CN102901494B - 一种自动光纤环绕制机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种自动光纤环绕制机控制系统，包括绕环机构、驱动机构和主控制器；所述绕环机构包括由收纤轴左段和收纤轴右段构成的收纤轴，以及与收纤轴同轴且两两相对设置的左放纤轴和右放纤轴、左旋转轴和右旋转轴；左放纤轴和左旋转轴套装在收纤轴左段上，收纤轴左段设置于左滑动机构上；右放纤轴和右旋转轴套装在收纤轴右段上，收纤轴右段设置于右滑动机构上；所述驱动机构包括左、右放纤电机M1、M2，分别用于驱动左放纤轴和右放纤轴，左、右旋转电机M3、M4，分别用于驱动左旋转轴和右旋转轴，左、右滑动电机M5、M6，分别用于驱动左滑动机构和右滑动机构，以及收纤电机M7，用于驱动收纤轴；所述主控制器分别与各电机M1~M7的伺服驱动器S1~S7连接。

Description

一种自动光纤环绕制机控制系统

技术领域

本发明涉及光纤陀螺等光纤传感器中光纤环的绕制，具体地指一种自动光纤环绕制机控制系统。

背景技术

光纤陀螺仪是利用光纤传感技术测量空间惯性转动率的一种新型传感器，它广泛应用于飞机、船舶、导弹等各种载体，成为各种运动载体自动控制、制导和导航系统中测定角速度、角加速度、姿态、方位的重要元件。光纤陀螺与通常使用的机械陀螺和激光陀螺相比，具有结构紧凑、灵敏度高、工作可靠等优点，目前在很多领域已完全取代了机械陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。

光纤陀螺的应用前景十分广阔，它不仅用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度位置控制，而且在民用上可应用于高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统中等等。

光纤环作为传感单元是光纤陀螺的核心，对它的基本要求是消光比要大、互易性要好。光纤环绕制质量的好坏，直接影响光纤陀螺的性能和精度。目前，光纤环的绕制方法有多种，其中四极对称绕法效果最佳，是国际通用的一种方法。但由于各种原因，目前光纤环的四极对称法绕制都是采用人工绕制或者半自动加大量人工干预的方式，生产效率低、性能一致性差、质量无法保证，故光纤环的绕制亟需一种可以实现全自动化四极对称法绕制的控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种自动光纤环绕制机控制系统，能够实现光纤环绕制机的全自动控制，绕制过程中无需人工干预，且排纤精密、绕制效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自动光纤环绕制机控制系统，包括绕环机构、驱动机构和主控制器；所述绕环机构包括由收纤轴左段和收纤轴右段构成的收纤轴，以及与收纤轴同轴且两两相对设置的左放纤轴和右放纤轴、左旋转轴和右旋转轴；左放纤轴和左旋转轴套装在收纤轴左段上，收纤轴左段设置于左滑动机构上，用于收纤轴左段的轴向移动；右放纤轴和右旋转轴套装在收纤轴右段上，收纤轴右段设置于右滑动机构上，用于收纤轴右段的轴向移动；所述驱动机构包括左、右放纤电机M1、M2，分别用于驱动左放纤轴和右放纤轴，左、右旋转电机M3、M4，分别用于驱动左旋转轴和右旋转轴，左、右滑动电机M5、M6，分别用于驱动左滑动机构和右滑动机构，以及收纤电机M7，用于驱动收纤轴；所述主控制器分别与各电机M1~M7的伺服驱动器S1~S7连接，用于控制各电机M1~M7的协同动作。

上述技术方案中，所述左旋转轴和右旋转轴上分别设有张力传感器T1和T2，张力传感器T1和T2的信号输出端分别与所述主控制器连接。

上述技术方案中，所述主控制器为PLC主控单元。

上述技术方案中，所述左滑动机构由螺纹配合的左丝杆和左滑块构成，收纤轴左段设置于左滑块上，左滑动电机M5的输出端与左丝杆连接；所述右滑动机构由螺纹配合的右丝杆和右滑块构成，收纤轴右段设置于右滑块上，右滑动电机M6的输出端与右丝杆连接。

