可能に組み付けられている。
【0017】
上下部の固定治具11,12のいずれか一方または双方に、図1(B)に示すように、バネ部材20と当て部材21を介在させるのが好ましい。バネ部材20には、板バネ、コイルバネ、弾性ゴムや弾性樹脂の各種のものを用いることができる。固定治具にバネ部材20を介在させることにより、光ファイバ母材10に過度の力が加わるのを緩和し、一定の押圧力で光ファイバ母材10を保持固定し、また、回転時の光ファイバ母材10の位置ずれを防止することができる。
【0018】
光ファイバ母材10の端面を保持固定する当て部材21は、図1(C)〜図1(F)に例示するように種々の形状のものを用いることができる。図1(C)および図1(D)の例は、光ファイバ母材10の端面を摩擦力により保持固定するもので、端面が平坦形状に形成されている場合に適している。図1(E)の例は、円錐孔21aで保持固定するもので、光ファイバ母材10の端面が平坦でない場合に適し、また、光ファイバ母材の母材中心Tと回転中心Sを一致させ易い利点がある。図1(F)の例は、把持ねじ等の把持爪21bを用いて保持固定するもので、光ファイバ母材10の端面が不定形状の場合に適し、また、押圧は不要とすることができる。なお、図1(F)の例の場合、光ファイバ母材端部の測定ができず、傷が生じる可能性があるが、線引きに際しては実質的に影響しない範囲である。
【0019】
下部固定治具11は、駆動モータ17等の駆動手段により回動され、光ファイバ母材10は固定治具11,12の回転中心Sを中心軸として、固定治具11,12と共に回動される。光ファイバ母材10の外周位置には、光ファイバ母材10に無接触の測定器15が回転中心Sに対して平行移動が可能なように配置される。この測定器15は、測定部15aと支持部15bからなり、支持部15bは螺旋溝を有するガイド軸16、駆動モータ18からなる移動手段により上下方向に移動される。
【0020】
なお、図には示していないが、光ファイバ母材10を水平方向に配置する横型とし、光ファイバ母材10の両端部を固定治具で軸方向に押圧固定し、回転させる構成とすることも可能である。しかし、横型の場合、光ファイバ母材10の全荷重を固定治具の摩擦力で支えるので、軸方向への押圧保持力を大きくする必要があり、また、軸の中心を一致させて測定装置にセットするのが大変である。この点、図に示した縦型では、光ファイバ母材10を下部の固治具材11の平面で支えることができ、保持固定に大きな押圧力を必要とせず、また、測定装置へのセットも容易であり、横型の場合に比べて有利と言える。
【0021】
測定部15aには、光ファイバ母材10に対して無接触で測定可能な、例えば、レーザー外径測定器を用いることができる。レーザー外径測定器は、回転中心Sに対して一定の距離を持たせて、軸方向に移動可能に配設される。レーザー外径測定器から照射されたレーザー光を光ファイバ母材10の外面に当て、図2(A)に示すように、測定部15aと光ファイバ母材10外面との最大距離L1のみを計測する。また、光ファイバ母材10が180度回転した位置では、図2(B)に示すように、測定器15と光ファイバ母材10の外面との最小距離L2のみを計測する。光ファイバ母材10は回転中心Sを中心に回動され、回転中心Sと測定器15との距離は一定であるので、光ファイバ母材10の外径が均一であるとすれば、(L1−L2)/2が、母材中心の振れ量Dとなる。
【0022】
測定器15の測定部15aからは、光ファイバ母材10の外径位置等のデータが測定され、支持部15bを移動させる駆動モータ18の回転量等から、光ファイバ母材10の軸方向位置データが計測される。これらのデータは、コンピュータ等の記憶・演算処理装置19に入力され、光ファイバ母材10の長手方向の各位置で、回転中心Sに対して光ファイバ母材10の母材中心のずれ量、すなわち、振れ量Dが記憶・演算され、必要に応じグラフ化される。この振れ量Dが、所定値以上の場合は使用不可とされ、曲がり修正ないしは廃棄処分とされる。
【0023】
本発明では、回転中心Sに対して、光ファイバ母材10の長手方向の各位置における母材中心Tの振れ量Dが、回転により変化しないように光ファイバ母材の両端部を保持固定する。これにより、曲がりのある光ファイバ母材10の軸方向の各位置における母材中心Tは、回転中心Sの周りを一定の半径を持つ円で回ることになり、測定方向による誤差の発生は生じない。また、光ファイバ母材10の固定に、母材両端10a,10bを軸方向に押圧して固定する固定治具11,12を用いることにより、光ファイバ母材10の全長に亘って測定することもできる。
【0024】
