CN110707589B - 基于超声波测距的电缆轴向切割系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于超声波测距的电缆轴向切割系统，包括控制器、移动导轨、驱动电机、电缆切割端、超声换能器和电缆；所述电缆切割端、超声换能器均固定设置在所述移动导轨上；所述电缆切割端设置在所述电缆正上方，所述控制器通过所述驱动电机控制电缆切割端；所述超声换能器设置在所述电缆正上方，超声换能器输出端与所述控制器输入端电性连接。本发明提供的一种基于超声波测距的电缆轴向切割系统及方法，通过超声换能器对电缆的不同位置进行测量，计算得到电缆切割端与电缆表面的距离，得到切割曲线，以此驱动电缆切割端对电缆进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆切割的工艺水平。

Description

基于超声波测距的电缆轴向切割系统及方法
技术领域
本发明涉及电缆切割应用技术领域，更具体的，涉及一种基于超声波测距的电缆轴向切割系统，还涉及一种基于超声波测距的电缆轴向切割方法。
背景技术
电缆中间接头在制作时，需分层剥掉电缆外皮、钢带铠甲、铜屏蔽层、半导电层、电缆主绝缘层等多层，剥离的尺寸必须精确到毫米级，甚至是更高精度，才能准确无误的完成电缆中间接头制作。而目前现场制作电缆头的测量，都是采用人工操作，测量一段、剥离一段、安装一个部件，这样的工作方式，工序繁琐，对现场工作人员的要求高，并且难以做到高精度测量。
而电缆中间接头在制作过程中，根据安装需求，需要对电缆进行不同深度的轴向切割。而人工测量切割由于人眼限制和实际操作的原因很难完成精准切割，并且耗时耗力，易造成中间接头制作的质量问题，引起严重事故，危害电力运行。
发明内容
本发明为克服现有在电缆中间接头在制作过程采用人工测量切割电缆的方式存在切割精确度低，耗时耗力且易造成中间接头制作质量问题的技术缺陷，提供一种基于超声波测距的电缆轴向切割系统。
本发明还提供一种基于超声波测距的电缆轴向切割方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
基于超声波测距的电缆轴向切割系统，包括控制器、移动导轨、驱动电机、电缆切割端、超声换能器和电缆；其中：
所述电缆切割端、超声换能器均固定设置在所述移动导轨上；
所述电缆切割端设置在所述电缆正上方，所述控制器通过所述驱动电机控制电缆切割端；
所述超声换能器设置在所述电缆正上方，超声换能器输出端与所述控制器输入端电性连接；
所述控制器与所述移动导轨电性连接，用于驱动移动导轨的运动。
其中，所述系统还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨平行设置，用于固定所述电缆。
其中，在所述移动导轨上设置有限位板，所述限位板用于限制超声换能器的位置。
其中，所述控制器上设置有计时器，所述计时器为所述控制器电性连接。
基于超声波测距的电缆轴向切割方法，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆长度调整限位板的位置，通过移动导轨控制超声换能器在电缆正上方滑动，采集超声波数据；
S3：控制器根据采集的超声波数据，生成初步切割曲线；
S4：输入切割厚度值及电缆切割端与超声换能器的高度差，由初步切割曲线生成切割曲线；
S5：根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
其中，在所述步骤S2中，所述的采集超声波数据过程具体为：
S21：开启移动导轨，带动超声换能器至测量位置，停止移动；
S22：启动计时器并利用超声换能器将超声波透射到电缆表面，当超声换能器接收反射到的超声波后，关闭计时器，得到一组数据；
S23：重复执行步骤S22，直至超声换能器移动至限位板位置，得到多组数据。
其中，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：将超声换能器不同采集位置坐标，即光缆不同位置的坐标记为x；
S32：利用声速和距离的关系，利用超声波数据计算得到不同位置的点缆表面到电缆切割端的距离，记为y0；
S33：控制器将光缆位置坐标x与该位置的距离y0进行配对，根据超声换能器得到的多组数据生成关于xy0初步切割曲线。
其中，所述步骤S4具体为：设实际被测电缆表面点坐标为xi，点缆表面到电缆切割端的距离为y0；输入切割厚度值Δy及电缆切割端与超声换能器的高度差h，得到电缆切割端实际应切割的距离yi为：
yi＝y0-h+Δy；
故根据生成关于xy0初步切割曲线得到关于xy的切割曲线。
其中，所述步骤S5具体为：所述控制器根据xy的切割曲线，通过所述驱动电机对电缆切割端进行精确的控制，完成对电缆轴向的精准切割。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的一种基于超声波测距的电缆轴向切割系统及方法，通过超声换能器对电缆的不同位置进行测量，计算得到电缆切割端与电缆表面的距离，得到切割曲线，以此驱动电缆切割端对电缆进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆切割的工艺水平。
附图说明
图1为基于超声波测距的电缆轴向切割系统的系统模块连接示意图；
