[发明专利]一种绕制光纤精确长度的计量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于测试与控制技术领域，涉及一种绕制光纤精确长度计量系统及方法。

背景技术

光纤环是光纤陀螺中的关键器件，它是光纤陀螺中用于敏感输入角速度引起的两相向传播光波之间的Sagnac相位差的部件，由Sagnac效应的原理可知，光纤环的面积及其上所绕制的光纤长度都直接影响着光纤陀螺的精度。因此，在制备光纤陀螺使用的光纤环的过程中需要对光纤的长度进行实时精确地计量。

在光纤环绕制过程中，对光纤长度进行计量最常使用的是光电编码盘，使用光电编码盘可以简单便捷的对在绕制光纤的长度进行计量，但是由于光电编码盘是通过统计输出的脉冲数来计光纤环绕制的圈数，进而根据光纤环的半径求取绕制光纤长度的，但是随着绕制层数的增加，光纤绕制的半径也会变化，并且半径的变化并不简单的是光纤直径的累加，因此，光电编码盘输出固定脉冲个数所对应的绕制长度就会发生变化。虽然光纤的直径一般是微米级的，但是这种方法计量光纤的长度还是不够精确，存在一定的累积误差。而且一般的方法是在假定光纤绕制过程中无任何故障出现的情况下进行计量的，在实际的光纤绕制过程中会出现待绕制光纤环空转、光纤回叠等现象，在这种情况下，用光电编码盘不能对实际长度进行精确计量。

鉴于这些原因，本发明提出了使用机器视觉结合光电编码盘和行程开关的方法来对光纤环绕制光纤的长度进行精确计量。

发明内容

本发明的目的是针对现有绕制光纤长度计量中的问题，提供一种在光纤绕丝机上使用光电编码盘和行程开关结合机器视觉对正在绕制光纤的长度进行精确计量的系统及方法，以确保在任何情况下对光纤长度的计量实时、精确。

随着机器视觉测量技术的发展，这种技术逐渐被使用在高精度测量领域。机器视觉测量技术是测量被测对象时，从图像中提取有用的信号，把被测对象的数字图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的方法。这是一种综合的技术，由图像成像和采集技术、计算机接口技术、数字图像处理技术等交叉而来。由于光纤直径很小，生产批量大，使用传统的单一方法对光纤精确测量有难度，因此，为了解决上述绕制光纤长度计量的问题，

本发明的技术方案如下：

一种绕制光纤精确长度的计量系统，包括绕制光纤机，其特征是：还包括机器视觉装置、工控机、单片机子系统、行程开关与光电编码盘；所述机器视觉装置包括光源和高清摄像机；所述工控机包括内置嵌入式图像处理软件的中央微处理器和显示器；所述单片机子系统包括信号采集模块和数据通信模块；所述高清摄像机、单片机子系统、显示器均与工控机的中央微处理器相连接；其中：

所述光源采用LED线性光源，光源的位置设在机架的底板上，在绕制光纤机的绕制光纤环的一方（正下方）；所述高清摄像机采用高清摄像机，高清摄像机的位置设在绕制光纤机的绕制光纤环另一方（正上方），高清摄像机的位置与光源的位置相对应；

所述光电编码盘安装在绕制光纤机的主轴上，即与绕制光纤环同轴；所述行程开关安装在绕制光纤机的机架底板上，即控制绕制光纤机的平移的精密丝杠的两端部；所述行程开关与光电编码盘与所述单片机子系统的信号采集模块连接并通过数据通信模块与工控机连接及数据通信；

一种绕制光纤精确长度的计量方法，其特征是：

首先，使用光电编码盘和行程开关来对光纤环绕制过程中的绕制匝数及层数进行检测；并通过所述单片机子系统的信号采集模块及数据通信模块传输给工控机，由工控机进行每层的匝数统计及层数统计，并进行数据处理与计算绕制光纤的长度；

其次，使用机器视觉装置进行自动采集光纤绕制图像，在规定时间内经过一系列图像处理后得到已绕制光纤的像素点坐标信息，并传输给工控机，再由工控机根据高清摄像机的像素点尺寸求取每次绕制光纤的实时半径变化，进而得出绕制光纤的长度的误差修正值；

最后，由工控机将绕制光纤环上的匝数及层数统计数，精确计算绕制光纤的长度；在显示器上显示精确的光纤长度、绕制匝数及层数。

所述层数统计是根据采集行程开关的输出脉冲数并结合机器视觉装置处理的图像结果来实现的；光纤环上每绕制一层光纤，行程开关输出一个脉冲，行程开关每输出一个脉冲，并在处理结果的图像中显示，且在单片机子系统中使用中断的方式进行层数统计；

所述每层的匝数统计是通过光电编码盘的脉冲数及机器视觉装置处理的图像结果来计算的，光纤环上每绕制一匝光纤，光电编码盘输出固有数量的脉冲，并在图像处理结果中显示，且在单片机子系统中使用中断的方式进行匝数统计；

所述绕制光纤的长度的误差需要结合机器视觉的处理结果，来不断修正光纤环上绕制光纤的半径；其中：