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光纖精確繞線視覺識別技術(shù)的設(shè)計
隨著高繞線精度器件的出現(xiàn)，對光纖繞線的精確度要求越來越高，下面是小編搜集整理的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀參考。
雖然光纖繞線技術(shù)伴隨著光纖的出現(xiàn)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(dǎo)線團(tuán)等)的出現(xiàn)，并逐漸進(jìn)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(zhì)好壞[5]直接影響光纖陀螺和有線制導(dǎo)的質(zhì)量。由于光纖直徑誤差、內(nèi)應(yīng)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(tǒng)中預(yù)先設(shè)置來消除。因此，精密排線一直是光纖行業(yè)的一個難題。引入視覺識別技術(shù)，對各種誤差因素總體結(jié)果進(jìn)行反饋解決緊密繞線問題，不需要對每個誤差因素進(jìn)行消除，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了繞線精度。本文設(shè)計一種視覺識別技術(shù)，通過對硬件、結(jié)構(gòu)和識別方法的設(shè)計，識別出精密繞線的滯后角、光纖間距、搭線等參數(shù)，作為閉環(huán)反饋信號，實現(xiàn)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(jù)視覺識別系統(tǒng)識別出排線的滯后角、光纖搭線、間隙等參數(shù)，傳給主控系統(tǒng)形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)光纖的精密排列。視覺識別系統(tǒng)主要功能：(1)識別出排線的滯后角，作為反饋信號傳輸給主控系統(tǒng)，實現(xiàn)光纖密排;(2)識別光纖間隙、光纖搭線情況，傳輸給主控系統(tǒng)，用于判斷有無纏繞缺陷，進(jìn)行自動倒車回繞等操作。
光纖密繞線間距與滯后角如圖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;光纖密繞滯后角θ，當(dāng)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)滯后角測試原理
繞線滯后角就是正在上繞的光纖和已經(jīng)繞在線盤上的光纖之間的夾角。只有滯后角控制在一定范圍才能保證光纖精密繞制。在光纖密繞過程中，滯后角分為三類：滯后角合格、滯后角過大、滯后角過小。如圖3所示，主控系統(tǒng)根據(jù)滯后角的情況，調(diào)節(jié)排線位置，使滯后角保持在一定范圍內(nèi)，實現(xiàn)光纖密排。
2 視覺識別系統(tǒng)設(shè)計
2.1 繞制缺陷識別系統(tǒng)
繞制缺陷主要指在繞制過程出現(xiàn)的不符合精密繞線工藝的狀況，如光纖間距過大(出現(xiàn)間隙)、搭線(錯層)都不符合精密繞線工藝，一旦出現(xiàn)必須進(jìn)行識別和處理。
2.1.1 硬件配置
繞制缺陷識別系統(tǒng)硬件由工業(yè)像機、鏡頭、補充光源和電源及網(wǎng)線等附件組成，主要硬件配置參數(shù)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(wěn)定的圖像和適應(yīng)不同工作環(huán)境要求，環(huán)境的自然光不能滿足視覺識別系統(tǒng)的技術(shù)要求，必須使用輔助光源，提高視覺圖像的效果，達(dá)到視覺識別的要求。光源照射方式分為光源直射、光源側(cè)射和背光模式三種，其優(yōu)缺點和存在問題見表2.
2.1.2.1 光源和相機的位置
光纖密繞線間距檢測采用背光照射方式，使光源發(fā)光面對著工業(yè)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(jìn)行成像，這樣就有最大的對比度，有利于圖像處理和識別。光源與工業(yè)相機位置如圖4(a)所示，圖像位置及成像效果如圖4(b)所示。
2.1.2.2 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(biāo)出一段長度L,用相機采集圖像在L長度上有n個像素，則單個像素代表長度δ=L/n.光纖間距測量：提取當(dāng)前層中光纖包絡(luò)的各個最高點，測出高點之間的距離D所包含的像素數(shù)量nD,如圖5所示。則光纖間距LD=δ·nD,通過MODBUS通信協(xié)議把光纖間距LD傳給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)把測出間距LD與工藝要求的間距比較，進(jìn)行相應(yīng)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(yán)重缺陷，必須進(jìn)行識別和處理。要識別搭線，就要知道光纖所處的層數(shù)，判斷層數(shù)是當(dāng)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(zhǔn)參考線。
光纖密繞層基準(zhǔn)參考線獲�。壕�軸基準(zhǔn)線為光纖密繞線軸的實際線;光纖密繞層基準(zhǔn)參考線指當(dāng)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(dāng)前密繞層頂點坐標(biāo)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(guān)，線徑越粗，高度越大，光纖密繞層基準(zhǔn)參考線距離線軸基準(zhǔn)線越遠(yuǎn);線徑越細(xì)，高度越小，光纖密繞層基準(zhǔn)線距離線軸基準(zhǔn)線越近。測量時輸入光纖線徑、允許公差等參數(shù)。
搭線的判斷：當(dāng)光纖圖像高度超過本層基線2/3高度時，就認(rèn)為有搭線發(fā)生，這時就會向主控系統(tǒng)發(fā)出報警信號。
2.2 繞制滯后角識別測量系統(tǒng)
繞制滯后角反饋給主控系統(tǒng)，是保證光纖密排的重要參數(shù)，滯后角的識別也是視覺識別系統(tǒng)主要功能之一。
2.2.1 硬件配置。
繞制滯后角識別系統(tǒng)硬件由兩套工業(yè)相機、鏡頭、補充光源和電源及網(wǎng)線等附件組成，主要硬件配置參數(shù)見表3.
2.2.2 光纖滯后角的識別
光纖密繞過程中，當(dāng)前上繞光纖和已纏繞好的光纖不在同一平面，通過調(diào)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后角的角度基準(zhǔn)線，通過光纖與基準(zhǔn)線的夾角作為滯后角。為了使圖像清晰采用環(huán)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。
光纖密繞滯后角檢測位置及采集圖像如圖7所示，紅線為與CCD一邊平行的角度基準(zhǔn)線，白線為光纖圖像，利用視覺識別軟件對讀取的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)像素數(shù)，利用反三角函數(shù)就能算出滯后角度數(shù)。
3 設(shè)計驗證
本文采用上述方案，以Sherlock視覺識別軟件作為視覺識別軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)了對繞制光纖間距(如圖8(a)所示)、搭線(如圖8(b)所示)和滯后角(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;滯后角測量精度達(dá)到±0.1°，見表5;光纖搭線識別率100%.
4 結(jié)束語
本文設(shè)計了一種用于光纖精密繞制的視覺識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識別光纖繞制滯后角，精度達(dá)到±0.1°;線間距測量精度±0.04 mm;光纖搭線識別率100%.該系統(tǒng)與主控系統(tǒng)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(shù)解決了光纖精密繞制的難題，可用于繞制光纖陀螺線圈等精密繞制設(shè)備。
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