CN109179064A - 一种电缆盘上电缆排列检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆盘上电缆排列检测系统及方法。该系统包括二维激光传感器、工控机、运动控制板卡、运动接口转接卡、绕线伺服控制器、数字I/O接口转接卡、物料系统、绕线伺服电机和电缆盘。方法为：二维激光传感器利用激光探头发射的二维激光对电缆盘上的电缆排列进行扫描，将扫描得到的数据传送至工控机，工控机进行数据处理、分析计算和判断决策后，通过运动控制板卡向绕线伺服控制器发送控制信号，驱动绕线伺服电机调整电缆盘上电缆的排列间隔。本发明实现了对电缆盘上电缆排列方式的快速、高效的自动检测，并且将检测数据进行分析处理，实时实现对电缆盘上电缆环绕的排列间隔的调整，提高了电缆生产效率，减少了人力成本，提高了产品竞争力。
Description
技术领域
本发明属于自动化检测物件尺寸技术领域，特别是一种电缆盘上电缆排列检测系统及方法。
背景技术
电线电缆是用以传输电能、传递信息和实现电磁能转换的线材产品，广泛应用于工业、农业、国防、科研等经济建设和日常生活的方方面面，被称为国民经济的“血管和神经”。电线电缆用途广泛，门类众多，大约统计有1200多个品种，20000多个规格，是机电行业中品种和门类最多的大类产品。按照电线电缆的性能、用途及结构将其分为裸电线及裸导体制品、电力电缆、通信电缆和光缆、电气设备用电线电缆和绕组线五个大类。伴随着科技的不断进步，电缆及其附件产品的不断更新，并且伴随这新工艺、新材料和新标准的不断涌现，其更新周期不断缩短，对电缆产品的生产效率提出了更高的要求。
在电线电缆的生产流程中，由于电线电缆产品生产长度大、单位重量重、运输距离远等特点，决定了电线电缆半成品的周转和成品交付都会采用电缆盘成盘包装的方式，按照用途不同，可以将电缆盘分为机用盘和交货盘。常用的电缆盘的侧板直径决定了电缆盘的径向尺寸，侧板与筒体围成环形空间的容积决定了电缆盘的装线容量，因此侧板直径、筒体直径和宽度是线盘的主要规格参数，改变电缆盘的主要参数，可满足不同长度、不同直径电缆的装盘要求。然而，在电缆盘装线过程中，由于不合理的装线方式，容易造成电缆盘上装盘余量过大，没有使电缆盘得到充分利用，造成生产成本的增加和生产效率的降低。因此，对电缆盘上的电缆排列方式进行检测，通过对检测数据的分析，调整电缆盘上电缆的绕盘方式，对于充分利用电缆盘的装盘长度，提高生产效率，降低生产成本具有很大意义。
传统的电缆盘绕线方法通常是利用人力或者电机直接进行绕线，而这种方式电机的操作依赖于操作者的直接观测和手工操作，操作速度慢，而且由于电缆线在电缆盘上绕线排列过程中，相邻排列的电缆线之间的间隔难以观察，操作者目测时细小的操作误差可能会造成电缆盘的装盘长度没有得到充分的利用，从而使得相同长度的电缆需要多个电缆盘成盘包装，增加生产产品，降低了企业的生产效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、生产效率高的电缆盘上电缆排列检测系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种电缆盘上电缆排列检测系统，包括二维激光传感器、工控机、运动控制板卡、运动接口转接卡、绕线伺服控制器、数字I/O接口转接卡、物料系统、绕线伺服电机、电缆盘；
所述二维激光传感器通过RS232与工控机进行串口通讯，二维激光传感器对电缆盘上电缆实时进行检测，采样电缆排列的条状信息，通过RS232串口通讯将采样数据传输给工控机；
所述工控机用于控制各个硬件的运行，以及各个硬件与外部生产线物料系统的协调；同时工控机对二维激光传感器传输的数据进行存储、运算和处理分析，并且通过工控机的界面显示电缆排列情况；
所述运动控制板卡和运动接口转接卡连接，将工控机上传送的控制信息发送给绕线伺服控制器，并由绕线伺服控制器驱动绕线伺服电机运动；
所述绕线伺服电机通过机械零件与电缆盘连接，调整电缆盘上的电缆排列间隔；
所述物料系统将生产过程中的导轨到位信号、伺服准备信号和伺服启动信号转换为数字I/O信号，通过数字I/O接口转接卡将信号传输给工控机。
进一步地，所述二维激光传感器的激光探头与电缆盘中心轴线平行，安装在电缆盘宽度方向的中心位置上，根据二维激光传感器最大扫描角度、测量距离，以及电缆盘的宽度和筒体直径大小，确定激光探头与电缆盘中心轴线的距离。
