Общее описание системы

DAISI – это полностью автоматизированная система, предназначенная для измерения геометрических параметров торцевой поверхности волоконно-оптических коннекторов (например, у патч-кордов и пигтейлов).



Благодаря качественным бесконтактным оптическим измерениям в сочетании с возможностями численной обработки данных оборудование DAISI обеспечивает высокую точность измерений. Блок состоит из программного обеспечения, связанного с оптико-механической аппаратной системой, управляемой автоматически через USB (рис. 1).

Рисунок 1 – Фотография интерферометра DAISI-V3 c оснастками

Оптическая часть аппаратного обеспечения формирует изображение торцевой поверхности коннектора на камере высокого разрешения. Фактический коэффициент увеличения торца ферулы при отображении на мониторе компьютера составляет приблизительно 400 с полем зрения по умолчанию 350х350 мкм².

В стандартный комплект поставки интерферометра входит (рис. 2):

• Интерферометр DAISI-V3;
• Программное обеспечение на флеш-носителе;
• Щетки для очистки переходников и адаптеров;
• Отвертка для замены адаптеров;
• Кабель питания 12 В;
• Кабель USB2.0;
• Кабель USB3.0, вмонтированный в оптический модуль интерферометра;
• Переходники для ферул разного диаметра (1,25 и/или 2,50 мм) доступны под требования заказчика;
• Адаптеры под коннекторы ( SC, FC-N, FC-W, LC, E2000 и MU) доступны под требования заказчика;

Рисунок 2 – Комплект к интерферометру DAISI-V3

В данном случае следует отметить, что оптический модуль работает при одновременном подключении USB2.0 и USB3.0. Для качественной и скоростной работы программного обеспечения совместно с оптическим модулем необходимо учесть все требования к операционной системе согласно Руководству пользователя!

Оптический модуль

Оптический модуль имеет функциональную переднюю и заднюю панель для проведения измерений образцов. На передней панели располагаются входная измерительная часть: переходник под диаметры ферул и адаптеры под коннекторы, а также кнопка для измерений (рис. 3).

Рисунок 3 – Передняя панель интерферометра DAISI-V3

Кнопка для начала измерения коннекторов также служит индикатором: при проведении измерения она загорается зеленым цветом, при ошибке измерений – красным, в случае программных или технических изменений может гореть синим цветом.

На задней панели (рис. 4) расположены: разъем питания (12 В постоянного тока), разъем USB2.0, разъем с кабелем USB3.0 предохранитель (1,6 А), угловая ручка и кнопка включения/выключения. 

Рисунок 4 – Задняя панель интерферометра DAISI-V3

Угловая ручка позволяет переключать угол наблюдения интерферометра от 0 до 8 градусов (для измерений на PC или APC коннекторах). Эта ручка предназначена для ориентации внутренней оптической системы DAISI. Перед использованием этой ручки необходимо задействовать ручку блокировки/разблокировки на правой стороне прибора DAISI (рис. 5).

Рисунок 5 – Боковая панель интерферометра DAISI-V3

Особенностью интерферометра DAISI является внутренняя регулировки положения коннектора по X, Y или Z (фокус), за счет программного обеспечения. Эта особенность придает устройству гораздо большую стабильность, и, как следствие, измерения можно проводить практически в любых промышленных условиях.

Рисунок 6 – Принцип работы интерферометра DAISI-V3

Камера интерферометра одновременно фокусируется на торцевой поверхности измеряемого образца и на эталонном зеркале, что приводит к наложению двух изображений на CCD-матрицу (charge-coupled device или ПЗС-матрица – прибор с зарядовой связью) благодаря светоделителю:

При использовании источника света широкого спектра (например, белый свет), части поверхности образца, находящиеся на таком же расстоянии от разделителя лучей, как и опорное зеркало, будут демонстрировать интерференционные полосы. Во время измерения образец сканируется через большое количество положений по оси Z и записываются изображения каждого положения. Форма поверхности может быть восстановлена путем проверки каждого пикселя в момент появления интерференционных полос по сравнению с положением образца по оси Z в это время.

Для получения интерференционных полос в DAISI используется источник красного диапазона длин волн.