上述技术方案中，所述主控制器还连有人机交互装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：左、右放纤轴分设于左、右收纤轴上且卧式布置，并分别由单独的电机驱动实现正/反转，可保证光纤环绕制过程中放纤轴和收纤轴良好的同轴度，且机械振动不会影响收纤轴的排纤精密度；左、右旋转轴也分设于左、右收纤轴上且卧式布置，并分别由单独的电机驱动，可实现放纤轴与旋转轴的同步或异步转动控制；主控制器采集收纤轴伺服电机的高速脉冲来实时控制左右滑动机构移动的速度，并结合绕制光纤的直径控制左右滑动机构的位移，从而真正实现了精密排纤；利用伺服电机反馈的脉冲数来实现精确计数，例如，若收纤轴伺服电机每转一圈向主控制器反馈回4000个脉冲，即检测到4000个脉冲时，主控制器的匝数计数值自动加1匝，由于一圈为360°，则计数分辨率为360°/4000=0.09°，计数误差仅为1/4000=0.025%。

附图说明

图1为本发明一个实施例中绕环机构的结构示意图。

图2为图1实施例中电气控制部分的框图。

图中：1—左放纤轴（其中：1.1—放纤环装夹机构），2—右放纤轴（其中：2.1—放纤环装夹机构），3—左旋转轴（其中：3.1—左旋转支架、3.2—左导纤轮），4—右旋转轴（其中：4.1—右旋转支架、4.2—右导纤轮），5—左滑动机构（其中：5.1—左丝杆、5.2—左滑块），6—右滑动机构（其中：6.1—右丝杆、6.2—右滑块），7—收纤轴（其中：7.1—收纤轴左段、7.2—收纤轴右段），8—收纤盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本发明的一种自动光纤环绕制机控制系统，包括绕环机构、驱动机构和主控制器。具体来说。

绕环机构包括由收纤轴左段7.1和收纤轴右段7.2构成的收纤轴7，与收纤轴7同轴且两两相对设置的左放纤轴1和右放纤轴2、左旋转轴3和右旋转轴4，以及左滑动机构5和右滑动机构。使用中，收纤轴左段7.1和收纤轴右段7.2之间可通过气缸顶紧装置固定收纤盘8。左滑动机构5由螺纹配合的左丝杆5.1和左滑块5.2构成；右滑动机构6由螺纹配合的右丝杆6.1和右滑块6.2构成。左放纤轴1和左旋转轴3套装在收纤轴左段7.1上，收纤轴左段7.1设置于左滑动机构5的左滑块5.2上，用于通过左丝杆5.1的旋转带动左滑块5.2平移，实现收纤轴左段7.1的轴向移动。右放纤轴2和右旋转轴4套装在收纤轴右段7.2上，收纤轴右段7.2设置于右滑动机构6的右滑块6.2上，用于通过右丝杆6.1的旋转带动右滑块6.2平移，实现收纤轴右段7.2的轴向移动。左旋转轴3通过左旋转支架3.1设有左导纤轮3.2，右旋转轴4通过右旋转支架4.1设有右导纤轮4.2，在左旋转支架3.1和右旋转支架4.1上还分别设有张力传感器T1和T2，可监控光纤张力。

驱动机构包括交流伺服电机M1~M7，其中：左、右放纤电机M1、M2，分别通过同步带与左放纤轴1和右放纤轴2连接，用于驱动左放纤轴1和右放纤轴2的旋转；左、右旋转电机M3、M4，分别通过同步带与左旋转轴3和右旋转轴4连接，用于驱动左旋转轴3和右旋转轴4的旋转；左、右滑动电机M5、M6，分别通过同步带与左丝杆5.1和右丝杆6.1连接，用于驱动左滑块5.2和右滑块6.2的平移；收纤电机M7与通过同步带与收纤轴左段7.1的左端处连接，用于驱动收纤轴7旋转。

