一种光纤端面角度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种光纤端面角度测量装置及方法。

背景技术

在光纤的使用过程中，一般会根据需要对一根光纤进行切割。切割时，采用钻石或者红宝石切割刀在光纤表面切出豁口，然后通过拉伸或者弯折的方法将光纤切断。由于通过施加应力来切断光纤，根据应力产生方向的不同，光纤端面不会完全垂直于光纤的轴线方向，因此在需要对光纤端面进行角度测量，确认其是否满足使用要求。

现有检测光纤端面角度的设备有光纤熔接机，该设备采用两个摄像头对光纤的不同侧面进行采样，根据光纤侧面的图像中光纤端面与光纤本身的角度来计算判断光纤端面的角度。由于其只对光纤的两个侧面采样，无法精确获得光纤端面的最大角度值，在实际应用中会产生误差。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤端面角度测量装置，用于获得准确的光纤端面角度。

本发明提供了一种光纤端面角度测量装置，包括：光纤夹具，用于夹持光纤的被测端；漫反射光源，设置在所述光纤夹具附近；背景板，与所述光纤夹具相连接，所述光纤的被测端贯穿所述背景板；所述背景板反射所述漫反射光源发出的光线，在所述光纤的被测端后侧形成背景光源；驱动部，用于驱动所述光纤夹具移动；测距装置，用于获取所述光纤夹具的移动距离；物镜，用于对所述光纤的被测端进行成像；摄像头，与控制系统相连接，用于获取所述物镜的成像图像。

优选地，所述漫反射光源呈环形，所述光纤的被测端位于所述漫反射光源的中心处。

优选地，所述背景板上覆盖有反射涂层。

优选地，所述光纤夹具的底部设有底座，所述驱动部驱动所述底座移动。

优选地，所述背景板设置在所述底座上。

优选地，所述测距装置包括设置在所述驱动部上的标尺光栅，以及设置在所述底座上的指示光栅。

本发明还提供了一种光纤端面角度测量方法，采用前述测量装置，并包括以下步骤：

S1、所述驱动部工作，驱动所述光纤夹具前后移动，在移动过程中，所述控制系统分析光纤端面图像边缘轮廓的清晰度，直至光纤端面图像的边缘轮廓处于最清晰状态，所述驱动部停止工作，所述测距装置记录此时所述光纤夹具的位置A；

S2、所述控制系统计算出所述光纤的端面直径D，并将光纤端面图像分割成n个区域，所述驱动部工作，驱动所述光纤夹具前后移动，在移动过程中，所述控制系统依次分析每一个区域的边缘轮廓的清晰度，直至该区域的边缘轮廓处于最清晰状态，所述测距装置记录此时所述光纤夹具的位置i，1≤i≤n；将位置i与位置A之间的距离记为di，将di的最大值记为L

S3、使用公式

本发明通过环形漫反射光源照射显示光纤轮廓，可以最大程度减少光源对光纤轮廓的影响。通过控制系统将光纤端面分割为n个区域，确定边缘轮廓清晰度最差的区域，从而准确测量出光纤端面中角度最大的点的角度值，确认光纤是否满足实际使用需求。在此过程中，由光栅尺位移传感器记录光纤端面的位置变化距离，确保计算用数据的准确度。通过以上装置和方法，可以更准确地获得光纤端面角度。

附图说明

图1是本发明光纤端面角度测量装置的示意图；

图2是控制系统通过摄像头获取的光纤端面图像；

图3是光纤端面边缘轮廓清晰度最差区域在光纤端面图像中的示意图；

图4是L

元件标号说明：

1 光纤

2 光纤夹具

3 底座

31 背景板

4 驱动部

41 步进电机

42 测距装置

5 漫反射光源

6 物镜

7 摄像头

8 背景

100 光纤端面边缘轮廓清晰度

最差区域

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“前”、“后”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明光纤端面角度测量装置的示意图，在以下的描述中，以图1中的附图作为方向的参考基础，在图1中，沿视图纸面向右为前方向，沿视图纸面向左为后方向，其中摄像头7位于光纤夹具2的前侧；沿视图纸面向上为上方向，沿视图纸面向下为下方向。

