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KR100877647B1 - 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시장치 및 그 방법 - Google Patents

광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시장치 및 그 방법 Download PDF

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KR100877647B1
KR100877647B1 KR1020070011166A KR20070011166A KR100877647B1 KR 100877647 B1 KR100877647 B1 KR 100877647B1 KR 1020070011166 A KR1020070011166 A KR 1020070011166A KR 20070011166 A KR20070011166 A KR 20070011166A KR 100877647 B1 KR100877647 B1 KR 100877647B1
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양영규
김광우
김승현
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Abstract

본 발명은 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치는, 고온의 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 인선되는 광섬유의 클래드층을 통해 백색광을 방사하는 백색광 방사수단; 상기 연속적으로 인선되는 광섬유의 영상 프레임을 주기적으로 취득하는 카메라 센서; 및 상기 카메라 센서가 취득한 영상 프레임을 전송받아 광섬유를 포함한 광섬유 주변의 이미지 영역에 대한 이미지 프로세싱을 수행하여 해당 영역의 그레이 레벨 수준에 따라 해당 영상 프레임에 나타난 광섬유 영역에 보이드 결함이 존재하는지 판별하는 모니터링 수단;을 포함한다.
본 발명에 따르면, 광섬유 인선공정에서 인선되는 광섬유의 보이드 결함 존재 여부를 감시하기 위해서 별도의 광원을 추가하지 않고 기존의 용융로에서 방사되는 백색광을 이용하여 광섬유 클래드층의 감시가 가능하고, 측정 영역이 넓은 2차원 센싱이 가능한 카메라 센서를 이용하여 광섬유와 고도의 광축 정렬이 필요 없으며, 고속의 전수 검사가 가능하고, 주변환경에 큰 구애들 받지않고 안정적으로 보이드 결함 존재 여부를 판별할 수 있다.
광섬유, 클래드층, 보이드 결함, 백색광, 카메라 센서, 이미지 프로세싱

Description

광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치 및 그 방법{Monitoring apparatus of clad layer in optical fiber during drawing process and Monitoring method using the same}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치의 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.
도 2는 도 1의 광섬유의 A부분을 확대시켜 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 도 1의 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치에 구비된 카메라 센서로부터 취득된 영상 프레임의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 방법을 설명하기 위해서 도시한 절차 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치의 동작을 설명하기 위해서 도시한 제어 블록도이다.
도 6은 도 3에 도시된 영상 프레임에서 광섬유가 양품인 경우의 이미지 프로 세싱 영역을 도시한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 영상 프레임에서 광섬유에 보이드 결함이 존재하는 경우의 이미지 프로세싱 영역을 도시한 도면이다.
도 8은 영상 프레임 취득 시간에 따른 이미지 프로세싱 영역 내의 그레이 레벨의 명암 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10 ...광섬유 모재 11 ...광섬유
20 ...용융로 30 ...칠러
40 ...코팅장치 50 ...자외선 경화장치
60 ...캡스턴 70 ...권취 보빈
100 ...카메라 센서 110 ...블랙 판
200 ...모니터링 수단
본 발명은 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광섬유 인선과정에서 광섬유의 클래드층에 도입된 보이드 결함을 감지하는 광섬유 클래드층 감시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광섬유는 광섬유 모재(Preform)를 제조하는 공정과, 제조된 광섬유 모재로부터 광섬유 심선을 인선(Drawing)하는 공정으로 이루어진다.
상기 광섬유 모재를 제조하는 방법은 크게 외부증착법과 내부증착법으로 나뉜다. 상기 외부증착법은 다시 VAD(Vapour Phase Axial Deposition)법과 OVD(Outside Vapour Deposition)법으로 나뉜다. 한편 대표적인 내부증착법으로는 수정화학기상증착법(Modified Chemical Vapour Deposition: MCVD)을 들 수 있다. 상기 방법에 의해 제조된 1차 광섬유 모재는 오버 클래딩(Over Cladding), 자켓팅(Jacketting), RIT(Rod In Tube), 또는 RIC(Rod In Cylinder)라 불리우는 공법에 의해 광섬유 심선을 수득하기 위한 대구경의 광섬유 모재로 제조된다.
