一种光纤连接头出纤角度测量装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种光纤连接头出纤角度测量装置、系统及方法。


背景技术：

2.光纤耦合半导体激光器系统在工业焊接、加工等领域的使用越来越广泛，对其输出光束的状态要求也越来越高。对于一些类似sma905的金属光纤连接头，在光纤连接头中固定光纤时，由于光纤连接头插芯的加工公差，极容易发生光纤和光纤连接头插芯孔径的轴向有角度，导致出射的光束和连接头插芯方向有一定的夹角。
3.一些加工领域，会在半导体激光器系统的光纤连接头这端增加镜头对光束进行整形后使用，进而就会对光纤连接头输出的光束角度提出要求。
4.在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：目前，激光器生产中常使用高倍的显微镜观察光纤连接头端面，来检查光纤角度问题。这种方式检测效率低，对人员操作要求也比较高，不适合大批量生产使用。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的目的在于提出一种提高检测光纤出纤角度检测效率、适用于大批量检测的光纤连接头出纤角度测量装置、系统及方法。
7.为达到上述目的，本发明的第一方面提出一种光纤连接头出纤角度测量装置，包括：
8.夹具，用于固定光纤连接头；
9.分光单元，用于将所述光纤连接头射出的光束分成相交的第一光束和第二光束，其中所述第一光束透过所述分光单元，所述光束被所述分光单元反射形成所述第二光束；
10.杂散光接收单元，用于接收并吸收所述第一光束的能量；
11.光斑承接单元，用于将所述第二光束阻挡形成光斑图像；
12.光学成像单元，用于将所述光斑图像的光学信号转换为数字信号；
13.电子设备，用于获取所述数字信号，捕捉所述光纤连接头在旋转一周过程中所述光学成像单元上的所述光斑图像的位置，计算任意两个所述光斑图像之间的距离，根据所述距离计算得到所述光纤连接头的出纤角度。
14.根据本发明实施例的光纤连接头出纤角度测量装置，通过测量第二光束在光学成像单元上的两个光斑图像的距离，计算得到光纤连接头的出纤角度，相较现有使用高倍显微镜对光纤连接头进行观察的方法来检测，操作简单，提高了测量结果准确度。
15.根据本发明的一个实施例，还包括底座，所述夹具包括：
16.固定板，设置在所述底座上，所述固定板上具有至少一个用于固定所述光纤连接头的孔位。
17.根据本发明的一个实施例，所述分光单元包括：
18.支柱，设置在所述底座上；
19.卡块，设置在所述支柱上；
20.分光棱镜，设置在所述卡块和所述支柱的顶面之间。
21.根据本发明的一个实施例，所述杂散光接收单元相邻地设置在所述底座的一侧。
22.根据本发明的一个实施例，所述光斑承接单元包括：
23.支座，设置在所述底座上；
24.第一支架，设置在所述支座上，所述第一支架的两端向上延伸；
25.屏幕，安装在所述第一支架上，所述屏幕的第一面与所述夹具相对设置；
26.压条，设置在所述屏幕的两端，用于将所述屏幕固定在所述第一支架的两端。
27.根据本发明的一个实施例，所述光学成像单元包括：
28.第二支架，设置在所述底座上；
29.镜头，设置在所述第二支架上，所述镜头与所述屏幕的第二面相对设置，用于获取所述屏幕的第二面上的所述光斑图像；
30.面阵图像传感器，设置在所述第二支架上，用于将所述光斑图像的光学信号转换为数字信号。
31.根据本发明的一个实施例，所述电子设备还用于：
32.根据公式计算在所述面阵图像传感器上任意两个光斑图像之间的距离d，式中，σ为所述面阵图像传感器的像元尺寸，(x1，y1)是第一光斑图像中心的坐标表示，(x2，y2)是第二光斑图像中心的坐标表示；
33.比较得到在所述面阵图像传感器上任意两个所述光斑图像之间的最大距离d
max
；
34.根据公式计算得到所述屏幕上所述光斑图像之间的最大距离l，式中，d为所述屏幕到所述镜头的距离，f为所述镜头的焦距；
35.根据公式计算得到所述光纤连接头的出纤角度α，式中，m为所述光纤连接头到所述屏幕的距离。