Стандартные показатели, которые необходимы для проверки коннекторов это:

• Радиус кривизны (Radius of curvature);
• Высота волокна (Fiber Height);
• Смещение вершины (Apex Offset) (рис. 7).

Рисунок 7 – Анализ геометрических параметров коннектора

Простого наблюдения интерференционных полос в данный (фиксированный) момент недостаточно для восстановления без каких-либо неоднозначностей топографии поверхности торца коннектора. Например, невозможно узнать, характеризует ли локальное искажение интерференционных полос выемку или неровность на поверхности коннектора. Чтобы устранить эти неоднозначности, используется метод фазового сдвига (Phase Shifting) (рис. 8).

Принцип метода следующий: плоскость отсчета немного перемещается вдоль оптической оси (на долю микрона) в известном направлении, и анализируется результат на полосах. Исходя из этого, можно произвести расчет «Phase image» (рис. 8б), а затем на его основе можно вывести демодулированное изображение (рис. 8в), профиль интенсивности которого соответствует топографии поверхность (рис. 8г).

После оценки топографии поверхности компьютер автоматически рассчитывает геометрические параметры поверхности торца коннектора.

Рисунок 8 – Метод фазового сдвига: а) Контуры полос торца; б) фазовая картина; в) демодулированное изображение; г) 3D-профиль торца коннектора

Стоит отметить, что чем больше количество интерференционных полос, тем меньше радиус полировки торца коннектора.

Для того, чтобы не путаться в определениях разберем коннектор на составляющие части (рис. 9): ферула (наконечник) и разъем. Ферула – это керамическая часть коннектора, которая и полируется при изготовлении патч-кордов или пигтейлов. Разъем – это устройство для механического соединения или разъединения элементов общей схемы. Разъемов существует огромное количество, например, FC или SMA, которые служат для стыковки разного рода оборудования. Тогда можно однозначно определить, что коннектор – это общая сборка элементов для стыковки или разъединения компонентов общей схемы для эксперимента. 

Рисунок 9 – Конструкция коннектора

По сути DAISI проводит измерение именно полированной части ферулы, однако для удобства в дальнейшем будем называть это коннектором. 

Радиус кривизны (radius of curvature)

В данном случае радиус кривизны определяется как расстояние смещения между осью сердцевины волокна и вершиной радиуса кривизны. Этот показатель имеет важное значение при производстве коннекторов с полировкой APC для обеспечения связи волокна с ферулой. Для этого выполняется вращение ферулы относительно коннектора, что позволяет достичь оптимального контакта. Как правило, допустимый диапазон радиуса кривизны составляет от 7 до 25 мм.

Рисунок 10 – (а) поверхность чистого коннектора (с проявлением интерференционной картины); (б) поверхность грязного коннектора

Типичный диапазон высоты волокна относительно торца ферулы составляет от минус 125 до плюс 50 нм.

В данном случае, проще говорить о смещении вершины, чем об угле полировки, потому что смещение вершины не зависит от выбранной угловой системы отсчета. Анализировать значения измерения вершины нужно осторожно, особенно для смещения вершины. На самом деле, когда мы наблюдаем интерференционные полосы на передней поверхности торца, центр этих полос не всегда соответствует фактическому положению вершины (то есть вершине полировального купола). Если ось торца идеально перпендикулярна плоскости базовой поверхности, тогда, и только тогда центр полос соответствует положению вершины. Детальные примеры приведены на рисунке 11. 

Рисунок 11 – Взаимосвязь между кажущимся смещением вершины и ориентацией торца

Смещение вершины связано с углом полировки (или углом расположения торца) следующим образом:

(Смещение вершины) = (радиус полировки) х tan (Угол полировки)

Эта формула показывает, что для торца с радиусом полировки 10 мм изменение угла полировки (или положения торца коннектора в интерферометре) на ± 0,3 ° приводит к значению смещения вершины приблизительно 50 мкм.

• Зона «Fitting»: Ограничена окружностями D и E;
• Зона «Extraction»: Расположена внутри окружности E. Эта зона позволяет не учитывать высоту волокна при расчете радиуса полировки;
• Зона «Averaging»: Ограничена окружностью F. 