进一步地，所述工控机的检测系统包括人机交互界面、数据库模块、数据分析模块、串口通讯模块和辅助模块，其中：
人机交互界面，用于检测数据的显示以及控制其他硬件的运行，并且对整个电缆排列检测系统的各个模块进行控制；
数据库模块，用以存储当前电缆盘装盘合格信息和不合格信息，包括检测时间、电缆型号、电缆盘编号和装盘不合格情况；
串口通讯模块，用于线伺服电机、二维激光传感器和物料系统的回馈信息的串口通讯；
辅助模块，包括设定当前检测的电缆型号、当前操作用户和电缆排列错误信息的显示分类。
进一步地，所述二维激光传感器采用德国SICK公司的LMS400-1000二维激光传感器，测量范围为0.7m～3m，扫描角度70°，角度分辨率最小可达0.125°，扫描频率180～500Hz，响应时间6～2ms，分辨率/系统误差1mm/typ.±4mm；数据接口为RS232/422/以太网。
一种电缆盘上电缆排列检测方法，包括以下步骤：
步骤1，物料系统将电缆盘运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机，绕线伺服电机开始将电缆环绕在电缆盘上；
步骤2，固定在电缆盘上端的二维激光传感器在电缆盘上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机上的自动检测软件，对数据进行存储；
步骤3，利用二维激光传感器的检测数据，通过二维激光传感器的固定位置距离电缆盘间的高度，结合电缆盘宽度和二维激光传感器精度，通过工控机对数据进行处理分析，得到电缆排列的原始数据；
步骤4，将电缆排列的原始数据进行处理并显示在工控机上，包括电缆盘上每层电缆排列中相邻两电缆的间隔距离，以及当前电缆盘的装盘余量；
步骤5，利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，根据不同的排列情况，利用预先设定好的绕线伺服电机控制命令对当前电缆绕线工作进行调整；
步骤6，若当前电缆盘检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统将当前电缆盘输送出检测台，重新上料，进行下一个装盘工作。
进一步地，步骤1所述物料系统将电缆盘运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机，具体如下：
物料系统将电缆盘输送到检测平台上，绕线伺服电机与需要进行装盘的电缆线相连接，将电缆盘固定在检测平台上，保证电缆盘圆筒中心轴线与二维激光传感器的条状激光相互平行，且位于二维激光传感器的激光探头正下方，将电缆到位信号和电缆盘装载到位信号通过数字I/O接口转接卡利用串口通讯传输给工控机上的自动检测软件；
自动检测软件接收电缆到位信号和电缆盘装载到位信号后，利用设置的电缆盘宽度w和电缆直径R计算绕线伺服电机在电缆盘上缠绕电缆所需要的脉冲量，利用运动控制板卡，传输给绕线伺服控制器，并在铺满一层到达电缆盘一端时设置电缆返回点，保证每次二维激光传感器进行检测时，当前电缆盘已经有电缆排列；
绕线伺服电机接收来自绕线伺服控制器的控制信号，开始电缆的绕线装盘工作。
进一步地，步骤2所述固定在电缆盘上端的二维激光传感器在电缆盘上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机上的自动检测软件，对数据进行存储，具体如下：
在到达电缆盘上设置好的电缆返回点时或者缠绕一圈时，将到达信号通过数字I/O接口转接卡传输给工控机上的自动检测软件，自动检测软件收到到达信号后，通过RS232串口发送采样命令给二维激光传感器，二维激光传感器的激光探头对当前电缆盘上的电缆排列情况进行采样，通过串口通讯传输回自动检测软件，对数据进行存储。
进一步地，步骤5所述利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，具体如下：
根据处理后的电缆排列数据，将电缆排列分为3类情况：
(1)电缆排列整齐情况
检测到的电缆平整的排列在电缆盘上，自动检测软件发送伺服控制命令给绕线伺服电机，驱动绕线伺服电机进行下一层的电缆绕线工作，不对当前排列进行任何调整；
