一种保偏光纤熔接机的制作方法

本发明涉及光纤处理设备领域，具体涉及一种保偏光纤熔接机。

背景技术：

1、保偏光纤通过人为引入大量双折射来实现偏振保持能力，其应用大幅提高了干涉型光纤传感器和光纤传感系统的环境抗干扰能力，在工程中获得广泛应用。保偏光纤熔接机主要解决保偏光纤的对轴熔接问题，是光纤传感领域中非常重要的一种工具。

2、偏振轴向识别是保偏光纤熔接机的一个难点，主要分为端面轴向识别法和侧面轴向识别法。端面轴向识别法通过观测保偏光纤的端面图像来确定偏振轴向，方法简单直接，但端面图像的获取难度大，一般需要先将待熔接的两根光纤向两侧拉开一定距离，再在中间插入一个折反棱镜，将端面图像进行90°转折，最后经光学镜头放大后入射到图像传感器。该方法实现装置复杂，设备集成难度大。侧面轴向识别法利用光纤的透镜效应，通过分析垂直入射到光纤侧面后形成的光强分布曲线来确定入射角度与偏振轴向的夹角，通常的做法是直接复用纤芯对准成像光路，通过优化设计光学镜头，同时获取用于纤芯对准的光纤轮廓信息和用于轴向识别的光强分布信息。该方法在不增加硬件的基础上实现轴向识别功能，优势明显，难点在光学镜头的设计，需要在极其紧凑的尺寸约束下获得更高的成像质量。侧面轴向识别法是目前保偏光纤熔接机最主流的方案。

3、除了上述在线端面或侧面对轴实现方案，将轴向识别装置集成在熔接机内部，还有离线对轴实现方案，设计具有可旋转功能的专用光纤夹具，该夹具同时适配普通单模光纤熔接机和外置的轴向识别装置。先将光纤夹具安装到外置的轴向识别装置上，调整并锁死保偏光纤的偏振轴向，再将光纤夹具转移至普通单模光纤熔接机进行熔接。这种离线方法优点是轴向识别装置设计实现简单，不存在设备集成问题，缺点是由于存在人工转移夹具的操作，不能实现全自动保偏熔接，也不能保证夹具转移和再安装过程中的已调整的偏振轴向保持不变。

4、如上所述，在线对轴方案存在设备集成或镜头设计难度大等问题，离线对轴方案又存在不能实现全自动保偏熔接等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种设备集成难度小、镜头设计余地大、避免人工操作的保偏光纤熔接机。

2、为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

3、一种保偏光纤熔接机，包括熔接机主体、防风罩、成像系统、光纤压脚、光纤调芯对准机构、电控旋转机构；其中：

4、成像系统有三个光学镜头，两个垂直的对准光学镜头集成在熔接机主体内部，用于待熔接光纤的中心位置定位；对轴光学镜头集成在熔接机主体上方，用于待熔接光纤侧面的轴向识别，通过支架与熔接机主体连接；防风罩包括左、右两部分组成，每部分可独立进行左右滑动和开合操作，并作为对轴光学镜头的拼合式通光窗口；对称布置的两个光纤压脚构成漏斗形结构，二者之间形成用于对轴光学镜头光路的漏斗形通光窗口；光纤调芯对准机构用于光纤熔接前的对准，电控旋转机构用于光纤侧面轴向识别时光纤的电控同心旋转。

5、进一步地，防风罩由镜像对称的左防风罩主体、右防风罩主体组成，左防风罩主体、右防风罩主体分别通过左防风罩直线轴承、右防风罩直线轴承与导向轴连接，导向轴两侧固定在熔接机主体上，左防风罩直线轴承、右防风罩直线轴承内壁与导向轴滑动配合，左防风罩直线轴承、右防风罩直线轴承外壁与左防风罩主体、右防风罩主体内侧底部固定；导向轴限定了防风罩左右滑动的运动轨迹，同时作为防风罩开合的连接轴。

6、进一步地，左防风罩主体、右防风罩主体上对称开设一个半圆形开口，并分别安装透光玻璃，形成左防风罩上侧光窗、右防风罩上侧光窗，二者拼合时作为对轴光学镜头的通光窗口，同时兼顾密封功能；导向轴上安装有左防风罩左侧限位环、左防风罩右侧限位环、右防风罩左侧限位环、右防风罩右侧限位环，分别用于左防风罩主体、右防风罩主体左右极限位置的限定：当左防风罩主体闭合滑动到右侧极限位置，右防风罩主体闭合滑动到左侧极限位置时，要求左防风罩主体、右防风罩主体侧壁接触形成封闭空间；当左防风罩主体滑动到左侧极限位置并开盖，右防风罩主体滑动到右侧极限位置并开盖时，要求左防风罩主体、右防风罩主体与上侧对轴光学镜头没有空间上的干涉。

