CN101509773A - 一种绕制光纤环的装置及其在线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绕制光纤环的装置及其在线控制方法。现有技术绕制效率低、稳定性差。本发明装置底座上设置有待绕环、导轨和预备环。滑轮可以沿导轨直线运动。图像采集装置的镜头聚焦于待绕环的圆周面上。图像采集装置的图像处理单元、待绕环电机、预备环电机以及滑轮座均与计算机连接。具体线控制方法是通过图像采集装置实时采集光纤在待绕环上绕制过程中光纤排列的图像；对采集到的图像利用最小二乘法方法进行曲线拟合，计算实际监测角；根据实际监测角和阀值监测角的比较，控制待绕环和预备环的转动以及滑轮座的移动。本装置在光纤环绕制过程中，边监测边绕制，大大减小由人为因素造成的误差，不仅提高效率而且绕制的光纤环光滑平整。

Description

一种绕制光纤环的装置及其在线控制方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种绕制光纤环的装置，以及利用该装置在绕制光纤环过程中的在线控制方法。

背景技术

光纤陀螺诞生于1976年，是利用光纤传感技术测量空间惯性转动的一种新型传感器，目前已发展为惯性技术领域的重要仪表。它与通常使用的机械陀螺相比，具有体积小，重量轻，不受电磁干扰，无机械传动部分等优势。光纤环是光纤陀螺仪的传感核心，是光纤陀螺仪精度稳定的关键技术。如果绕制不当，光纤环的性能会下降许多，以至无法使用。如何绕制成高质量的光纤环，对光纤陀螺的性能和精度具有十分重要的意义。目前，国内光纤环的绕制大都采用人工绕制，将光纤初步绕制在预备环上，再从预备环上绕制到待绕环上，形成光纤环。由于没有实时监测与自动控制设备，造成绕制效率低，人为因素干扰大，质量稳定性差，无法保证其绕制质量。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种绕制光纤环的装置，同时提供了利用该装置在绕制光纤环过程中在线控制方法。利用该装置以及方法不仅可以解决光纤环在绕制过程中在线监测问题，并且所制作的光纤环平滑、工整，绕制过程更加精确、稳定，从而提高整个陀螺系统的精确性与稳定性。

本发明包括底座、待绕环、预备环、滑轮、导轨、图象采集装置。

滑轮设置在滑轮座上，滑轮座与设置在底座上的导轨活动配合连接，可以沿导轨直线运动。待绕环电机和预备环电机固定设置在底座上，并分设在滑轮的两边；待绕环套置在待绕环电机的动力输出轴上，预备环套置在预备环电机的动力输出轴上。待绕环电机的动力输出轴、预备环电机的动力输出轴、滑轮的转轴以及导轨平行设置。支撑杆固定在底座上，并靠近待绕环电机设置，图象采集装置安装在支撑杆上。图象采集装置包括镜头和图象处理单元，镜头聚焦于其正对的待绕环的圆周面上。图象采集装置的图象处理单元、待绕环电机、预备环电机以及滑轮座均与计算机连接。

本发明中的计算机以及图象采集装置为成熟的现有设备。

该装置的在线控制方法具体步骤是：

步骤1.通过图像采集装置实时采集光纤在待绕环上绕制过程中光纤排列的图像；

步骤2.对采集到的图像利用最小二乘法方法进行曲线拟合，方法是：以待绕环轴向方向为X轴，以待绕环上已缠绕光纤的末端点在圆周上的切线方向为Y轴，对待绕环上已经绕制的最外层的光纤的柱面的轴向切线L₁与光纤所在直线L₂进行曲线拟合，得到直线L₁：Y₁＝A₁X₁+B₁和L₂：Y₂＝A₂X₂+B₂；其中Y₁、X₁为直线L₁的变量，Y₂、X₂为直线L₂的变量，A₁、B₁为直线L₁的参量，A₂、B₂为直线L₂的参量；

步骤3.由已知直线L₁和L₂的斜率计算L₁和L₂的夹角θ， $\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{A_1-A_2}{1+A_1{A}_2}\right),$ 令实际监测角δ₁＝|90°-θ|；

步骤4.当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ>90°时，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ<90°时，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，同时反向转动预备环，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动和预备环的反向转动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁小于阀值监测角δ时，为正常缠绕。

该在线控制方法通过图象采集装置采集光纤在待绕环上绕制过程中光纤排列的图像，并实时传送给计算机，计算机控制待绕环电机、预备环电机的转动和方向以及滑轮座的运动，这些都属于成熟技术。

本装置在光纤环绕制过程中，边监测边绕制，改变了以往人工绕制的方法，大大减小由人为因素造成的误差，不仅提高效率而且绕制的光纤环光滑平整。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中滑轮、滑轮座、导轨的结构示意图；

图3为具体实施中待绕环上光纤位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1和2所示，一种绕制光纤环的装置包括底座1、待绕环7、预备环14、滑轮11、导轨4、图象采集装置。