Рисунок 12 – Зоны, используемые для расчета геометрических параметров передней поверхности торца коннектора 

Диаметр трех окружностей может быть определен пользователем. По умолчанию диаметры этих кругов равны:

Точки поверхности торца коннектора, расположенные в зоне, используются для расчета идеальной теоретической сферы, которая соответствует радиусу полировки поверхности коннектора. Радиус этой сферы присваивается значению «Radius».

Расчет смещения вершины (Apex-Offset)

Расстояние между центром теоретической сферы (центром полос) и центром кругов, определяющих зоны D, E, F, присваивается значению смещения вершины. Для точного расчета важно, чтобы оптическая ось была выровнена с центром окружностей D, E, F.

Важно! В результате перед каждым измерением волокно необходимо центрировать по окружности E. 

Высота волокна используется для характеристики подъема или провала поверхности волокна от поверхности торца коннектора. Метод полировки и эпоксидный клей, используемый для сборки волокна и коннектора, являются двумя факторами, которые обычно могут влиять на значение высоты волокна.

Традиционно, DAISI считает, что отрицательная высота - это провал, а положительная высота – это подъем.

Чтобы рассчитать значение высоты волокна, необходимо проделать следующее:

На рисунке 13а показан двухмерный горизонтальный профиль топографии (зеленая линия). Пунктирная синяя линия описывает двухмерный горизонтальный профиль теоретической сферы. Мы можем заметить, что последний идеально подходит к измеренному профилю (отмечен зеленым), за исключением центра. Это нормально, потому что центральная часть находится в зоне Extraction, что не учитывается при расчете теоретической сферы. Еще одно замечание: поскольку измеренный профиль (зеленый) находится под теоретическим профилем (синий), волокно показано с провалом.

На рисунке 13б мы можем видеть, что поверхность волокна после вычитания теоретической сферы из топографии имеет форму кратера. Это означает, что радиус полировки волокна меньше, чем радиус полировки самого торца коннектора. Если его форма будет похоже на перевернутую чашу, это означает, что радиус полировки волокна больше, чем радиус полировки ферулы.

Рисунок 13 – а) 2D горизонтальный профиль топографии; б) Вычитание теоретической сферы к топографии; в) 3D-Изображение топографии; г) Изображение после вычитания

Рисунок 13в представляет топографию поверхности торца коннектора. Цвета, используемые для трехмерного представления, зависят от высоты поверхности. Они варьируются от фиолетового (самая низкая точка поверхности) до белого (самая высокая точка поверхности).

Шкала Z чрезвычайно расширена по сравнению со шкалами X и Y, чтобы четко визуализировать детали топографии. Важно! 2D и 3D представления автоматически принимают соответствующую шкалу Z, чтобы покрыть весь динамический диапазон цвета. В результате масштаб Z может изменяться от одного измерения к другому, даже для одного и того же коннектора. Два последовательных измерения одного и того же образца могут отображать более или менее резкую кривизну на 2D- и 3D-изображениях, хотя измеренное значение останется прежним.

Поэтому важно проверить количественный результат измерения «Radius», чтобы оценить радиус полировки торца коннектора, а не интерпретировать то, что выдает 3D-дисплей.

Программное обеспечение оптимизировано под все интерферометры производителя, общий принцип работы одинаков. Рассмотрим возможности программного обеспечения более подробно.

Диалоговое окно программного обеспечения разделено на четыре условных части (рис. 14):

Пользователю доступно изменение диалогового окна программы, под свои нужды при необходимости и удобства пользования. 

Рисунок 14 – Диалоговое окно программы Blink

В поле результатов обозначаются все геометрические параметры коннектора, и проводится автоматическая оценка программой, проходит ли коннектор или нет (рис. 15). В случае если коннектор прошел проверку, он приобретает статус – PASS, в случае если не прошел – FAIL. 

