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光纖精確繞線視覺識(shí)別技術(shù)的設(shè)計(jì)
隨著高繞線精度器件的出現(xiàn)，對(duì)光纖繞線的精確度要求越來越高，下面是小編搜集整理的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀參考。
雖然光纖繞線技術(shù)伴隨著光纖的出現(xiàn)就開始被廣泛研究，但是隨著高繞線精度器件(如光纖陀螺線圈和有線制導(dǎo)線團(tuán)等)的出現(xiàn)，并逐漸進(jìn)入工程化階段，對(duì)光纖繞線的精確度要求越來越高，繞線工藝[1-4]及線圈品質(zhì)好壞[5]直接影響光纖陀螺和有線制導(dǎo)的質(zhì)量。由于光纖直徑誤差、內(nèi)應(yīng)力和靜電等因素影響排線精度，而這些因素又具有隨機(jī)性，無法通過在控制系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置來消除。因此，精密排線一直是光纖行業(yè)的一個(gè)難題。引入視覺識(shí)別技術(shù)，對(duì)各種誤差因素總體結(jié)果進(jìn)行反饋解決緊密繞線問題，不需要對(duì)每個(gè)誤差因素進(jìn)行消除，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了繞線精度。本文設(shè)計(jì)一種視覺識(shí)別技術(shù)，通過對(duì)硬件、結(jié)構(gòu)和識(shí)別方法的設(shè)計(jì)，識(shí)別出精密繞線的滯后角、光纖間距、搭線等參數(shù)，作為閉環(huán)反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了光纖精密排列。
1 工作原理
繞線機(jī)工作時(shí)，放線盤跟蹤收線盤，排纖裝置根據(jù)視覺識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出排線的滯后角、光纖搭線、間隙等參數(shù)，傳給主控系統(tǒng)形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)光纖的精密排列。視覺識(shí)別系統(tǒng)主要功能：(1)識(shí)別出排線的滯后角，作為反饋信號(hào)傳輸給主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光纖密排;(2)識(shí)別光纖間隙、光纖搭線情況，傳輸給主控系統(tǒng)，用于判斷有無纏繞缺陷，進(jìn)行自動(dòng)倒車回繞等操作。
光纖密繞線間距與滯后角如圖1所示：光纖密繞線間距W,纏繞過程中同一層相鄰光纖間的距離;光纖密繞滯后角θ，當(dāng)前上繞光纖與前一匝已纏繞好光纖之間的夾角。
1.1 視覺識(shí)別系統(tǒng)繞制缺陷測(cè)試原理
光纖精密繞制過程中的主要缺陷是出現(xiàn)間隙和疊層搭線兩種。光纖密繞線間距分為三類：間距合格、間距過大(有間隙)、間距過小(搭線)。如圖2所示：
1.2 視覺識(shí)別系統(tǒng)滯后角測(cè)試原理
繞線滯后角就是正在上繞的光纖和已經(jīng)繞在線盤上的光纖之間的夾角。只有滯后角控制在一定范圍才能保證光纖精密繞制。在光纖密繞過程中，滯后角分為三類：滯后角合格、滯后角過大、滯后角過小。如圖3所示，主控系統(tǒng)根據(jù)滯后角的情況，調(diào)節(jié)排線位置，使滯后角保持在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光纖密排。
2 視覺識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 繞制缺陷識(shí)別系統(tǒng)
繞制缺陷主要指在繞制過程出現(xiàn)的不符合精密繞線工藝的狀況，如光纖間距過大(出現(xiàn)間隙)、搭線(錯(cuò)層)都不符合精密繞線工藝，一旦出現(xiàn)必須進(jìn)行識(shí)別和處理。
2.1.1 硬件配置
繞制缺陷識(shí)別系統(tǒng)硬件由工業(yè)像機(jī)、鏡頭、補(bǔ)充光源和電源及網(wǎng)線等附件組成，主要硬件配置參數(shù)見表1.
2.1.2 光纖密繞間距的識(shí)別
為了能夠獲得更清晰穩(wěn)定的圖像和適應(yīng)不同工作環(huán)境要求，環(huán)境的自然光不能滿足視覺識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)要求，必須使用輔助光源，提高視覺圖像的效果，達(dá)到視覺識(shí)別的要求。光源照射方式分為光源直射、光源側(cè)射和背光模式三種，其優(yōu)缺點(diǎn)和存在問題見表2.