(2)电缆存在排列不整齐情况
电缆排列不整齐情况分为两种情况，第一种为：两根电缆之间的间隔大于等于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机，对间隙空间进行绕线调整；第二种为：两根电缆之间的间隔小于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机，对电缆间的空隙进行绕线调整；
(3)电缆返回点间隔情况
电缆返回点即电缆盘两端存在电缆排列空隙，分为两种情况，第一种为：在电缆盘两端各存在空隙，且此时返回点间隔小于一根电缆直径，因此根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机，对电缆排列进行调整；第二种为：在电缆返回点的电缆排列空隙大于此时电缆的直径，此时同样根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机，对电缆排列进行调整。
进一步地，步骤6所述若当前电缆盘检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统将当前电缆盘输送出检测台，具体如下：
绕线伺服电机接收自动检测软件发来的控制信号，对当前电缆盘上电缆排列进行调整，调整过后重新检测，发送给自动检测软件，进入步骤5；
若当前电缆盘检检测已经达到当前电缆盘的装盘长度且检测合格，自动检测软件保存当前检测合格的电缆盘型号和装盘长度，以及生产日期和电缆盘编号，存储在工控机的数据库上，同时利用串口通讯将检测合格信号利用数字I/O端口传输给生产线物料系统，生产线的物料系统将当前装配好的电缆盘输送出检测平台。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，(1)二维激光传感器采用的是德国SICK公司的LMS400-1000两维激光传感器，其检测精度高、速度快，可以满足电缆装盘需求；(2)利用绕线伺服驱动器和绕线伺服电机控制电缆盘上电缆的绕线方式，可以接收工控机的控制命令，根据处理结果实时对电缆盘上的电缆排列方式进行调整，充分利用电缆盘；(3)采用二维激光传感器检测，利用工控机上的控制软件对数据进行分析处理，实现了电缆装盘的自动化处理，减少了人力成本，提高了生产效率；(4)检测电缆排列所需要的数据，由二维激光传感器获取，避免了传统操作中人力目测手工操作的检测误差，提高了检测精度，从而实现了资源的充分利用。
附图说明
图1是本发明电缆盘上电缆排列检测系统的结构示意图。
图2是本发明中二维激光传感器的安装示意图。
图3是电缆排列整齐情况的示意图。
图4是电缆排列不整齐情况一的示意图。
图5是电缆排列不整齐情况二的示意图。
图6是电缆返回点间隔情况一的示意图。
图7是电缆返回点间隔情况二的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地介绍。
本发明电缆盘上电缆排列检测系统，包括二维激光传感器1、工控机2、运动控制板卡3、运动接口转接卡4、绕线伺服控制器5、数字I/O接口转接卡6、物料系统7、绕线伺服电机8、电缆盘9；
所述二维激光传感器1通过RS232与工控机2进行串口通讯，二维激光传感器1对电缆盘9上电缆实时进行检测，采样电缆排列的条状信息，通过RS232串口通讯将采样数据传输给工控机2；
所述工控机2用于控制各个硬件的运行，以及各个硬件与外部生产线物料系统7的协调；同时工控机2对二维激光传感器1传输的数据进行存储、运算和处理分析，并且通过工控机2的界面显示电缆排列情况；
所述运动控制板卡3和运动接口转接卡4连接，将工控机2上传送的控制信息发送给绕线伺服控制器5，并由绕线伺服控制器5驱动绕线伺服电机8运动；
所述绕线伺服电机8通过机械零件与电缆盘9连接，调整电缆盘9上的电缆排列间隔；
所述物料系统7将生产过程中的导轨到位信号、伺服准备信号和伺服启动信号转换为数字I/O信号，通过数字I/O接口转接卡6将信号传输给工控机2。
作为一种具体示例，所述二维激光传感器1的激光探头与电缆盘9中心轴线平行，安装在电缆盘9宽度方向的中心位置上，根据二维激光传感器1最大扫描角度、测量距离，以及电缆盘9的宽度和筒体直径大小，确定激光探头与电缆盘9中心轴线的距离。
