KR100256668B1 - Automatic measurement device and method of ferrule for multi-core optical connector - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비접촉 삼차원 측정기를 이용하여 다심 광커넥터용 페룰의 비정렬 요인을 전자동으로 측정하기 위한 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 특히 다심 광커넥터 조립 전에 페룰의 기하학적 측정 대상을 자동적으로 측정할 수 있는 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
근래에 들어와서 과학기술의 발달이 인류에게 더 많은 정보의 수용을 요구하게 됨에 따라, 다양한 정보의 수용을 위한 통신 수단으로 한꺼번에 많은 정보를 전달하는 빛을 사용하게 되었다. 빛에 의한 정보의 전송도 음성, 자료 및 동화상 등 멀티미디어 기술의 활용을 위하여 더욱 대용량화, 초고속화가 요구되므로 전송 매체인 광케이블은 현재의 단심 위주에서 다심 위주로의 변환이 진행되고 있는 실정이다.In recent years, as the development of science and technology requires human beings to receive more information, light has been used to transmit a lot of information at once as a communication means for receiving various information. The transmission of information by light also requires more capacity and high speed in order to utilize multimedia technologies such as voice, data, and moving images, and thus, the optical cable, which is a transmission medium, is being converted from the current single-centered to multi-centered.
광케이블은 제조기술의 어려움 및 적절한 망 구성을 위하여 단락이 존재하며, 이러한 단락은 광로의 유지를 위하여 접속이 이루어져야 하는 바, 광섬유의 접속은 손실의 극소화를 위하여 매우 정밀하게 이루어져야 한다. 이러한 접속 방법으로 현재는 접속자에 의한 영구적 접속과, 반복 착탈이 요구되는 곳에서 사용되는 광커넥터가 사용되고 있다. 다심 광커넥터는 다심 광접속자에 비하여 손실 특성은 약간 나쁘지만, 적용의 유연성, 광케이블 접속 시간 등의 측면에서 유리하여,다심의 광케이블의 신속한 접속을 위하여 선호되고 있다.Optical cable has a short circuit for difficulty in manufacturing technology and proper network configuration, and this short circuit must be connected to maintain the optical path, and the optical fiber connection must be made very precisely to minimize loss. As such a connection method, the optical connector used in the place where permanent connection by a connector and repeated detachment is currently used is used. Although the loss characteristics of the multi-core optical connector are slightly worse than those of the multi-core optical connector, the multi-core optical connector is advantageous in terms of flexibility in application and connection time of the optical cable.
현재까지 다심 광커넥터는 단심을 중첩하는 방법, 실리콘 기판에 V홈을 형성시켜 접속하는 방법, 정밀하게 성형된 미세 구멍에 광섬유를 삽입하는 방법 등의 기본적인 정렬 원리에 의하여 구현되고 있다.Until now, multi-core optical connectors have been implemented by basic alignment principles such as overlapping single cores, forming V grooves on silicon substrates, and inserting optical fibers into precisely formed fine holes.
다심 광커넥터는 페룰의 기하학적 정밀도를 이용하여 광섬유의 연속성을 보장해주는 것이 목적이므로 이들의 기하학적 요소를 0.1㎛급의 정밀도를 가지면서 자동으로 측정할 수 있는 기술이 요구된다. 다심 광커넥터의 접속면 상에서 측정되어야 하는 기하학적 요소, 즉 비정렬 요인으로는 원형 형상의 홀에 대한 직경(Diameter) 및 피치, 정렬 기준면으로부터의 상대적 중심 위치(Relative Position) 및 페룰의 폭, 높이 등이다. 이들의 측정을 위해서는 접촉식 삼차원 측정기(CMM : Coordinate Measuring Machine)를 이용한 측정방법이 일반적으로 상용화되어 있으며, 상기 방법을 사용할 경우 원형 홀의 직경이 125㎛의 작은 값으로 형성되어 있기 때문에 측정 프로브(Probe)의 삽입이 불가능한 문제점을 갖는다. 또한, 측정 대상물의 크기가 0.1㎛에서 수 mm 범위의 다양한 치수를 갖는 반면에 측정 정밀도는 0.1㎛ 정도가 요구되므로 여러 가능한 측정 방법들 중 광학 현미경과 컴퓨터 비전을 이용한 측정에 정밀 스테이지를 연계하는 것이 가장 적합한 것으로 알려져 있다.Multi-core optical connector is to ensure the continuity of the optical fiber by using the geometrical precision of the ferrule, so a technique that can automatically measure these geometric elements with a precision of 0.1㎛ class is required. The geometric elements to be measured on the connection surface of the multi-core optical connector, that is, the misalignment factors, include diameter and pitch for circular holes, relative position from the alignment reference plane, width and height of the ferrule, etc. to be. For these measurements, a measuring method using a contact coordinate measuring machine (CMM) is generally commercialized, and in this case, since the diameter of the circular hole is formed to a small value of 125 μm, a measuring probe (Probe ) Is impossible to insert. In addition, since the measurement object has various dimensions ranging from 0.1 μm to several mm, while measurement accuracy is required to be about 0.1 μm, it is necessary to link the precision stage to the measurement using optical microscope and computer vision among several possible measurement methods. It is known to be the most suitable.
