專利名稱：氣相軸向淀積裝置及氣相軸向淀積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造光纖預(yù)制件的一種裝置及一種方法，更具體地，涉及一種氣相軸向淀積(VAD)裝置以及一種氣相軸向淀積方法。
背景技術(shù)：
氣相軸向淀積方法是用于通過借助于第一和第二噴燈將煙灰淀積到一玻璃棒上以在縱向上生長出纖芯和包覆層而獲得煙灰預(yù)制件的一種方法。隨后，煙灰預(yù)制件會經(jīng)歷脫水過程等等，以獲得光纖預(yù)制件。
圖1為傳統(tǒng)的氣相軸向淀積裝置。圖1中所示的立式氣相軸向淀積裝置100包括用于產(chǎn)生并淀積煙灰的第一和第二噴燈120，125、用于移動第一噴燈120的噴燈移動部件130、用于使煙灰預(yù)制件110移動并旋轉(zhuǎn)的預(yù)制件移動部件140、用于測量煙灰預(yù)制件110的纖芯114的生長尺寸的生長尺寸檢測部件150以及用于控制預(yù)制件移動部件140以調(diào)節(jié)纖芯114的固定生長尺寸的控制部件160。
煙灰預(yù)制件110包括用于提供生長基礎(chǔ)的玻璃棒112以及通過將煙灰淀積到玻璃棒112的第一端部上而形成的纖芯114和包覆層(clad)116。纖芯114具有相對較高的折射率，而環(huán)繞纖芯114的包覆層116具有相對較低的折射率。與第一端部相對的玻璃棒112的第二端部被固定到預(yù)制件移動部件140，并且煙灰預(yù)制件110在煙灰淀積期間以一預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。
第一噴燈120朝著煙灰預(yù)制件110的遠端噴射火焰，以在縱向上從玻璃棒112的第一端部生長出纖芯114。將玻璃原材料和燃料提供給第一噴燈120。當玻璃原材料在所噴射的火焰內(nèi)脫水時會產(chǎn)生煙灰，并且所產(chǎn)生的煙灰會淀積到煙灰預(yù)制件110上。
噴燈移動部件130在煙灰淀積之前先通過在橫向上移動第一噴燈120來排列第一噴燈120和煙灰預(yù)制件110。
第二噴燈125朝著纖芯114的外圓周表面噴射火焰，以在纖芯114的外圓周表面上生長出包覆層116。將玻璃原材料和燃料提供給第二噴燈125。當玻璃原材料在所噴射的火焰內(nèi)脫水時會產(chǎn)生煙灰，并且所產(chǎn)生的煙灰會淀積到煙灰預(yù)制件110上。
預(yù)制件移動部件140固定有玻璃棒112的第二端部，并使煙灰預(yù)制件110以一預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。預(yù)制件移動部件140在控制部件160的控制下還會使煙灰預(yù)制件110向上移動。
生長尺寸檢測部件150包括氦-氖激光器152和光電二極管154。從氦-氖激光器152輸出的光線會透射纖芯114的生長點(對應(yīng)于纖芯114的末端)并輸入光電二極管154。光電二極管154會將輸入的透射光輸出成一電信號。
控制部件160從自光電二極管154輸入的電信號的功率識別出透射光的功率，并且透射光的功率會隨著纖芯114的生長直徑的增加而減小?？刂撇考?60從透射光的功率確定出纖芯114的生長直徑，并使煙灰預(yù)制件110向上移動以使纖芯114的生長直徑保持不變。即，如果透射光的功率低于一預(yù)定值，則控制部件160會使煙灰預(yù)制件110向上移動，從而保持纖芯114的固定生長尺寸。
然而，以上所述的氣相軸向淀積裝置100具有以下問題首先，當長時間進行煙灰淀積時，氦-氖激光器152和光電二極管154會被第一和第二噴燈120，125內(nèi)所產(chǎn)生的熱量加熱，并因此會改變氦-氖激光器152的輸出和光電二極管154的靈敏度。這會造成測量誤差。煙灰淀積過程期間所產(chǎn)生并存在于光學路徑上的許多灰粒也會引起測量誤差。
其次，盡管煙灰預(yù)制件110與第一噴燈120之間的距離在煙灰淀積期間會對煙灰預(yù)制件110的形狀和折射率分布圖產(chǎn)生影響，然而并不意味著會發(fā)現(xiàn)它們。此外，無法解決煙灰預(yù)制件110與第一噴燈120之間的距離的變化，從而使得所述距離的變化會因生產(chǎn)過程條件(例如振動和熱量)在煙灰淀積期間的變化而發(fā)生。
由于這種問題，氣相軸向淀積裝置100所產(chǎn)生的煙灰預(yù)制件110的形狀以及折射率分布圖會經(jīng)理嚴重變化，從而降低生產(chǎn)率和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提出本發(fā)明以至少可解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種氣相軸向淀積裝置以及一種氣相軸向淀積方法，從而可以使煙灰預(yù)制件與第一噴燈之間保持固定距離。
