CN107632344A - 光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统，该方法包括以下步骤：控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到；获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。本发明的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统，具有更好的清洁放电效果，能降低熔接损耗。

Description

光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统

技术领域

本发明涉及光纤熔接机技术领域，尤其涉及的是一种光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统。

背景技术

光纤熔接机是用来通过电极棒放电实现两根光纤熔接的设备。光纤切割端面可能存在影响熔接的物体、灰尘或者不平整等，因而需要在正式熔接之前先进行清洁。在将两根光纤端面清洁或熔接之前，需要将光纤端面相隔一定距离的两根光纤推进一定的距离使两根光纤的端面靠近，使得高压电弧能同时将两根光纤的端面熔化，清洁时的端面间距比熔接时的端面间距更大些。

目前，常用的清洁及清洁前准备工作如下：将切割好的光纤放置于V型槽的合适位置；推进光纤至可视区域后，设置左右光纤各向前推进160步，等待推进完成，推进完成后的光纤位置为清洁放电位置；执行清洁放电。

使用上述方法所产生的缺点：有可能出现左右光纤端面可视的部分一边长，一边短的情况，在推进160步之后，就会出现一边光纤端面距离电极棒近，另一边光纤端面距离电极棒远，在进行清洁放电时，电弧就会把近的那侧光纤端面给打圆一点，这样对之后的光纤熔接造成一定影响，会使得熔接后损耗偏大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤熔接机的光纤端面推进控制方法及系统，具有更好的清洁放电效果，能降低熔接损耗。

为解决上述问题，本发明提出一种光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，包括以下步骤：

S1：控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到；

S2：获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

S3：设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

S4：根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S3包括以下步骤：

S31：设置所述第一电机的推进步数，并根据所述第一电机的推进步数及第一电机的步进量计算出所述第一光纤的端面的推进距离，计算公式为：

l_dis＝l_step/l_calc_dis

其中，l_dis为第一光纤的端面的推进距离；l_step为第一电机的推进步数；l_calc_dis为第一电机的步进量，其含义为第一电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量；

S32：根据所述第一光纤的端面的推进距离和推进前所述第一光纤的端面位置，计算出第一电机推进后第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算公式为：

gap＝elecPos-lEndfacePos-l_dis

其中，gap为第一电机推进后第一光纤的端面位置距电极棒的距离；elecPos为电极棒的位置；lEndfacePos为推进前所述第一光纤的端面位置；

S33：根据推进后的第一光纤的端面位置距电极棒的距离和推进前第二光纤的端面的位置计算出第二光纤的端面的推进距离，计算公式为：

r_dis＝rEndfacePos-elecPos-gap

其中，r_dis为第二光纤的端面的推进距离；rEndfacePos：推进前第二光纤的端面的位置；

S34：将第二光纤的端面的推进距离转换成第二电机的推进步数，计算公式为：

r_step＝r_dis*r_calc_dis

其中，r_step为第二电机的推进步数；r_calc_dis为第二电机的步进量，其含义为第二电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2中，计算第一光纤或第二光纤的端面在图像中的位置包括以下步骤：

S21：取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，根据亮度情况确定光纤的包层信息；

S22：从光纤的上包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点，从下包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点；

S23：使用最小二乘法计算出所查找到的像素点的直线描述方程，从而计算出光纤的端面位置。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S2还包括步骤S24：根据所述直线描述方程判断该光纤端面是否为斜面，若为斜面，则继续判断，若为第一光纤，则更换所述第一光纤并返回步骤S1执行，若为第二光纤，则更换所述第二光纤并返回步骤S1执行；若为非斜面，则继续执行。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S21之前，还包括步骤S20：控制所述第一电机和第二电机先推进所述第一光纤和第二光纤预设步数。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S1之前还包括步骤B1：电极棒进行放电，然后计算出图像上每一列的亮度均值，再使用质心法计算出这一组亮度均值数据的中心，对应的位置即为电极棒在图像中的位置。