상기한 바와 같이, 다심 광커넥터용 페룰의 기하학적 요소, 즉 끊어진 광선로를 매우 정밀하게 제조된 구조물(페룰)을 이용하여 광로를 유지시켜 주는 것이 광커넥터의 목적이며, 또한 다심 광커넥터는 여러 가닥의 광섬유를 동시에 광로를 유지해 주는 것이 주된 목적이다. 이러한 페룰의 기하학적 요소는 광커넥터 특성과 직접적으로 관련되며 페룰의 정밀도와 광커넥터의 특성은 동일한 상관 관계를 지니고 있다. 이러한 이유로 다심 광커넥터를 개발 확보 하기 해서는 광커넥터 제조 정밀도의 1/10이하의 측정 기술을 확보하여야 한다.As described above, the purpose of the optical connector is to maintain the optical path using the structure (ferrule) of the ferrule for the multi-core optical connector, that is, the broken optical path with a very precise manufacturing, and the multi-core optical connector is a Main purpose is to maintain the optical path to the optical fiber at the same time. The geometrical elements of these ferrules are directly related to the optical connector characteristics, and the precision of the ferrule and the characteristics of the optical connector have the same correlation. For this reason, in order to develop and secure a multi-core optical connector, a measurement technology of less than 1/10 of the optical connector manufacturing precision should be secured.
또한, 정밀하게 성형된 미세 구멍을 갖는 구조물인 페룰을 이용한 다심 광커넥터의 특성은 페룰의 기하학적 정밀도에 의존하므로 이들 비정렬 요소를 정확히 측정하는 것이 페룰 생산 기술의 핵심이며, 또한 광학적 특성을 미리 예측해 볼 수 있는 핵심 기술이다.In addition, the characteristics of multi-core optical connectors using ferrules, which are structures with precisely shaped micro-holes, depend on the geometric precision of ferrules, so accurate measurement of these misalignment elements is the key to ferrule production technology, and the optical properties are predicted in advance. It is a key technology to see.
상기 페룰의 광학적 특성을 측정하는 종래의 기술로는 배사 조명을 이용하여 광섬유 홀의 직경 및 상대적 중심 위치를 측정하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 상기의 방법은 비정렬 요인으로 작용하는 페룰 측면까지의 거리나 각도는 측정하기 어려운 문제점이 있다.As a conventional technique for measuring the optical properties of the ferrule, a method of measuring the diameter and the relative center position of the optical fiber hole by using the illumination is proposed. However, the above method has a problem in that it is difficult to measure the distance or angle to the side of the ferrule serving as the misalignment factor.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정밀하게 성형된 미세 구멍(페룰)을 이용하는 다심 광커넥터의 여러 가지 기하학적 요소를 비접촉 3차원 측정기와 측정 지그 및 동축 조명과 배사 조명법을 이용하여 전자동으로 측정하는 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정장치 및 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the non-contact three-dimensional measuring instrument, the measuring jig, the coaxial illumination, and the illumination illumination method of various geometric elements of the multi-core optical connector using precisely molded fine holes (ferrules). It is an object of the present invention to provide an automatic ferrule measuring apparatus and measuring method for a multi-core optical connector to measure automatically by using a.
또한, 본 발명은 배사조명을 이용하여 페룰시편의 광섬유홀의 직경 및 상대적 중심위치를 측정하고, 동축조명을 이용하여 시편을 고정하고 있는 지그 면에 빛을 조사하고 이의 반사를 통해 시편의 측면 및 각도 측정이 가능하도록 하여 광커넥터의 조립전에 광학적 특성을 미리 예측해 볼수 있도록 한 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정장치 및 측정방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, the present invention measures the diameter and the relative center position of the optical fiber hole of the ferrule specimen using the irradiation light, and irradiates light to the jig surface fixing the specimen using coaxial illumination and the side and angle of the specimen through the reflection thereof Another object of the present invention is to provide an automatic measuring device and a method for measuring ferrules for multi-core optical connectors, which enable the measurement to predict optical characteristics before assembly of the optical connector.
