一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法技术

一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，可用于光纤精密自动缠绕过程中对滞后角的精密检测，可避免光纤自动排线过程中的间隙和回叠等缠绕缺陷，可有效降低滞后角采集图像对环境因素要求，可满足光纤自动缠绕时的滞后角精度和采集频率要求；它是将两个呈90度激光CCD传感器通过框架组件安装在馈线调节装置的升降板上，激光CCD传感器发射端和接收端之间产生均匀密布的平行激光线，激光线受光纤阻挡产生残余影像区，通过传感器采集可以得到光纤边缘与最外侧激光线的距离，两个呈90度激光CCD传感器就可以准确的检测出光纤在缠绕运动过程中水平方向和竖直方向的位置变化，使用空间几何位置关系推导比例函数，实现了精密缠绕运动过程中滞后角的精密检测。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法
本专利技术属于光纤精密缠绕
，涉及一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，尤其是可用于光纤精密自动无缺陷缠绕过程中对滞后角的精密检测。
技术介绍
光纤以其独特的材质和材质，在国民经济领域得到了广泛应用，尤其在军事方面具有广阔的应用前景，而光纤精密缠绕是一项重要技术。光纤精密缠绕就是将光纤以一定的缠绕张力和规定的缠绕图样逐层无缺陷精密地缠绕到绕线管上，最终形成一个满足缠绕精度要求的绕组。绕组缠绕时必须做到精密排线，即光纤在绕线管上排列整齐均匀，匝与匝之间和层与层之间紧密接触，不得出现间隙和回叠等缠绕缺陷。影响光纤精密排线的因素很多，其中滞后角是众多因素中的关键。滞后角就是光纤在缠绕到绕线管上时要与垂直于绕线管轴心的方向有一个小的角度，这个角度即为滞后角。光纤精密缠绕时，光纤是紧靠着前一匝已绕好的光纤绕上绕线管的，因此光纤缠绕时需保持一定的滞后角。随着滞后角大小和方向的变化,光纤缠绕的方向和匝间间隙也会发生相应变化。滞后角过小，则匝间间隙增大，发生间隙缺陷；滞后角过大，则容易发生回叠缺陷，即后续光纤压在前面光纤上。因此为实现精密排线，滞后角应控制在一个较精确的范围内，以控制间隙和回叠等缠绕缺陷的发生。在光纤精密缠绕
，目前公知的技术是采用高精度的交流伺服系统和高精密的执行机构进行精密排线，从理论上完全能够满足绕组的精密排线要求，但由于光纤实际线径变化不均、张力波动等不确定因素的影响，在光纤精密排线过程中滞后角是实时不断发生变化的。由于现有精密排线工艺缺乏对滞后角进行精密检测与控制的有效手段及装置，当滞后角变化超出一定范围时，排线时仍会出现间隙和回叠等缠绕缺陷，不能满足光纤精密自动缠绕时绕组的精密排线要求。因此在现有精密缠绕工艺中仍继续采用半自动人工逼线的缠绕方式，劳动强度大，生产效率极低，对人员技能要求极高，且缠绕质量很不稳定，远远不能满足光纤绕组批量生产的需求。关于滞后角精密检测的方法和装置，专利技术专利申请“精密缠绕装置中的滞后角控制系统”（200910218619.9）公开了“一种精密缠绕装置中的滞后角控制系统，其特征在于:包括精密摄像装置、图像处理系统、精密排线系统。。。所述精密摄像装置为工业CCD摄像机”。该项申请针对以工业CCD摄像机拍摄图像识别的控制原理做出了描述，但该项技术不能满足自动无缺陷缠绕过程中对滞后角检测精度、外部环境和运算速度的工艺需求，提高滞后角检测精度所应进一步采取的措施和手段，在其它公开发表的文献中也未见报道或提及。
技术实现思路
为了克服和弥补现有光纤精密缠绕工艺缺乏滞后角高效精密检测方法，本专利技术提供了一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，它是将两个呈90度激光CCD传感器通过框架组件安装在馈线调节装置的升降板上，每个激光CCD传感器由发射端和接收端产生固定宽度的采集区域，采集区是由紧密排列的平行激光线构成的激光面，光纤在馈线轮和绕线管之间做缠绕运动时穿过位置采集区，发射端和接收端之间产生的激光面受光纤阻挡形成残余影像区，通过传感器可以获得光纤边缘与最外侧激光线的距离，两个呈90度激光CCD传感器就可以准确的检测出光纤在缠绕运动过程中水平方向和竖直方向的位置变化，激光检测的检测精度、响应频率和耐环境等优点，克服了工业CCD摄像机对采集环境依赖、图像分析和处理算法影响，替代了计算机和工业CCD摄像机采集滞后角的解决方案，确保了光纤缠绕运动中滞后角检测准确性，实现了精密缠绕过程中滞后角的精密检测，为实现光纤自动精密缠绕提供了有力的技术手段。