したがって、従来のように中央部の部分的な曲がりでなく、母材端部に溶着される線引き炉での把持用ガラスロッドを含めた全体の曲がりを測定することが可能となる。さらに、光ファイバ母材10の側面には、母材保持のための部材が実質的に接触しない構成であるので、光ファイバ母材10の表面に傷をつけることがなくなり、光ファイバ材料としての品質を高めることができる。
【0025】
固定治具11,12の押圧により光ファイバ母材10を固定保持させる場合、図2に示すように、光ファイバ母材10を固定治具11,12の回転中心Sと母材中心Tの位置を合致させるのが難しく、位置がずれた傾いた状態で固定される。光ファイバ母材10を傾きがなく、また、光ファイバ母材両端部の母材中心Tを回転中心Sに正確に一致させて設置することは、作業者の熟練度に左右されることが多く、作業性がよくない。さらに、光ファイバ母材の曲がりを含めた状態の母材中心を想定して、固定することは不可能に近い。光ファイバ母材10が傾いて固定されたり、中心位置がずれて固定されると、これらの傾きやずれが振れ量Dに加算され、光ファイバ母材10の実際の曲がり量の計測を正しく行なうことができない。そこで、光ファイバ母材の傾きや母材中心Tがずれた状態で測定が行なわれた場合でも、光ファイバ母材の曲がり量を正確に計測できるようにする必要がある。
【0026】
本発明では、測定された母材中心Tの振れ量Dのデータから、仮想の1次式(以下、1次回帰式という)を算定し、これに基づいて光ファイバ母材の振れ量を修正する。これについて、図3により詳述する。図3(A)は、図1および図2で示した方法と装置により測定したデータを、横軸に光ファイバ母材の軸方向位置をとり、縦軸に母材中心位置の振れ量Dを示した図である。各測定値を結ぶ曲線は、回転中心Sをゼロラインとし、光ファイバ母材の母材中心Tの振れまわり分布を示していると言える。しかし、この図では、光ファイバ母材の曲がりの他に、母材の傾きや固定位置のずれが含まれている。太線で示したラインは、各位置の振れ量Dの変化状態の傾向を最適の直線で表すように、測定値全体の中心を通るように引いた線で、これを上述した1次回帰式としてy=ax+bで表す。この1次回帰式は、言いかえれば、曲がりのある光ファイバ母材の中心に相当する。
【0027】
図3(B)は、1次回帰式yで示す振れ量と各測定位置の振れ量Dとの差E(以下、偏差量という)を示した図である。これは、1次回帰式yで示したラインをゼロラインとして、振れ量Dとの差を示している。この偏差量Eが小さければ、実際の曲がり量は、振れ量Dで計測される曲がり量より少ないことを意味する。すなわち、測定データから最適の1次回帰式を想定して算出し、これに基づいた振れ量の差を求めることにより、光ファイバ母材の傾きや固定位置のずれを実質的にキャンセルしたことになり、正確な光ファイバ母材の実質上の曲がり量を測定でき、良否判定も適切に行なうことが可能となる。
【0028】
上述の図2および図3では、母材中心Tが回転中心Sと交差しない例を示しているので、測定器と光ファイバ母材間の最大距離L1と最小距離L2との差(L1−L2)/2は、常に正の値となり、母材中心Tの振れ量Dも正の値で示される。しかし、図4(A−イ)に示すように、母材中心Tが回転中心Sと交差して光ファイバ母材が保持固定されることがある。この場合、図4(A−ロ)に示すように、実際の母材中心Tの振れ量は、点線部分の振れ量Pと母材中心Tが回転中心Sが交差する一致点Zを経て実線部分の振れ量Rに連続する(P+R)になると想定される。
【0029】
しかし、測定器と光ファイバ母材間では、最大距離L1と最小距離L2とを計測するのみのため、その差は常に正で測定される。したがって、母材中心Tが回転中心Sの交差部Zを境に、点線部分の振れ量Pは、実線で示すようにプラス側に反転して正の振れ量Qとして計測され、(Q+R)として示される。この場合の1次回帰式は、実線部分の振れ量QとRに基づいて算定され、実際とは異なるものとなってしまう。そこで、実線部分の振れ量(Q+R)からなるデータを微分処理すると、図4(A−ハ)に示すように、交差部Zでマイナス側からプラス側に急激に変化する微分値が得られる。この微分値の急激な変化を検出することにより、プラス側の振れ量Qは、マイナス側の振れ量Pであるとして補正し、正しい1次回帰式を算定することができる。
【0030】
一方、図4(B−イ)に示すように、母材中心Tが回転中心Sとが接するが交差はしない一致点Z’を有する状態で、光ファイバ母材が保持固定されることがある。この場合、図4(B−ロ)に示すように、計測される振れ量は、プラス側の(Q’+R’)で示され、図4(A−ロ)と似たような振れ量となる。しかし、この振れ量(Q’+R’)を微分処理すると、図4(B−ハ)に示すように、一致点Z’でマイナス側からプラス側に緩やかに変化する微分値が得られる。この場合は、プラス側の振れ量Q’は正しいものとして補正は行なわずに、1次回帰式を算定する。
