CN113432836A - 一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明提供的一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法及装置。其特征在于，包括：工作台面、平移机构、机架、绕线机构、理线机构、导线轮、张紧机构、激光检测模块，其中，所述平移机构和所述机架均放置在所述工作台面上；所述绕线机构包括第一电机、第一绕线轮、卡线夹、计数模块，所述第一绕线轴放置在所述平移台上；所述理线机构包括第二绕线轴，所述第二绕线轴由所述控制模块控制；所述激光检测模块放置在所述机架上，所述激光检测模块正对着所述第一绕线轴中轴线。解决了相关技术中不能对光纤缠绕排线质量的自动监测并自动矫正的问题，提供了一种新的光纤缠绕的检测方式，提高了光纤缠绕过程中的排线缠绕质量和效率。

Description

一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监测方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤缠绕技术领域，尤其涉及一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法及装置。

背景技术

光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，由光纤缠绕制成的线包，在光纤制导和光纤陀螺仪上得到了广泛的应用。光纤在缠绕过程中排线的一致性影响线包成品的质量和性能。

目前，光纤缠绕的排线质量检测主要还是依靠人工肉眼检测，少部分可实现视觉检测。人工检测是工人实时的观察光纤在缠绕过程中的间隙、回叠、凸起、端面退绕等缺陷，需要工人在实际工作中高度集中注意力，在实际工作中，肉眼精度较低，且易发生疲劳、漏检，有损员工身体健康。视觉检测虽然从一定成度上解决了人工肉眼检测的问题，但是还是存在如下缺陷：1)在绕线轴快速转动的过程中不容易获得清晰成像；2)当绕线轴层数和匝数过大时容易超出相机的视场和景深，因此就需要移动相机对应位置，会在图像中加入对应的累计公差；3)相对激光取得距离信息，图像信息量大导致处理速度较慢，难以在工作的过程中实现缺陷实时监测并自动矫正。

发明内容

本发明提供了一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法及装置，解决了相关技术中不能对光纤缠绕排线质量的自动检测和自动检测的问题，实现了光纤缠绕过程中排线质量的自动检测和自动矫正。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法及装置，其特征在于，包括：工作台面1、平移机构2、机架3、绕线机构4、理线机构5、导线轮6、张紧机构7、激光检测模块8，其中，所述平移机构2和所述机架3均放置在所述工作台面1上；所述平移机构2包括移动平台 24，所述移动平台24仅可以沿着z轴在一定行程内移动，所述控制模块控制所述平移机构2带动所述移动平台24工作；所述绕线机构4包括第一电机41、第一绕线轴42、卡线夹43、计数模块，所述第一绕线轴42其中轴线平行与z轴，放置在所述移动平台24上，所述第一绕线轴42长度介于所述移动平台24行程长度和其长度的二分之一之间；所述理线机构5包括第二绕线轴51，所述第二绕线轴51由所述控制模块控制；所述导线轮6其中轴线与z轴平行放置在所述机架3上，所述导线轮6位于所述第一绕线轴42两端之间区域；所述激光检测模块8放置在所述机架3上，所述激光检测模块8的检测区域正对着所述第一绕线轴42中轴线。

进一步地，所述平移机构2还包括：滑轨23、丝杠22、第二电机21，所述第二电机21与所述丝杠22连接，所述移动平台24与丝杠22相连接，放置在滑轨23上，所述控制系统通过控制所述第二电机21来控制移动平台24的位置和速度。

进一步地，所述绕线机构4包括：旋转主轴45、绕线轴支架46，所述旋转主轴45与所述绕线轴支架46通过轴承48连接；所述第一电机41放置在所述移动平台24上，通过第一绕线轴带轮47带动所述旋转主轴45转动；所述计数模块包括：环形光栅44、计数传感器49，所述环形光栅44安装在所述旋转主轴 45上，所述计数传感器49放置在所述绕线轴支架46上。

进一步地，所述理线机构5放置在所述移动平台24上；所述第二绕线轴 51由所述第一电机41带动；设所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51与电机相连的第二绕线轴带轮52半径分别为r1和r2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51要满足 R1/r1＝R2/r2。

进一步地，所述理线机构5还包括：第三电机，所述第三电机带动所述第二绕线轴51；设所述第一电机41和所述第三电机转速分别为w1和w2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，则需要满足 w1·R1＝w2·r2。