36.本发明的第二方面提供一种光纤连接头出纤角度测量系统，包括激光器和如上述第一方面所述的光纤连接头出纤角度测量装置。
37.本发明的第三方面提供一种光纤连接头出纤角度测量方法，包括：
38.将激光器的光纤连接头固定在夹具上，启动所述激光器，使所述激光器射出光束；
39.分光单元将所述激光器射出的光束分成相交的第一光束和第二光束，其中所述第一光束透过所述分光单元进入杂散光接收单元被其吸收；
40.光斑承接单元对所述第二光束形成光斑图像，光学成像单元对所述光斑图像的光学信号转换为数字信号；
41.转动所述光纤连接头一周，计算在所述光学成像单元上任意两个光斑图像之间的距离，比较得到在所述光学成像单元上两个所述光斑图像之间的最大距离；
42.根据所述光学成像单元上两个所述光斑图像之间的最大距离，计算得到所述光斑承接单元上两个所述光斑图像之间的最大距离；
43.根据所述光斑承接单元上两个所述光斑图像之间的最大距离，计算得到所述光纤连接头的出纤角度。
44.根据本发明的一个实施例，所述分光单元和所述光学成像单元分别位于所述光斑承接单元的两侧。
45.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
46.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
47.图1是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量装置的结构示意图。
48.图2是本发明一实施例涉及的光纤连接头出纤角度测量装置的分光装置的结构示意图。
49.图3是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量方法的原理图。
50.图4是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量系统的结构示意图。
51.图5是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量方法的实现流程示意图。
52.图6是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量方法的操作界面。
53.附图标记说明：
54.1-夹具，2-分光单元，3-杂散光接收单元，4-光斑承接单元，5-光学成像单元，6-底座，7-光纤连接头，8-第一光斑，9-第二光斑，11-固定板，12-孔位，21-支柱，22-卡块，23-分光棱镜，41-屏幕，42-第一支架，43-压条，44-支座，51-镜头，52-面阵图像传感器，53-第二支架。
具体实施方式
55.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
56.图1是本发明一实施例提出的光纤连接头出纤角度测量装置的结构示意图。光纤连接头出纤角度是指光纤的轴线与光纤连接头内插芯孔径的轴线之间的夹角。
57.结合图1-图3所示，一种光纤连接头出纤角度测量装置，包括夹具1、分光单元2、杂散光接收单元3、光斑承接单元4、光学成像单元5和电子设备。其中：
58.夹具1用于固定光纤连接头7。在一个实施方式中，光纤连接头7贯穿设置在夹具1上。光纤连接头7在夹具1上能够围绕自身的轴向转动。
59.分光单元2用于将光纤连接头7射出的光束分成相交的第一光束和第二光束，其中第一光束透过分光单元2，光纤连接头7射出的光束被分光单元2反射形成第二光束。第一光束的能量大于第二光束的能量。
60.杂散光接收单元3用于接收并吸收第一光束的能量。激光光束的输出能量很大，因
此测试时需要把较大能量的第一光束吸收掉，避免对光学元件造成损伤，保证测试过程中的安全。
61.光斑承接单元4用于将第二光束阻挡形成光斑图像。在一个实施方式中，光斑承接单元4具有透光性，在光斑承接单元4的正反两面光斑图像都能被看到。
62.光学成像单元5用于将光斑图像的光学信号转换为数字信号。数字信号易于存储，处理速度快。
63.电子设备用于获取数字信号，捕捉光纤连接头7在旋转一周过程中光学成像单元5上的光斑图像的位置，计算任意两个光斑图像之间的距离，根据距离计算得到光纤连接头的出纤角度。可选地，电子设备可以为计算机、手机、控制器等。光纤连接头7的转动可以是手工转动，也可以是电机驱动转动。