도1은 본 발명에 의한 측정용 페룰시편의 구성 단면도.1 is a cross-sectional view of a configuration of a ferrule specimen for measurement according to the present invention.
도2는 본 발명에 사용되는 3차원 측정기의 스테이지 및 프로브의 구성을 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the configuration of the stage and the probe of the three-dimensional measuring instrument used in the present invention.
도3은 본 발명에 의한 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정 장치의 일실시예 구성을 나타낸 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing an embodiment configuration of an automatic measurement device for ferrules for multi-core optical connector according to the present invention.
도4는 본 발명에 의한 페룰시편의 자동측정을 위한 지그의 구성을 나타낸 사시도.Figure 4 is a perspective view showing the configuration of a jig for automatic measurement of the ferrule specimen according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 광섬유홀 10 : 페룰시편1: optical fiber hole 10: ferrule specimen
11 : 3차원 측정기 12 : 지그11: 3D measuring machine 12: jig
15 : 유리 16 : 배사조명15: glass 16: boat illumination
17 : 동축조명17: coaxial lighting
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부로부터 제공되는 구동력에 의해 X,Y,Z축으로 이동하며, 외부 컴퓨터와 연결된 3축 이동수단; 상기 3축 이동수단의 상부에 놓여지며, 페룰시편이 돌출되게 삽입,고정되도록 중앙부에 홈이 형성된 지그; 상기 지그의 하부에 장착되어 페룰시편에 형성된 광섬유홀의 직경 및 중심위치를 측정할 수 있도록 광을 투사하는 배사조명수단; 및 상기 지그의 상면과 소정거리를 두고 장착되어 페룰시편의 측면 및 각도를 측정할 수 있도록 광을 투사하는 동축조명수단을 포함하는 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a three-axis movement means moving in the X, Y, Z axis by a driving force provided from the outside, and connected to an external computer; A jig placed on an upper portion of the three-axis moving means and having a groove formed at a center thereof so as to insert and fix the ferrule specimen to protrude; Emission illumination means mounted on a lower portion of the jig to project light to measure a diameter and a center position of the optical fiber hole formed in the ferrule specimen; And it provides a ferrule automatic measuring device for a multi-core optical connector comprising a coaxial illumination means for projecting light so as to be mounted at a predetermined distance from the upper surface of the jig to measure the side and angle of the ferrule specimen.
또한, 본 발명은 X,Y,Z축으로 이동하는 3차원측정기의 Y축스테이지 상에 지그를 올려놓는 단계; 상기 지그의 홈에 페룰이 돌출되게 삽입,고정하는 단계; 상기 지그홈의 하부에 장착된 배사조명으로부터 투사된 광을 유리를 통하여 페룰시편의 광섬유홀로 투과시켜 광섬유홀의 직경 및 상대적 중심위치를 측정하는 단계; 상기 단계후 배사조명에서 동축조명으로 변환하고, 기입력된 페룰시편의 설계값에 따라 페룰시편의 광섬유홀 측정에서 측면측정위치로 Y축 스테이지를 이동시키는 단계; 상기 지그의 상면에 소정거리를 두고 장착된 동축조명의 광을 투사하는 단계; 및 상기 투사된 광을 지그상면에 반사시켜 페룰시편의 측면거리 및 각도를 측정하는 단계를 포함하는 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of placing the jig on the Y-axis stage of the three-dimensional measuring machine moving in the X, Y, Z axis; Inserting and fixing the ferrule to protrude into the groove of the jig; Measuring the diameter and relative center position of the optical fiber hole by transmitting the light projected from the irradiation light mounted to the lower part of the jig groove through the glass into the optical fiber hole of the ferrule