2.1.2.1 光源和相機(jī)的位置
光纖密繞線間距檢測(cè)采用背光照射方式，使光源發(fā)光面對(duì)著工業(yè)相機(jī)的鏡頭，部分光線被纏繞上光纖的線軸遮擋，形成背光陰影。對(duì)光纖纏繞盤切面進(jìn)行成像，這樣就有最大的對(duì)比度，有利于圖像處理和識(shí)別。光源與工業(yè)相機(jī)位置如圖4(a)所示，圖像位置及成像效果如圖4(b)所示。
2.1.2.2 光纖密繞線間距測(cè)量
把收線盤安裝到收線軸上，在收線盤上用高精度的刻度尺標(biāo)出一段長度L,用相機(jī)采集圖像在L長度上有n個(gè)像素，則單個(gè)像素代表長度δ=L/n.光纖間距測(cè)量：提取當(dāng)前層中光纖包絡(luò)的各個(gè)最高點(diǎn)，測(cè)出高點(diǎn)之間的距離D所包含的像素?cái)?shù)量nD,如圖5所示。則光纖間距LD=δ·nD,通過MODBUS通信協(xié)議把光纖間距LD傳給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)把測(cè)出間距LD與工藝要求的間距比較，進(jìn)行相應(yīng)處理。
2.1.3 光纖搭線的識(shí)別
光纖搭線是指光纖在繞制過程中，在不該換層的地方繞到上一層形成的繞制缺陷，光纖搭線是光纖繞制中嚴(yán)重缺陷，必須進(jìn)行識(shí)別和處理。要識(shí)別搭線，就要知道光纖所處的層數(shù)，判斷層數(shù)是當(dāng)前層還是上一層要有參照物，這個(gè)參照物就是光纖密繞層基準(zhǔn)參考線。
光纖密繞層基準(zhǔn)參考線獲�。壕�軸基準(zhǔn)線為光纖密繞線軸的實(shí)際線;光纖密繞層基準(zhǔn)參考線指當(dāng)前密繞層的理想高度位置的參考線;光纖密繞層參考線指當(dāng)前密繞層頂點(diǎn)坐標(biāo)擬合的實(shí)際參考線，如圖6所示。光纖密繞層高度和光纖線徑相關(guān)，線徑越粗，高度越大，光纖密繞層基準(zhǔn)參考線距離線軸基準(zhǔn)線越遠(yuǎn);線徑越細(xì)，高度越小，光纖密繞層基準(zhǔn)線距離線軸基準(zhǔn)線越近。測(cè)量時(shí)輸入光纖線徑、允許公差等參數(shù)。
搭線的判斷：當(dāng)光纖圖像高度超過本層基線2/3高度時(shí)，就認(rèn)為有搭線發(fā)生，這時(shí)就會(huì)向主控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2.2 繞制滯后角識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)
繞制滯后角反饋給主控系統(tǒng)，是保證光纖密排的重要參數(shù)，滯后角的識(shí)別也是視覺識(shí)別系統(tǒng)主要功能之一。
2.2.1 硬件配置。
繞制滯后角識(shí)別系統(tǒng)硬件由兩套工業(yè)相機(jī)、鏡頭、補(bǔ)充光源和電源及網(wǎng)線等附件組成，主要硬件配置參數(shù)見表3.
2.2.2 光纖滯后角的識(shí)別
光纖密繞過程中，當(dāng)前上繞光纖和已纏繞好的光纖不在同一平面，通過調(diào)整測(cè)量相機(jī)的安裝位置確定，使相機(jī)視野的一個(gè)邊作為測(cè)量滯后角的角度基準(zhǔn)線，通過光纖與基準(zhǔn)線的夾角作為滯后角。為了使圖像清晰采用環(huán)狀LED光源，正面打光，通過對(duì)各種色光成像對(duì)比，選擇紅色光效果最好。
光纖密繞滯后角檢測(cè)位置及采集圖像如圖7所示，紅線為與CCD一邊平行的角度基準(zhǔn)線，白線為光纖圖像，利用視覺識(shí)別軟件對(duì)讀取的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)像素?cái)?shù)，利用反三角函數(shù)就能算出滯后角度數(shù)。
3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證
本文采用上述方案，以Sherlock視覺識(shí)別軟件作為視覺識(shí)別軟件開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)繞制光纖間距(如圖8(a)所示)、搭線(如圖8(b)所示)和滯后角(如圖8(c)所示)的測(cè)量。光纖密繞線間距測(cè)量精度±0.04 mm,見表4;滯后角測(cè)量精度達(dá)到±0.1°，見表5;光纖搭線識(shí)別率100%.
4 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)了一種用于光纖精密繞制的視覺識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識(shí)別光纖繞制滯后角，精度達(dá)到±0.1°;線間距測(cè)量精度±0.04 mm;光纖搭線識(shí)別率100%.該系統(tǒng)與主控系統(tǒng)配合，完成了大長度光纖(≥10 km)無間隙無搭線缺陷自動(dòng)繞制。該技術(shù)解決了光纖精密繞制的難題，可用于繞制光纖陀螺線圈等精密繞制設(shè)備。
參考文獻(xiàn)：
李茂春，劉鐵根，江俊峰，等。 基于溫度激勵(lì)的光纖陀螺光纖環(huán)瞬態(tài)特性檢測(cè)[J]. 光學(xué)學(xué)報(bào)，2008,28(3)：435-441.
李艷，徐宏杰，張春熹。 光纖陀螺光纖環(huán)的熱致非互易性研究[J]. 光學(xué)技術(shù)，2006,32(5)770-722.
趙勇，劉軍，張春熹，等。 光纖陀螺傳感線圈及繞法[J]. 半導(dǎo)體光電，2002,23(5)：312-314.
戴旭涵，楊國光，劉承。 光纖環(huán)中的Shupe效應(yīng)及其補(bǔ)償方法研究[J]. 光子學(xué)報(bào)，2001,30(12)：1470-1473.
趙晉洪，舒曉武，牟旭東，等。 光纖繞線機(jī)張力控制系統(tǒng)的研究[J]. 光學(xué)儀器，2004(4)：37-41.
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