【0031】
以上のごとく、母材中心の振れ量を微分処理することにより、母材中心Tが回転中心Sとが交差する場合と交差しない場合を容易に判定することができ、正しい1次回帰式を算定することができる。したがって、光ファイバ母材の傾きや母材中心のずれを気にすることなく保持固定しても、測定器と光ファイバ母材間の距離を、最大距離L1と最小距離L2とを計測するという簡単な方法により、母材中心の振れ量を正しく測定することができる。
【0032】
次いで、図5〜図10により、光ファイバ母材の曲がり測定の具体例について述べる。なお、光ファイバ母材10の長さは1000mm、軸方向の測定位置は100mm毎とした。図5は、光ファイバ母材10に曲がりがなく、母材中心Tが回転中心Sに対して一致している場合を示す。図5(A)は光ファイバ母材の固定状態を示す図、図5(B)は母材中心の振れ量を示す図、図5(C)は偏差量を示す図である。
【0033】
図5では、光ファイバ母材10に曲がりがなく、固定治具11,12により中心を一致させて正確に保持固定され、母材中心Tと回転中心Sとは完全に一致している。この結果、図5(B)に示すように母材中心の振れ量は、母材全長の各測定位置でゼロとなる。したがって、1次回帰式は、y=0となる。また、図5(C)に示すように偏差量Eもゼロとなり、光ファイバ母材自体には曲がりはないと判定することができる。
【0034】
図6は、光ファイバ母材10に曲がりはないが、母材中心Tが回転中心Sに対して一定の傾きを持っている場合を示す。図5の場合と同様に、図6(A)は光ファイバ母材の固定状態を示す図、図6(B)は母材中心の振れ量を示す図、図6(C)は偏差量を示す図である。
【0035】
図6では、光ファイバ母材10に曲がりがなく、母材中心Tは固定治具11,12の回転中心Sに対して、交差し一定の傾きを持って保持固定されている。交差によるデータの補正を行なうことで、図6(B)に示すように、母材中心の振れ量Dは、母材の下端から上端方向に沿って一定の比率で増加する振れ量となり、振れ量Dの最大値は上端地点で、9.0mmであった。また、1次回帰式は、y=0.001x−0.1という式で算出された。しかし、図6(C)に示すように、偏差量Eはゼロとなり、光ファイバ母材自体には曲がりはないと判定することができる。
【0036】
図7は、光ファイバ母材10に曲がりはあるが、母材中心Tは回転中心Sに対して傾きがなく、母材の上下端の中心位置のずれもない場合を示す。図5の場合と同様に、図7(A)は光ファイバ母材の固定状態を示す図、図7(B)は母材中心の振れ量を示す図、図7(C)は偏差量を示す図である。
【0037】
図7では、光ファイバ母材10に曲率半径350mmの円弧状の曲がりがあり、母材中心Tは固定治具11,12の回転中心Sに対して円弧状に湾曲してはいるが傾きがなく、母材の上下端の中心も一致して保持固定されている。図7(B)に示すように、母材中心Tの振れ量Dは、ゼロラインの一方の側に湾曲した形で示され、振れ量Dの最大値は中央の500mm地点で、0.357mmであった。この振れ量データを解析することにより、1次回帰式は、y=0.214という式で算出された。曲がりが円弧状であるので、1次回帰式は、湾曲形状で示された振れ量の中央部分を水平に直線で引いた形となる。図7(C)に示すように偏差量Eは、振れ量Dのゼロライン位置が変わっただけである。偏差量の最大値は、プラス側偏差量とマイナス側偏差量の和で、0.357mmであり、図7(B)で算出された振れ量Dと同じとなった。
【0038】
図8は、光ファイバ母材10に曲がりがあり、母材中心Tは回転中心Sに対して傾きがある場合を示す。図5の場合と同様に、図8(A)は光ファイバ母材の固定状態を示す図、図8(B)は母材中心の振れ量を示す図、図8(C)は偏差量を示す図である。
【0039】
図8では、光ファイバ母材10に曲率半径350mmの円弧状の曲がりがあり、母材中心Tは固定治具11,12の回転中心Sに対して、傾きを持って保持固定されている。図8(B)に示すように、母材中心の振れ量Dは、ゼロラインの一方の側(ゼロ点)から他方の側に2次関数的に増加する形で示される。この場合の傾きを含めた振れ量Dの最大値は上端地点で、1.43mmであった。この振れ量データを解析することにより、1次回帰式は、y=0.0014x−0.214という式で算出された。図8(C)に示すように偏差量は、ゼロラインのプラス側とマイナス側に生じ、その偏差量の和の最大値は0.371mmであった。この具体例では、母材傾きがキャンセルされ、偏差量の最大値が実質的な光ファイバ母材の振れ量を示すこととなる。
