CN109626127A - 一种微型裸光纤自动卷轴系统 - Google Patents

Abstract

目前国内传统的光纤收放的系统的收放方式存在着响应滞后、可调范围小、传动不平稳、排列不整齐和易损伤裸光纤等缺点，无法满足裸光纤直径小、收放速度响应快的要求，并且在工作过程中裸光纤要时刻与缠绕进口保持在同一水平线上或者是要求不能相差太大的角度，遇到过度张紧状态时，又容易出现裸光纤损伤和直接断裂的现象，这样不仅工作效率低、易出故障，而且又需要人力监督和干涉，极其浪费人力和物力。本发明克服了现有技术的缺点，提供了一种微型裸光纤自动卷轴系统，能够能实时监测张力并反馈自动调节张力，有效地避免裸光纤在缠绕或释放过程出现断裂和损伤的现象，也免去人工监督和辅助的麻烦。

Description

一种微型裸光纤自动卷轴系统

技术领域

本发明涉及光纤自动收放以及镀膜领域，更具体地，涉及一种微型裸光纤自动卷轴系统。

背景技术

光纤是一种利用光在玻璃塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具,基于它的通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、重量轻体积小的优点,在通信方面得到了广泛的应用。光纤中的纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆、易断裂、拉断强度和工作极限拉力比较低，在牵涉到光纤收放的系统应用过程中就容易出现过于张紧或者松弛的现象，这将使裸光纤的均匀性和完整性受到影响，传统的过程通常需要人工干预才能成功完成光纤的收放，浪费人力。

目前国内传统的光纤收放的系统的收放方式存在着响应滞后、可调范围小、传动不平稳、排列不整齐和易损伤裸光纤等缺点，无法满足裸光纤直径小、收放速度响应快的要求，并且在工作过程中裸光纤要时刻与缠绕进口保持在同一水平线上或者是要求不能相差太大的角度，因为在收放过程中遇到过度松弛状态时，裸光纤容易出现滑出缠绕轨道和缠绕不均匀的现象；遇到过度张紧状态时，又容易出现裸光纤损伤和直接断裂的现象，这样不仅工作效率低、易出故障，而且又需要人力监督和干涉，极其浪费人力和物力。因此在裸光纤的收放过程中，迫切需要实时自动控制线速和张紧，以便提高效率、减低成本。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种微型裸光纤自动卷轴系统，本发明的首要目的是提供一种实现对裸光纤自动收放的系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种微型裸光纤自动卷轴系统，包括机械支架、卷轴组、滑轮组、直线轴承、数据采集模块、滑轮组支架和主控子系统，其中：

所述机械支架包括左支撑面和右支撑面；

所述卷轴组包括绕线子系统和排线子系统，所述绕线子系统与排线子系统固定于所述机械支架内；

所述绕线子系统包括卷轴和第一步进电机，所述第一步进电机与所述卷轴固定连接，所述卷轴的底面固定于所述机械支架的左支撑面，所述第一步进电机固定于所述机械支架的右支撑面，控制卷轴缠绕或释放裸光纤的速度；

所述排线子系统包括排线器、滚珠丝杆和第二步进电机，所述滚珠丝杆的底面固定于所述机械支架的左支撑面，与所述第二步进电机固定连接，所述第二步进电机固定于所述机械支架的右支撑面，所述排线器设置于滚珠丝杆附近，能被所述滚珠丝杆带动下完成左右往复排线运动；

所述滑轮组包括若干动滑轮与若干定滑轮，所述动滑轮通过所述直线轴承连接在所述机械支架上，所述动滑轮能随直线轴承上下移动和旋转，所述定滑轮固定于所述滑轮组支架上，所述滑轮组支架固定于所述机械支架的右支撑面；

所述数据采集模块用于采集裸光纤在卷轴过程中的数据，包括一S型传感器和一拉线传感器，所述S型传感器设置于所述直线轴承上，并固定于所述机械支架上，所述拉线传感器设置于所述滚珠丝杆上，通过所述S型传感器和拉线传感器获取裸光纤的张力数据；