滑轮11设置在滑轮座3上，滑轮座3与设置在底座1上的导轨4活动配合连接，可以沿导轨4直线运动。待绕环电机6和预备环电机2固定设置在底座1上，并分设在滑轮11的两边；待绕环7套置在待绕环电机6的动力输出轴5上，预备环14套置在预备环电机2的动力输出轴15上。待绕环电机6的动力输出轴5、预备环电机2的动力输出轴15、滑轮11的转轴以及导轨3平行设置。支撑杆8固定在底座1上，并靠近待绕环电机6设置，图象采集装置安装在支撑杆8上。图象采集装置包括镜头10和图象处理单元9，镜头10聚焦于其正对的待绕环7的圆周面上，可以实时采集光纤12在待绕环7上绕制过程中光纤排列的图像。图象采集装置的图象处理单元9、待绕环电机6、预备环电机2以及滑轮座3均与计算机13连接，通过计算机13可以控制待绕环电机6、预备环电机2的转速和方向，以及滑轮座3的移动位置。

该装置的在线控制方法具体步骤是：

步骤1.通过图像采集装置实时采集光纤在待绕环上绕制过程中光纤排列的图像；

步骤2.对采集到的图像利用最小二乘法方法进行曲线拟合，方法是：以待绕环轴向方向为X轴，以待绕环上已缠绕光纤的末端点在圆周上的切线方向为Y轴，对待绕环上已经绕制的最外层的光纤的柱面的轴向切线L₁与光纤所在直线L₂进行曲线拟合，得到直线L₁：Y₁＝A₁X₁+B₁和L₂：Y₂＝A₂X₂+B₂；其中Y₁、X₁为直线L₁的变量，Y₂、X₂为直线L₂的变量，A₁、B₁为直线L₁的参量，A₂、B₂为直线L₂的参量；

步骤3.由已知直线L₁和L₂的斜率计算L₁和L₂的夹角θ， $\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{A_1-A_2}{1+A_1{A}_2}\right),$ 令实际监测角δ₁＝|90°-θ|；

步骤4.当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ>90°时(如图3a)，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ<90°时(如图3b)，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，同时反向转动预备环，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动和预备环的反向转动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁小于阀值监测角δ时，为正常缠绕。

以下以250μm光纤的绕制为例的说明本发明实际使用方法。

(a)开机调整，使镜头10聚焦在待绕环7的圆周面上上，滑轮座3处于初始位置。

(b)在计算机13的电机控制系统中输入待绕环电机6的动力输出轴5的转速和方向、光纤12的直径、待绕环7的直径等参数，系统自动得出滑轮座3的速度与预备环电机2动力输出轴15的转速。

(c)如图1所示，将待绕环7安装在待绕环电机6的动力输出轴5上，将预备环14安装在预备环电机2的动力输出轴15上，预备环14的光纤头连在待绕环7的一端，滑轮11压在待绕环7与预备环14之间的光纤12上。

(d)重置滑轮11的位置，使滑轮11和待绕环7开始绕光纤的那一端处于同一竖直平面上，设定滑轮座3的移动方向。

(e)待绕环电机6与滑轮座3同时开启，预备环14上的光纤开始往待绕环7上缠绕。

(f)等待绕完这一层后，待绕环电机6与滑轮座3停止运动，改变滑轮座3的移动方向。

(g)重复(e)(f)。

Claims (2)

1、一种绕制光纤环的装置，包括底座、待绕环、预备环、滑轮、导轨、图象采集装置，其特征在于：

滑轮设置在滑轮座上，滑轮座与设置在底座上的导轨活动配合连接，待绕环电机和预备环电机固定设置在底座上，并分设在滑轮的两边，待绕环套置在待绕环电机的动力输出轴上，预备环套置在预备环电机的动力输出轴上，待绕环电机的动力输出轴、预备环电机的动力输出轴、滑轮的转轴以及导轨平行设置；支撑杆固定在底座上，并靠近待绕环电机设置，图象采集装置安装在支撑杆上；图象采集装置包括镜头和图象处理单元，镜头聚焦于其正对的待绕环的圆周面上；图象采集装置的图象处理单元、待绕环电机、预备环电机以及滑轮座均与计算机连接。

2、绕制光纤环装置的在线控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

步骤(1).通过图像采集装置实时采集光纤在待绕环上绕制过程中光纤排列的图像；

步骤(2).对采集到的图像利用最小二乘法方法进行曲线拟合，方法是：以待绕环轴向方向为X轴，以待绕环上已缠绕光纤的末端点在圆周上的切线方向为Y轴，对待绕环上已经绕制的最外层的光纤的柱面的轴向切线L₁与光纤所在直线L₂进行曲线拟合，得到直线L₁：Y₁＝A₁X₁+B₁和L₂：Y₂＝A₂X₂+B₂；其中Y₁、X₁为直线L₁的变量，Y₂、X₂为直线L₂的变量，A₁、B₁为直线L₁的参量，A₂、B₂为直线L₂的参量；

步骤(3).由已知直线L₁和L₂的斜率计算L₁和L₂的夹角θ，

$\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{A_1-A_2}{1+A_1{A}_2}\right),$ 令实际监测角δ₁＝|90°-θ|；

步骤(4).当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ>90°时，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁大于等于阀值监测角δ，且θ<90°时，停止待绕环电机和滑轮座的运动，然后反向移动滑轮座，同时反向转动预备环，直到实际监测角δ₁小于阀值监测角δ，停止滑轮座的反向移动和预备环的反向转动，启动待绕环电机和滑轮座，继续正常缠绕；

当监测到的实际监测角δ₁小于阀值监测角δ时，为正常缠绕。

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