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，包括滞后角精密检测原理，滞后角精密检测推导算法，其特征是：滞后角检测安装板、水平方向激光CCD发射器、水平方向激光CCD接收器、垂直方向激光CCD发射器、垂直方向激光CCD接收器、位置比例关系、位置转换算法；所述的滞后角精密检测安装板水平方向和垂直方向具有定位和调节机械功能结构，保证激光CCD传感器和接收器满足测量需求；所述的水平方向激光CCD发射器和接收器组成水平方向测量体，垂直方向激光CCD发射器和接收器组成垂直方向测量体；所述的测量区域为水平方向采集区和垂直方向采集区的交叉区域，每个激光CCD传感器由发射端和接收端产生固定宽度的采集区域，采集区是由紧密排列的平行激光线构成的激光面；所述的位置比例关系是将水平测量面、垂直测量面与绕线轴轴线平行，通过空间几何关系将运动轨迹转换成几何图形；所述的位置转换算法是利用比例关系推导测量面到馈线点、测量面到上线点位置转换关系，通过控制速度和位移控制达到光纤恒定滞后角自动缠绕，避免出现间隙和回叠等缠绕缺陷的发生。第一步，推导水平方向上位置关系和角度关系，机床回到工件坐标系零点，这时绕线管和馈线轮之间的光纤与绕线管上侧母线垂直，光纤与馈线轮上切点称为馈线点，光纤与绕线管上切点称为上线点，机床回到工件坐标系零点，馈线轮到绕线轴之间的距离为常数，排线电机从水平方向上线点1移动到水平上线点2，绕线管产生轴向相对位移，此时水平测量点1到达水平检测点，测量点之间产生测量相对位移，机床工件零点时馈线点到上线点和上线点所在的侧母线垂直，因此，水平上线点1、水平上线点2和馈线点组成直角三角形，水平测量点1、水平测量点2、馈线点组成直角三角形，并且两个三角形为相似三角形，通过比例关系就可以推导出测量面到馈线点的距离,滞后角θ满足三角函数关系，通过反三角函数推导滞后角θ。第二步，推导垂直方向上位置关系和角度关系，馈线轮到绕线轴之间的距离为常数，光纤层数增加垂直方向增加了位移，垂直方向上线点1移动到垂直上线点2，由于机床工件零点时光纤和绕线轴上侧母线垂直，同理，测量位移三角形和相对位移三角形为相似三角形，运用比例关系就可以推导垂直测量面到馈线点的距离；这样每层缠绕结束到达下一层以后，通过控制垂直方向上相对位移，能够使光纤缠绕过程中光纤运动平面滞后角测量具有同一性，实现了光纤精密排线过程中滞后角的精密检测。第三步，将推导的比例常数和滞后角数值存储到保持存储区内，激光CCD传感器具有良好的线性度，本专利技术中用检测相对位移除以传感器相对读数得到的商表示线性度常数，比例常数和线性度常数是通过工件零点和测量点数值推导计算得到，通过测量不同位置和推导计算，再将推导的比例常数和线性度常数分别取加权平均数，使用比例常数、线性度常数和传感器读数乘积代表滞后角的精确变化，完成了滞后角精密检测推导算法。本专利技术的有益效果是，可通过对激光CCD传感器的精确测量，使馈线轮与绕线管之间的光纤始终保持水平，提高了滞后角测量的空间准确性；使用激光检测的稳定性和线性度，确保了滞后角检测的同一性，从而大大减少了滞后角计算误差，中央处理器通过毫秒级循环扫描，实现了光纤精密排线过程中滞后角的高效检测，可为光纤精密绕线执行机构的提供滞后角的精确变化信息，从而避免和消除了光纤自动排线过程中易出现的间隙和回叠等缠绕缺陷，可满足光纤精密自动缠绕时绕组的精密排线要求，为光纤精密自动排线提供了有力的技术手段和工艺装置，为全面实现光纤精密自动无缺陷缠绕提供了必要的技术条件。