CN110631752A - 一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法 - Google Patents

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曾杰
沈斐
付靖宜
潘强斌
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Abstract

本发明公开了一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法，涉及光缆加工检测技术领域。包括：扎纱宽度采集单元，扎纱宽度采集单元用于采集绞合在缆芯上的扎纱的图像信息；扎纱宽度识别单元，扎纱宽度识别单元用于识别扎纱宽度采集单元发送的图像信息，对图像信息中扎纱的边缘进行识别，并测量扎纱的宽度值；主控单元，主控单元用于将扎纱宽度识别单元测量的扎纱宽度值转化为扎纱张力值。本发明采用扎纱宽度采集单元、扎纱宽度识别单元和主控端单元分别对绞合在缆芯上的扎纱的图像采集、识别图像中扎纱的宽度值、扎纱张力值计算。该在线监测装置能够实时准确的监测缆芯上绞合的扎纱的实时张力大小，降低扎纱张力误判率。

Description

一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法
技术领域
本发明涉及光缆生产检测技术领域，具体是涉及一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法。
背景技术
层绞式光缆的制造过程中，松套管在与中心加强件制成缆芯的过程是采用扎纱捆扎成型。套管和填充元件经绞台后，在外力作用下绞合在中心加强件上构成缆芯。为稳定缆芯结构，防止套管退扭，一般是在成型的缆芯外绑扎两根正反交错的扎纱。扎纱在高速缠绕过程中，会对套管形成一定的绑扎力，称之为扎纱张力。扎纱张力的控制极为重要。若扎纱张力过小，缆芯结构极易退扭，无法稳定成型；若扎纱张力过大，会造成套管受损变形，松套管中光纤的活动空间被压缩，光缆的机械性能、光传输性能、环境使用性能均受到影响。
在目前的光缆制造设备中，扎纱张力可以在主控界面设置数值，但实际缆芯上扎纱张力的大小无法监测。目前的控制方法是：在保证缆芯结构的前提下，扎纱张力的设置应该越小越好，并通过“人为经验”的干预，来调节扎纱张力的大小。
上述控制方法的缺陷是：1.缆芯上扎纱张力的实际大小无法监测；2.仅能通过“眼观”、“手摸”等主观性极强的人为控制方法来判断扎纱张力的大小，效率低，误判率高；3.当设备、材料等生产元素发生变化，导致扎纱张力突变时，缆芯有可能已经不满足生产要求，但是生产人员无法得知并进行有效干预。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术中缆芯上扎纱张力的大小通过“人为经验”的方式监控，监控方式主观性强，效率低的不足，提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法。
本发明提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，包括：
扎纱宽度采集单元，所述扎纱宽度采集单元用于采集绞合在缆芯上的扎纱的图像信息；
扎纱宽度识别单元，所述扎纱宽度识别单元用于识别扎纱宽度采集单元发送的图像信息，对图像信息中扎纱的边缘进行识别，并测量扎纱的宽度值；
主控单元，所述主控单元用于将扎纱宽度识别单元测量的扎纱的宽度值转化为扎纱张力值，对绞合在缆芯上的扎纱的张力进行监测。
优选方案：所述主控单元将扎纱宽度识别单元测量的扎纱的宽度值转化为扎纱张力值包括：
主控单元计算出扎纱的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱在外力作用下线径变化值，d为扎纱的原始线径值；
主控单元根据扎纱的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱的轴向应力δ，其计算公式如下：
Figure BDA0002215228030000021
其中，扎纱的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
优选方案：所述扎纱宽度采集单元包括相机和辅助光源，所述相机的拍摄方向与辅助光源的照射方向相同。
优选方案：所述相机为线阵相机或面阵相机，所述辅助光源为LED灯。
优选方案：所述线阵相机为线阵CCD相机，所述面阵相机为面阵CCD相机，所述辅助光源为红色、黄色或白色LED灯。
优选方案：还包括缆芯固定压轮，所述缆芯固定压轮设有两组，两组缆芯固定压轮间隔设置，两组缆芯固定压轮均设有第一压轮和第二压轮，所述缆芯穿入两组缆芯固定压轮的第一压轮和第二压轮之间的空隙内直线运动。
优选方案：还包括显示器和控制器，所述显示器和控制器分别与主控单元连接，所述显示器用于显示主控单元监测到的扎纱张力值，所述控制器用于控制扎纱机调整扎纱张力值。
优选方案：还包括报警器，所述报警器与主控单元连接，所述主控单元检测到扎纱张力值超出设定的上限张力值和下限张力值时向报警器发出电信号，所述报警器通过声光报警。