64.根据本发明实施例的光纤连接头出纤角度测量装置，通过测量第二光束在光学成像单元上的两个光斑图像的距离，计算得到光纤连接头的出纤角度，相较现有使用高倍显微镜对光纤连接头进行观察的方法来检测，操作简单，提高了测量结果准确度。
65.在一些实施例中，结合图1-图3所示，光纤连接头出纤角度测量装置还包括底座6，夹具1包括固定板11。固定板11设置在底座6上，固定板11上具有至少一个用于固定光纤连接头7的孔位12。孔位12的数量和内径可以根据光纤连接头7的型号进行不同的设定。光纤连接头7穿入孔位12，光纤连接头7的轴线与孔位12的中心轴线共线。
66.在一个示例中，分光单元2包括支柱21、卡块22和分光棱镜23。支柱21设置在底座6上，卡块22设置在支柱21上。分光棱镜23设置在卡块22和支柱21的顶面之间。可选地，卡块22为l型，卡块22的一个面固定在支柱21的侧面，卡块22的另一个面位于支柱21的上方，将分光棱镜23压在支柱21上。可选地，分光棱镜23为直角棱镜。分光棱镜23的斜面与光纤连接头7相临设置。杂散光接收单元3相邻地设置在底座6的一侧，并与分光棱镜23的一个直角面相对。
67.在一个示例中，光斑承接单元4包括屏幕41、第一支架42、压条43和支座44。支座44设置在底座6上。第一支架42设置在支座44上，第一支架42的两端向上延伸。屏幕41安装在第一支架42上，屏幕41的第一面与夹具1相对设置。压条43设置在屏幕41的两端，用于将屏幕41固定在第一支架42的两端。在一个示例中，屏幕41可以是幕布，屏幕41与光纤连接头7的轴线垂直。为了实现更好的成像效果，屏幕41的位置可以沿底座6的长度方向调节，通过调节支座44或第一支架42的位置来实现。
68.在一个示例中，光学成像单元5包括镜头51、第二支架53和面阵图像传感器52。第二支架53设置在底座6上。镜头51设置在第二支架53上，镜头51与屏幕41的第二面相对设置，用于获取屏幕41的第二面上的光斑图像，在面阵图像传感器52上成像。面阵图像传感器52设置在第二支架53上，用于将光斑图像的光学信号转换为数字信号。在一个示例中，面阵图像传感器为电荷耦合器件(ccd)，具有体积小、噪声小的优点。
69.在一个示例中，电子设备还用于：
70.根据公式计算在面阵图像传感器52上任意两个光斑图像之间的距离d，式中，σ为面阵图像传感器52的像元尺寸，(x1，y1)是第一光斑8图像中心的坐标表示，(x2，y2)是第二光斑9图像中心的坐标表示；
71.比较得到在面阵图像传感器52上任意两个光斑图像之间的最大距离d
max
；
72.根据公式计算得到屏幕41上光斑图像之间的最大距离l，式中，d为屏幕41到镜头51的距离，f为镜头51的焦距；
73.根据公式计算得到光纤连接头的出纤角度α，式中，m为光纤连接头7到屏幕41的距离。
74.在一个示例中，分光棱镜23的中心和杂散光接收单元3的中心位于同一高度，第一光束吸收的效果更好。在一个示例中，屏幕41的中心、镜头51的中心和面阵图像传感器52的中心保持在同一水平线，光纤连接头的出纤角度的测量更加准确。
75.本发明实施例利用电子设备计算光纤连接头的出纤角度，较人工使用高倍显微镜对光纤连接头进行观察的方法来检测，检测结果更加准确，光纤连接头只需要转动一圈，检测时间得以缩短，检测效率得以提高。
76.基于上述目的，参照图4，本发明实施例的第二方面提出一种光纤连接头出纤角度测量系统,包括激光器和上述第一方面的光纤连接头出纤角度测量装置。光纤连接头出纤角度测量系统的实施例，可以达到与之对应的光纤连接头出纤角度测量装置相同或者相类似的效果。
77.基于上述目的，结合图1、图3、图5和图6所示，本发明实施例的第三方面提供一种光纤连接头出纤角度测量方法，该方法的实现流程详述如下：
78.步骤s102，将激光器的光纤连接头7固定在夹具1上，启动激光器，使激光器射出光束。
79.本实施例中，可选地，激光器为半导体激光器。光纤连接头7被配置为紧密配合夹具1，并可以沿光纤连接头7的轴线转动。
