【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤测量，更具体地说，涉及一种非接触式光学在线测量装置及方法。
技术介绍
1、光纤通信技术得到广泛应用，光纤及相关器件的生产需求持续增长。光纤环棒是制作光纤预制棒的关键原料之一，其性能直接影响光纤传输特性。因此，提高光纤环棒的质量控制水平，是保证光纤及相关产品质量的重要环节。
2、在光纤环棒的自动化生产过程中，如何实时监测关键几何参数以控制产品质量，一直是亟待解决的技术问题。目前主流的测量方式仍是从生产线中抽样，采用显微镜等离线手工测量，存在测量精度低、效率低等缺点，无法满足质量管控的需求。
3、中国专利申请，申请号cn202210681350.3，公开日2022年9月23日，公开了一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，包括用于产生至少两种不同波长的单色光的光源、基于干涉远离测量面型的测量头以及基于干涉测量搭建的参考系组件。采用至少两种颜色的单色光作为干涉光，采用参考测量头以及参考面作为测量头的位置参考，可以使干涉测量系统的测量精度达到纳米级别，同时有益于测量头的大范围移动。但是该方案主要采用激光干涉，使用至少两种不同波长的单色光进行干涉测量，不同波长的光在干涉过程中可能受到色散的影响，导致测量精度有待进一步提高。
技术实现思路
1、1.要解决的技术问题
2、针对现有技术中存在的光纤环棒几何参数在线测量精度低的问题，本申请提供了一种非接触式光学在线测量装置及方法，通过多测量头配置、高远心双远心镜头设计和图像处理算法等，提高了光纤环棒几何
3、2.技术方案
4、本申请的目的通过以下技术方案实现。
5、本说明书实施例的一个方面提供一种非接触式光学在线测量装置，包括：第一测量头，两端开口，设置于光纤环棒的纵向，用于发出测量光并接收反射光，以对光纤环棒进行非接触式在线测量；发射端，设置于第一测量头的一开口端，包含led光源和led准直透镜，用于发出测量光；接收端，设置于第一测量头的另一开口端，包含物镜、象镜和cmos图像传感器，用于采集反射光并输出图像信号；控制器，分别连接发射端和接收端，用于控制第一测量头的发光和采集；显示单元，与控制器连接，用于处理图像信号，计算光纤环棒几何参数并显示测量结果。
6、具体的，第一测量头是一个测量光的发射和反射光的接收都在同一头完成的结构。这实现了测量光路的共享，有利于提高测量精度。第一测量头两端设有开口，一个开口用于发出测量光，一个开口用于接收反射回来的光信号。这种传输和接收相对独立的设计避免了光路的干扰。第一测量头设置在光纤环棒的纵向位置，使发出的测量光能够照射到光纤环棒表面的长度方向。这种布置是为了测量光纤环棒的长度方向的几何参数。第一测量头发出的测量光经光纤环棒表面反射后，被同一测量头接收，完成闭环的光学测量。由此可以计算出光纤环棒长度方向的几何参数，如外形尺寸等。这种非接触式在线的测量方式，避免了接触测量可能造成的表面损伤，可以实现对光纤环棒的连续实时监测。
7、具体的，发射端设置在第一测量头的一个开口端，它包含了led光源和led准直透镜。led光源提供测量所需的光源，通常选择绿光led，波长范围适合光纤的测量。led准直透镜将led光源发出的光进行准直，输出精确的平行测量光。接收端设置在第一测量头的另一开口端，包含光学成像系统和图像传感器。物镜和象镜组成光学系统，将反射回来的光信号进行成像。cmos图像传感器将光学成像的图像信号转换为数字信号输出。该设计实现了测量光的准直输出和反射光的成像采集，为光纤环棒的几何参数测量提供了光学基础。发射端和接收端共享同一光路，有利于保证测量精度。
8、具体的，控制器分别与发射端和接收端连接，对它们进行协调控制。控制器向发射端发送控制信号，按一定时序和频率控制其发出测量光。控制器也向接收端发送控制信号，确定其采集反射光信号的时机和参数。通过控制器的精确控制，可以协调发射端和接收端的工作，以实现对光纤环棒的在线测量。显示单元与控制器连接，接收来自接收端的图像数据。显示单元中包含图像处理算法，可以从图像中提取光纤环棒的几何结构参数。提取后的参数和图像可以在显示单元上实时显示，以呈现测量结果。该设计实现了对测量头准确控制和结果处理显示，使整个系统可以自动、连续地完成在线测量。