作为一种具体示例，所述工控机2的检测系统包括人机交互界面、数据库模块、数据分析模块、串口通讯模块和辅助模块，其中：
人机交互界面，用于检测数据的显示以及控制其他硬件的运行，并且对整个电缆排列检测系统的各个模块进行控制；
数据库模块，用以存储当前电缆盘9装盘合格信息和不合格信息，包括检测时间、电缆型号、电缆盘编号和装盘不合格情况；
串口通讯模块，用于线伺服电机8、二维激光传感器1和物料系统7的回馈信息的串口通讯；
辅助模块，包括设定当前检测的电缆型号、当前操作用户和电缆排列错误信息的显示分类。
作为一种具体示例，所述二维激光传感器1采用德国SICK公司的LMS400-1000二维激光传感器，测量范围为0.7m～3m，扫描角度70°，角度分辨率最小可达0.125°，扫描频率180～500Hz，响应时间6～2ms，分辨率/系统误差1mm/typ.±4mm；数据接口为RS232/422/以太网。
本发明电缆盘上电缆排列检测方法，包括以下步骤：
步骤1，物料系统7将电缆盘9运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机8，绕线伺服电机8开始将电缆环绕在电缆盘9上；
步骤2，固定在电缆盘9上端的二维激光传感器1在电缆盘9上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机2上的自动检测软件，对数据进行存储；
步骤3，利用二维激光传感器1的检测数据，通过二维激光传感器1的固定位置距离电缆盘9间的高度，结合电缆盘9宽度和二维激光传感器1精度，通过工控机2对数据进行处理分析，得到电缆排列的原始数据；
步骤4，将电缆排列的原始数据进行处理并显示在工控机2上，包括电缆盘9上每层电缆排列中相邻两电缆的间隔距离，以及当前电缆盘9的装盘余量；
步骤5，利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，根据不同的排列情况，利用预先设定好的绕线伺服电机8控制命令对当前电缆绕线工作进行调整；
步骤6，若当前电缆盘9检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统7将当前电缆盘输9送出检测台，重新上料，进行下一个装盘工作。
作为一种具体示例，步骤1所述物料系统7将电缆盘9运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机8，具体如下：
物料系统7将电缆盘9输送到检测平台上，绕线伺服电机8与需要进行装盘的电缆线相连接，将电缆盘9固定在检测平台上，保证电缆盘9圆筒中心轴线与二维激光传感器1的条状激光相互平行，且位于二维激光传感器1的激光探头正下方，将电缆到位信号和电缆盘9装载到位信号通过数字I/O接口转接卡6利用串口通讯传输给工控机2上的自动检测软件；
自动检测软件接收电缆到位信号和电缆盘9装载到位信号后，利用设置的电缆盘宽度w和电缆直径R计算绕线伺服电机8在电缆盘9上缠绕电缆所需要的脉冲量，利用运动控制板卡3，传输给绕线伺服控制器5，并在铺满一层到达电缆盘9一端时设置电缆返回点，保证每次二维激光传感器1进行检测时，当前电缆盘9已经有电缆排列；
绕线伺服电机8接收来自绕线伺服控制器5的控制信号，开始电缆的绕线装盘工作。
作为一种具体示例，步骤2所述固定在电缆盘9上端的二维激光传感器1在电缆盘9上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机2上的自动检测软件，对数据进行存储，具体如下：
在到达电缆盘9上设置好的电缆返回点时或者缠绕一圈时，将到达信号通过数字I/O接口转接卡6传输给工控机2上的自动检测软件，自动检测软件收到到达信号后，通过RS232串口发送采样命令给二维激光传感器1，二维激光传感器1的激光探头对当前电缆盘9上的电缆排列情况进行采样，通过串口通讯传输回自动检测软件，对数据进行存储。
作为一种具体示例，步骤5所述利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，具体如下：
根据处理后的电缆排列数据，将电缆排列分为3类情况：
(1)电缆排列整齐情况