进一步地，所述计数模块包含层数计数模块、匝数计数模块两个部分。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测方法，包括顺序进行的如下步骤：

步骤[1]所述第一绕线轴42安装在所述旋转主轴45上；

步骤[2]所述第二绕线轴51上手动缠绕一定长度的光纤，牵引光纤通过所述导线轮6和张紧机构7，并在所述第一绕线轴42上用所述卡线夹43固定，标定所述激光检测模块8的检测区域指向所述第一绕线轴42上光纤最高点位置；

步骤[3]启动装置：所述激光检测模块8开机，所述计数模块自动归零，所述第一电机41带动所述绕线机构4进入预缠绕位置；

步骤[4]绕线流程：

a.所述绕线机构4开始工作，对光纤开始缠绕；所述计数模块记录所述第一绕线轴42缠绕匝数；

b.所述平移机构2根据所述计数模块所收集的匝数信息带动所述移动平台24移动到对应位置，设所述第一电机41转速为W1，所述光纤直径为d，所述计数模块记录匝数为n，则所述移动平台24移动距离为：d(n-1/2)；所述移动平台24移动速度为：[d(n-1/2)]/(2π/W1)；

c.设所要获得线圈第N层所要缠的线匝数为n1，当光纤完成第N层第 n1圈的线圈缠绕后，则所述计数模块中匝数计数模块清零，所述层数计数模块加一；所述平移机构2带动带动所述移动平台24向反方向移动；

d.循环往复a-c的工作，直至工作完成；

步骤[5]光纤缠绕发生排线不一致缺陷后的自动理线流程：

a.所述激光检测模块8通过不断向光纤发出激光脉冲，获取光纤在所述第一绕线轴42上最高点的相对位置R_a；

b.根据光纤的制造公差设定所述位置的上下限R_MAX和R_MIN，判断由上述步骤a中所取得的R_a是否超出预设范围，即可判定光纤排线发生不一致，同时停止装置；

c.设光纤缠绕排线发生不一致时，所述计数模块显示其匝数为n，则所述理线机构5将反向牵引光纤，所述绕线机构4同步反向回转两圈，同时计数变更至n-2，所述平移机构2将所述移动平台24移动至n-2位置；若n-2≤0时，则之间退回至n＝0处；

d.继续执行步骤[4]中a-d的工作，直至工作完成；

e.若在某处连续多次判定光纤排线发生不一致缺陷，则装置终止工作。

进一步地，步骤[5]中所述连续在同一点判定光纤缠绕发生不一致方法：

a.所述计数模块还包括：错误计数模块，当所述激光检测模块8判定光纤缠绕发生排线不一致缺陷，则所述错误计数模块加一，设此时所述匝数计数模块显示为n；

b.装置退回至n-2执行步骤[5]中步骤c，使所述绕线机构4运行至匝数为n处再次出错，则所述错误计数模块加一；若运行至n处并未出错，则所述错误计数模块归零；

c.当所述所述错误计数模块累计至3时，判定为多次出错，则装置停止工作。

根据本发明提供的一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法及装置，解决了相关技术中不能对光纤缠绕排线质量的自动监测并自动矫正的问题，提供了一种新的光纤缠绕的检测方式，提高了光纤缠绕过程中的排线缠绕质量和效率。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控装置的立体图；

图2是图1中一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控装置的绕线机构、理线机构与平移机构相对位置的立体图；

图3是本发明实施例提供的一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法的流程图；

图4是图1中一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控装置的绕线机构刨面图；

图5是图3中一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法中正常工作时示意图；

图6是图3中一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法中发生间隙时示意图；

图7是图3中一种基于激光测距技术的光纤绕线质量监控方法中发生堆叠凸起时示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及是实施例中的特征可以相互组合，并且所述实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照上述图1和图2，本实施例提供了提供了一种基于激光检测有自动理线装置的光纤绕线装置，图3是根据本实施例的工作结构框图，包括：工作台面1、平移机构2、机架3、绕线机构4、理线机构5、导线轮6、张紧机构7、激光检测模块8，其中，所述平移机构2和所述机架3均放置在所述工作台面1 上；所述平移机构2包括移动平台24，所述移动平台24仅可以沿着z轴在一定行程内移动，所述控制模块控制所述平移机构2带动所述移动平台24工作；所述绕线机构4包括第一电机41、第一绕线轴42、卡线夹43、计数模块，所述第一绕线轴42其中轴线平行与z轴，放置在所述移动平台24上，所述第一绕线轴 42长度介于所述移动平台24行程长度和其长度的二分之一之间；所述理线机构 5包括第二绕线轴51，所述第二绕线轴51由所述控制模块控制；所述导线轮6 其中轴线与z轴平行放置在所述机架3上，所述导线轮6位于所述第一绕线轴42两端之间区域；所述激光检测模块8放置在所述机架3上，所述激光检测模块8的检测区域正对着所述第一绕线轴42中轴线。