9、进一步的，发射端的光轴和接收端的光轴共线设置，以使测量光和反射光在同一光路上传输。具体的，在第一测量头中，发射端的光轴和接收端的光轴设置成共线的关系。也就是说，发射端发出的测量光和反射后进入接收端的光线在同一条光路上传输。这样的共线设置保证了测量光照射到光纤环棒表面的方向和反射光返回的方向完全一致。由于使用了同一光路，因此可以最大限度地减少光路中的误差，提高测量精度。特别是在需要保证高精度的光纤环棒尺寸测量中，光轴的共线设置对保证测量精度非常重要。此外，这样的单轴设计也简化了系统的结构，有利于保证系统刚性，减少因振动而造成的动态误差。共线设置使得测量光路闭合，进行了来回的光学测量，也有利于提高稳定性。
10、进一步的，物镜和象镜的组合构成高远心双远心镜头，其中高远心表示对目标距离不敏感，双远心表示形成物方和像方的成像。具体的，高远心双远心镜头是由物镜和象镜组合构成。高远心是指该镜头对物距变化不敏感，能够保持成像的清晰度。这是因为其前后主平面之间距离固定，不受物距影响。双远心是指物镜和象镜都满足远心条件，分别进行物方和像方的成像。物镜进行物方的成像，将反射光聚集成物方像面。象镜进行像方的成像，将物方像面折射成像方像面。双远心可有效补偿各种像差，获得清晰成像。该高远心双远心设计获得了距离不变性和低畸变等优点。
11、进一步的，高远心双远心镜头的远心度小于n°。具体的，远心度是评价镜头成像质量的一个重要指标。远心度越小，表示镜头的成像畸变越小，图像质量越好。对于高精度的光纤环棒几何结构测量，需要使用远心度极小的镜头。因此，本技术方案采用了远心度小于n°的高远心双远心镜头。其中，n°是一个很小的数值，表示远心度极小，例如0.01°等级。这样小的远心度可以使镜头的成像达到衍射极限，获得最佳成像质量。得到的光纤环棒图像几乎没有几何畸变，有利于提高参数提取的准确度。远心度小于n°的要求保证了镜头的优良光学特性，从而满足高精度测量的需求。优选地，本申请中n取0.01°。
12、进一步的，led光源，用于提供测量用绿光；led准直透镜，用于聚光和校准led光源发出的绿光，输出平行的测量光。具体的，led光源在系统中用于提供测量所需的光源。选用发出绿光的led，因为其工作波长范围适合光纤的测量。绿光对光纤的传输损耗小，也便于后续的光学处理。led准直透镜用来进行led光的处理，实现聚光和校准功能。它可以将led光源发散的光进行汇聚，提高光强度。同时也可以校准光线的方向，输出精确的平行测量光。平行的测量光对获得精确的测量结果很重要。led准直透镜的引入提高了测量光的可控性和稳定性。led光源与准直透镜的配本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非接触式光学在线测量装置，包括：
2.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
8.一种非接触式光学在线测量方法，包括：
9.根据权利要求8所述的非接触式光学在线测量方法，其特征在于：
10.根据权利要求8所述的非接触式光学在线测量方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种非接触式光学在线测量装置，包括：
2.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的非接触式光学在线测量装置，其特征在于：
...【专利技术属性】
技术研发人员：李建立，曾爱军，
申请(专利权)人：南京中科神光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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