根据本发明的一个实施例，该方法执行在光纤端面清洁放电前，分别推进所述第一光纤和第二光纤至左清洁放电位置和右清洁放电位置处。

根据本发明的一个实施例，以电极棒的尖端在垂直于推进方向上的延长线为参考，端面位置距电极棒的距离为端面位置到所述延长线的距离。

根据本发明的一个实施例，所述端面位置是指光纤端面的线芯位置。

本发明还提供一种光纤熔接机的光纤端面推进控制系统，包括：

可视推进模块，执行控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到；

端面位置计算模块，执行获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

推进步数计算模块，执行设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

推进控制模块，执行根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

相较于现有技术中将电机推进步数设置为固定的推进步数，本发明可以通过图像数据自动化地计算出电机的推进步数，使得清洁放电时，左右光纤端面关于电极棒对称，使得清洁放电效果达到最好，对称计算花费的时间较少且耗时较稳定；由于清洁放电时，左右光纤关于电极棒对称，并且距离合适，清洁放电的电弧不会打到某一侧的光纤上，保护了光纤端面，使得清洁放电操作对熔接损耗的影响降到最低。

附图说明

图1为本发明一实施例的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法的流程示意图；

图2a为本发明一实施例的两个光纤推进60步后的位置关系示意图；

图2b为本发明一实施例的第一光纤推进至清洁位置后的位置关系示意图；

图2c为本发明一实施例的第二光纤推进至清洁位置后的位置关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，在一个实施例中，光纤熔接机的光纤端面推进控制方法包括以下步骤：

S1：控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到；

S2：获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

S3：设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

S4：根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。

下面结合图2a-2c对本发明的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法进行更具体的描述，但不应以此作为限制。

光纤熔接机中通过cmos图像传感器拍摄电极棒、光纤等这些部件，通过图像来显示光纤与电极棒的位置关系，作为位置调整的数据来源及直观参考，未进行放电时，图像的背景在光线的投射下较亮，而电极棒及光纤在图像中则较暗。

在步骤S1中，先控制将第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到，首先能够在图像中捕获到第一光纤和第二光纤的端面，确定端面在图像中的起始位置。

当然，第一光纤和第二光纤也可以设置在V型槽中，且端面伸出于V型槽的一端，然后由第一电机和第二电机分别推进至图像区域中。由于本发明可以通过计算实现自动化推进至对称位置，因而伸出于V型槽中的长度可以任意(但不能伸出太长，因为光纤端面位置与电极棒之间需要有段距离)，只要端面伸出即可。

较佳的，在步骤S1之前，还包括步骤B1：电极棒进行放电，然后计算出图像上每一列的亮度均值，再使用质心法计算出这一组亮度均值数据的中心，对应的位置即为电极棒在图像中的位置。具体指的是电极棒的尖端的列位置。

接着执行步骤S2，获取图像数据，此时的图像数据中已经包含了第一光纤的端面、第二光纤的端面，检测图像数据中的亮度情况，并计算第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置。

较佳的，步骤S2中，计算第一光纤或第二光纤的端面在图像中的位置包括以下步骤：

S21：取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，根据亮度情况确定光纤的包层信息；图像中的第一光纤1的包层信息包括由纤芯11隔开的上包层部分和下包层部分，第二光纤2的包层信息包括由纤芯21隔开的上包层部分和下包层部分，在包层边缘部分的亮度较大；

S22：从光纤的上包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点，从下包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点；像素行例如是10行，优选选取上包层部分的上下方向靠中间的几行、及下包层部分的上下方向靠中间的几行；每行中大于特定阴影亮度值的像素点即包层的边缘部位，由于是行方向上的，因而即为端面部位；

S23：使用最小二乘法计算出所查找到的像素点的直线描述方程，从而计算出光纤的端面位置。可以对这些像素点进行拟合得到最佳的直线描述方程，也就是该端面在图像中的位置。对第一光纤1和第二光纤2均适用。

通过上述查找端面，可以逐像素行地找到端面点，从而计算得到的端面边缘点更为精准，而由于端面通常是切割而成，因而切面为直线段，通过拟合计算端面的直线描述方程，可以避免某个像素点的亮度比较出错，使得位置距离计算更准确，而且也可判断出该端面是否斜面还是直面，进而进行后续步骤的操作。

进一步的，步骤S2还包括步骤S24：根据所述直线描述方程判断该光纤端面是否为斜面，若为斜面，则继续判断，若为第一光纤1，则更换所述第一光纤1并返回步骤S1执行，若为第二光纤2，则更换所述第二光纤2并返回步骤S1执行；若为非斜面，则继续执行。

