一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备与方法与流程

1.本发明涉及光纤生产技术领域，尤其涉及一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备与方法。


背景技术：

2.光纤透镜是广泛应用于光通信与半导体激光行业内的重要器件，典型的应用如在半导体激光芯片的发光点出口处，使用光纤透镜可以极大的提高激光被耦合进光纤的效率。
3.行业内一般使用精密研磨设备和电极放电等设备在直径125微米的光纤上，将光纤端头加工成楔形或者锥形且尖端带圆弧的特定形状，举例如图1所示为锥形透镜光纤的形状。典型的生产过程如下：
4.1.将光纤装夹到研磨设备上，研磨设备将光纤端头打磨成需要的形状(如楔形、锥形等)，如图1中磨成90度的夹角a；
5.2.将打磨好的光纤第二次装夹到放电融弧设备上，放电设备通过多次电极放电将光纤透镜的最尖端融化成圆弧状，如图1中的半径r，一般为7微米(现阶段通常是操作人员肉眼观察显微镜屏幕上圆弧的变化，通过人工控制电极放电的次数来达到半径接近7微米)；
6.3.将带圆弧的光纤透镜第三次装夹到光斑质量分析设备上。在光纤另一头通1000nm激光，该激光经光纤传导后从锥形尖端的圆弧区域射出，使用光斑质量分析仪对光斑进行检验，剔除不良品；
7.4.将光斑合格的光纤透镜第四次装夹到高倍显微镜下，人工操作使用画线软件测量透镜各个面的夹角a，以及圆弧尺寸r，圆弧偏心度等尺寸，剔除公差范围之外的不良品。
8.5.打包合格品
9.从上面流程可以看出，整个过程中光纤在多个工位流转，经过多次装夹，这过程中极易导致肉眼不可见的脆弱的光纤透镜损伤，增加不良率。
10.而且因为尺寸测量工序通常在第4步，因此如果第4步测出来的外形尺寸有问题，那么前面所有的工作步骤都是浪费时间。
11.因此现有光纤透镜的生产过程自动化水平低，生产效率低下。亟须一种能在生产过程中，减少装夹次数，以及实时监控外形尺寸(及时中止不良品的后续加工)的自动化生产设备与方法。