本發(fā)明的進一步的目的是提供一種精密且可靠的氣相軸向淀積裝置以及一種精密且可靠的氣相軸向淀積方法，從而可以排除高溫及灰粒的影響。
為了實現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種氣相軸向淀積裝置，所述氣相軸向淀積裝置包括第一噴燈，所述第一噴燈用于將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的遠端上，所述第一噴燈與第二軸線排成直線；生長尺寸檢測單元，所述生長尺寸檢測單元用于從煙灰預(yù)制件的生長點以及所述第一噴燈的末端檢測到一圖像；以及控制單元，所述控制單元用于從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件與所述第一噴燈之間的沿著所述第二軸線的距離，并且根據(jù)所計算出的距離移動煙灰預(yù)制件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種氣相軸向淀積方法，其中通過使用與第二軸線排成直線的噴燈將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的遠端上，所述方法所包括的步驟為(a)檢測包括煙灰預(yù)制件的生長點以及所述噴燈的前邊緣的圖像；(b)從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件的端點與所述噴燈的前邊緣之間的垂直距離；以及(c)移動煙灰預(yù)制件，以使煙灰預(yù)制件的所述端點與所述噴燈的前邊緣之間的距離保持不變。
優(yōu)選地，步驟(b)包括的步驟為(b-1)將所述噴燈的一側(cè)邊緣上的線段延長到煙灰預(yù)制件的中心軸線；(b-2)計算所述線段的延長線與煙灰預(yù)制件的中心軸線所構(gòu)成的一夾角；以及(b-3)從所述夾角計算出煙灰預(yù)制件的所述端點與所述噴燈的前邊緣之間的垂直距離。


本發(fā)明的上述以及其它的目的、特征和優(yōu)點將從以下結(jié)合附圖的詳細說明而變得更加清楚，其中
圖1為傳統(tǒng)的氣相軸向淀積裝置的視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的氣相軸向淀積裝置的視圖；以及圖3至圖5為用于說明圖2中所示的控制單元的控制過程的視圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)該提及的是，盡管相同的元件在不同的圖示中示出，但是它們會由相同的參考符號來標示。此外，在下述說明中，當在此所包含的已知功能及配置的詳細說明使本發(fā)明的主旨不清楚時會將其省略。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的氣相軸向淀積裝置。氣相軸向淀積裝置200包括用于產(chǎn)生及淀積煙灰(soot)的第一和第二噴燈(torch)220，225、用于移動第一噴燈220的噴燈移動單元230、用于使煙灰預(yù)制件(soot preform)210移動并旋轉(zhuǎn)的預(yù)制件移動單元240、用于測量煙灰預(yù)制件210的纖芯生長尺寸的生長尺寸檢測單元250以及用于控制預(yù)制件移動單元240以調(diào)節(jié)煙灰預(yù)制件210的纖芯生長尺寸的控制單元260。此時，煙灰預(yù)制件210、第一和第二噴燈220，225、噴燈移動單元230以及預(yù)制件移動單元240被封裝在一腔室(圖中未示)內(nèi)，并且將生長尺寸檢測單元250和控制單元260設(shè)置在所述腔室的外部。所述腔室具有彼此相對放置的第一和第二視窗，并且生長尺寸檢測單元250通過第一和第二視窗測量煙灰預(yù)制件210的纖芯生長尺寸。
煙灰預(yù)制件210與第一軸線(對應(yīng)于所述煙灰預(yù)制件的中心軸線)排成直線，并且包括用于提供生長基礎(chǔ)的玻璃棒212以及通過將煙灰淀積到玻璃棒212的第一端部上而形成的纖芯214和包覆層(clad)216。纖芯214具有相對較高的折射率，而環(huán)繞纖芯214的包覆層216具有相對較低的折射率。與第一端部相對的玻璃棒212的第二端部被固定到預(yù)制件移動單元240，并且煙灰預(yù)制件210在煙灰淀積期間以一預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。