由于光纤端面为斜面时，后续熔接时会存在较大问题，熔接后的光纤不能正常使用，因而借用上述计算出来的直线描述方程来判断端面为斜面还是直面，可以排除问题光纤，保证后续熔接质量。

较佳的，在步骤S21之前，还包括步骤S20：控制所述第一电机和第二电机先推进所述第一光纤1和第二光纤2前进预设步数。参看图2a，检测到第一光纤1和第二光纤2推进到可视区域后，控制第一电机和第二电机各推进60步，推进之后，第一光纤1的端面位置记为lEndfacePos，第二光纤2的端面位置记为rEndfacePos，图像的宽度为640，电极棒在图像中的位置理论值为320，可以因实际操作而有所偏差。

可以理解，由于推进方向是左右方向的，因而本发明实施例中对于光纤的位置及推进距离等都是指的水平方向上的。由于第一电极棒3与第二电极棒4的尖端的列位置在同一条直线上，电极棒作为距离参考时，可以是上面的第一电极棒3，也可以是下面的第二电极棒4。

接着执行步骤S3，设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤1的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤1的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤2的端面的推进距离及第二电机的推进步数。

较佳的，步骤S3可以包括以下步骤S31-S34：

S31：设置所述第一电机的推进步数，并根据所述第一电机的推进步数及第一电机的步进量计算出所述第一光纤1的端面的推进距离，计算公式为：

l_dis＝l_step/l_calc_dis

其中，l_dis为第一光纤1的端面的推进距离；l_step为第一电机的推进步数；l_calc_dis为第一电机的步进量，其含义为第一电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量，是通过电机校准操作而得到。参看图2b，例如将第一光纤1推进100步。

S32：根据所述第一光纤1的端面的推进距离和推进前所述第一光纤1的端面位置，计算出第一电机推进后第一光纤1的端面位置距电极棒的距离，计算公式为：

gap＝elecPos-lEndfacePos-l_dis

其中，gap为第一电机推进后第一光纤1的端面位置距电极棒的距离；elecPos为电极棒的位置；lEndfacePos为推进前所述第一光纤1的端面位置；l_dis为第一光纤1的端面的推进距离。

S33：根据推进后的第一光纤的端面位置距电极棒的距离和推进前第二光纤的端面的位置计算出第二光纤的端面的推进距离，计算公式为：

r_dis＝rEndfacePos-elecPos-gap

其中，r_dis为第二光纤的端面的推进距离；rEndfacePos：推进前第二光纤的端面的位置，其他参数由前面公式获得。

S34：将第二光纤2的端面的推进距离转换成第二电机的推进步数，计算公式为：

r_step＝r_dis*r_calc_dis

其中，r_step为第二电机的推进步数；r_dis为第二光纤2的端面的推进距离；r_calc_dis为第二电机的步进量，其含义为第二电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量。如图2c所示。

接着执行步骤S4，根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤1和第二光纤2，推进之后的位置如图2c所示。

相较于现有技术中将电机推进步数设置为固定的推进步数，本发明可以通过图像数据自动化地计算出电机的推进步数，使得清洁放电时，左右光纤端面关于电极棒对称，使得清洁放电效果达到最好，对称计算花费的时间较少且耗时较稳定；由于清洁放电时，左右光纤关于电极棒对称，并且距离合适，清洁放电的电弧不会打到某一侧的光纤上，保护了光纤端面，使得清洁放电操作对熔接损耗的影响降到最低。

较佳的，本发明实施例的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法执行在光纤端面清洁放电前，分别推进所述第一光纤1和第二光纤2至左清洁放电位置和右清洁放电位置处。由于清洁放电时，光纤端面离电极棒存在较远的距离，因而相较于熔接而言，更不容易保证推进的对称性，而采用本发明可以方便地得到较佳的对称性。

优选的，以电极棒的尖端在垂直于推进方向上的延长线为参考，端面位置距电极棒的距离为端面位置到所述延长线的距离。在可视区域中，推进方向为水平方向，则电极棒的尖端延长线为竖直方向，推进前和推进后，第一光纤1的端面位置距电极棒的距离及第二光纤2的端面位置距电极棒的距离，均是端面位置到该竖直延长线的距离。