技术实现要素：

12.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备与方法，基于机器视觉实现对光纤透镜轮廓尺寸的实时自动化测量，串起了上下游工序，由此实现了光纤透镜的一站式全自动化生产流程。解决了现有光纤透镜的生产过程自动化水平低，生产效率低下的问题。
13.本发明提供如下技术方案：一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，包括相机系统和放电融弧设备；
14.所述放电融弧设备用于对打磨后的锥形光纤放电；所述相机系统用于自动检测锥形光纤圆弧的尺寸和偏心度。
15.优选的，还包括设置在光纤出口处的光斑质量分析仪，用于分析锥形光纤的光斑质量。
16.优选的，所述放电融弧设备包括放电正电极和放电负电极，所述锥形光纤放置在两者之间。
17.优选的，所述锥形光纤安装在旋转轴上，所述旋转轴用于带动锥形光纤旋转。
18.优选的，所述旋转轴安装在y轴和x轴上，用于调整锥形光纤在x方向和y方向上的位移。
19.优选的，还包括磨盘和磨削电机，所述磨削电机用于带动磨盘旋转打磨锥形光纤；
20.所述x轴、y轴用于锥形光纤在打磨工位和和检测工位间的转运。
21.一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，包括如下步骤：
22.s1、把光纤头磨削到规定的锥形形状，光纤夹具带着光纤平移到电极放电位置；
23.s2、侧面相机通过机器视觉自动识别锥形夹角；在夹角合格的情况下，启动电极放电去融弧；
24.在每次放电后，侧面相机自动测量圆弧半径，同时光纤出口处的光斑质量分析仪分析光斑的质量；
25.s3、多次放电直到外形尺寸和光斑都达标，得到合格产品。
26.优选的，所述步骤s2中侧面相机同时自动测量圆弧中心相对于光纤中心轴的偏心度。
27.优选的，所述步骤s2中相机实时自动检测圆弧的尺寸和偏心度过程如下：
28.s21、侧面相机拍摄光纤头部的照片，通过视觉软件找到锥形的边界轮廓线以及在图片中的位置；
29.s22、将获得的锥形边界轮廓线进行分割处理，将分割区内的边界点分成不同数组，分为圆弧区a、锥形边区域b和c、直线边区域d和e；
30.s23、对圆弧区a的边界点进行圆弧拟合，该函数能同时获取圆弧半径值，以及圆弧中心坐标信息；
31.s24、对锥形边区域b和c中的锥形边界点进行直线拟合，两条直线的夹角即为锥形的夹角；
32.s25、遍历直线边区域d和e中的边界点，只保留最靠外的边界点，然后进行直线拟合；
33.s26、根据步骤s25中的两条直线生成对应的中线，即光纤中心轴线，计算步骤s23中得到的圆弧中心坐标到该中线的垂线距离，即得到圆弧在光纤上的偏心度。
34.优选的，所述相机间隔一段时间测量圆弧半径值、圆弧中心坐标信息、锥形的夹角、以及圆弧在光纤上的偏心度。
35.本发明提供了一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备与方法，光纤自始至终只需要在一个工位的一台设备上，通过一次装夹，点击启动就能实现整个生产的全自
动化。这大大降低了光纤透镜生产流程的复杂度，减少了因繁冗的人员操作和物流中转过程导致的物料损失，极大的提高了光纤透镜的生产自动化水平，以及合格率。
附图说明
36.图1为本发明结构示意图；
37.图2为本发明机器视觉的图像分割处理示意图。
38.图中：1、锥形光纤；2、相机系统；3、光斑质量分析仪；4、放电正电极；5、放电负电极；6、旋转轴；7、y轴；8、x轴；9、磨盘；10、磨削电机。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，包括相机系统2和放电融弧设备；
41.所述放电融弧设备用于对打磨后的锥形光纤1放电；放电融弧设备包括放电正电极4和放电负电极5，所述锥形光纤1设置在两者之间，用于给锥形光纤1放电；所述相机系统2用于自动检测锥形光纤1圆弧的尺寸和偏心度。
42.设备还包括设置在光纤出口处的光斑质量分析仪3，用于同时分析锥形光纤1的光斑质量。在每次放电后，侧面相机自动测量圆弧半径(以及圆弧中心相对于光纤中心轴的偏心度)，同时光纤出口处的光斑质量分析仪3也同时分析光斑的质量；
43.设备还包括磨盘9和磨削电机10，所述磨削电机10用于带动磨盘9旋转打磨锥形光纤1；
44.锥形光纤1安装在旋转轴6上，旋转轴6安装在y轴7和x轴8上，用于调整锥形光纤1在x方向和y方向上的位移。所述x轴8、y轴7用于锥形光纤1在打磨工位和和检测工位间的转运。所述旋转轴6用于带动锥形光纤1旋转，还可配合x轴8和y轴7，将锥形光纤1在磨盘9上均旋转打磨不同的位置。
45.一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，包括如下步骤：
46.s1、光纤装夹后在磨削位置把光纤头磨削到规定的锥形形状；光纤夹具带着光纤平移到电极放电位置；
47.s2、侧面的1200万像素相机通过机器视觉自动识别锥形夹角；
48.在夹角合格的情况下，启动电极放电去融弧，一般需要5-6次以上放电才能在锥形尖端达到所需的7微米圆弧半径；
49.在每次放电后，侧面相机自动测量圆弧半径(以及圆弧中心相对于光纤中心轴的偏心度)，同时光纤出口处的光斑质量分析仪也同时分析光斑的质量；
50.s3、多次放电直到外形尺寸和光斑都达标。(超差的移动回磨削位置进行返修)
51.在这个自动化生产流程中，最关键的地方在于需要相机实时自动检测圆弧的尺寸和偏心度，否则无法实现全流程自动化，因此最重要的技术在于相机的自动测量方法，如图
2所示，步骤s2具体实现过程如下：
52.1、侧面的1200万像素相机拍摄光纤头部的照片，软件通过调用opencv视觉软件库的findcontours函数找到锥形的边界轮廓线以及在图片中的位置；
53.2、将获得的锥形边界轮廓线进行如图2所示的分割处理，将分割区内的边界点分成不同数组；
