[发明专利]测量涂层状态的方法和设备

说明书

本发明涉及对线状物体表面形成的涂层厚度及厚度变化(变化程度和方向)的测量。

由于光纤材料所存在的问题，很难使用光纤本身作为光传播介质。所以，为了保持光纤的初始强度(在刚生产出来之后的强度)以及保证其长距离的耐用性，现在的一般(生产)过程是在拔丝之后立即用树脂涂敷光纤，从而得到有涂层的光纤维。

图36说明了这一过程。用加热炉2对光纤材料1的端部加热并使之熔化，通过拔丝形成了光纤3。作为一般过程，光纤3接着依次通过第一个加压模(die)4A、第一个固化处理炉(curing furnace)5A、第二个加压模4B和第二个固化处理炉5B，从而形成在其外表面有两层树脂涂层的涂层光纤6，然后通过绞盘7绕在轴8上。用于涂层光纤6的树脂涂层材料的实例是各种聚合物，包括热凝(thermosetting)树脂(如硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂和环氧树脂)、紫外线固化树脂(如环氧—丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯—丙烯酸树脂和聚酯—丙烯酸树脂)以及放射性固化树脂。

为了改善涂层光纤6的传输特性和机械特性，重要之点是使树脂涂层以同轴方式围绕在光纤1的周围。

另一方面，当提高拔丝速度以改进光纤生产效率时，便有可能使光纤涂层的厚度发生变化，这可能是因为在光纤1中温度升高使得在加压模4A和4B中的树脂流不均匀了。当某些灰尘混到树脂中时也会引起厚度的变化。

所以，在光纤拔丝生产线上必须做到在生产线内部测量光纤6的厚度变化，并在一旦发生厚度变化时实现适当的控制以减低拔丝速度或停止拔丝过程。

下面参考图37来描述一种传统的厚度变化测量方法举例，它是在日本专利申请未审查(unexamined)出版物昭和。60—238737号上披露的。如图所示，厚度变化的测量是用激光源11发出的激光束12照射涂层光纤10的侧表面，并监测向前散射光的图案(pattern)13。

图38说明了这种测量方法的原理。为简化讨论，假定涂层光纤10由玻璃部分10a和树脂部分10b构成。由于这两部分的折射系数不同(通常，玻璃部分10a的折射系数ηg近似等于1.46，而树脂部分10b的折射系数ηr在1.48至1.51之间)，所以向前散射光图案13包括了两部分：中心光束(flux)13a)(它穿过树脂部分10b、玻璃部分10a并再次穿过树脂部分10b)和外围光束13b(它只穿过树脂部分10b)。所以，可以根据图37中水平方向的对称程度及在向前散射图案13的两个侧面所检测到前光强度比来监测厚度的变化。

然而，上述厚度变化测量方法只在下述情况下才能使用：通过树脂部分10b和玻璃部分10a的光线与只通过树脂部分10b的光线在向前散射图案13的两侧能彼此清楚地区分开来。例如，在下列情况下就不能适当地监测厚度变化：涂层的直径小而树脂部分10b薄(图39)，以及厚度变化太大(图40)。在图39的情况中，由于树脂部分10b太薄，不存在只穿过树脂部分10b的光线，就是说，全部光线穿过了树脂部分10b和玻璃部分10a，从而不能检测出厚度变化。在图40的情况里，由于在下部(见图40)树脂部分10b很薄，那里没有只通过下部树脂部分10b的光线。所以，尽管将知道发生了厚度变化，但不能检测出变化的程度。  

所以，本发明的一个目的是提供一种技术，它能在生产线上精确测量涂层厚度及其变化，以便能以高生产率制造出高性能的光纤维。这一技术将应用于多种技术领域。

根据本发明，用来自光发射源的入射光线照射一个柱状线形物体的侧表面，该线形物体有一个主体及在主体上形成的至少一层涂层。从涂层外表面反射的表面反射光束射向至少一个特定方向，由涂层和主体之间的边界面或相邻涂层间的边界面反射的界面反射光照射的方向与上述特定方向平行，这两束光被反射光检测部分检测。根据表面反射光束和界面反射光束之间的反射光距离来确定涂层的厚度和厚度变化。

另一种方法是根据对应于表面反射光束的入射光束与对应于界面反射光束的另一个入射光束之间的入射光距离来确定涂层的厚度及厚度变化。

作为又一种方法，可根据反射光距离和入射光距离两者来确定厚度及厚度变化。

图1从概念上说明根据本发明的一个实施例的一种涂层状态测量设备；

图2从概念上说明根据另一实施例的一种涂层状态测量设备；

图3给出在图2设备中使用的图象传感器输出信号中出现的峰值；

图4给出在图2设备中使用的另一个图象传感器输出信号中出现的峰值；

图5—7给出被图2所示设备测量过的涂层光纤实例；