图2为基于超声波测距的电缆轴向切割方法流程示意图。
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
如图1所示，基于超声波测距的电缆轴向切割系统，包括控制器、移动导轨、驱动电机、电缆切割端、超声换能器和电缆；其中：
所述电缆切割端、超声换能器均固定设置在所述移动导轨上；
所述电缆切割端设置在所述电缆正上方，所述控制器通过所述驱动电机控制电缆切割端；
所述超声换能器设置在所述电缆正上方，超声换能器输出端与所述控制器输入端电性连接；
所述控制器与所述移动导轨电性连接，用于驱动移动导轨的运动。
其中，所述系统还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨平行设置，用于固定所述电缆。
其中，在所述移动导轨上设置有限位板，所述限位板用于限制超声换能器的位置。
其中，所述控制器上设置有计时器，所述计时器为所述控制器电性连接。
上述方案中，将待切割电缆固定在固定槽中，由移动导轨控制超声换能器对电缆的不同位置进行测量，计算得到电缆切割端与电缆表面的距离，控制器根据得到的距离计算切割曲线，以此驱动电缆切割端对电缆进行轴向切割，切割精度及效率高，大大减小了人力成本，有效提高电缆切割的工艺水平。
实施例2
更具体的，在实施例1的基础上，如图2所示，基于超声波测距的电缆轴向切割方法，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆长度调整限位板的位置，通过移动导轨控制超声换能器在电缆正上方滑动，采集超声波数据；
S3：控制器根据采集的超声波数据，生成初步切割曲线；
S4：输入切割厚度值及电缆切割端与超声换能器的高度差，由初步切割曲线生成切割曲线；
S5：根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
其中，在所述步骤S2中，所述的采集超声波数据过程具体为：
S21：开启移动导轨，带动超声换能器至测量位置，停止移动；
S22：启动计时器并利用超声换能器将超声波透射到电缆表面，当超声换能器接收反射到的超声波后，关闭计时器，得到一组数据；
S23：重复执行步骤S22，直至超声换能器移动至限位板位置，得到多组数据。
其中，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：将超声换能器不同采集位置坐标，即光缆不同位置的坐标记为x；
S32：利用声速和距离的关系，利用超声波数据计算得到不同位置的点缆表面到电缆切割端的距离，记为y0；
S33：控制器将光缆位置坐标x与该位置的距离y0进行配对，根据超声换能器得到的多组数据生成关于xy0初步切割曲线。
其中，所述步骤S4具体为：设实际被测电缆表面点坐标为xi，点缆表面到电缆切割端的距离为y0；输入切割厚度值Δy及电缆切割端与超声换能器的高度差h，得到电缆切割端实际应切割的距离yi为：
yi＝y0-h+Δy；
故根据生成关于xy0初步切割曲线得到关于xy的切割曲线。
其中，所述步骤S5具体为：所述控制器根据xy的切割曲线，通过所述驱动电机对电缆切割端进行精确的控制，完成对电缆轴向的精准切割。
在具体实施过程中，为了便于记录xy切割曲线，将电缆切割端与超声换能器使用同一水平的移动导轨上，电缆切割端与超声换能器位于同一竖平面。
在具体实施过程中，激励超声换能器利用逆压电效应把电信号转换成超声波发射出去，由于超声波具有入射到两种不同介质的交界面上发生反射的特性，所以发射出去的超声波经媒质传到物体表面会发生反射。反射后的超声波通过媒质传到接收部分的接收探头，再由超声换能器利用压电效应把其转换成电信号送到后级电路中。测出超声脉冲从发射到接收这一过程所需的时间，根据媒质中的声速，从而测得从探头到物体表面之间的距离。超声波测距中的长度测量可以通过超声波在媒质中的传播速度和超声波传输时间得到。即为：
Figure BDA0002181658680000051
式中，L为超声换能器探头到物体表面的距离，v为超声在媒质中的传播速度，t为从发射到接收所需的时间，距离L由参量v和t决定。
在具体实施过程中，采用计数器的方式对于时间进行测量，超声换能器在放射超声波的同时给控制器一个计数启动信号，单片机开始以一定频率计数，当超声换能器第一次接受到障碍物反射回的超声波时，给控制器一个停止计数信号，控制器停止计数并得出计数脉冲总数。设脉冲周期为tn，脉冲数为n，则从发射超声波到接收超声波的时间差为
t＝tn*n
式中，tn为每个脉冲时间，n为脉冲个数。对于速度，声速在各种媒质中的传播速度是容易求得的。但要注意温度变化对超声波传播速度的影响。在测量精度要求比较高的情况下，可以通过温度实时补偿来满足测量要求。
在具体实施过程中，超声换能器包括发射电路和接收电路，所述的发射电路、接收电路与控制器上的计时电路相互配合，完成对电缆表面距离的测量；其中：
发射电路:将电压激励信号经过驱动电路进行功率放大，加到超声换能器上，从而发射超声波信号。可以用宽带窄脉冲超声波发生电路，一般采用555定时器构成多谐振荡器产生尖脉冲激励信号。在数字化超声测距仪中，发射电路也可采用单片机或DSP直接产生合适的电压激励信号，代替555多谐振荡器。驱动电路一般是由于能量有限而加在发射部分以保证有足够的能量驱动超声波发生器；