【0040】
なお、図8(B)では光ファイバ母材10の全長にに対する1次回帰式を算出する例を示したが、光ファイバ母材10を切断して使用することが予定されている場合がある。この場合は、光ファイバ母材10を切断する軸方向範囲で1次回帰式を算出し、切断された状態での振れ量および偏差量を直接求めることもできる。
【0041】
図9および図10は、図8の測定で光ファイバ母材10の曲がりの振れ量が最大の位置(中間地点の500mm位置)で切断したとして、切断後の振れ量、1次回帰式、偏差量を予測した図である。図9は光ファイバ母材の下方部分側の場合で、図9(A)は切断後の固定状態を示す図、図9(B)は図8の下方側データを分断した母材中心の振れ量を示す図、図9(C)は偏差量を示す図である。図10は光ファイバ母材の上方部分側の場合で、図10(A)は切断後の固定状態を示す図、図10(B)は図8の上方側データを分断した母材中心の振れ量を示す図、図10(C)は偏差量を示す図である。
【0042】
図9(A)に示すように、光ファイバ母材10の中間地点の500mmの位置で切断したと仮定し、切断後の下方側の光ファイバ母材10’は、上端が上部固定治具12を下げた位置の固定治具12’で保持固定された状態となる。図8の測定データを切断位置で分断し、その下方側データとして図9(B)の振れ量を示すデータが得られる。この場合の振れ量Dの最大値は、0.357mmであった。この振れ量データを解析することにより、新たな1次回帰式として、y=0.0007x−0.047が算定された。図9(C)に示すように、この新たな1次回帰式yにより新たな偏差量が算出され、その偏差量の和の最大値は0.09mmであった。
【0043】
図10(A)に示すように、光ファイバ母材10の中間地点の500mmの位置で切断したと仮定し、切断後の上方側の光ファイバ母材10”は、下端が下部固定治具11を上げた位置の固定治具11’で保持固定された状態となる。図8の測定データを切断位置で分断し、その上方側データとして図10(B)の振れ量を示すデータが得られる。この場合の振れ量Dの最大値は、1.43mmであった。この振れ量データを解析することにより、新たな1次回帰式として、y=0.0023x−0.886が推定された。図10(C)に示すように、この新たな1次回帰式yにより新たな偏差量が算出され、その偏差量の和の最大値は0.06mmであった。
【0044】
図8〜図10によれば、長尺の光ファイバ母材の振れ量が大きく光ファイバ材料としての使用が不適と判定された場合、振れ量の最大位置で切断することを想定する。そして、切断した後の光ファイバ母材の振れ量に対する新たな1次回帰式を算定し、この新たな1次回帰式から新たな偏差量を算出することにより、切断すれば使用が可能か否かの判定を、光ファイバ母材を実際に切断し、また、再測定することなく予測することが可能となる。
【0045】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、光ファイバ母材を軸方向に押圧して保持固定させることにより、光ファイバ母材の表面に傷をつけることなく、光ファイバ母材の全長に亘る曲がり状態の測定することができ、より適切な良否の判定が可能となる。また、光ファイバ母材の軸方向の振れ量から1次回帰式を算出することにより、測定の際に光ファイバ母材が傾いたり母材中心がずれた状態で保持固定された場合でも、正確な曲がり量を測定することができ、作業性を向上させることができる。さらに、光ファイバ母材が曲がり量が大きい場合であっても、切断しての使用の可否を判定することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明する概略図である。
【図2】本発明の光ファイバ母材の振れまわり量の測定を説明する図である。
【図3】本発明の母材中心の振れ量、1次回帰式、偏差量を説明する図である。
【図4】光ファイバ母材中心が回転中心に交差する場合のデータ処理を説明する図である。
【図5】光ファイバ母材に曲がりがなく、傾きなく固定された場合の図である。
【図6】光ファイバ母材に曲がりがなく、傾むいて固定された場合の図である。
【図7】光ファイバ母材に曲がりがあり、傾むきなく固定された場合の図である。
【図8】光ファイバ母材に曲がりがあり、傾むいて固定された場合の図である。
【図9】光ファイバ母材が2つに切断された一方を説明する図である。
【図10】光ファイバ母材が2つに切断された他方を説明する図である。
【図11】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