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明图1是本专利技术的一个具体实施例图2是位置关系图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，包括滞后角精密检测原理，滞后角精密检测推导算法，其特征是：水平方向激光CCD发射器（1）、水平方向激光CCD接收器（2）、垂直方向激光CCD发射器（3）、垂直方向激光CCD接收器（4）、滞后角精密检测安装板（5）、测量平面（7）、位置比例关系、位置转换算法；所述的滞后角精密检测安装板（5）水平方向和垂直方向具有定位和调节机械功能结构，保证同一方向内激光CCD传感器和接收器处于安装和测量需求，每个激光CCD传感器由发射端和接收端产生固定宽度的采集区域，采集区是由紧密排列的平行激光线构成的激光面，水平方向采集区和垂直方向采集区的交叉区域为本专利技术的测量平面（7），缠绕运动中的光纤（6）通过测量平面（7），激光线受光纤阻挡得到所形成残余影像区；第一步, 推导水平方向上位置关系和角度关系，机床回到工件坐标系零点，这时绕线管和馈线轮之间的光纤与绕线管上侧母线垂直，光纤与馈线轮上切点称为馈线点（A），光纤与绕线管上切点称为上线点，机床回到工件坐标系零点，馈线轮到绕线轴之间距离为常数，排线电机从水平方向上线点（B）移动到水平上线点（B＇），绕线管产生轴向相对位移D1，机床工件零点时馈线点到上线点和上线点所在的侧母线垂直，因此，水平上线点（B）、水平上线点（B＇）和馈线点（A）组成△ABB＇，水平测量点（C）、水平测量点（C＇）、馈线点（A）组成△ACC＇，并且两个三角形为相似三角形，通过D2/D1=AB/AC推导出测量面到馈线点的距离AC,滞后角θ满足三角函数关系tanθ=CC＇/AC，通过反三角函数推导光纤滞后角θ=arctan（CC＇/AC）；第二步, 推导垂直方向位置关系和角度关系，馈线轮到绕线轴的距离为常数AB=AD，光纤层数增加垂直方向增加了位移H1，垂直方向上线点（D）移动到垂直上线点（D＇），机床工件零点时光纤和绕线轴上侧母线垂直，同理，测量位移△AEE＇和相对位移△ADD＇为相似三角形，运用H2/H1=AE/AD就可以推导垂直测量面到馈线点的距离AE；这样每层缠绕结束到达下一层以后，通过控制垂直方向上相对位移，能够使光纤缠绕过程中光纤运动平面滞后角测量具有同一性，实现了光纤精密排线过程中滞后角的精密检测；第三步, 将推导的比例常数和滞后角数值存储到保持存储区内，激光CCD传感器具有良好的线性度，本专利技术中用检测相对位移除以传感器相对读数得到的商表示线性度常数，比例常数和线性度常数是通过工件零点和测量点数值推导计算得到，通过测量不同位置和推导计算，将推导的比例常数和线性度常数分别取加权平均数，使用比例常数、线性度常数和传感器读数乘积代表滞后角的精确变化。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤缠绕中的滞后角精密检测方法，包括滞后角精密检测原理，滞后角精密检测推导算法，其特征是：水平方向激光CCD发射器（1）、水平方向激光CCD接收器（2）、垂直方向激光CCD发射器（3）、垂直方向激光CCD接收器（4）、滞后角精密检测安装板（5）、测量平面（7）、位置比例关系、位置转换算法；所述的滞后角精密检测安装板（5）水平方向和垂直方向具有定位和调节机械功能结构，保证同一方向内激光CCD传感器和接收器处于安装和测量需求，每个激光CCD传感器由发射端和接收端产生固定宽度的采集区域，采集区是由紧密排列的平行激光线构成的激光面，水平方向采集区和垂直方向采集区的交叉区域为本发明的测量平面（7），缠绕运动中的光纤（6）通过测量平面（7），激光线受光纤阻挡得到所形成残余影像区；第一步,推导水平方向上位置关系和角度关系，机床回到工件坐标系零点，这时绕线管和馈线轮之间的光纤与绕线管上侧母线垂直，光纤与馈线轮上切点称为馈线点（A），光纤与绕线管上切点称为上线点，机床回到工件坐标系零点，馈线轮到绕线轴之间距离为常数，排线电机从水平方向上线点（B）移动到水平上线点（B＇），绕线管产生轴向相对位移D1，机床工件零点时馈线点到上线点和上线点所在的侧母线垂直，因此，水平上线点（B）、水平上线点（B＇）和馈线点（...

【专利技术属性】
技术研发人员：修冬，康战，张锐，吴庆堂，孙丽群，王大森，聂凤明，孙洪宇，吴焕，王凯，郭波，陈洪海，李珊，魏巍，段学俊，孙利忠，李雨鹏，卢忠，何斌，刘超，冯仕君，张瑞君，卢政宇，王文渊，王泽震，李旭，
申请(专利权)人：长春设备工艺研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22