本发明另一方面提供了一种光缆绞合扎纱张力在线监测方法，包括以下步骤：
绞合扎纱的缆芯通过缆芯固定压轮后，扎纱宽度采集单元以固定帧数对缆芯的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元；
扎纱宽度识别单元识别并抓取图像中扎纱的边缘，将扎纱的边缘拟合成两条直线，根据图像分辨率测量出扎纱的宽度值，并将测量出扎纱的宽度值传输至主控单元；
主控端单元根据扎纱的宽度值转化为扎纱张力值，对绞合在缆芯上的扎纱的张力进行监测。
优选方案：所述主控端单元根据扎纱的宽度值转化为扎纱张力值具体包括以下步骤：
主控单元计算出扎纱的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱在外力作用下线径变化值，d为扎纱的原始线径值；
主控单元根据扎纱的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱的轴向应力δ，其计算公式如下：
Figure BDA0002215228030000041
其中，扎纱的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置及方法。该在线监测装置采用扎纱宽度采集单元、扎纱宽度识别单元和主控端单元分别对绞合在缆芯上的扎纱的图像采集、识别图像中扎纱的宽度值、扎纱张力值计算。该在线监测装置能够实时准确的监测缆芯上绞合的扎纱的实时张力大小，降低扎纱张力误判率。该在线监测装置能够在监测到扎纱张力值与设定的上限张力值和下限张力值进行对比，在扎纱的张力值超出设定的上限张力值和下限张力值范围内时，主控端单元向控制器和报警器发出电信号，控制器控制扎纱机调整扎纱张力值，使扎纱张力值满足生产要求；报警器通过声光报警告知监控人员，对设备进行调整，提高了光缆的生产效率和产品质量。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的方法流程图。
附图标记：1-缆芯固定压轮，2-缆芯，3-辅助光源，4-相机，5-显示器，6-主控单元，7-扎纱。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
参见图1所示，本发明实施例提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，包括：
扎纱宽度采集单元，该扎纱宽度采集单元用于采集绞合在缆芯2上的扎纱7的图像信息；本实施例的扎纱宽度采集单元包括相机4和辅助光源3，相机4的拍摄方向与辅助光源3的照射方向相同。相机4以固定帧数对缆芯2的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元。辅助光源3用于辅助相机4对缆芯2的表面进行摄像，提高相机4采集绞合在缆芯2上的扎纱7的图像信息的清晰度、分辨率和对比度。
扎纱宽度识别单元，该扎纱宽度识别单元用于识别扎纱宽度采集单元发送的图像信息，对图像信息中扎纱7的边缘进行识别，并测量扎纱7的宽度值。扎纱宽度识别单元识别并抓取图像中扎纱7的边缘，将扎纱7的边缘拟合成两条直线，根据图像分辨率测量出扎纱7的宽度值。
主控单元6，该主控单元用于将扎纱宽度识别单元测量的扎纱宽度值转化为扎纱张力值，进而对绞合在缆芯2上的扎纱7的张力进行监测。
工作原理
本发明的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置。该在线监测装置采用扎纱宽度采集单元、扎纱宽度识别单元和主控端单元6分别实现对绞合在缆芯2上的扎纱7进行图像采集、识别图像中扎纱7的宽度值、扎纱张力值计算。扎纱宽度采集单元设有相机4和辅助光源3，相机4的拍摄方向与辅助光源3的照射方向相同。
首先，相机4以固定帧数对缆芯2的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元。辅助光源3用于辅助相机4对缆芯2的表面进行摄像，提高相机4采集绞合在缆芯2上的扎纱7的图像信息的清晰度、分辨率和对比度。然后，该扎纱宽度识别单元用于识别扎纱宽度采集单元发送的图像信息，并对图像信息中扎纱7的边缘进行识别，并测量扎纱7的宽度值。扎纱宽度识别单元识别并抓取图像中扎纱7的边缘，将扎纱7的边缘拟合成两条直线，根据图像的分辨率测量出扎纱7的宽度值。最后，主控单元6用于将扎纱宽度识别单元测量的扎纱宽度值转化为扎纱张力值，进而对绞合在缆芯2上的扎纱7的张力进行监测。该在线监测装置能够实时准确的监测缆芯上绞合的扎纱的实时张力大小，降低扎纱张力误判率。
实施例2
本发明实施例提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，本实施例与实施例1的区别在于：主控单元6将扎纱宽度识别单元测量的扎纱宽度值转化为扎纱张力值包括：
主控单元6计算出扎纱7的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱7在外力作用下线径变化值，d为扎纱7的原始线径值；
主控单元6根据扎纱7的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱7的轴向应力δ：