그런데, 광섬유 모재를 제조하는 과정에서는 광섬유 모재의 클래드층 영역에 보이드(Void) 결함이 발생할 가능성이 많다. 보이드 결함의 예로는 기공이나 길죽한 형태로 도입된 에어라인을 들 수 있다. 이러한 보이드 결함을 내재하고 있는 광섬유 모재를 이용하여 광섬유를 인선하게 되면 보이드 결함이 광섬유의 클래드층으로 도입되고 이로 인해서 광섬유의 강도 저하나 전송 특성 저하 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서 광섬유 모재로부터 광섬유를 인선할 때에는 광섬유의 클래드층에 도입되는 보이드 결함을 전수 검사하여 보이드 결함이 검출될 경우 그 위치를 정확하게 파악하는 것이 중요하다.
종래에는 용융로로부터 인선되는 광섬유를 통해서 백색광을 전파시키고 백색광이 광섬유의 클래드층에 도입된 보이드 결함에서 산란하면 광섬유 측면에 설치된 2개의 수광 소자를 이용하여 산란광을 센싱하여 보이드 결함의 위치를 검출하는 방법이 사용되었다. 그렇지만, 종래의 방법은 광섬유의 흔들림에 의해 수광 소자의 검출 출력이 변화하거나 주위로부터 유입되는 주변광과 산란광이 간섭을 일으킬 경 우 광섬유 내의 보이드 결함에 의해 야기된 산란광 만을 선택적으로 검출하는데 어려움이 있다. 특히, 보이드 결함에 의해 야기된 산란광의 산란각을 고려하여 수광 소자의 수광 각도를 정확하게 정렬해야 하는데, 광섬유의 흔들림에 의해 산란각이 변화되기 때문에 수광 소자가 최적 위치에 정렬되었다고 하더라도 보이드 결함 검출의 신뢰성을 보장하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광섬유 인선공정에서 인선되는 광섬유의 클래드층에 도입된 보이드 결함을 검출하는데 있어서 주위환경의 영향이 적고, 광섬유의 흔들림에 따른 수광 소자의 정렬 어려움이 없는 광섬유 클래드층의 보이드 감시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치는, 고온의 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 인선되는 광섬유의 클래드층을 통해 백색광을 방사하는 백색광 방사수단; 상기 연속적으로 인선되는 광섬유의 영상 프레임을 주기적으로 취득하는 카메라 센서; 및 상기 카메라 센서가 취득한 영상 프레임을 전송받아 광섬유를 포함한 광섬유 주변의 이미지 영역에 대한 이미지 프로세싱을 수행하여 해당 영역의 그레이 레벨 수준에 따라 해당 영상 프레임에 나타난 광섬유 영역에 보이드 결함이 존재하는지 판별하는 모니터링 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 백색광 방사수단은, 상기 용융로의 가열수단이다. 그리고 상기 카메라 센서는, 상기 인선되는 광섬유와 예각을 이루는 위치에 설치된다.
바람직하게, 상기 인선되는 광섬유를 사이에 두고 카메라 센서와 대향하는 위치에 설치되며, 소정의 너비와 광섬유의 측정 구간 길이를 갖는 블랙 판을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 모니터링 수단은, 상기 인선되는 광섬유에서 보이드 결함이 검출되었을 때의 그레이 레벨을 토대로 정의된 기준 문턱 값과 상기 그레이 레벨을 상호 대비하여 상기 보이드 결함의 존재 여부를 판단한다.
바람직하게, 상기 모니터링 수단은 보이드 결함 검출시 해당 영상 프레임이 취득된 시간을 기록하는 시간 기록부를 더 포함한다. 시간 기록부는 불활성 메모리가 바람직하다.
선택적으로, 상기 모니터링 수단은 보이드 결함 검출시 작업자에게 보이드 결함 발생을 통지하는 알람부를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 카메라 센서는, 2차원 센서이다. 예를 들어, 상기 카메라 센서는, CCD , CMOS, 및 Vidicon 중에서 선택된 어느 하나이다.
바람직하게, 상기 카메라 센서의 영상 취득 프레임 수는 소정의 인선 속도 및 측정 구간에 대해서 하기 수학식을 만족하도록 설정된다.