第一噴燈220與以預(yù)定銳角傾斜于第一軸線的第二軸線(對應(yīng)于所述第一噴燈的中心軸線)排成直線，并朝著煙灰預(yù)制件210的遠端噴射火焰，以在第一軸線的方向上從玻璃棒212的第一端部生長出纖芯214。將玻璃原材料和燃料提供給第一噴燈220。當玻璃原材料在所噴射的火焰內(nèi)脫水時會產(chǎn)生煙灰，并且所產(chǎn)生的煙灰淀積到煙灰預(yù)制件210上。
噴燈移動單元230在垂直于第一軸線的方向上移動第一噴燈220，以在煙灰淀積之前先排列第一噴燈220和煙灰預(yù)制件210。
第二噴燈225朝著纖芯214的外圓周表面噴射火焰，以在纖芯214的外圓周表面上生長出包覆層216。將玻璃原材料和燃料提供給第二噴燈225。當玻璃原材料在所噴射的火焰內(nèi)脫水時會產(chǎn)生煙灰，并且所產(chǎn)生的煙灰淀積到煙灰預(yù)制件210上。
預(yù)制件移動單元240固定有玻璃棒212的第二端部，并使煙灰預(yù)制件210以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。預(yù)制件移動單元240在控制單元260的控制下還使煙灰預(yù)制件210向上移動。
生長尺寸檢測單元250包括照明裝置252和圖像檢測裝置254。
照明裝置252被設(shè)置在煙灰預(yù)制件210的一側(cè)，并至少同時照明纖芯214的生長點以及第一噴燈220的末端。輸出白光或類似光的鹵素燈(halogen lamp)可以用作照明裝置252。
圖像檢測裝置254被設(shè)置在煙灰預(yù)制件210的另一側(cè)，從而使所述圖像檢測裝置被放置成與照明裝置252相對，并且檢測包括纖芯214的生長點以及第一噴燈220的末端的圖像以輸出所檢測到的圖像。CCD(電荷耦合器件)照相機可以用作圖像檢測裝置254。
控制單元260計算煙灰預(yù)制件210的端點與第一噴燈220的前邊緣之間的沿著第二軸線的距離，并且根據(jù)所計算的距離使煙灰預(yù)制件210向上移動?？刂茊卧?60包括圖像處理裝置262、主處理器264以及驅(qū)動裝置266。控制單元260可以通過個人電腦(PC)來實現(xiàn)。具體地說，圖像處理裝置262可以通過安裝在PC內(nèi)的擷取卡(grabber card)來實現(xiàn)，主處理器264可以通過PC的微處理器來實現(xiàn)，以及驅(qū)動裝置266可以通過安裝在PC內(nèi)的接口插件(interface card)來實現(xiàn)。
圖3至圖5為用于說明控制單元260的控制過程的視圖。
參看圖3，圖像處理裝置262可以捕捉煙灰預(yù)制件210的端點，并且將所捕捉到的端點設(shè)定為原點
。此時，坐標平面上的x軸線變成第一軸線310，而y軸線變成垂直于第一軸線310并經(jīng)過原點的軸線。原點位于第一軸線310上，并且煙灰預(yù)制件210關(guān)于第一軸線310具有旋轉(zhuǎn)對稱性。此外，圖像處理裝置262會形成由第一軸線310以及延長線330所構(gòu)成的夾角θ，所述延長線是通過延長連接第一噴燈220的一側(cè)邊緣224上的任意兩點A和B的線段所獲得。第一噴燈220具有空心的圓柱體形狀，并且關(guān)于它的中心軸線(即，第二軸線320)具有旋轉(zhuǎn)對稱性。第二軸線320平行于延長線330。
參看圖4，圖像處理裝置262在沿著第一軸線330的平行方向上移動延長線330并發(fā)現(xiàn)一交點C，已移動的延長線330在所述交點處與第一噴燈220的前邊緣222相交。另外，圖像處理裝置262可以發(fā)現(xiàn)一交點C，經(jīng)過原點并與第一軸線330成夾角θ的直線在所述交點處與第一噴燈220的前邊緣222相交。隨后，圖像處理裝置262會計算原點與交點C之間的距離。
可選擇地，第一噴燈220的側(cè)邊緣224上的兩個點A和B可以被選定成使點A對應(yīng)于第一噴燈220的拐角。在這種情況下，圖像處理裝置262會發(fā)現(xiàn)一交點D
以及一夾角θ，其中通過延長連接兩個點A和B的線段所獲得的延長線330在所述交點處與第一軸線310相交，所述夾角由延長線330和第一軸線310構(gòu)成。隨后，圖像處理裝置262會計算點A與交點D之間的距離，并計算出通過從所計算的距離減去P·cosθ而獲得的數(shù)值。
圖像處理裝置262將通過計算煙灰預(yù)制件210的端點與第一噴燈220的前邊緣222之間的垂直距離而獲得的數(shù)字數(shù)據(jù)輸入主處理器264。
另一個方面，第一噴燈220的外圓周表面上可以形成可識別線段，并接著計算煙灰預(yù)制件210的端點與所述線段之間的垂直距離。此時，所述線段形成為垂直于第二軸線320。另外，也可以在第一噴燈220的外圓周表面上形成一可識別的十字標記，所述十字標記由垂直于第二軸線320的第一線段以及垂直于第一線段的第二線段組成。