10…光ファイバ母材、11,12…固定治具、13…固定治具支持部材、14…送り軸、15…測定器、16…ガイド軸、17,18…駆動モータ、19…記憶・演算処理装置、20…バネ部材、21…当て部材、D…振れまわり量(振れ量)、E…偏差量、S…回転中心、T…母材中心。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for measuring the bending of an optical fiber preform that is made into a transparent glass for drawing an optical fiber in a drawing furnace, and a method for manufacturing the optical fiber preform.
[0002]
[Prior art]
An optical fiber is formed by placing an optical fiber preform made of transparent glass in a suspended state, placing it in a drawing furnace, gradually heating and melting the lower part, and taking it from the lower part at a predetermined speed. If the optical fiber preform has a large bend, the spindle shape at the lower end, which is softened by heating, becomes unstable, and the outer diameter and characteristics of the optical fiber obtained by drawing vary. In addition, there is a problem that the position of the optical fiber in the middle of drawing is shifted, and the optical fiber is broken by contacting the coating die that covers the surface of the optical fiber. Further, there is a problem that the optical fiber preform approaches or comes into contact with the wall surface of the drawing furnace, and the position in the drawing furnace is biased to make the drawing unstable.
[0003]
As a factor that causes the optical fiber preform to bend, it may be caused by the density distribution of the porous body, heating conditions, or the like when the porous glass is made into transparent glass. In addition, when heated and stretched to become an optical fiber preform having a predetermined diameter after being made into transparent glass, an axis for welding a glass rod for holding (dummy rod) for holding the transparent glass by a drawing device It may also be caused by a shift of etc. Furthermore, there are also heating and axial misalignment when the drawn optical fiber preform is cut to a predetermined length for drawing, and a glass rod for hanging and holding the drawn optical fiber is welded.