Figure 112007010344430-pat00001
(수학식 중, F: 카메라 센서의 프레임 수[frame/s], L: 측정 구간의 길 이[m], Vf: 광섬유의 인선 속도[mpm]이다.)
바람직하게, 상기 측정 구간은 인선용 용융로의 하부에서부터 인선되는 광섬유의 온도를 낮추어주는 칠러 상부까지이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 인선되는 광섬유의 클래드층의 보이드 결함을 감시하는 방법에 있어서, (a) 상기 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 광섬유를 인선하는 단계; (b) 상기 카메라 센서를 통해 상기 연속적으로 인선되는 광섬유의 영상 프레임을 주기적으로 취득하는 단계; (c) 상기 카메라 센서로부터 취득된 영상 프레임을 상기 모니터링 수단으로 전송하는 단계; (d) 상기 모니터링 수단에서 상기 카메라 센서로부터 전송받은 영상 프레임의 광섬유를 포함한 광섬유 주변 이미지 영역에 대한 이미지 프로세싱을 하는 단계; (e) 상기 모니터링 수단에서 상기 이미지 프로세싱으로부터 얻어진 이미지 영역의 그레이 레벨 수준에 따라 상기 영상 프레임에 나타난 광섬유 영역에 보이드 결함을 판별하는 단계; 및 (f) 상기 모니터링 수단에서 상기 (e) 단계에서 보이드 결함이 검출될 경우 보이드 결함이 검출된 영상 프레임이 취득된 시간을 기록하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 (e) 단계에서 상기 모니터링 수단은, 상기 인선되는 광섬유에서 보이드 결함이 검출되었을 때의 그레이 레벨을 토대로 정의된 기준 문턱 값과 상기 그레이 레벨을 상호 대비하여 상기 보이드 결함의 존재 여부를 판단한다.
본 발명에 있어서, 상기 (f) 단계에서 작업자에게 경고음 및 경고램프로 보이드 결함 발생을 통지하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 광섬유 인선공정이 완료되고 권취보빈에 권취된 광섬유를 상기 보이드 결함이 검출된 시간을 기록한 데이터를 참조하여 보이드 결함 부위를 재점검 및 해당 광섬유 부분을 제거한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치의 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.
도 1을 참조하면, 고온의 용융로(20)에서 인선되는 광섬유(11)의 영상 프레임을 지속적으로 취득하는 카메라 센서(100)와, 인선되는 광섬유(11)를 사이에 두고 상기 카메라 센서(100)와 대향하는 위치에 설치되고 소정의 폭과 소정의 측정 구간(L) 길이를 갖는 블랙 판(110)과, 상기 카메라 센서(100)로부터 전송받은 영상 프레임을 이미지 프로세싱하여 연속적으로 인선되는 광섬유(11)의 클래드층에 도입된 보이드 결함의 존재 유무를 검출하는 모니터링 수단(200)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유를 인선하는 제조 공정은 광섬유 모재(10)를 고온의 용융로(20) 내에 수용하고 이를 용융시켜 광섬유(11)로 인선한다. 상기 용융로(20)를 통해 인선된 광섬유(11)는 코팅을 하기 전에 적합한 온도로 냉각하기 위해 칠러(30)를 통과시킨다. 상기 칠러(30)를 통과한 광섬유(11)는 코팅장치(40)를 통과하면서 그 표면에 코팅층이 형성된다. 코팅층은 광섬유(11)를 열화시키는 습도, 마모 등으로부터 광섬유(11)를 보호하는 역할을 한다. 코팅이 완료된 광섬유(11)는 자외선 경화장치(50)를 통과하면서 경화된다. 상기 자외선 경화장치(50)를 통과한 광섬유(11)는 소정의 인장력을 제공하여 일정한 직경을 갖는 광섬유가 되도록 캡스턴(60)을 통과시킨다. 이 후 권취보빈(70)에 광섬유(11)를 권취하면 광섬유(11)의 인선과정이 완료된다.