Рисунок 15 – Панель результатов измерений

Описание измеряемых параметров:

• Радиус (Ferrule radius): радиус теоретической идеальной сферы, которая устанавливается на измеряемые точки поверхности, которые расположены между окружностями D и E для радиуса торца коннектора и внутри окружности F для радиуса волокна.
• Радиус волокна (Fiber radius): радиус теоретической идеальной сферы, которая устанавливается на измеренные точки поверхности, которые расположены в пределах окружности F.
• Сферическая высота (Spherical fiber height [-A]): разница в высоте между измеренными точками рельефа, которые расположены в пределах окружностей D и E, и точками, расположенными в пределах окружности F.
• Планарная высота (Planar fiber height): разница в высоте между измеренными точками топографии, расположенными в пределах окружности F, и плоскостью, установленной на периферии края волокна. Периферия определяется как зона между двумя окружностями с центром на волокне и радиусами, заданными в настройках интерферометрии.
• Смещение вершины (Apex offset [C]): Это расстояние от центра волокна до центра теоретической сферы (то же, что и центр полос, когда интерферометр хорошо выровнен).
• Опора вершины (Apex bearing): значение угла по часовой стрелке, при котором центр вершины (т.е. приблизительно центр полос) расположен по отношению к механической вертикали системы.
• Ошибка угла (Angle error): вектор смещения вершины, который преобразован в "угол отклонения от полировки" для коннекторов PC. В случае разъемов APC это горизонтальная составляющая вектора вершины, которая преобразована в "угол отклонения от полировки".
• Диаметр отверстия (Ferrule bore diameter): предполагаемый диаметр отверстия коннектора, который обнаружен при выполнении измерения.
• Шероховатость (roughness): параметр шероховатости Sq волокна и ферулы. Критическая длина волны составляет 25 мкм.

Поле изображений показывает измерение в реальном времени или окно анализа параметров для математического расчёта (рис. 16). В данном случае поле может изменять в зависимости от требуемых анализов измерения. Поле может разделяться на получение 2D-графики, 3D-изображений или интерференционная картина торца коннектора.

Рисунок 16 – Поле изображений

Поле параметров условно разделено на три части (рис. 17), которые отвечают за:

Рисунок 17 – Параметры измерения

Заданные параметры не только предусматривают режим для измерения определенного коннектора, но и дополнительно служат некой библиотекой стандартных измерений. Следовательно, перейдя по пунктам параметров интерференции можно открыть уже готовый измеренный коннектор.

Область меню разделена на две части: часть расположена на панели сверху, часть – на панели слева. В таблице 1 можно ознакомиться с функцией каждой кнопки.

Таблица 1 – Описание кнопок в разделе меню программы Blink

Еще один условный бонус программного обеспечения – русскоязычная версия. Однако предупредим сразу, что перевод не всегда совпадает с оригиналом. 

В качестве примеров измерены четыре образца волоконных коннекторов: FC/UPC, FC/APC, LC, SC (рис. 18).

Стоит отметить, что отчеты генерируются в зависимости от того, что изображено на экране и, если необходимо сохранить результаты, например, с вычитанием теоретической сферы, то необходимо формировать отдельный отчет. 

Рисунок 18 – Образцы, измеренные с помощью DAISI-V3

Если один из параметров не подходит под разрешенный динамический диапазон, то измерение априори становится провальным и статус измерения носит FAIL.

Система строит помимо основных графиков положения центра еще и график вычитания и шероховатости, как это было описано выше. На рисунке 19 можно ознакомиться с результатом этих функций для коннектора типа FC/UPC.

Вычитание теоретической сферы

Шероховатость

Рисунок 19 – Графики вычитания и шероховатости для коннектора FC/UPC

Дополнительно проведено измерение коннектора типа FC/UPC от патч-корда на основе волокна типа Panda. Параметры данного образца представлены на рисунке 20. 

Рисунок 20 – Результаты измерения коннектора FC/UPC от патч-корда на волокне типа Panda

Полностью оптимизированный для пользователя интерферометр DAISI позволяет без отрыва от производства проводить качественные измерения коннекторов. Это повышает производительность, а также качество выпускаемой продукции. DAISI использует международные стандарты для измерения важных показателей для коннекторов. Устройство способно измерять как стандартные коннекторы, так и со специальными свойствами. За счет оптимизированного программного обеспечения и системы микроподвижек DAISI способна измерять плоские коннекторы, так и отшлифованные под углом 8°.

Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС». При наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании.

АО «ЛЛС» является официальным дистрибьютором и представляет весь спектр продукции Data Pixel на территории РФ и стран СНГ и предлагает наиболее выгодные условия поставки продукции, полную техническую поддержку. Получить дополнительную информацию вы можете, обратившись в нашу компанию.