其中，扎纱7的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元6测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
实施例3
参见图1所示，本发明实施例提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的相机4选用为线阵CCD相机，当然本领域的普通技术人员还可以选用为面阵CCD相机。线阵CCD相机具有灵敏度高，动态范围大，性价比高等特点。由于其结构简单，成本较低，并且可以同时储存一行电视信号，加上它可以做很多单排感光单元，在同等测量精度的前提下，线阵CCD相机的测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD相机实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，可以实现动态测量，并能在低照明度下工作，所以线阵CCD相机能够快速、清晰的拍摄到绞合在缆芯2上的扎纱7的图像信息。
本实施例的辅助光源3为LED灯，本辅助光源3的颜色可采用红色、黄色或白色的LED灯。在对白色的扎纱7进行张力监测时，可以选用红色或黄色的LED灯，红色或黄色的LED灯照射在缆芯2上的光更加能够凸显出白色的扎纱7与缆芯2之间的对比度。在对黄色的扎纱7进行张力监测时，可以选用白色的LED灯，白色的LED灯照射在缆芯2上的光更加能够凸显出黄色的扎纱7与缆芯2之间的对比度。相机4拍摄到的图像信息更加清晰，分辨率和对比度更高，扎纱7的特征更加明显，为下一步的扎纱宽度识别单元识别扎纱7的宽度值提供保证。
实施例4
参见图1所示，本发明实施例提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，本实施例与实施例1的区别在于：还包括缆芯固定压轮1，该缆芯固定压轮1设有两组，两组缆芯固定压轮1间隔设置，两组缆芯固定压轮1均设有第一压轮和第二压轮。缆芯2穿入两组缆芯固定压轮1的第一压轮和第二压轮之间的空隙内直线运动。缆芯固定压轮1用于对被监测的缆芯2进行定位，防止缆芯2在输送的过程中晃动太大，相机4无法对缆芯2上的扎纱7进行快速定焦。设置本缆芯固定压轮1后，被监测的缆芯2被缆芯固定压轮1定位，防止缆芯2出现晃动，保证被监测的缆芯2在相机4的景深范围内，为相机4拍摄更清晰的图像提供保障。
实施例5
参见图1所示，本发明实施例提供一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，本实施例与实施例1的区别在于：还包括显示器5和控制器，显示器5和控制器分别与主控单元6连接。显示器5用于实时显示主控单元6监测到的扎纱张力值，作业人员能够实时直观的观测到被监测的扎纱7的张力值。控制器根据用于控制扎纱机调整扎纱张力值，控制器控制扎纱机调整扎纱张力值，本实施例的控制器优选为PLC控制器。
优选的、本实施例的在线监测装置还包括报警器，报警器与主控单元6连接，主控单元6检测到扎纱张力值超出设定的上限张力值和下限张力值时向报警器发出电信号，报警器通过声光报警。
实施例6
参见图1和图2所示，本发明实施例的一种光缆绞合扎纱张力在线监测方法，包括以下步骤：
步骤101、绞合扎纱7的缆芯2通过缆芯固定压轮1后，扎纱宽度采集单元以固定帧数对缆芯2的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元。扎纱宽度采集单元采用了相机4和辅助光源3，相机4的拍摄方向与辅助光源3的照射方向相同。相机4以固定帧数对缆芯2的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元。辅助光源3用于辅助相机4对缆芯2的表面进行摄像，提高相机4采集绞合在缆芯2上的扎纱7的图像信息的清晰度、分辨率和对比度。
步骤102、扎纱宽度识别单元识别并抓取图像中扎纱7的边缘，将扎纱7的边缘拟合成两条直线，根据图像分辨率测量出扎纱7的宽度值，并将测量出扎纱7的宽度值传输至主控单元6。
步骤103、主控端单元6根据扎纱7的宽度值转化为扎纱张力值：
主控单元6计算出扎纱7的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱7在外力作用下线径变化值，d为扎纱7的原始线径值；
主控单元6根据扎纱7的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱7的轴向应力δ：
Figure BDA0002215228030000101
其中，扎纱7的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元6测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
步骤104、主控端单元6得出扎纱的张力值F后与设定的上限张力值f0和下限张力值f1进行对比，在扎纱的张力值F超出设定的上限张力值f0和下限张力值f1范围内时，主控端单元6向控制器发出电信号，控制器控制扎纱机调整扎纱张力值。在主控端单元6得出扎纱的张力值F超出设定的报警上限张力值f2和报警下限张力值f3范围内时，主控端单元6向报警器和扎纱机发出报警信号和停机信号，报警器通过声光报警通知作业人员进行检修和调整。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于，包括：