所述主控子系统分别与所述第一步进电机、第二步进电机、S型传感器、拉线传感器电连接；

裸光纤从滑轮组处进入系统，通过滑轮组各滑轮改变裸光纤力的作用方向，同时起到给光纤的定位作用；直线轴承不仅可以随着裸光纤在滑轮上作用力大小上下移动调节光纤张力，而且还可以随作用力大小自行旋转角度，这样使裸光纤在进线口处可以多角度进线，同时能够时刻保持裸光纤在滑轮槽的正常进线，配合主控子系统的控制调节裸光纤的张力，有效避免以往需检查裸光纤进线方向和滑轮槽一致才能正常工作的弊端；裸光纤进入系统后，由第二步进电机带动滚珠丝杆，滚珠丝杆带动排线器，使排线器沿卷轴平行方向完成左右的往复排线运动，主控子系统控制第二步进电机的速度和方向与第一步进电机的速度和方向相协调配合，实现裸光纤在卷轴上整齐紧密排布或有序地释放；通过S型传感器和拉线传感器获取裸光纤的张力，主控子系统根据裸光纤张力大小改变步进电机的转速，从而使裸光纤的张力值恒定，步进电机通过步进脉冲控制其工作速度，具有良好的开环跟随性，动态响应快，调速和定位控制性能好，能很好地满足绕线和排线系统的要求。

优选地，滚珠丝杆有螺纹凹槽，使裸光纤在卷轴上排布有序。

优选地，滑轮组由一个动滑轮和三个定滑轮组成。

优选地，数据采集模块还包括一行程传感器，所述行程传感器安装在所述机械支架左支撑面上，正对着排线器，行程传感器与主控子系统电连接，行程传感器获取排线器的运动数据，通过反馈至主控子系统，主控子系统控制第二步进电机带动滚珠丝杆，滚珠丝杆带动排线器完成左右往返排线运动。

优选地，数据收集模块还包括一温度传感器，所述温度传感器安装在所述机械支架上，温度传感器与主控子系统电连接，监控整个系统的温度，防止过热。

优选地，数据收集模块还包括两个电压传感器，分别安装在所述第一步进电机和第二步进电机，用于采集第一步进电机和第二步进电机的电压，电压传感器与主控子系统电连接，监控第一步进电机和第二步进电机的工作状态是否存在异常。

优选地，主控子系统包括控制模块、张力控制模块、收放控制模块和动力牵引模块，其中：

所述控制模块分别与所述数据采集模块、张力控制模块、收放控制模块和动力牵引模块相连；

所述张力控制模块分别与所述第一步进电机和第二步进电机相连，保持光纤张力恒定；

所述动力牵引模块分别与所述第一步进电机和第二步进电机相连，控制所述第一步进电机和第二步进电机加速或减速或转向；

所述收放控制模块通过所述控制模块对所述动力牵引模块发布指令，使所述动力牵引模块控制所述第一步进电机和第二步进电机的转向。

控制系统负责对数据采集模块、故障诊断模块、张力控制模块、收放控制模块的数据进行计算和控制，并根据处理结果进行发送控制命令；数据采集模块负责裸光纤卷轴整个过程数据的采集，S型拉力传感器和拉线传感器负责采集裸光纤收放过程中张力和拉力的实时数据，根据这些实时张力数据，实时计算收放线的张力，最后把计算出的张力数据转化为电信号数据，传给控制模块，控制模块则根据目前的电信号数据判断裸光纤是否处于过度张紧或松弛状态，再根据张力设定值与张力检测值，向张力控制模块发送指令控制卷轴收放裸光纤的速度，进而保持裸光纤在自动收放系统内的张力值的恒定；电压传感器负责电压信号的采集与传递，所有传感器把采集到的数据发送到数据采集模块，数据采集模块对采集的各个传感器信息进行滤波并处理，把处理结果发送到控制系统的对应模块备用，根据控制系统的信号，控制裸光纤在卷轴上的缠绕或释放，以及裸光纤收放的速度和步进电机的转向，收放线控制模块根据控制系统发来的初始数据或者参数进行计算和分析，然后把结果传回控制系统，控制系统依据传回的结果对动力牵引模块发布相关指令，然后通过控制信号改变步进减速电机转向完成调节。

优选地，主控子系统还包括一故障诊断模块，所述故障诊断模块与控制模块相连，故障诊断模块根据控制模块所发出的故障信息，对某些故障进行诊断，并把诊断后的结果传回控制模块，使控制模块采取相应的措施，相当于是一个闭环控制。

优选地，动力牵引模块包括动力控制模块和卷轴收放指令发布模块，其中，所述动力控制模块与所述控制模块相连，所述卷轴收放指令发布模块的输入端与动力控制模块相连，其输出端与所述第一步进电机和第二步进电机相连，动力控制模块是动力牵引模块的核心，负责与主控子系统交换和传递数据，并对卷轴子系统发布控制指令， 卷轴收放指令发布模块根据主控子系统传递的数据进行计算，并换算为能够执行的电信号，把计算结果交给动力控制模块并对卷轴子系统执行动作。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明是以传感器组、滑轮组、绕线子系统、排线子系统、主控子系统的相互作用而能够实现裸光纤自动收放的微型卷轴系统，该系统能实时监测张力并反馈自动调节张力，有效地避免裸光纤在缠绕或释放过程出现断裂和损伤的现象，也免去人工监督和辅助的麻烦，能够大大提高工作效率。