检测到的电缆平整的排列在电缆盘9上，自动检测软件发送伺服控制命令给绕线伺服电机8，驱动绕线伺服电机8进行下一层的电缆绕线工作，不对当前排列进行任何调整；
(2)电缆存在排列不整齐情况
电缆排列不整齐情况分为两种情况，第一种为：两根电缆之间的间隔大于等于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机8，对间隙空间进行绕线调整；第二种为：两根电缆之间的间隔小于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机8，对电缆间的空隙进行绕线调整；
(3)电缆返回点间隔情况
电缆返回点即电缆盘9两端存在电缆排列空隙，分为两种情况，第一种为：在电缆盘9两端各存在空隙，且此时返回点间隔小于一根电缆直径，因此根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机8，对电缆排列进行调整；第二种为：在电缆返回点的电缆排列空隙大于此时电缆的直径，此时同样根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机8，对电缆排列进行调整。
作为一种具体示例，步骤6所述若当前电缆盘9检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统7将当前电缆盘9输送出检测台，具体如下：
绕线伺服电机8接收自动检测软件发来的控制信号，对当前电缆盘9上电缆排列进行调整，调整过后重新检测，发送给自动检测软件，进入步骤5；
若当前电缆盘9检检测已经达到当前电缆盘的装盘长度且检测合格，自动检测软件保存当前检测合格的电缆盘型号和装盘长度，以及生产日期和电缆盘编号，存储在工控机2的数据库上，同时利用串口通讯将检测合格信号利用数字I/O端口6传输给生产线物料系统7，生产线的物料系统7将当前装配好的电缆盘9输送出检测平台。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例中，电缆盘上电缆排列检测系统如图1所示，包括：工控机2、运动控制板卡3、运动接口转接卡4、绕线伺服控制器5和绕线伺服电机8、二维激光传感器1、数字I/O接口转接卡6、物料系统7。
在系统组成中，工控机2负责整个系统的自动化运行，控制各个硬件的运行和与外部生产线物料系统的协调，同时对二维激光传感器1传输的数据进行存储、运算和处理分析，并且通过工控机2的界面可以直观显示电缆排列情况。运动控制板卡3、绕线伺服控制器5和绕线伺服电机8用于接收工控机2的控制命令，调整电缆盘9上电缆的绕线方法。
二维激光传感器1通过RS232和工控机2连接，并接收来自工控机2的控制命令。二维激光传感器1的激光探头在安装固定时必须与电缆盘9中心轴线严格平行，如图2所示，二维激光传感器1的激光探头应该安装在电缆盘9宽度方向的中心位置上，且根据选用的二维激光传感器1的最大扫描角度和测量距离以及电缆盘9的宽度和筒体直径大小确定激光探头与电缆盘9中心轴线的距离。安装时，也要综合考虑其他设备的冲击和震动对二维激光传感器1检测的影响。
安装二维激光传感器1时将激光扫描平面与电缆盘9中心轴线严格平行，二维激光传感器1安装在电缆盘宽度方向的中心位置，二维激光传感器1和电缆盘9中心轴线的距离即二维激光传感器1安装高度根据电缆盘的宽度与半径大小，结合二维激光传感器1的最大扫描角度70°和测量距离0.7m～3m确定。
激光探头将条状激光照射在电缆盘9上，由于选用的二维激光传感器1的最大扫描角度为70°，测量距离为0.7m～3m，设定当前激光探头距离电缆盘9中心点的位置高度为2m，且设定当前电缆盘9的宽度为1m。设置二维激光传感器1扫描角度为0.125°，则第一层(最靠近里面)的扫描角度(tgθ＝0.7/2，θ＝19°)约为19°*2＝38°，因此有扫描点数＝38/0.125＝300个，平均测量间隔约为1500mm/300＝5mm；而最外层的扫描角度(tgθ＝0.7/1，θ＝35°)约为35°*2＝70°，因此有扫描点数＝70/0.125＝560个，平均测量间隔约为1500mm/560＝2.7mm；若电缆直径大于等于8mm，则二维激光传感器1可以检测出电缆排列的分布情况。