主處理器264對從圖像處理裝置262輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)與一預(yù)定的參考值進行比較，并且將控制信號輸出到驅(qū)動裝置266，以補償所述數(shù)字數(shù)據(jù)與預(yù)定參考值之間的差值。如果所述數(shù)字數(shù)據(jù)小于預(yù)定值，則主處理器264會使煙灰預(yù)制件210向上移動，從而保持煙灰預(yù)制件210的端點與第一噴燈220的前邊緣222之間的固定距離。
在這個實施例中，保持煙灰預(yù)制件210的端點與第一噴燈220的前邊緣222之間的固定距離會造成固定的生長尺寸。因此，氣相軸向淀積裝置200會實現(xiàn)可根據(jù)煙灰預(yù)制件210的生長尺寸使煙灰預(yù)制件210自動向上移動的伺服系統(tǒng)。
如必要的話，主處理器264會累計儲存從圖像處理裝置262輸入的一系列數(shù)字數(shù)據(jù)，以從累計儲存的數(shù)字數(shù)據(jù)確定生長速度。即，主處理器264用以單位時間間隔輸入的兩個數(shù)字數(shù)據(jù)之間的長度差除以單位時間，從而確定每單位時間的長度差，主處理器264從所述每單位時間的長度差可以導出生長速度。
參看圖5，主處理器264輸出用于補償所計算出的長度差的控制信號，并且驅(qū)動裝置266輸出用于根據(jù)所述控制信號來驅(qū)動預(yù)制件移動單元240的驅(qū)動信號。接著，預(yù)制件移動單元240使煙灰預(yù)制件210向上移動，從而使煙灰預(yù)制件210的端點與第一噴燈220的前邊緣222之間的距離維持在預(yù)定值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣相軸向淀積裝置及氣相軸向淀積方法，煙灰預(yù)制件與第一噴燈之間的距離保持不變，因此一個優(yōu)點在于可以穩(wěn)定地控制煙灰預(yù)制件的形狀以及折射率分布圖。
此外，由于通過本發(fā)明的氣相軸向淀積裝置以及氣相軸向淀積方法中的圖像檢測和處理過程可以控制生長尺寸，因此可以排除高溫以及灰粒的影響，從而增強氣相軸向淀積的精度和可靠性。
用于實現(xiàn)本發(fā)明在此所示出的加工過程的方法可以以電腦可讀形式儲存在記錄媒介(例如CD ROM、RAM、軟盤、硬盤或磁光盤)內(nèi)。將會認識到所述裝置可以包括接收并執(zhí)行儲存在存儲器中的電腦程序或電腦可執(zhí)行碼的處理器。
盡管已參考特定的優(yōu)選實施例示出并說明了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會明白在不偏離隨附權(quán)利要求及其等效形式所限定的本發(fā)明的本質(zhì)和范圍的前提下可以在此對形式和細節(jié)做各種變更。
權(quán)利要求
1.一種氣相軸向淀積裝置，包括第一噴燈，所述第一噴燈用于將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的遠端上，所述第一噴燈與第二軸線排成直線；生長尺寸檢測單元，所述生長尺寸檢測單元用于檢測包括煙灰預(yù)制件的生長點以及所述第一噴燈的末端的圖像；以及控制單元，所述控制單元用于從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件與所述第一噴燈之間的沿著所述第二軸線的距離，并且根據(jù)所計算出的距離向上移動煙灰預(yù)制件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述生長尺寸檢測單元包括照明裝置，所述照明裝置用于同時照明煙灰預(yù)制件的所述生長點以及所述第一噴燈的所述末端，所述照明裝置被設(shè)置在煙灰預(yù)制件的一側(cè)；以及圖像檢測裝置，所述圖像檢測裝置用于檢測包括煙灰預(yù)制件的所述生長點以及所述第一噴燈的所述末端的圖像，所述圖像檢測裝置被設(shè)置在煙灰預(yù)制件的另一側(cè)，從而所述圖像檢測裝置被定位成與所述照明裝置相對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括預(yù)制件移動單元，所述預(yù)制件移動單元用于將煙灰預(yù)制件的末端固定到其上并移動煙灰預(yù)制件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述控制單元包括圖像處理裝置，所述圖像處理