根据上述装置，即可达到光纤缠绕的目的。具体来说，所述工作平台1 承载了所有的工作设备，是装置的工作范围；所述控制系统所述平移机构2带动绕线机构4左右摇摆，所述绕线机构4的所述第一电机41带动所述第一绕线轴 42转动来完成绕线的工作；所述激光检测模块8和所述导线轮6固定在机架3 上实时检测线材缠绕的质量；所述理线机构5是通过收集到所述激光检测模块8 实时检测的数据，检测到缠绕发生排线不一致立即回退至缺陷发生前，从而实现光纤缠绕的同时实时的检测绕线质量并矫正。

能够使所述移动平台24沿着一个方向左右移动的平移机构方案还有很多，本实施例中提供了一种选的方案，所述平移机构2还包括：滑轨23、丝杠 22、第二电机21，所述第二电机21与所述丝杠22连接，所述移动平台24与丝杠22相连接，放置在滑轨23上，所述控制系统通过控制电机来控制移动平台 24的位置和速度。该方案是利用所述电机带动所述丝杠22旋转的方式带动所述移动平台24移动的方案。

参照上述图4，本实施例还提供了一种绕线机构4的方案，所述绕线机构4包括：旋转主轴45、绕线轴支架46，所述旋转主轴45与所述绕线轴支架 46通过轴承48连接；所述第一电机41放置在所述移动平台24上，通过第一绕线轴带轮47带动所述旋转主轴45转动；所述计数模块包括：环形光栅44、计数传感器49，所述环形光栅44安装在所述旋转主轴45上，所述计数传感器49 放置在所述绕线轴支架46上。该方案将所述第一绕线轴42设计为可拆卸方案，可以快速更换绕线轴，加快了工作的效率。

实现所述理线机构5中所述第二绕线轴51与所述第一绕线轴42同步转动的方案有很多，在本实施例中提供了两种实现方式：

方式一：所述理线机构5放置在所述移动平台24上；所述第二绕线轴 51由所述第一电机41带动；设所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51与电机相连的第二绕线轴带轮52半径分别为r1和r2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51要满足 R1/r1＝R2/r2。该方式只运用了使所述第二绕线轴51和所述第一绕线轴42共用了一个电机，保证了两个绕线轴的同步，但是要保证所述张紧机构7有一定的工作行程，保证线材张紧不会从所述导线轮6中脱轨。

方式二：所述理线机构5还包括：第三电机，所述第三电机带动所述第二绕线轴51；设所述第一电机41和所述第三电机转速分别为w1和w2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，则需要满足w1·R1＝w2·r2。该方案分别是使用两个电机带动所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51，该方案可以使所述理线机构5放置在任意地方，不局限与必须要与所述绕线机构4在同一个工作平台1。

本实施例还提供了一种技术模块的方案，所述计数模块包含层数计数模块、匝数计数模块两个部分。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于激光检测有自动理线装置的光纤绕线方法，包括顺序进行的如下步骤：

步骤S010，所述第一绕线轴42安装在所述旋转主轴上；

步骤S020，所述第二绕线轴51上手动缠绕一定长度的光纤，牵引光纤通过所述导线轮6和张紧机构7，并在所述第一绕线轴42上用所述卡线夹43固定，标定所述激光检测模块8的检测区域指向所述第一绕线轴42上光纤最高点位置；

步骤S030，启动装置：所述激光检测模块8开机，所述计数模块自动归零，所述第一电机41带动所述绕线机构4进入预缠绕位置；

步骤S040，绕线流程：

步骤S041，所述绕线机构4开始工作，对光纤开始缠绕；所述计数模块记录所述第一绕线轴42缠绕匝数；

步骤S042，所述平移机构2根据所述计数模块所收集的匝数信息带动所述移动平台24移动到对应位置，设所述第一电机41转速为W1，所述光纤直径为d，所述计数模块记录匝数为n，则所述移动平台24移动距离为：d(n-1/2)；所述移动平台24移动速度为：[d(n-1/2)]/(2π/W1)；