数字I/O接口转接卡6和物料系统7接收来自生产流水线上的控制信息，保证电缆盘自动检测系统与生产线的协调运行，同时数字I/O接口转接卡6将绕线伺服电机8的回馈信号转换为数字信号利用串口通讯传递给工控机2，从而监控当前电缆盘9上的绕线情况。
工控机2上的检测系统由人机交互界面、数据库模块、数据分析模块、串口通讯模块和辅助模块。人机交互界面可以实现检测数据的显示以及控制其他硬件的运行，并且对整个电缆排列检测系统的各个模块进行控制。数据库模块用以存储当前电缆盘装盘合格信息和不合格信息，包括检测时间、电缆型号、电缆盘编号和装盘不合格情况。串口通讯模块包括控制绕线伺服电机8、控制二维激光传感器1和生产线物料系统7的回馈信息的串口通讯。辅助模块包括设定当前检测的电缆型号、当前操作用户和电缆排列错误信息的显示分类。
在搭建好电缆排列自动检测平台后，将各个串口与工控机2连接完成，保证硬件平台的安全可靠运行。
具体的实施步骤如下：
步骤1：电源就绪，打开所有硬件设备，登录工控机2上的自动检测软件，设置当前需要检测电缆排列的电缆盘型号和需要装盘的电缆型号，以确定每根电缆的粗细直径R和电缆盘宽度w和电缆盘圆筒半径r。
步骤2：生产线的物料系统7将电缆盘9输送到检测平台上，并且此时伺服绕线电机8上与需要进行装盘的电缆线相连接，输送电缆盘9到检测平台时，将电缆盘9固定在检测平台上，保证电缆盘9圆筒中心轴线与二维激光传感器1的条状激光相互平行，且位于二维激光传感器1的激光探头正下方，将电缆到位信号和电缆盘9到位信号通过数字I/O接口转接卡6利用串口通讯传输给工控机2上的自动检测软件。
步骤3：自动检测软件接收电缆到位信号和电缆盘9装载到位信号后，利用设置的电缆盘宽度w和电缆直径R计算绕线伺服电机8在电缆盘9上缠绕电缆所需要的脉冲量，利用运动控制板卡3，传输给绕线伺服控制器5，并在铺满一层到达电缆盘9一端时设置电缆返回点，保证每次二维激光传感器1进行检测时，当前电缆盘9已经有电缆排列。
步骤4：绕线伺服电机8接收来自绕线伺服控制器5的控制信号，开始进行电缆的绕线装盘工作，在到达电缆盘9上设置好的电缆返回点时或者缠绕一圈时，将到达信号通过数字I/O板卡6传输给工控机2的自动检测软件，检测软件收到到达信号后，立即通过RS232串口发送采样命令给二维激光传感器1，二维激光传感器1的激光探头对当前电缆盘9上的电缆排列情况进行采样，通过串口通讯传输回自动检测软件。
步骤5：根据步骤4中所获取的电缆排列方检测数据，进行数据处理后在自动检测软件上直观显示，并根据排列情况进行分类，根据分类情况对绕线伺服电机8发送不同的驱动命令。
根据检测到的电缆盘上电缆排列的不同，将电缆排列分为3类情况。
(1)电缆排列整齐情况
如图3所示，检测到的电缆平整的排列在电缆盘9上，电缆盘9的的装盘空间得到充分利用，此时，自动检测软件发送伺服控制命令给绕线伺服电机8，驱动绕线伺服电机8进行下一层的电缆绕线工作，不对当前排列进行任何调整。
(2)电缆存在排列不整齐情况
电缆排列不整齐情况还可以细化为两种情况，第一种如图4所示，两根电缆之间的间隔大于等于一根电缆直径的距离，此时自动检测系统控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机8，对间隙空间进行绕线调整。第二种情况如图5所示，两根电缆之间的间隔小于一根电缆直径的距离，此时同样用预先设定好的调整程序对电缆间的空隙进行绕线调整。
(3)电缆返回点间隔情况
电缆返回点即电缆盘两端存在电缆排列空隙，同样可以分为两种情况，第一种如图6所示，在电缆盘两端各存在一定的空隙，且此时返回点间隔小于一根电缆直径，因此根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机8，对电缆排列进行调整。第二种如图7所示，在电缆返回点的电缆排列空隙大于此时电缆的直径，此时同样利用预先编好的调整程序发送调整命令给绕线伺服电机，对电缆排列进行调整。
步骤6：绕线伺服电机8接收自动检测软件发来的控制信号，对当前电缆盘9上电缆排列进行调整，调整过后重新检测，发送给自动检测软件，进入步骤5；若当前电缆盘检检测已经达到当前电缆盘的装盘长度，且检测合格，则进行步骤7。
步骤7：自动检测软件保存当前检测合格的电缆盘型号和装盘长度，以及生产日期和电缆盘编号，存储在工控机2的数据库上，同时利用串口通讯将检测合格信号利用数字I/O端口6传输给生产线物料系统7，生产线的物料系统7将当前装配好的电缆盘9输送出检测平台，然后重新进行下一轮的步骤2。