[0004]
A technique of stretching the optical fiber preform so that the optical fiber preform is not bent (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-264664), and correcting the bent optical fiber preform. A technique (for example, see JP-A-2001-31439) is known.
[0005]
In addition, if the optical fiber preform is set in a drawing furnace with a large bend and the drawing is performed, the above-described problems occur. Therefore, the bend of the optical fiber preform is measured in advance. (For example, refer to JP-A-9-189503 and JP-A-10-62299).
[0006]
FIG. 11 is a diagram showing a method and apparatus for measuring the bending of an optical fiber preform disclosed in the above-mentioned JP-A-9-189503. In the figure, 1 is a base, 2 is a support means, 3 is a position measuring device, 4 is a guide shaft, 5 and 6 are drive motors, 7 is an encoder, 8 is a limit switch, 9 is a storage / arithmetic processing unit, 10 is An optical fiber preform is shown.
[0007]
As shown in FIG. 2 (B), the bending measuring device for the
[0008]
The position measuring
[0009]
The measured data is stored and calculated by the storage / arithmetic processing means 9, and the radial deviation and the outer diameter variation of the optical fiber preform 10 along the axial direction are calculated along the axial direction. The amount of bending can be measured quantitatively. Judgment is made based on the measured bending amount of the optical fiber preform to determine whether it is suitable for drawing an optical fiber, and the quality assurance of the optical fiber preform with respect to the drawn optical fiber material can be made accurate. I can do it.
[0010]
However, since the above-described optical fiber preform bending measurement apparatus receives the side portions at both ends of the optical fiber preform 10 by the support means 2, the measurement is performed by measuring the bending of the entire length of the optical fiber preform only at the central portion. I can't. In particular, since a glass rod for suspending and holding the optical fiber preform is attached to at least one end of the optical fiber preform, there may be a case where the axial deviation of the welded state cannot be measured. Further, since the outer peripheral surface of the
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and includes an optical fiber including a glass rod that supports an optical fiber preform rotatably without damaging the outer peripheral surface of the optical fiber preform and is welded to an end portion. It is an object of the present invention to provide an optical fiber preform bending measurement method, a measuring apparatus, and an optical fiber manufacturing method capable of accurately measuring the bending state over the entire length of the preform.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The method for measuring the bending of the optical fiber preform according to the present invention is such that the amount of deflection of the center of the optical fiber preform relative to the rotation center of the optical fiber preform is not changed by rotation. Is held and fixed, the optical fiber preform is rotated, and the maximum distance and the minimum distance from the optical fiber preform surface are measured in a non-contact manner over the entire length of the optical fiber preform in the axial direction. It is characterized by measuring the amount of center swing.
[0013]
In addition, the optical fiber preform bending measurement apparatus of the present invention is configured so that the amount of deflection of the center of the optical fiber preform relative to the rotation center of the optical fiber preform is not changed by rotation. Fixing jig for holding and fixing both ends, driving means for rotating the optical fiber preform together with the fixing jig, measuring the maximum distance and the minimum distance from the optical fiber preform surface in a contactless manner, Measuring means for measuring the amount of swirling and moving means for moving the measuring means over the entire axial length of the optical fiber preform are provided.
[0014]
In addition, the method for manufacturing an optical fiber preform according to the present invention is such that the amount of deflection of the center of the optical fiber preform relative to the rotation center of the optical fiber preform is not changed by rotation. Rotate the optical fiber preform by rotating the optical fiber preform, measuring the maximum distance and the minimum distance from the optical fiber preform surface with a non-contact measuring instrument over the entire length of the optical fiber preform in the axial direction. Calculate the amount of run-out at the center of the base material relative to the center, calculate the linear regression equation for the amount of run-out at the center of the base material from the data on the amount of run-out at the center of the base material, Calculate the amount of deviation from the equation, calculate the new amount of deviation by dividing the data of the amount of deflection at the center of the base material in the axial direction of the optical fiber preform at the maximum position of the amount of deviation, and calculate the amount of deviation previously calculated The optical fiber preform is cut at the maximum position of That.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A is a diagram for explaining the outline of the present invention, FIG. 1B is a diagram showing an example of a fixing jig, and FIGS. 1C to 1F are diagrams of optical fiber preform end portions. FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating examples of holding and fixing, FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining measurement of the amount of deflection of the optical fiber preform, and FIGS. 3A and 3B are measurement data. FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the identification processing when the base material center and the rotation center intersect and do not intersect. In the figure, 10 is an optical fiber preform, 11 and 12 are fixtures, 13 is a fixture support member, 14 is a feed shaft, 15 is a measuring instrument, 16 is a guide shaft, 17 and 18 are drive motors, 19 is A memory / arithmetic processing device, 20 is a spring member, 21 is a contact member, D is a run-out amount (run-out amount), E is a deviation amount, S is a rotation center, and T is a base material center.