步骤S043，设所要获得线圈第N层所要缠的线匝数为n1，当光纤完成第N层第n1圈的线圈缠绕后，则所述计数模块中匝数计数模块清零，所述层数计数模块加一；所述平移机构2带动带动所述移动平台24向反方向移动；

步骤S044，循环往复a-c的工作，直至工作完成；

步骤S050，光纤缠绕发生排线不一致缺陷后的自动理线流程：

步骤S051，所述激光检测模块8同过不断向光纤发出激光脉冲，不断获取光纤在所述第一绕线轴42上最高点的相对位置R_a；

步骤S052，根据光纤的制造公差设定所述位置的上下限R_MAX和R_MIN，判断由上述步骤S051中所取得的R_a是否超出预设范围，即可判定光纤缠绕发生排线不一致的缺陷，同时停止装置；举例说明如下：

如图5，为正常缠绕，激光检测模块8获取的R_a值再所述R_MAX和R_MIN区间；

如图6，缠绕发生排线间隙，激光检测模块8获取的R_a值大于所述R_MAX和R_MIN区间；

如图7，缠绕发生排线堆叠，激光检测模块8获取的R_a值再所述R_MAX和R_MIN之间；

步骤S053，设光纤缠绕发生排线不一致缺陷时，所述计数模块显示其匝数为n，则所述理线机构5将反向牵引光纤，使所述绕线机构4反向回转两圈，同时计数变更呢至n-2，所述平移机构2将所述移动平台24移动至n-2位置；若 n-2≤0时，则之间退回至n＝0处；

步骤S054，继续执行步骤S041-S044的工作，直至工作完成；

步骤S055，若在某处连续多次判定光纤发生排线不一致的缺陷，则装置终止工作。

通过上述步骤，根据激光检测模块8获取光纤缠绕的位置，判断光纤缠绕是否发生排线不一致的缺陷，若出现缺陷，则退回到缺陷发生前的位置，重新进行缠绕；若没有发生排线不一致的缺陷，则继续缠绕直至完成。本发明利用激光测距的方法可以较快的获得光纤缠绕的位置，因此可以到达及时发现、及时矫正的效果，提高了工作的效率和质量。

为防止在某一点连续出现排线不一致的缺陷，本实施例还提供一种防止步骤S050中所述连续在同一点判定光纤缠绕发生排线不一致缺陷的方法：

步骤S061，所述计数模块还包括：错误计数模块，当所述激光检测模块 8判定光纤缠绕发生排列不一致，则所述错误计数模块加一，设此时所述匝数计数模块显示为n；

步骤S062，装置退回至n-2执行步骤[5]中步骤c，使所述绕线机构4运行至匝数为n处再次出错，则所述错误计数模块加一；若运行至n处并未出错，则所述错误计数模块归零；

步骤S063，当所述所述错误计数模块累计至3时，判定为该点不能矫正，则装置停止工作。

Claims (8)

1.一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于，包括：工作台面1、平移机构2、机架3、绕线机构4、理线机构5、导线轮6、张紧机构7、激光检测模块8，其中，所述平移机构2和所述机架3均放置在所述工作台面1上；所述平移机构2包括移动平台24，所述移动平台24仅可以沿着z轴在一定行程内移动，所述控制模块控制所述平移机构2带动所述移动平台24工作；所述绕线机构4包括第一电机41、第一绕线轴42、卡线夹43、计数模块，所述第一绕线轴42其中轴线平行于z轴，放置在所述移动平台24上，所述第一绕线轴42长度介于所述移动平台24行程长度和其行程长度的二分之一之间；所述理线机构5包括第二绕线轴51，所述第二绕线轴51由所述控制模块控制；所述导线轮6其中轴线与z轴平行放置在所述机架3上，所述导线轮6位于所述第一绕线轴42两端之间区域；所述激光检测模块8放置在所述机架3上，所述激光检测模块8的检测区域正对着所述第一绕线轴42中轴线。

2.根据权利要求1所述一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于：所述平移机构2还包括：滑轨23、丝杠22、第二电机21，所述第二电机21与所述丝杠22连接，所述移动平台24与丝杠22相连接，放置在滑轨23上，所述控制系统通过控制所述第二电机21来控制所述移动平台24的位置和速度。