附图说明

图1为微信裸光纤自动卷轴系统的结构示意图；

图2为微型裸光纤自动卷轴系统的滑轮组结构示意图；

图3为微型裸光纤自动卷轴系统的卷轴组结构示意图；

图4为微型裸光纤自动卷轴系统的主控子系统示意图；

图5为微型裸光纤自动卷轴系统的张力控制原理图；

图中，1为S型传感器，2为直线轴承，3为动滑轮，4、5、6为定滑轮，7为滑轮组支架，8为卷轴，9为第一步进电机，10为第二步进电机，11为滚珠丝杆，12为排线器，13为行程传感器，14为机械支架。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供的一种微型裸光纤自动卷轴系统，如图1，包括机械支架14、卷轴组、滑轮组、直线轴承2、数据采集模块、滑轮组支架7和主控子系统，其中：

机械支架14包括左支撑面和右支撑面；

卷轴组如图3，包括绕线子系统和排线子系统，绕线子系统与排线子系统固定于机械支架14内；

绕线子系统包括卷轴8和第一步进电机9，第一步进电机9与卷轴8固定连接，卷轴8的底面固定于机械支架14的左支撑面，第一步进电机9固定于机械支架14的右支撑面，控制卷轴8缠绕或释放裸光纤的速度；

排线子系统包括排线器12、滚珠丝杆11和第二步进电机10，滚珠丝杆11的底面固定于机械支架14的左支撑面，与第二步进电机10固定连接，第二步进电机10固定于机械支架14的右支撑面，排线器12设置于滚珠丝杆11附近，能被滚珠丝杆11带动下完成左右往复排线运动；

滑轮组如图2，由一个动滑轮3和三个定滑轮4、5、6组成，动滑轮3通过直线轴承2连接在机械支架14上，动滑轮3能随直线轴承2上下移动和旋转，定滑轮4、5、6固定于滑轮组支架7上，滑轮组支架7固定于机械支架14的右支撑面；

数据采集模块用于采集裸光纤在卷轴8过程中的数据，包括S型传感器1、拉线传感器、温度传感器、行程传感器13和两个电压传感器，S型传感器1设置于直线轴承2上，固定于机械支架14上，拉线传感器设置于滚珠丝杆11上，通过S型传感器1和拉线传感器获取裸光纤的张力数据，温度传感器安装在所述机械支架14上，两个电压传感器，分别安装在所述第一步进电机9和第二步进电机10，行程传感器13安装在所述机械支架14左支撑面上，正对着排线器12，行程传感器13获取排线器12的运动数据；

主控子系统分别与第一步进电机9、第二步进电机10、S型传感器、拉线传感器电连接；

滚珠丝杆11有螺纹凹槽，使裸光纤在卷轴8上排布有序。

主控子系统如图4，包括控制模块、张力控制模块、收放控制模块、故障诊断模块和动力牵引模块，其中：

所述控制模块分别与所述数据采集模块、张力控制模块、收放控制模块和动力牵引模块相连；

所述张力控制模块分别与所述第一步进电机9和第二步进电机10相连，保持光纤张力恒定；

故障诊断模块与控制模块相连；

所述动力牵引模块分别与所述第一步进电机9和第二步进电机10相连，控制所述第一步进电机9和第二步进电机10加速或减速或转向；

所述收放控制模块通过所述控制模块对所述动力牵引模块发布指令，使所述动力牵引模块控制所述第一步进电机9和第二步进电机10的转向。

动力牵引模块包括动力控制模块和卷轴收放指令发布模块，其中，所述动力控制模块与所述控制模块相连，所述卷轴收放指令发布模块的输入端与动力控制模块相连，其输出端与所述第一步进电机9和第二步进电机10相连。

在具体实施过程中，主控子系统负责整个系统的控制和管理，控制模块负责对数据采集模块、张力控制模块、收放控制模块、故障诊断模块所处理的数据进行计算和控制，并依据计算结果发送控制命令；数据采集模块负责系统的数据采集，S型传感器1固定在机械支架14上，S型传感器1直接和直线轴承2相连接,并和滑轮组一起完成裸光纤的缠绕或者释放。数据采集模块实时地采集S型传感器1和拉线传感器上检测出的裸光纤上的张力数据，传给控制模块的对应模块，然后根据这些实时张力数据，实时计算收线张力和放线张力，最后把计算出的张力数据转化为电信号数据，传给控制模块，控制模块再根据目前的电信号数据向张力控制模块发送命令，调节控制电信号，使裸光纤始终保持恒速运行状态；故障诊断模块根据控制模块所发布的故障信息，对某些故障进行诊断，并把诊断后的结果传回控制模块，使控制模块采取相应的措施；收放线控制模块根据控制模块发来的初始数据或者参数进行计算和分析，然后把结果传回控制模块，控制模块依据传回的结果对动力牵引模块发布相关指令，然后通过控制信号改变步进减速电机转向完成调节。