80.步骤s104，分光单元2将激光器射出的光束分成相交的第一光束和第二光束，其中第一光束透过分光单元2进入杂散光接收单元3被其吸收。
81.本实施例中，第一光束的输出能量大于第二光束的输出能量。可选地，第二光束的输出能量仅为第一光束的输出能量的1％，避免造成对光学部件的损伤。
82.步骤s106，光斑承接单元4对第二光束形成光斑图像，光学成像单元5对光斑图像的光学信号转换为数字信号。
83.本实施例中，利用光斑承接单元4阻挡第二光束，形成光斑图像，这个光斑图像是光学信号。然后光学成像单元5对光斑图像的光学信号转换为数字信号，以便信号的后续处理。
84.步骤s108，转动光纤连接头7一周，计算在光学成像单元5上任意两个光斑图像之间的距离，比较得到在光学成像单元5上两个光斑图像之间的最大距离。
85.本实施例中，转动光纤连接头7一周，由于存在光纤连接头出纤角度，光斑图像会在光学成像单元5沿周向移动，光学成像单元5能够将各个时刻光斑图像的位置记录下来。
86.步骤s110，根据光学成像单元5上两个光斑图像之间的最大距离，计算得到光斑承接单元4上两个光斑图像之间的最大距离。
87.本实施例中，光斑承接单元4的光斑图像是投影在光学成像单元5上的，为了便于
计算光纤连接头的出纤角度，需要将光学成像单元5上两个光斑图像之间的最大距离转换成光斑承接单元4上两个光斑图像之间的最大距离。
88.步骤s112，根据光斑承接单元4上两个光斑图像之间的最大距离，计算得到光纤连接头的出纤角度。
89.本实施例中，参照图3，光斑承接单元4上两个光斑图像和光纤连接头7所在位置一共三点形成了三角形的关系，能够通过计算得到光纤连接头的出纤角度。
90.在一些实施例中，分光单元2和光学成像单元5分别位于光斑承接单元4的两侧。光斑承接单元4是屏幕41。光学成像单元5包括镜头51和面阵图像传感器52。
91.步骤s106中还包括：接收面阵图像传感器52上的光斑图像，调节面阵图像传感器52的积分时间，使得面阵图像传感器52采集到的光斑图像数据最大灰度值与饱和灰度值比值不小于90％，且采集到的图像数据不饱和。本步骤能够使面阵图像传感器52上光斑图像显示更加清楚。
92.步骤s108进一步包括：根据公式计算在面阵图像传感器上任意两个光斑图像之间的距离d，式中，σ为面阵图像传感器的像元尺寸，(x1，y1)是第一光斑图像中心的坐标表示，(x2，y2)是第二光斑图像中心的坐标表示。比较得到在所述面阵图像传感器上任意两个所述光斑图像之间的最大距离d
max
。
93.步骤s110进一步包括：根据公式计算得到屏幕41上光斑图像之间的最大距离l，式中，d为屏幕到镜头的距离，f为镜头的焦距。
94.步骤s112进一步包括：根据公式计算得到光纤连接头的出纤角度α，式中，m为光纤连接头7到屏幕41的距离。
95.综上所述，本发明实施例的光纤连接头出纤角度测量方法，通过测量光束在光学承接单元上投影的光斑移动的距离，从而测量激光器光纤连接头出纤的角度，代替目前使用高倍显微镜对光纤连接头进行观察的方法来检测，装置简易，操作简单，适合规模化生产使用。
96.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
97.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
98.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
99.在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”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。
100.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
101.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
102.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。