상술한 광섬유 인선 공정에서 본 발명에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치는 광섬유의 클래드층(도 2의 2 참조)에 도입된 보이드 결함(도 2의 3 참조)을 검출하는 동작을 수행한다. 구체적으로, 카메라 센서(100)는 고온의 용융로(10)에서 광섬유(11)가 인선되기 시작하면 상기 광섬유(11)와 예각을 이루는 위치에 설치되어 상기 용융로(20)의 인출구에서부터 광섬유(11)의 온도를 낮추어주는 상기 칠러(30) 상부까지의 측정 구간(L)을 통과하는 광섬유(11)의 영상 프레임을 지속적으로 취득한다. 이때 카메라 센서(100)의 프레임 수(F)는 광섬유의 인선 속 도(Vf)와 측정 구간(L)에 대해서 하기 수학식 1을 만족하도록 설정함으로써, 인선되는 광섬유(11)의 전수검사가 가능하도록 한다.
Figure 112007010344430-pat00002
(수학식 중, F: 카메라 센서의 프레임 수[frame/s], L: 측정 구간의 길이[m], Vf: 광섬유의 인선 속도[mpm]이다.)
예컨대, 광섬유(11) 인선 속도(Vf)가 1500 mpm 이고, 카메라 센서(100)의 프레임 수(F)가 30 frame/s 인 경우 측정 구간(L)을 0.84 m 이상으로 설정하면 영역을 카메라 센서(100)가 검사하면 전수검사가 가능하다.
바람직하게, 카메라 센서(100)는 2차원 영상의 센싱이 가능한 센서로써, 본 발명의 실시예에서는 CCD(Chargecoupled Device)가 채용된다. 하지만 본 발명이 카메라 센서(100)의 종류에 의해 한정되는 것이 아니므로 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), Vidicon등이 채용되어도 무방하다.
상기 블랙 판(110)은 상기 용융로(20)로부터 인선되는 광섬유(11)를 사이에 두고 상기 카메라 센서(100)와 대향하는 위치에 설치된다. 그리고 소정의 폭과 측정 구간(L)의 길이에 대응되는 길이를 갖는다. 상기 블랙 판(110)은 카메라 센서(100)에 의해 취득되는 광섬유(11) 영상 프레임 중 보이드 결함 존재 영역의 명암이 확연하게 구별될 수 있도록 한다.
상기 모니터링 수단(200)은 상기 카메라 센서(100)로부터 연속적으로 인선되는 광섬유(11)의 영상을 프레임 별로 전송받아 이미지 프로세싱을 수행하여 해당 프레임의 그레이 레벨을 산출한다. 그런 다음 산출된 그레이 레벨을 소정의 기준 문턱 값(도 5의 221 참조)과 비교한다. 여기서, 기준 문턱 값은 상기 인선되는 광섬유(11)에서 보이드 결함이 검출되었을 때의 그레이 레벨을 토대로 정의된 것이다.
만약, 해당 프레임의 그레이 레벨이 기준 문턱 값을 초과하는 경우는 해당 프레임 영상이 취득된 광섬유(11) 부분에 보이드 결함이 발생하였다고 규정하고 해당 프레임 영상이 취득된 시간을 기록하고 작업자가 알 수 있도록 경고음 또는 경고램프를 동작시킨다. 작업자는 보이드 결함이 발생된 광섬유(11)에 대한 프레임 영상 취득 시점에 의해 광섬유(11) 위치를 역 환산할 수 있으므로 해당 지점의 광섬유(11) 부분을 제거하는 등의 조치를 취할 수 있다.
도 2는 도 1의 광섬유의 A부분을 확대시켜 도시한 확대 단면도이다.
도 2를 참조하면, 고온의 용융로(20)로부터 인선되는 광섬유(11)는 광신호를 전파하는 코어층(1)과 코어층(1)의 외부를 감싸며 코어층(1) 보다 상대적으로 굴절률이 낮은 클래드층(2)으로 구성된다.