裝置用于從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件的端點與所述第一噴燈的前邊緣之間的垂直距離；主處理器，所述主處理器用于將所述圖像處理裝置中所計算出的距離與預(yù)定參考值進行比較，并且輸出控制信號以補償所計算出的距離與所述預(yù)定參考值之間的差值；以及用于根據(jù)所述控制信號來驅(qū)動煙灰預(yù)制件的驅(qū)動裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制單元向上移動煙灰預(yù)制件，從而煙灰預(yù)制件的所述端點與所述第一噴燈的所述前邊緣之間的垂直距離保持不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括用于將煙灰淀積到煙灰預(yù)制件的外圓周表面上的第二噴燈。
7.一種氣相軸向淀積方法，其中通過使用與第二軸線排成直線的噴燈將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的末端上，所述方法所包括以下步驟(a)檢測包括煙灰預(yù)制件的生長點以及所述噴燈的前邊緣的圖像；(b)從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件的端點與所述噴燈的所述前邊緣之間的垂直距離；以及(c)移動煙灰預(yù)制件，從而煙灰預(yù)制件的所述端點與所述噴燈的所述前邊緣之間的垂直距離保持不變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(b)包括以下步驟(b-1)將所述噴燈的一側(cè)邊緣上的線段延長到煙灰預(yù)制件的中心軸線；(b-2)計算由所述線段的延長線與煙灰預(yù)制件的中心軸線所構(gòu)成的夾角；以及(b-3)從所述夾角計算出煙灰預(yù)制件的所述端點與所述噴燈的所述前邊緣之間的垂直距離。
9.一種氣相軸向淀積方法，所述方法包括以下步驟通過與第二軸線排成直線的第一噴燈將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的末端上；檢測包括煙灰預(yù)制件的生長點以及所述第一噴燈的末端的圖像；以及從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件與所述第一噴燈之間的沿著所述第二軸線的距離，并且根據(jù)所計算出的距離移動煙灰預(yù)制件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述圖像檢測步驟包括以下步驟照明煙灰預(yù)制件的所述生長點以及所述第一噴燈的所述末端；以及在與照明位置相對的位置處檢測包括煙灰預(yù)制件的所述生長點以及所述第一噴燈的所述末端的圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述移動步驟所包括以下步驟固定煙灰預(yù)制件的末端。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述預(yù)制件移動步驟所包括以下步驟從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件的端點與所述第一噴燈的前邊緣之間的垂直距離；將所述圖像處理裝置中所計算出的距離與預(yù)定參考值進行比較；以及輸出控制信號以補償所計算出的距離與所述預(yù)定參考值之間的差值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中煙灰預(yù)制件的所述端點與所述第一噴燈的所述前邊緣之間的垂直距離保持不變。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括以下步驟通過第二噴燈將煙灰淀積到煙灰預(yù)制件的外圓周表面上。
全文摘要
一種氣相軸向淀積裝置。所述氣相軸向淀積裝置包括第一噴燈、生長尺寸檢測單元以及控制單元。所述第一噴燈將煙灰淀積到與第一軸線排成直線的煙灰預(yù)制件的遠端上并且與第二軸線排成直線。所述生長尺寸檢測單元檢測包括煙灰預(yù)制件的生長點以及所述第一噴燈的末端的圖像。所述控制單元從所檢測到的圖像計算出煙灰預(yù)制件與所述第一噴燈之間的沿著所述第二軸線的距離，并且根據(jù)所計算出的距離使煙灰預(yù)制件向上移動。
文檔編號C03B37/014GK1931756SQ20061012813
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者房成昱, 李永燮, 李東熙 申請人:三星電子株式會社