specimen; Converting from the illumination to the coaxial illumination after the step, and moving the Y-axis stage from the optical fiber hole measurement of the ferrule specimen to the side measurement position according to the design value of the input ferrule specimen; Projecting light mounted on the upper surface of the jig at a predetermined distance; And reflecting the projected light on the jig surface provides a method for automatically measuring the ferrule for multi-core optical connector comprising the step of measuring the side distance and angle of the ferrule specimen.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
본 발명에 의한 다심 광커넥터용 페룰 자동 측정 장치 및 측정방법은 다심 광커넥터의 여러 가지 기하학적 요소를 하나의 측정기로 자동 측정하여 광커넥터의 조립전에 광학적 특성을 미리 예측해 볼수 있도록 구현한 것으로, 도1에 도시한 페룰시편의 단면도에서 보는 바와 같이 상기 페룰시편(10)은 그의 상면 양측에 소정 크기의 챔퍼(chamfer)면이 형성된 구조를 가진다. 그리고, 상기 페룰시편(10)의 측정요소인 결선될 광섬유의 수(c1 내지 c8)와 동일한 구멍(1)의 직경, 중심위치, 중심간 거리(피치), 페룰시편의 일면에서 광섬유홀까지의 거리(2), 페룰시편의 챔퍼(chamfer)면의 길이(3), 페룰의 폭(5)과 바닥면에서 광섬유구멍 중심까지의 높이(4)등을 도2에 도시한 하나의 3차원 측정기(11)로 자동 측정할 수 있도록 한다.Ferrule automatic measurement apparatus and measuring method for a multi-core optical connector according to the present invention is implemented by measuring the geometric elements of the multi-core optical connector with a single measuring instrument to predict the optical characteristics before assembly of the optical connector, Figure 1 As shown in the cross-sectional view of the ferrule specimen shown in FIG. 10, the
상기 3차원 측정기(11)는 도2에 도시한 바와 같이 X축이동을 수행하는 X축프레임(6)과, Y축이동을 수행하는 Y축프레임(7) 및 Z축이동을 수행하며 광학 현미경(8)이 장착된 Z축프레임(9)으로 구성되며, 외부 컴퓨터와 연결되어 있다.The three-
상기와 같은 페룰시편(10)의 비정렬요소를 3차원 측정기(11)를 이용한 측정장치의 구성을 도3을 통하여 상세히 설명한다.The configuration of the measuring device using the three-
도3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 3차원 측정기(11)의 Y축 프레임(7) 상면에 놓여지며, 페룰시편(10)을 고정하는 지그(12)가 구비된다.As shown in FIG. 3, in the present embodiment, a
상기 지그(12)는 도4에 도시된 바와 같이, 페룰시편(10)이 삽입되도록 그 중앙부에 페룰시편(10)과 동일형상의 홈(12b)이 형성되며, 돌기(13)를 끼워맞춤하여 고정하는 2분할의 페룰고정편(12a)과, 상기 페룰고정편(12a)의 저면 양측에 장착되는 받침편(14)과, 상기 받침편(14)의 하부에 장착되어 배사조명을 투과하는 유리(15)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 4, the
여기서, 상기 페룰고정편(12a)의 홈(12b)에 끼워지는 페룰시편(10)은 소정크기만큼 돌출되게 장착되는 구조로 되어 있으며, 또한 본 실시예에서의 상기 지그(12) 표면은 광을 반사할 수 있는 거울면의 거칠기를 가지므로써 광의 반사가 원활히 이루어지도록 한다.Here, the
상기 유리(15)의 하측에는 페룰시편(10)에 형성된 광섬유홀(1)의 직경 및 상대적 중심위치를 측정하기 위하여 발광원(16a)과 상기 발광원(16a)에서 투사되는 광을 집광하여 유리(15)로 투사하는 렌즈(16b)로 이루어진 배사조명(16)이 장착된다.In order to measure the diameter and relative center position of the
또한, 상기 지그(12)의 상면과 소정거리를 두고 장착되어 페룰시편(10)의 측면 및 각도를 측정하기 위한 동축조명(17)이 구비되는데, 상기 동축조명(17)은 발광원(17a)과, 상기 발광원(17a)으로부터 투사된 광의 경로를 90°방향으로 변환하는 거울(17b)과, 상기 거울(17b)을 통해 반사된 광을 집광하여 지그(12) 상면으로 투사하는 렌즈(17c)로 구성된다. 이때 상기 렌즈(17c)로부터 투사된 광은 지그상면에서 반사되어 페룰시편(10)의 측면으로 투사되어 페룰의 측면 각도의 측정이 가능하게 되는 것이다.In addition, the
상기와 같이 구성된 다심 광커넥터용 페룰측정장치를 이용한 측정방법을 설명하면 다음과 같다.The measurement method using the ferrule measuring apparatus for a multi-core optical connector configured as described above is as follows.