7、进一步地，熔接机主体上设计有防风罩开盖限位装置，开盖限位装置和左防风罩主体、右防风罩主体上安装有磁极相反的磁铁，用于左防风罩主体、右防风罩主体处于最大旋转打开位置的吸附固定；左防风罩主体、右防风罩主体闭合时，左防风罩主体、右防风罩主体前侧底部的第一微型轴承、第二微型轴承直接与熔接机主体接触实现限位。

8、进一步地，对准成像系统包括第一对准光学镜头、第二对准光学镜头，对轴成像系统包括对轴光学镜头，所述第一对准光学镜头、第二对准光学镜头和对轴光学镜头呈倒y形轴对称分布，三个镜头聚焦两个放电电极棒的中点；所述第一对准光学镜头和第二对准光学镜头光轴相互垂直，所述对轴光学镜头固定于电控滑台，位于熔接机主体的上方，所述电控滑台固定于l形支架，所述l形支架固定于熔接机主体；所述第一对准光学镜头和第二对准光学镜头固定于熔接机主体。

9、进一步地，所述第一led点光源、第二led点光源安装在防风罩上，分别用于为第一对准光学镜头、第二对准光学镜头提供光源，该光源汇聚至对轴光学镜头的光轴上；第一led点光源、第二led点光源还可以安装在熔接机主体上，再通过安装在防风罩上的反射镜将光源反射到所述光轴上；环形或同轴光源布置在对轴光学镜头的外部；所述第一对准图像传感器、第二对准图像传感器和对轴图像传感器分别安装在所述第一对准光学镜头、第二对准光学镜头和对轴光学镜头上。

10、进一步地，所述第一对准光学镜头、第二对准光学镜头和对轴光学镜头能够通过熔接控制系统独立控制亮灭；光纤对准和光纤对轴在熔接过程中分步实现，先进行光纤对轴，后进行光纤对准；光纤对轴时，对轴成像系统的环形或同轴光源点亮，对轴成像系统的第一led点光源、第二led点光源熄灭；光纤对准时，对轴成像系统的第一led点光源、第二led点光源点亮，对轴成像系统的环形或同轴光源熄灭。

11、进一步地，光纤压脚设置两个，位于对轴光学镜头的下方，用于光纤位置的固定，光纤压脚配合v槽使用，v槽位于光纤压脚下方，通过光纤压脚施加一定的作用力，使光纤始终位于精密v槽底部。

12、进一步地，所述两个光纤压脚的一侧为固定端，另一侧为弯折端，两个光纤压脚共同构成漏斗形结构，形成漏斗形通光窗口，该通光窗口与对轴光学镜头的光轴同轴。

13、进一步地，所述保偏光纤熔接机的熔接过程包括：

14、步骤1，熔接准备

15、对轴自动聚焦滑台带动电控旋转机构运动到初始设定位置；

16、步骤2，光纤夹具安放

17、将左防风罩主体滑动到左侧极限位置再开盖，将右防风罩主体滑动到右侧极限位置再开盖；将两个装夹有切割好光纤端面的光纤夹具分别放入左右两个电控旋转机构，利用光纤压脚将光纤固定到v槽中；将将左防风罩主体闭合再滑动到右侧极限位置，将右防风罩主体闭合再滑动到左侧极限位置；

18、步骤3，光纤熔接

19、①清洁放电；

20、②切割角度判定：点亮对准成像系统中的第一led点光源、第二led点光源，关闭对轴成像系统中的环形或同轴光源；通过对准成像系统，判定光纤切割角度，满足切割角度要求，继续后续熔接过程；不满足切割角度要求，熔接过程终止，重新切割光纤；

21、④光纤对轴：熄灭对准成像系统中的第一led点光源、第二led点光源，点亮对轴成像系统中的环形或同轴光源，通过对轴成像系统和轴向识别算法，分别确定左右两侧待熔接光纤的偏振轴向，通过电控旋转机构调整偏振轴向至设定角度；

22、⑤光纤对准：点亮对准成像系统中的第一led点光源、第二led点光源，熄灭对轴成像系统中的环形或同轴光源，通过对准成像系统和位置确定算法，确定光纤中心位置，通过光纤调芯对准机构使左右两侧光纤对准；

23、⑥熔接放电；

24、步骤4，光纤夹具拾取

25、①电控旋转机构回零位；

26、②将左防风罩主体滑动到左侧极限位置再开盖，将右防风罩主体滑动到右侧极限位置再开盖；

27、③分别打开两个光纤夹具的压板，取出光纤；

28、④取出光纤夹具。

29、与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

30、本发明采用两套成像系统分别实现纤芯对准功能和保偏光纤偏振轴向识别功能，对准成像系统集成在熔接机主体内部，对轴成像系统集成在熔接机主体上方，中间通过一个l形支架连接，针对对轴成像光路特点，设计带有光窗的对开式防风罩，设计漏斗形光纤压脚，避免结构对光路造成遮挡。这种方案大幅降了轴向识别装置的集成难度、对轴光学镜头的设计难度，同时避免人为操作，可实现全自动保偏熔接。