本实施例采用的主控制器为PLC主控单元，分别与各交流伺服电机M1~M7的伺服驱动器S1~S7连接，同时上述张力传感器T1和T2的信号输出端也与PLC主控单元连接。这样，PLC主控单元能接受各伺服控制器S1~S7及张力传感器T1、T2送来的信号，并按一定的算法同步控制各交流伺服电机M1~M7协调运转。为了方便、及时、准确地对系统中相关参数进行处理及显示，确保绕制过程得到有效地监督，PLC主控单元还连有人机交互装置，该装置可以是工业触摸屏，也可以是电脑显示器加上输入设备。人机交互装置通过专用接口与PLC主控单元连接，与PLC进行数据交互传输，控制系统动作。

利用本发明的控制系统进行光纤环的四级对称绕法，其主要过程如下。

系统上电后，PLC主控单元处于“RUN”状态，等待人机交互装置的命令。各伺服驱动器S1~S7及各交流伺服电机M1~M7处于“待运行”状态。通过人机交互装置输入设定的参数及命令，PLC主控单元则从通讯端口获得人机交互装置的参数及命令，执行相应动作，控制各交流伺服电机M1~M7运动。

当对左半部分光纤进行绕制时，也即当图1中本发明的左边系统绕制时，首先通过人机交互装置输入的命令将左滑块5.2移动到左导纤轮3.2与收纤盘8的左侧端面竖直对齐的位置；并将右滑块6.2移动到远离收纤盘8的位置，以免左导纤轮3.2与右导纤轮4.2相撞。PLC主控单元通过专用通讯端口将速度同步传递给收纤轴伺服控制器S7和右旋转轴伺服控制器S4，则收纤电机M7和右旋转电机M4具有相同的速度。PLC主控单元直接通过内部地址传递将人机交互装置设定的速度送到左放纤轴伺服控制器S1和右放纤轴伺服控制器S2。左边系统绕制时，左旋转轴3速度为0，收纤轴7和左放纤轴1具有相同的速度，采用左放纤轴1主动放纤的方式完成左半部分光纤的绕制。同时，在绕制过程中具有实时张力控制，即通过左张力传感器T1显示和采集实时张力送入PLC主控单元，PLC主控单元根据设定张力值与实际值的偏差实时修正左放纤轴1的放纤速度，达到张力控制的目的。PLC主控单元还通过收纤轴7的速度和光纤直径计算出实时移动距离，控制左滑块5.2带动左放纤轴1和左旋转轴3以相对静止的方式沿收纤轴7向右移动，保证左导纤轮3.2始终与当前光纤的排列位置在同一竖直面上，实现精密排纤。左边系统绕制时，右边系统的右放纤轴2和右旋转轴4以与收纤轴7相同的速度旋转，从而保证收纤轴7在运动时右边系统与收纤轴7相对静止。

如果在绕制过程中，绕制的质量不合格，本发明的控制系统还具有自动退绕功能，并且可以保证在退绕过程中的张力平稳。退绕时，人机交互装置命令PLC主控单元改变收纤轴7、左放纤轴1和左旋转轴3的旋转方向，使收纤轴7、左放纤轴1以相反的方向旋转；同时控制右边系统的右放纤轴2、右旋转轴4以与放纤轴7相同的速度和方向旋转。并且PLC主控单元根据设定张力值与实际值的偏差实时修正左放纤轴1的放纤速度，达到退绕过程中张力控制的目的。同时，左滑动机构5带动左放纤轴1和左旋转轴3以相对静止的方式自动沿收纤轴7向左移动。