[0016]
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, both ends of an
[0017]
As shown in FIG. 1 (B), it is preferable that a
[0018]
As the
[0019]
The
[0020]
Although not shown in the figure, the
[0021]
As the measurement unit 15a, for example, a laser outer diameter measuring instrument capable of measuring without contact with the
[0022]
Data such as the outer diameter position of the
[0023]
In the present invention, both end portions of the optical fiber preform are held and fixed so that the deflection amount D of the preform center T at each position in the longitudinal direction of the
[0024]
Therefore, it is possible to measure not only a partial bend at the center portion as in the prior art, but the entire bend including the gripping glass rod in the drawing furnace welded to the end portion of the base material. Furthermore, since the member for holding the base material is not substantially in contact with the side surface of the optical
[0025]
When the
[0026]
In the present invention, a virtual linear equation (hereinafter referred to as a linear regression equation) is calculated from the measured deflection amount D data of the base material center T, and based on this, the deflection amount of the optical fiber preform is corrected. To do. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3A shows data measured by the method and apparatus shown in FIGS. 1 and 2, with the horizontal axis representing the axial position of the optical fiber preform and the vertical axis representing the deflection D of the center of the preform. FIG. It can be said that the curve connecting the measured values shows the whirling distribution of the base center T of the optical fiber base with the rotation center S as the zero line. However, in this figure, in addition to the bending of the optical fiber preform, the inclination of the preform and the displacement of the fixed position are included. The line indicated by the bold line is a line drawn through the center of the entire measurement value so as to represent the change state tendency of the shake amount D at each position as an optimum straight line, and this is expressed as the above-described linear regression equation. y = ax + b. In other words, this linear regression equation corresponds to the center of a bent optical fiber preform.
[0027]
FIG. 3B is a diagram showing a difference E (hereinafter referred to as a deviation amount) between the shake amount indicated by the linear regression equation y and the shake amount D at each measurement position. This shows the difference from the shake amount D with the line shown by the linear regression equation y being the zero line. If this deviation amount E is small, it means that the actual bending amount is smaller than the bending amount measured by the deflection amount D. That is, it is calculated by assuming an optimal linear regression equation from the measurement data, and by calculating the difference of the shake amount based on this, the inclination of the optical fiber preform and the deviation of the fixed position are substantially canceled. As a result, the actual amount of bending of the optical fiber preform can be measured, and the pass / fail judgment can be performed appropriately.
[0028]
2 and 3 described above show an example in which the base material center T does not intersect with the rotation center S. Therefore, the difference (L1−L2) between the maximum distance L1 and the minimum distance L2 between the measuring instrument and the optical fiber base material. ) / 2 is always a positive value, and the deflection amount D of the base material center T is also indicated by a positive value. However, as shown in FIG. 4A-A, the optical fiber preform may be held and fixed with the preform center T intersecting the rotation center S. In this case, as shown in FIG. 4A-B, the actual deflection amount of the base material center T is a solid line through the coincidence point Z where the deflection amount P of the dotted line portion and the base material center T intersect the rotation center S. It is assumed that (P + R) is continuous with the amount of shake R of the part.