54.3、最左端区域a为圆弧区，使用taubinsvd函数对该区域的边界点进行圆弧拟合，该函数能同时获取圆弧半径值，以及圆弧中心坐标等信息；
55.4、使用fitline函数对图2中区域b和c中的锥形边界点进行直线拟合，两条直线的夹角即为锥形的夹角；
56.5、遍历图2区域d和e中的边界点，只保留最靠外的边界点(即去除干扰点)，然后进行直线拟合；
57.6、根据步骤5中的两条直线生成对应的中线，即光纤中心轴线，计算步骤3中得到的圆弧中心坐标到该中线的垂线距离，即得到了圆弧在光纤上的偏心度；
58.7、至此，机器视觉得到了圆弧半径、圆弧中心的偏心度、锥形夹角等关键尺寸信息；
59.8、相机每隔300毫秒左右测量一次上述尺寸。
60.在机器视觉的自动测量情况下，光纤透镜的每个生产步骤都处在实时监控之中，避免了尺寸不良品的后续加工。极大地提高了生产效率。
61.现有光纤透镜生产过程中，因为各个工序在空间位置上的独立性，由此导致的因多次装夹、生产过程中无法进行实时尺寸控制等问题导致的很高的不良率，和生产效率的低下。
62.而本发明中，光纤自始至终只需要在一个工位的一台设备上，通过一次装夹，点击启动就能实现整个生产的全自动化。这大大降低了光纤透镜生产流程的复杂度，减少了因繁冗的人员操作和物流中转过程导致的物料损失，极大的提高了光纤透镜的生产自动化水平，以及合格率。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：包括相机系统(2)和放电融弧设备；所述放电融弧设备用于对打磨后的锥形光纤(1)放电；所述相机系统(2)用于自动检测锥形光纤(1)圆弧的尺寸和偏心度。2.根据权利要求1所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：还包括设置在光纤出口处的光斑质量分析仪(3)，用于分析锥形光纤(1)的光斑质量。3.根据权利要求1所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：所述放电融弧设备包括放电正电极(4)和放电负电极(5)，所述锥形光纤(1)设置在两者之间。4.根据权利要求1所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：所述锥形光纤(1)安装在旋转轴(6)上，所述旋转轴(6)用于带动锥形光纤(1)旋转。5.根据权利要求4所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：所述旋转轴(6)安装在y轴(7)和x轴(8)上，用于调整锥形光纤(1)在x方向和y方向上的位移。6.根据权利要求5所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备，其特征在于：还包括磨盘(9)和磨削电机(10)，所述磨削电机(10)用于带动磨盘(9)旋转打磨锥形光纤(1)；所述x轴(8)、y轴(7)用于锥形光纤(1)在打磨工位和和检测工位间的转运。7.一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、把光纤头磨削到规定的锥形形状，光纤夹具带着光纤平移到电极放电位置；s2、侧面相机通过机器视觉自动识别锥形夹角；在夹角合格的情况下，启动电极放电去融弧；在每次放电后，侧面相机自动测量圆弧半径，同时光纤出口处的光斑质量分析仪分析光斑的质量；s3、多次放电直到外形尺寸和光斑都达标，得到合格产品。8.根据权利要求7所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，其特征在于：所述步骤s2中侧面相机同时自动测量圆弧中心相对于光纤中心轴的偏心度。9.根据权利要求7所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，其特征在于：所述步骤s2中相机实时自动检测圆弧的尺寸和偏心度过程如下：s21、侧面相机拍摄光纤头部的照片，通过视觉软件找到锥形的边界轮廓线以及在图片中的位置；s22、将获得的锥形边界轮廓线进行分割处理，将分割区内的边界点分成不同数组，分为圆弧区a、锥形边区域b和c、直线边区域d和e；s23、对圆弧区a的边界点进行圆弧拟合，该函数能同时获取圆弧半径值，以及圆弧中心坐标信息；s24、对锥形边区域b和c中的锥形边界点进行直线拟合，两条直线的夹角即为锥形的夹角；s25、遍历直线边区域d和e中的边界点，只保留最靠外的边界点，然后进行直线拟合；s26、根据步骤s25中的两条直线生成对应的中线，即光纤中心轴线，计算步骤s23中得
到的圆弧中心坐标到该中线的垂线距离，即得到圆弧在光纤上的偏心度。10.根据权利要求9所述的一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的方法，其特征在于：所述相机间隔一段时间测量圆弧半径值、圆弧中心坐标信息、锥形的夹角、以及圆弧在光纤上的偏心度。

技术总结
本发明涉及光纤生产技术领域，尤其涉及一种自动控制放电融弧半径生产光纤透镜的设备与方法，包括相机系统和放电融弧设备；放电融弧设备用于对打磨后的锥形光纤放电；相机系统用于自动检测锥形光纤圆弧的尺寸和偏心度。还包括设置在光纤出口处的光斑质量分析仪，用于分析锥形光纤的光斑质量。放电融弧设备包括放电正电极和放电负电极，锥形光纤放置在两者之间。本发明基于机器视觉实现对光纤透镜轮廓尺寸的实时自动化测量，串起了上下游工序，由此实现了光纤透镜的一站式全自动化生产流程。解决了现有光纤透镜的生产过程自动化水平低，生产效率低下的问题。产效率低下的问题。产效率低下的问题。


技术研发人员：刘铂 宋立 徐祖应 陈震
受保护的技术使用者：长飞光坊（武汉）科技有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/20