3.根据权利要求1所述一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于：所述绕线机构4包括：旋转主轴45、绕线轴支架46，所述旋转主轴45与所述绕线轴支架46通过轴承48连接；所述第一电机41放置在所述移动平台24上，通过第一绕线轴带轮47带动所述旋转主轴45转动；所述计数模块包括：环形光栅44、计数传感器49，所述环形光栅44安装在所述旋转主轴45上，所述计数传感器49放置在所述绕线轴支架46上。

4.根据权利要求1所述一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于：所述理线机构放置5在所述移动平台24上；所述第二绕线轴51由所述第一电机41带动；设所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51与电机相连的第二绕线轴带轮52半径分别为r1和r2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51要满足R1/r1＝R2/r2。

5.据权利要求1所述的一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于：所述理线机构5还包括：第三电机，所述第三电机带动所述第二绕线轴51；设所述第一电机41和所述第三电机转速分别为w1和w2，所述第一绕线轴42和所述第二绕线轴51半径分别为R1和R2，则需要满足w1·R1＝w2·r2。

6.根据权利要求4和5所述的一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测装置，其特征在于：所述计数模块包含层数计数模块、匝数计数模块两个部分。

7.一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测方法，包括顺序进行的如下步骤：

步骤[1]所述第一绕线轴42安装在所述转动主轴45上；

步骤[2]所述第二绕线轴51上手动缠绕一定长度的光纤，牵引光纤通过所述导线轮6和张紧机构7，并在所述第一绕线轴42上用所述卡线夹43固定，标定所述激光检测模块8的检测区域指向所述第一绕线轴42上光纤最高点位置；

步骤[3]启动装置：所述激光检测模块8开机，所述计数模块自动归零，所述第一电机41带动所述绕线机构4进入预缠绕位置；

步骤[4]绕线流程：

a.所述绕线机构4开始工作，对光纤开始缠绕；所述计数模块记录所述第一绕线轴42缠绕匝数；

b.所述平移机构2根据所述计数模块所收集的匝数信息带动所述移动平台24移动到对应位置，设所述第一电机41转速为W1，所述光纤直径为d，所述计数模块记录匝数为n，则所述移动平台24移动距离为：d(n-1/2)；所述移动平台24移动速度为：[d(n-1/2)]/(2π/W1)；

c.设所要获得线圈第N层所要缠的线匝数为n1，当光纤完成第N层第n1圈的线圈缠绕后，则所述计数模块中匝数计数模块清零，所述层数计数模块加一；所述平移机构2带动带动所述移动平台24向反方向移动；

d.循环往复a-c的工作，直至工作完成；

步骤[5]光纤缠绕排线发生不一致缺陷后的自动理线流程：

a.所述激光检测模块8同过不断向光纤发出激光脉冲，不断获取光纤在所述第一绕线轴42上最高点的相对位置R_a；

b.根据光纤的制造公差设定所述位置的上下限R_MAX和R_MIN，判断由上述步骤a中所取得的R_a是否超出预设范围，即可判定光纤排列发生不一致，同时停止装置；

c.设光纤缠绕发生排线不一致时，所述计数模块显示其匝数为n，则所述理线机构5将反向牵引光纤，所述绕线机构4同步回转两圈，同时计数变更至n-2，所述平移机构2将所述移动平台24移动至n-2位置；若n-2≤0时，则之间退回至n＝0处；

d.继续执行步骤[4]中a-d的工作，直至工作完成；

e.若在某处连续多次判定光纤排线发生不一致缺陷，则装置终止工作。

8.据权利要求6所述的一种基于激光测距技术的的光纤绕线质量监测方法，其特征在于：步骤[5]中所述连续在同一点判定光纤缠绕发生排线不一致缺陷的方法：

a.所述计数模块还包括：错误计数模块，当所述激光检测模块8判定光纤缠绕发生排列不一致，则所述错误计数模块加一，设此时所述匝数计数模块显示为n；

b.装置退回至n-2执行步骤[5]中步骤c，使所述绕线机构4运行至匝数为n处再次出错，则所述错误计数模块加一；若运行至n处并未出错，则所述错误计数模块归零；

c.当所述所述错误计数模块累计至3时，判定为多次出错，则装置停止工作。

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