상기 클래드층(2)으로는 보이드 결함(3) 검출에 이용되는 백색광(4)이 방사된다. 상기 백색광(4)은 2000℃ 내외의 고온의 용융로(20)에서 방사되며 상기 광섬유(11)의 클래드층(2)을 통해서 전파된다. 정상적인 클래드층(2)을 전파되는 백색광(4)은 클래드층(2)과 평행한 방향으로 전파되지만, 광섬유 모재(10) 내부의 결함 또는 공정상의 불안정으로 인해 형성된 보이드 결함(3)에 부딪치게 되면 백색광(4)의 산란 또는 굴절이 유발되며, 이로 인해 발생된 산란광(5)이 클래드층(2)을 빠져나오게 된다. 따라서, 카메라 센서(100)를 이용하여 소정의 주기로 광섬유(11)의 영상 프레임을 취득하여 이미지 프로세싱을 처리하면 보이드 결함(3)이 없는 광섬유(11) 부위보다 보이드 결함(3)이 있는 광섬유(11) 부위가 훨씬 더 밝게 나타난다.
도 3은 도 1의 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치에 구비된 카메라 센서로부터 취득된 영상 프레임의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 카메라 센서(100)는 상기 용융로(20)의 인출구에서부터 상기 칠러(30) 상부까지의 측정 구간(L)을 연속적으로 통과하는 광섬유(11)의 영상 프레임을 주기적으로 취득한다. 영상 프레임의 취득 주기는 이미 상술하였다.
바람직하게, 카메라 센서(100)에서 취득한 전체 영상은 광섬유(11)가 인선되는 부분 즉, 소정 폭과 측정 구간(L)을 이미지 프로세싱 영역(15)으로 정하고 이 영역을 이미지 프로세싱하게 된다. 여기서, 상기 소정 폭은 광섬유(11)가 인선되는 과정에서 발생할 수 있는 진동범위 이상으로 설정한다. 이러한 이미지 프로세싱 과정은 모든 광섬유 영상 프레임에 대해 개별적으로 이루어진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 방법을 설명하기 위해서 도시한 절차 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치의 동작을 설명하기 위해 서 도시한 제어 블록도이다.
도면을 참조하면, 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치는 인선되는 광섬유(11)의 영상 프레임을 취득하는 카메라 센서(100)와, 상기 카메라 센서(100)로부터 입력되는 아날로그 영상 데이터를 디지털 영상 데이터로 변환시켜주는 A/D 변환기(210), 디지털 영상 데이터를 이미지 프로세싱하고 보이드 결함(3)의 존재 유무를 검출하는 영상 처리 프로세서(220), 보이드 결함(3)이 감지된 영상 프레임이 취득된 시간이 기록되는 시간 기록부(230), 인선되는 광섬유(11)의 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(240), 및 보이드 결함(3)이 감지되었을 때 이를 작업자에게 알리는 알람부(250)를 포함하는 모니터링 수단(200)으로 구성된다.
도면에 도시된 바와 같이, 고온의 용융로(20)로부터 광섬유(11)가 인선을 시작한다(S100). 이와 동시에, 카메라 센서(100)는 연속적으로 인선되는 광섬유(11)의 영상 프레임을 소정 주기로 반복 취득한다(S200). 이어서, 상기 A/D 변환기(210)는 상기 카메라 센서(100)로부터 인가된 영상 프레임의 아날로그 영상 데이터를 디지털 영상 데이터로 변환한다. 그런 다음, 영상 처리 프로세서(220)는 상기 A/D 변환기(210)로부터 인가된 디지털 영상 데이터를 상기 디스플레이부(240)로 디스플레이하는 한편, 상기 디지털 영상 데이터에서 상기 이미지 프로세싱 영역(15)을 이미지 프로세싱하여 그레이 레벨로 변환한다(S300). 그리고 나서, 이미지 프로세싱 영역의 그레이 레벨과 기준 문턱 값(221)을 비교하여 해당 영상 프레임에 나타난 광섬유(11)에 보이드 결함(3)이 존재하는지 판별한다(S400). 만약, 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨이 기준 문턱 값(221)을 초과하면 영상 프레임에 나 타난 광섬유(11)에 보이드 결함(3)이 존재하는 것으로 해석할 수 있고, 반대로 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨이 기준 문턱 값(221)을 초과하지 않으면 영상 프레임에 나타난 광섬유(11)에 보이드 결함(3)이 존재하지 않는 것으로 해석할 수 있다. 한편 모니터링 수단(200)의 상기 영상처리 프로세서(220)는 영상 프레임에 포함된 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨이 문턱 값을 초과하면 영상 프레임이 취득된 시간을 불활성 메모리로 구성된 시간 기록부(230)에 기록하고 상기 알람부(250)을 통해서 작업자에게 경고음 및 경고램프로 보이드 결함 발생 사실을 통지한다(S500). 그런 후, 광섬유(11) 인선공정이 완료되면 상기 시간 기록부(230)에 저장된 보이드 결함이 발생된 프레임 영상 취득 시점을 통해서 보이드 결함(3)이 도입된 광섬유(11) 위치를 역 환산하여 해당 지점의 광섬유(11) 부분을 재점검하고 이상 발견시 이 광섬유 부분을 제거하는 등의 조치를 취한다(S600).
