Измерение внутреннего диаметра капиллярных кварцевых трубок волоконно-оптического класса

Измерение внутреннего диаметра капиллярных кварцевых трубок волоконно-оптического класса является узкоспециализированной задачей, требующей исключительной точности. Поскольку их внутренние диаметры чрезвычайно малы (часто от нескольких микрон до нескольких сотен микрон), а трубки относительно длинные, обычные инструменты, такие как штангенциркуль, не могут быть использованы. Современные методы делятся на две основные категории: автономные методы (высокоточный, используется для проверки качества) и онлайн-методы (быстрый, используется для контроля производства).

Ниже приведены несколько основных методов измерения:

Автономные методы измерения (высокоточные, контактные или разрушающие методы)

Эти методы обычно используются в лабораториях или отделах контроля качества. Они обеспечивают наивысшую точность, хотя и являются более медленными и иногда разрушительными.

1. Метод микроскопа (прямое оптическое измерение)

Это самый интуитивный и фундаментальный метод.

Принцип:
Короткий отрезок капиллярной трубки отрезается, а его торцевая поверхность точно полируется. Образец помещается под измерительный микроскоп или микроскоп инструментальщика. Внутренний диаметр измеряется непосредственно по изображению торца с помощью прицела микроскопа или программного обеспечения.

Процедура:

• Подготовка образцов: Отрежьте короткий отрезок капиллярной трубки и убедитесь, что торец плоский, перпендикулярный и чистый.
• Наблюдение: Поместите образец на площадку микроскопа и настройте фокус так, чтобы торцевая поверхность была четко видна.
• Измерение: Используйте окулярную сетку или программное обеспечение для анализа, чтобы считать диаметр в пикселях, а затем преобразовать его в фактический размер в соответствии с увеличением.

Преимущества: Прямой, простой и относительно недорогой.

Недостатки:

• Разрушительный: Требуется разрезать образец.
• Плохая репрезентативность: Измеряет только диаметр конечной точки, а не равномерность по всей трубке.
• Зависит от оператора: Точность в значительной степени зависит от подготовки и навыков ручных измерений.
• Не подходит для глубоких отверстий: Невозможно измерить диаметр в произвольных внутренних положениях.

2. Метод сканирующего электронного микроскопа (СЭМ)

Принцип: Похожа на оптическую микроскопию, но использует электронный луч, что позволяет добиться чрезвычайно высокого разрешения - вплоть до нанометров.

Преимущества: Чрезвычайно высокая точность и четкая визуализация морфологии торцевой поверхности.

Недостатки: Оборудование дорогостоящее; образцы должны подвергаться проводящей обработке (например, покрытию золотом). Он разрушителен и также ограничен измерением торцевой поверхности.

3. Заливка смолой и метод секционирования (металлографическая техника)

Это один из авторитетных методов измерения внутреннего диаметра и круглости.

Принцип:
В капиллярную трубку вводят цветную эпоксидную смолу или другой наполнитель и дают ему затвердеть. Затем заполненная трубка разрезается на небольшие сегменты через фиксированные промежутки времени. Полированная торцевая поверхность каждого сегмента измеряется под микроскопом, чтобы определить диаметр наполнителя.

Преимущества: Обеспечивает истинную форму поперечного сечения (округлость) и точные размеры, предлагая высоконадежные результаты.

Недостатки: Высокоразрушительные, сложные, требующие много времени и не подходящие для быстрого тестирования партий.

Автономные методы измерения (высокая точность, бесконтактные)

В настоящее время это основные методы контроля качества в промышленности - высокоточные и неразрушающие.

1. Измерение диаметра с помощью лазерного сканирования

Принцип:
Параллельный лазерный луч проецируется вертикально на капиллярную трубку, которая вращается с равномерной скоростью. Трубка блокирует часть луча; внутреннее отверстие пропускает часть лазерного излучения. Детектор получает сигнал "тени", содержащий информацию о внешнем и внутреннем диаметрах.

Анализ сигналов:
Анализируя временную ширину прохождения лазера через внутреннее отверстие и сочетая ее со скоростью вращения, система точно рассчитывает внутренний диаметр при данном угле поворота. После одного полного оборота получаются максимальный, минимальный и средний внутренние диаметры, что позволяет оценить круглость.

Преимущества:

• Бесконтактный, высокоточный (субмикронный уровень).
• Возможность измерения округлости.
• Быстрый, подходит для проверки партий.

Недостатки: Оборудование относительно дорогое; трубка должна стабильно вращаться во время измерения.

2. Оптическая когерентная томография (ОКТ)

Принцип:
Технология слабокогерентной интерференции света, используемая для получения изображений микроструктур прозрачных или полупрозрачных материалов. Она позволяет получать двухмерные и даже трехмерные изображения поперечного сечения без разрушения.

Преимущества:

• Неразрушающий.
• Предоставляет полную информацию о поперечном сечении, включая внутренний диаметр, внешний диаметр, толщину стенки и концентричность.
• Очень высокая точность.

Недостатки: Очень дорогое оборудование, сложная обработка данных, медленнее, чем лазерное сканирование.

Методы измерения в режиме онлайн (мониторинг в реальном времени во время производства)

Эти методы очень важны для контроля внутреннего диаметра волоконно-вытяжных башен в режиме реального времени.

Измерение диаметра лазерной дифракции

Это наиболее центральная и широко используемая технология для онлайн-контроля внутреннего диаметра волокон или капилляров.

Принцип:

• Параллельный лазерный луч известного диаметра облучает движущуюся вниз капиллярную трубку.
• Когда луч проходит через внутреннее отверстие, однощелевая дифракция происходит.
• На далеком экране появляется дифракционная картина с чередующимися светлыми и темными полосами.
• Расстояние между этими полосами составляет обратно пропорциональный к внутреннему диаметру.
• Высокоскоростная CCD-камера с линейным сканированием фиксирует и анализирует дифракционные полосы в режиме реального времени.
• После вычислительной обработки система мгновенно определяет внутренний диаметр в любой момент времени.

Преимущества:

• Полностью бесконтактный, чрезвычайно быстрый (тысячи измерений в секунду), идеально подходит для мониторинга в режиме реального времени.
• Высокая точность, подходит для измерений в микронном масштабе.
• Обратная связь в реальном времени с системой управления вытяжной башни позволяет автоматически регулировать давление или скорость вытяжки, образуя замкнутую систему управления для обеспечения однородности.

Резюме

Для управление производственными процессамиЛазерная дифракция является незаменимой основной технологией.
Для окончательный контроль качестваЛазерное сканирование и ОКТ являются наиболее распространенными высокоточными автономными методами.
Методы микроскопии и среза смолы служат дополнительными или арбитражными методами.