实施例1的张力控制原理如图5所示，控制器根据张力设定值与S型传感器1和拉线传感器的测量值，以及裸光纤的收放速度，通过驱动器控制步进电机调节卷轴8的转速，保持系统内裸光纤张力的恒定。在放裸光纤的过程中，若张力检测值小于设定值，降低发给步进电机驱动器的脉冲速率，步进电机减速，减小卷轴8释放裸光纤速度，收紧裸光纤，使其张力上升；当大于设定值时，加大卷轴8的放光纤的速度，降低裸光纤的张力。裸光纤缠绕与释放相反，张力检测值大于设定值时，减小卷轴8收光纤速度，小于设定值时增大卷轴8收光纤速度，使光纤的张力稳定在设定值，达到恒张力的控制。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，包括机械支架、卷轴组、滑轮组、直线轴承、数据采集模块、滑轮组支架和主控子系统，其中：

所述机械支架包括左支撑面和右支撑面；

所述卷轴组包括绕线子系统和排线子系统，所述绕线子系统与排线子系统固定于所述机械支架内；

所述绕线子系统包括卷轴和第一步进电机，所述第一步进电机与所述卷轴固定连接，所述卷轴的底面固定于所述机械支架的左支撑面，所述第一步进电机固定于所述机械支架的右支撑面，控制卷轴缠绕或释放裸光纤的速度；

所述排线子系统包括排线器、滚珠丝杆和第二步进电机，所述滚珠丝杆的底面固定于所述机械支架的左支撑面，与所述第二步进电机固定连接，所述第二步进电机固定于所述机械支架的右支撑面，所述排线器设置于滚珠丝杆附近，能被所述滚珠丝杆带动下完成左右往复排线运动；

所述滑轮组包括若干动滑轮与若干定滑轮，所述动滑轮通过所述直线轴承连接在所述机械支架上，所述动滑轮能随直线轴承上下移动和旋转，所述定滑轮固定于所述滑轮组支架上，所述滑轮组支架固定于所述机械支架的右支撑面；

所述数据采集模块用于采集裸光纤在卷轴过程中的数据，包括一S型传感器和一拉线传感器，所述S型传感器设置于所述直线轴承上，并固定于所述机械支架上，所述拉线传感器设置于所述滚珠丝杆上，通过所述S型传感器和拉线传感器获取裸光纤的张力数据；

所述主控子系统分别与所述第一步进电机、第二步进电机、S型传感器、拉线传感器电连接。

2.根据权利要求1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述滚珠丝杆有螺纹凹槽。

3.根据权利要去1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述滑轮组由一个动滑轮和三个定滑轮组成。

4.根据权利要求1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括一行程传感器，所述行程传感器安装在所述机械支架左支撑面上，正对着排线器，行程传感器与主控子系统电连接。

5.根据权利要求1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括一温度传感器，所述温度传感器安装在所述机械支架上，温度传感器与主控子系统电连接。

6.根据权利要求1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括两个电压传感器，分别安装在所述第一步进电机和第二步进电机处，用于采集第一步进电机和第二步进电机的电压，电压传感器与主控子系统电连接。

7.根据权利要求1所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述主控子系统包括控制模块、张力控制模块、收放控制模块和动力牵引模块，其中：

所述控制模块分别与所述数据采集模块、张力控制模块、收放控制模块和动力牵引模块相连；

所述张力控制模块分别与所述第一步进电机和第二步进电机相连，保持光纤张力恒定；

所述动力牵引模块分别与所述第一步进电机和第二步进电机相连，控制所述第一步进电机和第二步进电机加速或减速或转向；

所述收放控制模块通过所述控制模块对所述动力牵引模块发布指令，使所述动力牵引模块控制所述第一步进电机和第二步进电机的转向。

8.根据权利要求7所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述主控子系统还包括一故障诊断模块，所述故障诊断模块与控制模块相连。

9.根据权利要求7所述的微型裸光纤自动卷轴系统，其特征在于，所述动力牵引模块包括动力控制模块和卷轴收放指令发布模块，其中，所述动力控制模块与所述控制模块相连，所述卷轴收放指令发布模块的输入端与动力控制模块相连，其输出端与所述第一步进电机和第二步进电机相连。