综上所述，本发明电缆盘上电缆排列情况自动检测系统及方法，能够实现对电缆盘上电缆装盘情况高效、可靠的检测监控，并实时利用绕线伺服电机对电缆绕线情况进行调整。
Claims (9)
1.一种电缆盘上电缆排列检测系统，其特征在于，包括二维激光传感器(1)、工控机(2)、运动控制板卡(3)、运动接口转接卡(4)、绕线伺服控制器(5)、数字I/O接口转接卡(6)、物料系统(7)、绕线伺服电机(8)、电缆盘(9)；
所述二维激光传感器(1)通过RS232与工控机(2)进行串口通讯，二维激光传感器(1)对电缆盘(9)上电缆实时进行检测，采样电缆排列的条状信息，通过RS232串口通讯将采样数据传输给工控机(2)；
所述工控机(2)用于控制各个硬件的运行，以及各个硬件与外部生产线物料系统(7)的协调；同时工控机(2)对二维激光传感器(1)传输的数据进行存储、运算和处理分析，并且通过工控机(2)的界面显示电缆排列情况；
所述运动控制板卡(3)和运动接口转接卡(4)连接，将工控机(2)上传送的控制信息发送给绕线伺服控制器(5)，并由绕线伺服控制器(5)驱动绕线伺服电机(8)运动；
所述绕线伺服电机(8)通过机械零件与电缆盘(9)连接，调整电缆盘(9)上的电缆排列间隔；
所述物料系统(7)将生产过程中的导轨到位信号、伺服准备信号和伺服启动信号转换为数字I/O信号，通过数字I/O接口转接卡(6)将信号传输给工控机(2)。
2.根据权利要求1所述的电缆盘上电缆排列检测系统，其特征在于，所述二维激光传感器(1)的激光探头与电缆盘(9)中心轴线平行，安装在电缆盘(9)宽度方向的中心位置上，根据二维激光传感器(1)最大扫描角度、测量距离，以及电缆盘(9)的宽度和筒体直径大小，确定激光探头与电缆盘(9)中心轴线的距离。
3.根据权利要求1所述的电缆盘上电缆排列检测系统，其特征在于，所述工控机(2)的检测系统包括人机交互界面、数据库模块、数据分析模块、串口通讯模块和辅助模块，其中：
人机交互界面，用于检测数据的显示以及控制其他硬件的运行，并且对整个电缆排列检测系统的各个模块进行控制；
数据库模块，用以存储当前电缆盘(9)装盘合格信息和不合格信息，包括检测时间、电缆型号、电缆盘编号和装盘不合格情况；
串口通讯模块，用于线伺服电机(8)、二维激光传感器(1)和物料系统(7)的回馈信息的串口通讯；
辅助模块，包括设定当前检测的电缆型号、当前操作用户和电缆排列错误信息的显示分类。
4.根据权利要求1所述的电缆盘上电缆排列检测系统，其特征在于，所述二维激光传感器(1)采用德国SICK公司的LMS400-1000二维激光传感器，测量范围为0.7m～3m，扫描角度70°，角度分辨率最小可达0.125°，扫描频率180～500Hz，响应时间6～2ms，分辨率/系统误差1mm/typ.±4mm；数据接口为RS232/422/以太网。
5.一种电缆盘上电缆排列检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，物料系统(7)将电缆盘(9)运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机(8)，绕线伺服电机(8)开始将电缆环绕在电缆盘(9)上；
步骤2，固定在电缆盘(9)上端的二维激光传感器(1)在电缆盘(9)上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机(2)上的自动检测软件，对数据进行存储；
步骤3，利用二维激光传感器(1)的检测数据，通过二维激光传感器(1)的固定位置距离电缆盘(9)间的高度，结合电缆盘(9)宽度和二维激光传感器(1)精度，通过工控机(2)对数据进行处理分析，得到电缆排列的原始数据；
步骤4，将电缆排列的原始数据进行处理并显示在工控机(2)上，包括电缆盘(9)上每层电缆排列中相邻两电缆的间隔距离，以及当前电缆盘(9)的装盘余量；
步骤5，利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，根据不同的排列情况，利用预先设定好的绕线伺服电机(8)控制命令对当前电缆绕线工作进行调整；