1도에 도시한 바와 같은 페룰 구조에서 구멍과 측면과 관련된 대상을 측정키 위해 컴퓨터와 연결된 3차원 측정기(11)와 페룰시편(10)을 고정시켜 주는 지그(12)를 사용하여 페룰 요소를 측정한다.In the ferrule structure as shown in FIG. 1, the ferrule element is measured using a three-
이를 위해서, 단면을 1차 연마한 페룰시편(10)을 지그(12)에 고정시키되, 상기 페룰시편(10)의 측정 단면이 지그(12)면에서부터 약간 돌출되도록 장착한다. 또한, 피측정 페룰시편(10)이 항상 동일한 측정 순서를 갖도록 지그가 극성을 가지도록 페룰시편(10)과 동일한 형상의 6각형 홈을 형성한다. 또한 페룰시편(10) 하단부가 닿는 면은 유리(15)로 구성하여 상기 유리(15) 하부에 장착된 배사조명이 가능 하도록 하였다.For this purpose, the
그리고, 상기 지그(12)의 표면을 거울 수준의 거칠기를 갖도록 하여 동축 조명(17)에 의해 조사된 광이 반사되어 페룰시편(10) 측면의 이미지를 포착할 수 있도록 한다. 피측정물 페룰시편(10)을 고정한 지그(12)를 3차원 측정기(11)의 X,Y Z축 프레임(6, 7, 9) 상단부에 놓고 측정을 시작한다. 상기 배사조명(16)을 이용하여 페룰시편(10) 하부에서 광을 조사하고 프로브(도시하지 않음)에 설치된 CCD카메라를 통해 페룰시편(10) 상단부의 상을 획득하면 광섬유 홀(1)에서만 광이 보이고 페룰시편(10)의 나머지 부분은 보이지 않게 되므로 이 원들을 비접촉 이미지 해석을 통해 각 광섬유홀(1)과 관련된 측정 요소를 측정할 수 있으며, 따라서 모든 구멍들을 순차적으로 측정한다. 상기 광섬유홀(1)에 관련된 측정이 끝나면 조명은 배사조명(16)에서 동축조명(17)으로 바뀌고, 측면 이미지를 획득한다. 이때 측정요소에 대한 자동 측정을 위해 미리 입력된 페룰시편(10)의 설계값에 의해 페룰의 구멍 측정에서 측면 측정 위치로 스테이지가 자동 이동하게 된다. 상기한 측정방법에서 조명의 밝기가 측정에 매우 중요한 요소로 작용하기 때문에, 최적 영상 획득을 고려하여 조명을 설계할 수 있도록 한다.In addition, the surface of the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피측정 페룰의 측정 요소 모두를 동일한 측정기 내에서 또한 동일한 측정 프로브에서 측정 가능 하도록 하며 또한 정밀 3차원 측정기와 연결된 컴퓨터를 이용하여 이들 측정 요소를 자동적으로 측정할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to measure all of the measuring elements of the ferrule to be measured within the same measuring instrument and at the same measuring probe and to measure these measuring elements automatically using a computer connected to a precision three-dimensional measuring instrument. Can be.
두 단계에 걸쳐 페룰의 광섬유홀과 측면 측정이 끝나게 되면 입력된 피측정물의 설계값과 실제 측정물의 측정치를 자동 비교하여 기준 이상으로 오차가 발생한 시편에 대해서는 불량품으로 판단하고 기준 내에 포함된 시편만 골라 광커넥터 조립 공정으로 넘겨진다. 이렇게 함으로써 종래에는 조립을 통해서만 양호와 불량을 판단 할 수 있던 것을 조립 전에 성형된 피측정물의 기하학적 정밀도의 정보를 이용하여 판단함으로 경제적으로 많은 효과를 얻을 수 있다.When the optical fiber hole and side measurement of the ferrule are completed in two stages, the design value of the measured object and the measured value of the actual measured object are automatically compared. It is passed on to the optical connector assembly process. By doing so, it is possible to economically obtain many effects by judging by using information on the geometrical precision of the measured object to be molded before assembling that the prior art can only judge good and bad through assembly.
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CN100389335C (en) * | 2002-01-17 | 2008-05-21 | 朴喜载 | Machine and method for inspecting ferrule of optical connector |
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- 1997-09-10 KR KR1019970046642A patent/KR100256668B1/en not_active IP Right Cessation
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