隨著高繞線精度器件的出現，對光纖繞線的精確度要求越來越高，下面是小編蒐集整理的一篇相關論文範文，歡迎閱讀參考。
雖然光纖繞線技術伴隨著光纖的出現就開始被廣泛研究，但是隨著高繞線精度器件(如光纖陀螺線圈和有線制導線團等)的出現，並逐漸進入工程化階段，對光纖繞線的精確度要求越來越高，繞線工藝[1-4]及線圈品質好壞[5]直接影響光纖陀螺和有線制導的質量。由於光纖直徑誤差、內應力和靜電等因素影響排線精度，而這些因素又具有隨機性，無法通過在控制系統中預先設定來消除。因此，精密排線一直是光纖行業的一個難題。引入視覺識別技術，對各種誤差因素總體結果進行反饋解決緊密繞線問題，不需要對每個誤差因素進行消除，優化了系統結構，提高了繞線精度。本文設計一種視覺識別技術，通過對硬體、結構和識別方法的設計，識別出精密繞線的滯後角、光纖間距、搭線等引數，作為閉環反饋訊號，實現了光纖精密排列。
1 工作原理
繞線機工作時，放線盤跟蹤收線盤，排纖裝置根據視覺識別系統識別出排線的滯後角、光纖搭線、間隙等引數，傳給主控系統形成閉環控制，實現光纖的精密排列。視覺識別系統主要功能：(1)識別出排線的滯後角，作為反饋訊號傳輸給主控系統，實現光纖密排;(2)識別光纖間隙、光纖搭線情況，傳輸給主控系統，用於判斷有無纏繞缺陷，進行自動倒車迴繞等操作。
光纖密繞線間距與滯後角如圖1所示：光纖密繞線間距W,纏繞過程中同一層相鄰光纖間的距離;光纖密繞滯後角θ，當前上繞光纖與前一匝已纏繞好光纖之間的夾角。
1.1 視覺識別系統繞制缺陷測試原理
光纖精密繞制過程中的主要缺陷是出現間隙和疊層搭線兩種。光纖密繞線間距分為三類：間距合格、間距過大(有間隙)、間距過小(搭線)。如圖2所示：
1.2 視覺識別系統滯後角測試原理
繞線滯後角就是正在上繞的'光纖和已經繞線上盤上的光纖之間的夾角。只有滯後角控制在一定範圍才能保證光纖精密繞制。在光纖密繞過程中，滯後角分為三類：滯後角合格、滯後角過大、滯後角過小。如圖3所示，主控系統根據滯後角的情況，調節排線位置，使滯後角保持在一定範圍內，實現光纖密排。
2 視覺識別系統設計
2.1 繞制缺陷識別系統
繞制缺陷主要指在繞制過程出現的不符合精密繞線工藝的狀況，如光纖間距過大(出現間隙)、搭線(錯層)都不符合精密繞線工藝，一旦出現必須進行識別和處理。
2.1.1 硬體配置
繞制缺陷識別系統硬體由工業像機、鏡頭、補充光源和電源及網線等附件組成，主要硬體配置引數見表1.
2.1.2 光纖密繞間距的識別
為了能夠獲得更清晰穩定的影象和適應不同工作環境要求，環境的自然光不能滿足視覺識別系統的技術要求，必須使用輔助光源，提高視覺影象的效果，達到視覺識別的要求。光源照射方式分為光源直射、光源側射和背光模式三種，其優缺點和存在問題見表2.
光源和相機的位置
光纖密繞線間距檢測採用背光照射方式，使光源發光面對著工業相機的鏡頭，部分光線被纏繞上光纖的線軸遮擋，形成背光陰影。對光纖纏繞盤切面進行成像，這樣就有最大的對比度，有利於影象處理和識別。光源與工業相機位置如圖4(a)所示，影象位置及成像效果如圖4(b)所示。
光纖密繞線間距測量
把收線盤安裝到收線軸上，在收線盤上用高精度的刻度尺標出一段長度L,用相機採集影象在L長度上有n個畫素，則單個畫素代表長度δ=L/n.光纖間距測量：提取當前層中光纖包絡的各個最高點，測出高點之間的距離D所包含的畫素數量nD,如圖5所示。則光纖間距LD=δ·nD,通過MODBUS通訊協議把光纖間距LD傳給主控系統，主控系統把測出間距LD與工藝要求的間距比較，進行相應處理。
2.1.3 光纖搭線的識別
光纖搭線是指光纖在繞制過程中，在不該換層的地方繞到上一層形成的繞制缺陷，光纖搭線是光纖繞制中嚴重缺陷，必須進行識別和處理。要識別搭線，就要知道光纖所處的層數，判斷層數是當前層還是上一層要有參照物，這個參照物就是光纖密繞層基準參考線。
光纖密繞層基準參考線獲取：線軸基準線為光纖密繞線軸的實際線;光纖密繞層基準參考線指當前密繞層的理想高度位置的參考線;光纖密繞層參考線指當前密繞層頂點座標擬合的實際參考線，如圖6所示。光纖密繞層高度和光纖線徑相關，線徑越粗，高度越大，光纖密繞層基準參考線距離線軸基準線越遠;線徑越細，高度越小，光纖密繞層基準線距離線軸基準線越近。測量時輸入光纖線徑、允許公差等引數。
搭線的判斷：當光纖影象高度超過本層基線2/3高度時，就認為有搭線發生，這時就會向主控系統發出報警訊號。
2.2 繞制滯後角識別測量系統
繞制滯後角反饋給主控系統，是保證光纖密排的重要引數，滯後角的識別也是視覺識別系統主要功能之一。
2.2.1 硬體配置。
繞制滯後角識別系統硬體由兩套工業相機、鏡頭、補充光源和電源及網線等附件組成，主要硬體配置引數見表3.
2.2.2 光纖滯後角的識別
光纖密繞過程中，當前上繞光纖和已纏繞好的光纖不在同一平面，通過調整測量相機的安裝位置確定，使相機視野的一個邊作為測量滯後角的角度基準線，通過光纖與基準線的夾角作為滯後角。為了使影象清晰採用環狀LED光源，正面打光，通過對各種色光成像對比，選擇紅色光效果最好。
光纖密繞滯後角檢測位置及採集影象如圖7所示，紅線為與CCD一邊平行的角度基準線，白線為光纖影象，利用視覺識別軟體對讀取的影象進行處理，根據畫素數，利用反三角函式就能算出滯後角度數。
3 設計驗證
本文采用上述方案，以Sherlock視覺識別軟體作為視覺識別軟體開發平臺，實現了對繞制光纖間距(如圖8(a)所示)、搭線(如圖8(b)所示)和滯後角(如圖8(c)所示)的測量。光纖密繞線間距測量精度±0.04 mm,見表4;滯後角測量精度達到±0.1°，見表5;光纖搭線識別率100%.
4 結束語
本文設計了一種用於光纖精密繞制的視覺識別系統，該系統能夠識別光纖繞制滯後角，精度達到±0.1°;線間距測量精度±0.04 mm;光纖搭線識別率100%.該系統與主控系統配合，完成了大長度光纖(≥10 km)無間隙無搭線缺陷自動繞制。該技術解決了光纖精密繞制的難題，可用於繞制光纖陀螺線圈等精密繞制裝置。
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