도 6은 도 3에 도시된 영상 프레임에서 광섬유가 양품인 경우의 이미지 프로세싱 영역을 도시한 도면이고, 도 7은 도 3에 도시된 영상 프레임에서 광섬유에 보이드 결함이 존재하는 경우의 이미지 프로세싱 영역을 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 양품인 광섬유(11)의 밝기는 상기 용융로(20)에서 방사된 백색광(4)이 클래드층(2)과 평행한 방향으로 전파되면서 거의 일정한 밝기를 유지하고 있다. 하지만 보이드 결함(3)이 형성된 부분의 광섬유(11) 밝기는 광섬유(11)의 클래드층(2)을 통해서 전파되는 백색광(4)이 보이드 결함(3)과 부딪치게 되면서 산란 또는 굴절을 하게 되고 이로 인해서 백색광(4)이 클래드층(2)을 빠져나가게 되면서 해당 지점의 밝기가 다른 부분에 비해 증가하게 된다. 따라서, 보 이드 결함(3)이 없는 광섬유(11) 부분보다 보이드 결함(3)이 존재하는 광섬유(11) 부분이 월등히 밝은 색을 띠게 된다. 따라서 상술한 구성에서 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨이 소정의 기준 문턱 값(221)을 초과한다는 것은 취득된 영상 프레임의 이미지 프로세싱 영역(15)에 밝기가 큰 영역이 있고 이를 달리 해석하면 해당 지점에 보이드 결함(3)이 있다는 것을 의미한다.
도 8은 영상 프레임 취득 시간에 따른 이미지 프로세싱 영역 내의 그레이 레벨의 명암 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 그래프이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 연속적으로 인선되는 광섬유(11)로부터 주기적으로 취득된 각 영상 프레임에 포함된 이미지 프로세싱 영역(15) 중 보이드 결함(3)이 감지되지 않는 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨은 거의 일정한 명암 값을 유지하고 있다. 하지만 보이드 결함(3)이 감지되는 이미지 프로세싱 영역(15)의 그레이 레벨은 소정의 기준 문턱 값(221)을 넘게 된다. 이를 통해, 인선되는 광섬유(11)의 그레이 레벨의 명암 값을 기준 문턱 값(221)과 비교하여 광섬유(11)에 보이드 결함(3)이 존재하는지를 감지할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 광섬유 인선공정에서 인선되는 광섬유의 보이드 결함 존 재 여부를 감시하기 위해서 별도의 광원을 추가하지 않고 기존의 용융로에서 방사되는 백색광을 이용하여 광섬유 클래드층의 감시가 가능하고, 카메라 센서는 측정 영역이 넓은 2차원 센서이므로 보이드 결함에서 산란되는 광을 감지하기 위해 광섬유와 고도의 광축 정렬이 필요 없으며, 이미지 프로세싱을 통해 계산되는 그레이 레벨과 문턱 값의 대비를 통해 보이드 결함의 존재 여부를 판별하므로 고속의 전수 검사가 가능하고, 보이드 결함이 존재하는 광섬유 영역에서는 주변광에 비해 월등하게 강한 빛이 감지되기 때문에 주변환경에 큰 구애들 받지않고 안정적으로 보이드 결함 존재 여부를 판별할 수 있다.