步骤6，若当前电缆盘(9)检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统(7)将当前电缆盘输(9)送出检测台，重新上料，进行下一个装盘工作。
6.根据权利要求5所述电缆盘上电缆排列检测方法，其特征在于，步骤1所述物料系统(7)将电缆盘(9)运送到检测点，并传递信号给绕线伺服电机(8)，具体如下：
物料系统(7)将电缆盘(9)输送到检测平台上，绕线伺服电机(8)与需要进行装盘的电缆线相连接，将电缆盘(9)固定在检测平台上，保证电缆盘(9)圆筒中心轴线与二维激光传感器(1)的条状激光相互平行，且位于二维激光传感器(1)的激光探头正下方，将电缆到位信号和电缆盘(9)装载到位信号通过数字I/O接口转接卡(6)利用串口通讯传输给工控机(2)上的自动检测软件；
自动检测软件接收电缆到位信号和电缆盘(9)装载到位信号后，利用设置的电缆盘宽度w和电缆直径R计算绕线伺服电机(8)在电缆盘(9)上缠绕电缆所需要的脉冲量，利用运动控制板卡(3)，传输给绕线伺服控制器(5)，并在铺满一层到达电缆盘(9)一端时设置电缆返回点，保证每次二维激光传感器(1)进行检测时，当前电缆盘(9)已经有电缆排列；
绕线伺服电机(8)接收来自绕线伺服控制器(5)的控制信号，开始电缆的绕线装盘工作。
7.根据权利要求5所述电缆盘上电缆排列检测方法，其特征在于，步骤2所述固定在电缆盘(9)上端的二维激光传感器(1)在电缆盘(9)上电缆环绕时对电缆排列方式进行检测，并通过串口通信将检测数据传输给工控机(2)上的自动检测软件，对数据进行存储，具体如下：
在到达电缆盘(9)上设置好的电缆返回点时或者缠绕一圈时，将到达信号通过数字I/O接口转接卡(6)传输给工控机(2)上的自动检测软件，自动检测软件收到到达信号后，通过RS232串口发送采样命令给二维激光传感器(1)，二维激光传感器(1)的激光探头对当前电缆盘(9)上的电缆排列情况进行采样，通过串口通讯传输回自动检测软件，对数据进行存储。
8.根据权利要求5所述电缆盘上电缆排列检测方法，其特征在于，步骤5所述利用处理后的电缆排列数据对电缆排列情况进行分析，具体如下：
根据处理后的电缆排列数据，将电缆排列分为3类情况：
(1)电缆排列整齐情况
检测到的电缆平整的排列在电缆盘(9)上，自动检测软件发送伺服控制命令给绕线伺服电机(8)，驱动绕线伺服电机(8)进行下一层的电缆绕线工作，不对当前排列进行任何调整；
(2)电缆存在排列不整齐情况
电缆排列不整齐情况分为两种情况，第一种为：两根电缆之间的间隔大于等于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机(8)，对间隙空间进行绕线调整；第二种为：两根电缆之间的间隔小于一根电缆直径的距离，此时自动检测软件控制传输相应的调整信号给绕线伺服电机(8)，对电缆间的空隙进行绕线调整；
(3)电缆返回点间隔情况
电缆返回点即电缆盘(9)两端存在电缆排列空隙，分为两种情况，第一种为：在电缆盘(9)两端各存在空隙，且此时返回点间隔小于一根电缆直径，因此根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机(8)，对电缆排列进行调整；第二种为：在电缆返回点的电缆排列空隙大于此时电缆的直径，此时同样根据情况将相应的调整信号传输给绕线伺服电机(8)，对电缆排列进行调整。
9.根据权利要求5所述电缆盘上电缆排列检测方法，其特征在于，步骤6所述若当前电缆盘(9)检测数据显示电缆装盘完成，则通知物料系统(7)将当前电缆盘(9)输送出检测台，具体如下：
绕线伺服电机(8)接收自动检测软件发来的控制信号，对当前电缆盘(9)上电缆排列进行调整，调整过后重新检测，发送给自动检测软件，进入步骤5；
若当前电缆盘(9)检检测已经达到当前电缆盘的装盘长度且检测合格，自动检测软件保存当前检测合格的电缆盘型号和装盘长度，以及生产日期和电缆盘编号，存储在工控机(2)的数据库上，同时利用串口通讯将检测合格信号利用数字I/O端口(6)传输给生产线物料系统(7)，生产线的物料系统(7)将当前装配好的电缆盘(9)输送出检测平台。
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