[0029]
However, since only the maximum distance L1 and the minimum distance L2 are measured between the measuring instrument and the optical fiber preform, the difference is always measured as positive. Therefore, with the base material center T intersecting the intersection Z of the rotation center S, the shake amount P of the dotted line portion is inverted to the plus side as shown by a solid line and measured as a positive shake amount Q, and (Q + R) Indicated. The primary regression equation in this case is calculated based on the shake amounts Q and R of the solid line portion, and is different from the actual one. Therefore, when differential processing is performed on the data consisting of the shake amount (Q + R) in the solid line portion, a differential value that rapidly changes from the minus side to the plus side at the intersection Z is obtained as shown in FIG. By detecting this abrupt change in the differential value, the plus-side shake amount Q is corrected as being the minus-side shake amount P, and a correct primary regression equation can be calculated.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 4B-B, the optical fiber preform may be held and fixed in a state in which the preform center T contacts the rotation center S but has a coincidence Z ′ that does not intersect. . In this case, as shown in FIG. 4 (B-B), the measured shake amount is indicated by (Q ′ + R ′) on the plus side, and the shake amount similar to FIG. Become. However, when this shake amount (Q ′ + R ′) is differentiated, a differential value that gradually changes from the minus side to the plus side at the coincidence point Z ′ is obtained as shown in FIG. In this case, the first-order regression equation is calculated without correcting the plus-side shake amount Q ′ as correct.
[0031]
As described above, by differentiating the deflection amount of the base material center, it is possible to easily determine whether the base material center T intersects with the rotation center S or not, and calculate a correct linear regression equation. can do. Therefore, the maximum distance L1 and the minimum distance L2 are measured as the distance between the measuring device and the optical fiber preform even if the optical fiber preform is held and fixed without worrying about the inclination of the optical fiber preform or the center of the preform. With a simple method, the amount of deflection at the center of the base material can be measured correctly.
[0032]
Next, a specific example of the measurement of the bending of the optical fiber preform will be described with reference to FIGS. The length of the
[0033]
In FIG. 5, the
[0034]
FIG. 6 shows a case where the
[0035]
In FIG. 6, the
[0036]
FIG. 7 shows a case where the
[0037]
In FIG. 7, the
[0038]
FIG. 8 shows a case where the
[0039]
In FIG. 8, the
[0040]
Although FIG. 8B shows an example of calculating a linear regression equation for the entire length of the
[0041]
9 and 10 show that the amount of deflection of the
[0042]
As shown in FIG. 9A, it is assumed that the
[0043]
As shown in FIG. 10A, it is assumed that the
[0044]
According to FIGS. 8 to 10, it is assumed that when a long optical fiber preform has a large deflection amount and is determined to be unsuitable for use as an optical fiber material, cutting is performed at the maximum position of the deflection amount. Then, a new linear regression equation is calculated with respect to the shake amount of the optical fiber preform after cutting, and a new deviation amount is calculated from the new linear regression equation. Such a determination can be predicted without actually cutting the optical fiber preform and re-measurement.
[0045]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, by bending and holding the optical fiber preform in the axial direction, the optical fiber preform can be bent over the entire length without damaging the surface of the optical fiber preform. It is possible to measure, and it becomes possible to determine the quality more appropriately. In addition, by calculating the linear regression equation from the axial deflection of the optical fiber preform, it is possible to accurately measure even when the optical fiber preform is tilted or the center of the preform is displaced. Therefore, the amount of bending can be measured and workability can be improved. Further, even when the optical fiber preform is bent, it is possible to determine whether or not it can be used after being cut.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the measurement of the amount of deflection of the optical fiber preform of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a deflection amount, a linear regression equation, and a deviation amount at the center of the base material of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining data processing when an optical fiber preform center intersects a rotation center.
FIG. 5 is a view when the optical fiber preform is fixed without being bent and tilted.
FIG. 6 is a view when the optical fiber preform is fixed without being bent and tilted.
FIG. 7 is a view when the optical fiber preform is bent and fixed without tilting.
FIG. 8 is a diagram showing a case where the optical fiber preform is bent and is tilted and fixed.
FIG. 9 is a view for explaining one of optical fiber preforms cut into two;
FIG. 10 is a diagram for explaining the other side of the optical fiber preform cut into two;
FIG. 11 is a diagram illustrating a conventional technique.
[Explanation of symbols]
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