Claims (17)

  1. 고온의 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 인선되는 광섬유의 클래드층을 통해 백색광을 방사하는 백색광 방사수단;
    상기 연속적으로 인선되는 광섬유의 측정 구간에 대한 영상 프레임을 주기적으로 취득하는 카메라 센서;
    상기 인선되는 광섬유를 사이에 두고 상기 카메라 센서와 대향하는 위치에 설치되며, 소정의 너비와 광섬유의 측정 구간 길이를 갖는 블랙판; 및
    상기 카메라 센서가 취득한 영상 프레임을 전송받아 광섬유를 포함한 광섬유 주변의 이미지 영역에 대한 이미지 프로세싱을 수행하여 해당 영역의 그레이 레벨 수준에 따라 해당 영상 프레임에 나타난 광섬유 영역에 보이드 결함이 존재하는지 판별하는 모니터링 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백색광 방사수단은, 상기 용융로의 가열수단임을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 센서는, 상기 인선되는 광섬유와 예각을 이루는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은, 상기 인선되는 광섬유에서 보이드 결함이 검출되었을 때의 그레이 레벨을 토대로 정의된 기준 문턱 값과 상기 그레이 레벨을 상호 대비하여 상기 보이드 결함의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은 보이드 결함 검출시 해당 영상 프레임이 취득된 시간을 기록하는 시간 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시간 기록부는 불활성 메모리인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은 보이드 결함 검출시 작업자에게 보이드 결함 발생을 통지하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 센서는, 2차원 센서인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 카메라 센서는, CCD , CMOS, 및 Vidicon 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 센서의 영상 취득 프레임 수는 소정의 인선 속도 및 측정 구간에 대해서 하기 수학식을 만족하도록 설정된 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
    Figure 112007010344430-pat00003
    (수학식 중, F: 카메라 센서의 프레임 수[frame/s], L: 측정 구간의 길이[m], Vf: 광섬유의 인선 속도[mpm]이다.)
  12. 제1항에 있어서,
    상기 측정 구간은 인선용 용융로의 하부에서부터 인선되는 광섬유의 온도를 낮추어주는 칠러 상부까지인 것을 특징으로 하는 광섬유 인선공정에서 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치.
  13. 제1항에 따른 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 인선되는 광섬유의 클래드층의 보이드 결함을 감시하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 광섬유 인선용 용융로로부터 연속적으로 광섬유를 인선하는 단계;
    (b) 상기 카메라 센서를 통해 상기 연속적으로 인선되는 광섬유의 측정 구간에 대한 영상 프레임을 주기적으로 취득하는 단계;
    (c) 상기 카메라 센서로부터 취득된 영상 프레임을 상기 모니터링 수단으로 전송하는 단계;
    (d) 상기 모니터링 수단에서 상기 카메라 센서로부터 전송받은 영상 프레임의 광섬유를 포함한 광섬유 주변 이미지 영역에 대한 이미지 프로세싱을 수행하는 단계;
    (e) 상기 모니터링 수단에서 상기 이미지 프로세싱으로부터 얻어진 이미지 영역의 그레이 레벨 수준에 따라 상기 영상 프레임에 나타난 광섬유 영역에 보이드 결함을 판별하는 단계; 및
    (f) 상기 모니터링 수단에서 상기 (e) 단계에서 보이드 결함이 검출될 경우 보이드 결함이 검출된 영상 프레임이 취득된 시간을 기록하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유의 클래드층의 보이드 결함 감시방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 측정 구간은 인선용 용융로의 하부에서부터 인선되는 광섬유의 온도를 낮추어주는 칠러 상부까지인 것을 특징으로 하는 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유의 클래드층의 보이드 결함 감시방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 모니터링 수단은, 상기 인선되는 광섬유에서 보이드 결함이 검출되었을 때의 그레이 레벨을 토대로 정의된 기준 문턱 값과 상기 그레이 레벨을 상호 대비하여 상기 보이드 결함의 존재 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유의 클래드층의 보이드 결함 감시방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 작업자에게 경고음 및 경고램프로 보이드 결함 발생을 통지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유의 클래드층의 보이드 결함 감시방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 광섬유 인선공정이 완료되고 권취보빈에 권취된 광섬유를 상기 보이드 결함이 검출된 시간을 기록한 데이터를 참조하여 보이드 결함 부위를 재점검 및 해당 광섬유 부분을 제거하는 것을 특징으로 하는 광섬유 클래드층의 보이드 결함 감시 장치를 이용한 광섬유의 클래드층의 보이드 결함 감시방법.
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