如图1所示，本发明提供了一种光纤端面角度测量装置，该装置包括光纤夹具2、漫反射光源5、背景板31、驱动部4、测距装置42、物镜6和摄像头7。

光纤夹具2用于夹持光纤1的被测端，使光纤1的被测端位置固定，端面正对物镜6。

漫反射光源5设置在光纤夹具2附近，其优选地呈环形，光纤1的被测端位于漫反射光源5的中心处。漫反射光源5具体地可选用led漫反射灯条、漫反射模组等。同时，漫反射光源5位置固定，不随光纤夹具2移动。

背景板31与光纤夹具2相连接，光纤1的被测端贯穿背景板31。背景板31上优选地覆盖有反射涂层，其可反射漫反射光源5发出的光线，在光纤1的被测端后侧形成背景光源。配合从漫反射光源5射出的各方向上的光线，可以清楚地显示光纤1的边缘轮廓，便于获取光纤1的端面直径以及边缘轮廓成像。

驱动部4用于驱动光纤夹具2前后移动，辅助摄像头7对焦。具体地，光纤夹具2的底部设有底座3，驱动部4包括由步进电机41驱动的丝杠螺母，螺母与底座3相连接，当步进电机41驱动丝杠转动时，螺母带动底座3作前后移动。背景板31设置在底座3上，可以和光纤夹具2同步移动。

测距装置42用于获取光纤夹具2的移动距离，其可以为激光测距仪、红外线测距仪、超声波测距仪，或者如本发明一个具体实施例中采用的光栅尺位移传感器。光栅尺位移传感器包括设置在驱动部4上的标尺光栅，以及设置在底座3上的指示光栅。

物镜6用于对光纤1的被测端进行成像，其位置固定。物镜6具体地是由若干个透镜组合而成的一个透镜组，组合使用可克服单个透镜的成像缺陷，提高物镜的光学质量。

摄像头7用于获取物镜6的成像图像，其位置固定，且与控制系统相连接，可将物镜6的成像图像传输给控制系统，然后由控制系统进行图像处理分析。

需要说明的是，本发明采用的控制系统的形式并不局限，可以采用现有的如PLC控制器或单片机，而控制系统进行图像处理分析和计算的技术均为本领域技术人员能够实现的现有技术，在此不再赘述。

本发明还提供了一种光纤端面角度测量方法，该测量方法采用前述测量装置，包括以下步骤：

S1、驱动部4工作，驱动光纤夹具2前后移动，在移动过程中，控制系统分析光纤端面图像边缘轮廓的清晰度，直至光纤端面图像的边缘轮廓处于最清晰状态，驱动部4停止工作，测距装置42记录此时光纤夹具2的位置A。

S2、控制系统通过摄像头7获取的光纤端面图像如图2所示，背景8中显示有光纤1的轮廓边缘。通过摄像头7的像素比例以及像素与实际物理尺寸的比值进行对比，计算出光纤1的端面直径D。如图3所示，控制系统根据光纤1的尺寸将光纤端面图像分割成n个区域(n为大于1的正整数)，如可以将直径为125μm的光纤端面分割为8个区域。驱动光纤夹具2前后移动，在移动过程中，控制系统依次分析每一个区域的边缘轮廓的清晰度，直至该区域的边缘轮廓处于最清晰状态，测距装置42记录此时光纤夹具2的位置i，1≤i≤n；将位置i与位置A之间的距离记为di，将di的最大值记为L

S3、如图4所示，使用公式

由上可知，本发明采用环形漫反射光源照射光纤端面，并将光纤端面移动至对焦最清晰处，计算光纤端面直径，确定此时光纤端面位置A。将光纤端面分成n个区域，并将光纤端面移动至各个区域对焦最清晰处，依据移动距离的大小，判断在位置A处时的光纤端面边缘轮廓清晰度最差区域，并根据三角公式计算出光纤端面的角度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。