更优的，端面位置是指光纤端面的线芯位置，当然，由于经选择后的端面是非倾斜的，因而端面位置选择为端面上的其他位置也可以。

本发明还提供一种光纤熔接机的光纤端面推进控制系统，包括：

可视推进模块，执行控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在图像的可视区域中检测到；

端面位置计算模块，执行获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

推进步数计算模块，执行设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

推进控制模块，执行根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。

关于本发明的光纤熔接机的光纤端面推进控制系统的具体内容可以参看前述实施例中的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法部分的描述，在此不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在可视区域中检测到；

S2：获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

S3：设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

S4：根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。

2.如权利要求1所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S31：设置所述第一电机的推进步数，并根据所述第一电机的推进步数及第一电机的步进量计算出所述第一光纤的端面的推进距离，计算公式为：

l_dis＝l_step/l_calc_dis

其中，l_dis为第一光纤的端面的推进距离；l_step为第一电机的推进步数；l_calc_dis为第一电机的步进量，其含义为第一电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量；

S32：根据所述第一光纤的端面的推进距离和推进前所述第一光纤的端面位置，计算出第一电机推进后第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算公式为：

gap＝elecPos-lEndfacePos-l_dis

其中，gap为第一电机推进后第一光纤的端面位置距电极棒的距离；elecPos为电极棒的位置；lEndfacePos为推进前所述第一光纤的端面位置；

S33：根据推进后的第一光纤的端面位置距电极棒的距离和推进前第二光纤的端面的位置计算出第二光纤的端面的推进距离，计算公式为：

r_dis＝rEndfacePos-elecPos-gap

其中，r_dis为第二光纤的端面的推进距离；rEndfacePos：推进前第二光纤的端面的位置；

S34：将第二光纤的端面的推进距离转换成第二电机的推进步数，计算公式为：

r_step＝r_dis*r_calc_dis

其中，r_step为第二电机的推进步数；r_calc_dis为第二电机的步进量，其含义为第二电机的推进步数与像素之间的比例系数，该值为常量。

3.如权利要求1所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，计算第一光纤或第二光纤的端面在图像中的位置包括以下步骤：

S21：取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，根据亮度情况确定光纤的包层信息；

S22：从光纤的上包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点，从下包层部分取若干像素行，判断查找每行大于特定阴影亮度值的像素点；

S23：使用最小二乘法计算出所查找到的像素点的直线描述方程，从而计算出光纤的端面位置。

4.如权利要求3所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括步骤S24：根据所述直线描述方程判断该光纤端面是否为斜面，若为斜面，则继续判断，若为第一光纤，则更换所述第一光纤并返回步骤S1执行，若为第二光纤，则更换所述第二光纤并返回步骤S1执行；若为非斜面，则继续执行。

5.如权利要求3所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，所述步骤S21之前，还包括步骤S20：控制所述第一电机和第二电机先推进所述第一光纤和第二光纤预设步数。

6.如权利要求1所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括步骤B1：电极棒进行放电，然后计算出图像上每一列的亮度均值，再使用质心法计算出这一组亮度均值数据的中心，对应的位置即为电极棒在图像中的位置。

7.如权利要求1所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，该方法执行在光纤端面清洁放电前，分别推进所述第一光纤和第二光纤至左清洁放电位置和右清洁放电位置处。

8.如权利要求1所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，以电极棒的尖端在垂直于推进方向上的延长线为参考，端面位置距电极棒的距离为端面位置到所述延长线的距离。

9.如权利要求8所述的光纤熔接机的光纤端面推进控制方法，其特征在于，所述端面位置是指光纤端面的线芯位置。

10.一种光纤熔接机的光纤端面推进控制系统，其特征在于，包括：

可视推进模块，执行控制第一光纤和第二光纤相对推进，直至在可视区域中检测到；

端面位置计算模块，执行获取图像数据，检测所述图像数据中的亮度情况，并计算所述第一光纤和第二光纤的端面在图像中的位置；

推进步数计算模块，执行设置所述第一电机的推进步数，计算对应所述第一光纤的端面的推进距离；根据推进后所述第一光纤的端面位置距电极棒的距离，计算所述第二光纤的端面的推进距离及第二电机的推进步数；

推进控制模块，执行根据所述第一电机的推进步数和所述第二电机的推进步数，控制第一电机和第二电机运行而分别推进所述第一光纤和第二光纤。