当用左半部分光纤环绕制完成第一层后，第二层则用右半部分光纤进行绕制。此时，本发明中的右边系统工作。控制原理与上述左边系统一致。收纤轴7与右放纤轴2以相同的速度旋转，左放纤轴1和左旋转轴3以与收纤轴7相同的速度旋转，保持三者间的相对静止。右张力传感器T2反馈右放纤轴3的修正速度，保证实时张力与设定值一致。PLC主控单元控制右滑动机构6以准确的位移向左移动，实现精密排纤的过程。

当第二层绕制完成时，第三层也是用右半部分光纤进行绕制。当右边系统工作完成时，第四层则用左半部分光纤，通过左边系统工作完成绕制。至此完成一个周期的四极对称绕制。后续可以利用发明中的控制系统完成多周期的四极对称绕制，如32层，64层等。同时本控制系统亦可以完成平绕等其它方式的光纤环绕制。

本发明的核心在于通过主控制器分别控制绕环机构的各绕环部件，并实现协同动作，自动完成绕环过程，无需人工干预绕环部件，实现精密排纤和高效绕制。所以其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：主控制器的种类，左、右滑动机构5、6的结构均不限于实施例所述，采用其它常规结构也能够实现协同控制和平移导向等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (8)

1.一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：包括绕环机构、驱动机构和主控制器；所述绕环机构包括由收纤轴左段（7.1）和收纤轴右段（7.2）构成的收纤轴（7），以及与收纤轴（7）同轴且两两相对设置的左放纤轴（1）和右放纤轴（2）、左旋转轴（3）和右旋转轴（4）；左放纤轴（1）和左旋转轴（3）套装在收纤轴左段（7.1）上，收纤轴左段（7.1）设置于左滑动机构（5）上，用于收纤轴左段（7.1）的轴向移动；右放纤轴（2）和右旋转轴（4）套装在收纤轴右段（7.2）上，收纤轴右段（7.2）设置于右滑动机构（6）上，用于收纤轴右段（7.2）的轴向移动；所述驱动机构包括左、右放纤电机M1、M2，分别用于驱动左放纤轴（1）和右放纤轴（2），左、右旋转电机M3、M4，分别用于驱动左旋转轴（3）和右旋转轴（4），左、右滑动电机M5、M6，分别用于驱动左滑动机构（5）和右滑动机构（6），以及收纤电机M7，用于驱动收纤轴（7）；所述主控制器分别与各电机M1~M7的伺服驱动器S1~S7连接，用于控制各电机M1~M7的协同动作。

2.根据权利要求1所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述左旋转轴（3）和右旋转轴（4）上分别设有张力传感器T1和T2，张力传感器T1和T2的信号输出端分别与所述主控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述主控制器为PLC主控单元。

4.根据权利要求1或2所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述左滑动机构（5）由螺纹配合的左丝杆（5.1）和左滑块（5.2）构成，收纤轴左段（7.1）设置于左滑块（5.2）上，左滑动电机M5的输出端与左丝杆（5.1）连接；所述右滑动机构（6）由螺纹配合的右丝杆（6.1）和右滑块（6.2）构成，收纤轴右段（7.2）设置于右滑块（6.2）上，右滑动电机M6的输出端与右丝杆（6.1）连接。

5.根据权利要求3所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述左滑动机构（5）由螺纹配合的左丝杆（5.1）和左滑块（5.2）构成，收纤轴左段（7.1）设置于左滑块（5.2）上，左滑动电机M5的输出端与左丝杆（5.1）连接；所述右滑动机构（6）由螺纹配合的右丝杆（6.1）和右滑块（6.2）构成，收纤轴右段（7.2）设置于右滑块（6.2）上，右滑动电机M6的输出端与右丝杆（6.1）连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述主控制器还连有人机交互装置。

7.根据权利要求3所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述主控制器还连有人机交互装置。

8.根据权利要求4所述的一种自动光纤环绕制机控制系统，其特征在于：所述主控制器还连有人机交互装置。