扎纱宽度采集单元，所述扎纱宽度采集单元用于采集绞合在缆芯(2)上的扎纱(7)的图像信息；
扎纱宽度识别单元，所述扎纱宽度识别单元用于识别扎纱宽度采集单元发送的图像信息，对图像信息中扎纱(7)的边缘进行识别，并测量扎纱(7)的宽度值；
主控单元(6)，所述主控单元(6)用于将扎纱宽度识别单元测量的扎纱(7)的宽度值转化为扎纱张力值，对绞合在缆芯(2)上的扎纱(7)的张力进行监测。
2.如权利要求1所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
所述主控单元(6)将扎纱宽度识别单元测量的扎纱(7)的宽度值转化为扎纱张力值包括：
主控单元(6)计算出扎纱(7)的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱在外力作用下线径变化值，d为扎纱的原始线径值；
主控单元(6)根据扎纱的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱的轴向应力δ，其计算公式如下：
Figure FDA0002215228020000011
其中，扎纱的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元(6)测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
3.如权利要求1所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
所述扎纱宽度采集单元包括相机(4)和辅助光源(3)，所述相机(4)的拍摄方向与辅助光源(3)的照射方向相同。
4.如权利要求3所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
所述相机(4)为线阵相机或面阵相机，所述辅助光源(3)为LED灯。
5.如权利要求4所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
所述线阵相机为线阵CCD相机，所述面阵相机为面阵CCD相机，所述辅助光源(3)为红色、黄色或白色LED灯。
6.如权利要求1所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
还包括缆芯固定压轮(1)，所述缆芯固定压轮(1)设有两组，两组缆芯固定压轮(1)间隔设置，两组缆芯固定压轮(1)均设有第一压轮和第二压轮，所述缆芯(2)穿入两组缆芯固定压轮的第一压轮和第二压轮之间的空隙内直线运动。
7.如权利要求1所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
还包括显示器(5)和控制器，所述显示器(5)和控制器分别与主控单元(6)连接，所述显示器(5)用于显示主控单元(6)监测到的扎纱张力值，所述控制器用于控制扎纱机调整扎纱张力值。
8.如权利要求1所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测装置，其特征在于：
还包括报警器，所述报警器与主控单元(6)连接，所述主控单元(6)检测到扎纱张力值超出设定的上限张力值和下限张力值时向报警器发出电信号，所述报警器通过声光报警。
9.一种光缆绞合扎纱张力在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
绞合扎纱(7)的缆芯(2)通过缆芯固定压轮(1)后，扎纱宽度采集单元以固定帧数对缆芯(2)的表面进行摄像，并将拍摄到的图像传输至扎纱宽度识别单元；
扎纱宽度识别单元识别并抓取图像中扎纱(7)的边缘，将扎纱(7)的边缘拟合成两条直线，根据图像分辨率测量出扎纱(7)的宽度值，并将测量出扎纱(7)的宽度值传输至主控单元(6)；
主控端单元(6)根据扎纱(7)的宽度值转化为扎纱张力值，对绞合在缆芯(2)上的扎纱(7)的张力进行监测。
10.如权利要求9所述的一种光缆绞合扎纱张力在线监测方法，其特征在于：
所述主控端单元(6)根据扎纱(7)的宽度值转化为扎纱张力值具体包括以下步骤：
主控单元(6)计算出扎纱的横向应变ε1：
ε1＝△d/d 公式一
式中，△d为扎纱在外力作用下线径变化值，d为扎纱的原始线径值；
主控单元(6)根据扎纱的横向应变与轴向应变的关系计算出扎纱的轴向应力δ，其计算公式如下：
Figure FDA0002215228020000041
其中，扎纱的横向应变与轴向应变的关系为：
ε＝ε1/μ 公式三
式中，ε为扎纱的轴向应变，μ为扎纱的泊松比；
将S＝πd2/4及ε1＝△d/d代入公式二可得：
P＝(πEdΔd)/(4μ) 公式四
式中：P为扎纱的张力值，E为扎纱的弹性系数；
主控单元(6)测得△d，就可根据公式四获得扎纱的张力值P。
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