接收电路:超声波反射回接收传感器时，振幅减小，反射波能量变小，产生电信号幅值小。对信号进行放大、滤波和整形等处理，获得信噪比高的接收信号，进行后续处理。在数字化超声波测距技术中，一般采用单片机或DSP作为主控机，则可利用数字化滤波技术，如小波去噪技术等对超声波回波信号进行信号处理，来保证精确的测量结果；
计时电路:可由计时器、控制器或DSP等完成计时功能。利用片内计数器计量时间，在超声波发射的同时开始计时，超声波接收器接收到回波后立即停止计时。在采用控制器进行计时运算时，控制器产生固定输出频率的计数方波，该计数方波对应某一温度下的超声波声速。在20℃时，声波速度为344m/s，则传播0.0lm需要的时间为1.4535x10-5s，即频率为34.40kHz的时钟周期。由于超声波是经被测目标反射后再由接收电路进行接收的，因此，实际上一个时钟周期所测到的距离为0.005m。由此，在超声波发射器发射超声波到接收器接收到超声波的这段时间内，计数器所计频率为34.40kHz的方波脉冲个数就是超声波发射器与被测物之间的距离。
在具体实施过程中，由移动导轨上的电机拖动，令超声换能器每隔2mm长度记录一次距离数据，从而得到xy的切割曲线，切割精度达到0.1毫米。
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.基于超声波测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：包括控制器、移动导轨、驱动电机、电缆切割端、超声换能器和电缆；其中：
所述电缆切割端、超声换能器均固定设置在所述移动导轨上；
所述电缆切割端设置在所述电缆正上方，所述控制器通过所述驱动电机控制电缆切割端；
所述超声换能器设置在所述电缆正上方，超声换能器输出端与所述控制器输入端电性连接；
所述控制器与所述移动导轨电性连接，用于驱动移动导轨的运动；其中：
先初始化系统，根据需要切割的电缆长度调整限位板的位置，通过移动导轨控制控制超声换能器在电缆正上方滑动，采集超声波数据；控制器根据采集的超声波数据，生成初步切割曲线；输入切割厚度值及电缆切割端与超声换能器的高度差，通过控制器根据初步切割曲线生成切割曲线；根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
2.根据权利要求1所述的基于超声波测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：还包括固定槽，所述固定槽与所述移动导轨平行设置，用于固定所述电缆。
3.根据权利要求2所述的基于超声波测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：在所述移动导轨上设置有限位板，所述限位板用于限制超声换能器的位置。
4.根据权利要求3所述的基于超声波测距的电缆轴向切割系统，其特征在于：所述控制器上设置有计时器，所述计时器为所述控制器电性连接。
5.一种应用如权利要求4所述的基于超声波测距的电缆轴向切割系统的电缆轴向切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：安装并初始化系统；
S2：根据需要切割的电缆长度调整限位板的位置，通过移动导轨控制超声换能器在电缆正上方滑动，采集超声波数据；
S3：控制器根据采集的超声波数据，生成初步切割曲线；
S4：输入切割厚度值及电缆切割端与超声换能器的高度差，由初步切割曲线生成切割曲线；
S5：根据切割曲线利用电缆切割端对电缆进行轴向切割。
6.根据权利要求5所述的电缆轴向切割方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述的采集超声波数据过程具体为：
S21：开启移动导轨，带动超声换能器至测量位置，停止移动；
S22：启动计时器并利用超声换能器将超声波透射到电缆表面，当超声换能器接收反射到的超声波后，关闭计时器，得到一组数据；
S23：重复执行步骤S22，直至超声换能器移动至限位板位置，得到多组数据。
7.根据权利要求6所述的电缆轴向切割方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：将超声换能器不同采集位置坐标，即光缆不同位置的坐标记为x；
S32：利用声速和距离的关系，利用超声波数据计算得到不同位置的点缆表面到电缆切割端的距离，记为y0；
S33：控制器将光缆位置坐标x与该位置的距离y0进行配对，根据超声换能器得到的多组数据生成关于xy0初步切割曲线。
8.根据权利要求7所述的电缆轴向切割方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：设实际被测电缆表面点坐标为xi，点缆表面到电缆切割端的距离为y0；输入切割厚度值Δy及电缆切割端与超声换能器的高度差h，得到电缆切割端实际应切割的距离yi为：
yi＝y0-h+Δy；
故根据生成关于xy0初步切割曲线得到关于xy的切割曲线。
9.根据权利要求8所述的电缆轴向切割方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：所述控制器根据xy的切割曲线，通过所述驱动电机对电缆切割端进行控制，完成对电缆轴向的切割。
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