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光纖精確繞線(xiàn)視覺(jué)識別技術(shù)的設計
隨著(zhù)高繞線(xiàn)精度器件的出現，對光纖繞線(xiàn)的精確度要求越來(lái)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(xiàn)技術(shù)伴隨著(zhù)光纖的出現就開(kāi)始被廣泛研究，但是隨著(zhù)高繞線(xiàn)精度器件(如光纖陀螺線(xiàn)圈和有線(xiàn)制導線(xiàn)團等)的出現，并逐漸進(jìn)入工程化階段，對光纖繞線(xiàn)的精確度要求越來(lái)越高，繞線(xiàn)工藝[1-4]及線(xiàn)圈品質(zhì)好壞[5]直接影響光纖陀螺和有線(xiàn)制導的質(zhì)量。由于光纖直徑誤差、內應力和靜電等因素影響排線(xiàn)精度，而這些因素又具有隨機性，無(wú)法通過(guò)在控制系統中預先設置來(lái)消除。因此，精密排線(xiàn)一直是光纖行業(yè)的一個(gè)難題。引入視覺(jué)識別技術(shù)，對各種誤差因素總體結果進(jìn)行反饋解決緊密繞線(xiàn)問(wèn)題，不需要對每個(gè)誤差因素進(jìn)行消除，優(yōu)化了系統結構，提高了繞線(xiàn)精度。本文設計一種視覺(jué)識別技術(shù)，通過(guò)對硬件、結構和識別方法的設計，識別出精密繞線(xiàn)的滯后角、光纖間距、搭線(xiàn)等參數，作為閉環(huán)反饋信號，實(shí)現了光纖精密排列。
1 工作原理
繞線(xiàn)機工作時(shí)，放線(xiàn)盤(pán)跟蹤收線(xiàn)盤(pán)，排纖裝置根據視覺(jué)識別系統識別出排線(xiàn)的滯后角、光纖搭線(xiàn)、間隙等參數，傳給主控系統形成閉環(huán)控制，實(shí)現光纖的精密排列。視覺(jué)識別系統主要功能：(1)識別出排線(xiàn)的滯后角，作為反饋信號傳輸給主控系統，實(shí)現光纖密排;(2)識別光纖間隙、光纖搭線(xiàn)情況，傳輸給主控系統，用于判斷有無(wú)纏繞缺陷，進(jìn)行自動(dòng)倒車(chē)回繞等操作。
光纖密繞線(xiàn)間距與滯后角如圖1所示：光纖密繞線(xiàn)間距W,纏繞過(guò)程中同一層相鄰光纖間的距離;光纖密繞滯后角θ，當前上繞光纖與前一匝已纏繞好光纖之間的夾角。
1.1 視覺(jué)識別系統繞制缺陷測試原理
光纖精密繞制過(guò)程中的主要缺陷是出現間隙和疊層搭線(xiàn)兩種。光纖密繞線(xiàn)間距分為三類(lèi)：間距合格、間距過(guò)大(有間隙)、間距過(guò)小(搭線(xiàn))。如圖2所示：
1.2 視覺(jué)識別系統滯后角測試原理
繞線(xiàn)滯后角就是正在上繞的光纖和已經(jīng)繞在線(xiàn)盤(pán)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(guò)程中，滯后角分為三類(lèi)：滯后角合格、滯后角過(guò)大、滯后角過(guò)小。如圖3所示，主控系統根據滯后角的情況，調節排線(xiàn)位置，使滯后角保持在一定范圍內，實(shí)現光纖密排。
2 視覺(jué)識別系統設計
2.1 繞制缺陷識別系統
繞制缺陷主要指在繞制過(guò)程出現的不符合精密繞線(xiàn)工藝的狀況，如光纖間距過(guò)大(出現間隙)、搭線(xiàn)(錯層)都不符合精密繞線(xiàn)工藝，一旦出現必須進(jìn)行識別和處理。
2.1.1 硬件配置
繞制缺陷識別系統硬件由工業(yè)像機、鏡頭、補充光源和電源及網(wǎng)線(xiàn)等附件組成，主要硬件配置參數見(jiàn)表1.
2.1.2 光纖密繞間距的識別
為了能夠獲得更清晰穩定的圖像和適應不同工作環(huán)境要求，環(huán)境的自然光不能滿(mǎn)足視覺(jué)識別系統的技術(shù)要求，必須使用輔助光源，提高視覺(jué)圖像的效果，達到視覺(jué)識別的要求。光源照射方式分為光源直射、光源側射和背光模式三種，其優(yōu)缺點(diǎn)和存在問(wèn)題見(jiàn)表2.
2.1.2.1 光源和相機的位置
光纖密繞線(xiàn)間距檢測采用背光照射方式，使光源發(fā)光面對著(zhù)工業(yè)相機的鏡頭，部分光線(xiàn)被纏繞上光纖的線(xiàn)軸遮擋，形成背光陰影。對光纖纏繞盤(pán)切面進(jìn)行成像，這樣就有最大的對比度，有利于圖像處理和識別。光源與工業(yè)相機位置如圖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(xiàn)間距測量
把收線(xiàn)盤(pán)安裝到收線(xiàn)軸上，在收線(xiàn)盤(pán)上用高精度的刻度尺標出一段長(cháng)度L,用相機采集圖像在L長(cháng)度上有n個(gè)像素，則單個(gè)像素代表長(cháng)度δ=L/n.光纖間距測量：提取當前層中光纖包絡(luò )的各個(gè)最高點(diǎn)，測出高點(diǎn)之間的距離D所包含的像素數量nD,如圖5所示。則光纖間距LD=δ·nD,通過(guò)MODBUS通信協(xié)議把光纖間距LD傳給主控系統，主控系統把測出間距LD與工藝要求的間距比較，進(jìn)行相應處理。
2.1.3 光纖搭線(xiàn)的識別
光纖搭線(xiàn)是指光纖在繞制過(guò)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(xiàn)是光纖繞制中嚴重缺陷，必須進(jìn)行識別和處理。要識別搭線(xiàn)，就要知道光纖所處的層數，判斷層數是當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參考線(xiàn)。
光纖密繞層基準參考線(xiàn)獲�。壕�(xiàn)軸基準線(xiàn)為光纖密繞線(xiàn)軸的實(shí)際線(xiàn);光纖密繞層基準參考線(xiàn)指當前密繞層的理想高度位置的參考線(xiàn);光纖密繞層參考線(xiàn)指當前密繞層頂點(diǎn)坐標擬合的實(shí)際參考線(xiàn)，如圖6所示。光纖密繞層高度和光纖線(xiàn)徑相關(guān)，線(xiàn)徑越粗，高度越大，光纖密繞層基準參考線(xiàn)距離線(xiàn)軸基準線(xiàn)越遠;線(xiàn)徑越細，高度越小，光纖密繞層基準線(xiàn)距離線(xiàn)軸基準線(xiàn)越近。測量時(shí)輸入光纖線(xiàn)徑、允許公差等參數。
搭線(xiàn)的判斷：當光纖圖像高度超過(guò)本層基線(xiàn)2/3高度時(shí)，就認為有搭線(xiàn)發(fā)生，這時(shí)就會(huì )向主控系統發(fā)出報警信號。
2.2 繞制滯后角識別測量系統
繞制滯后角反饋給主控系統，是保證光纖密排的重要參數，滯后角的識別也是視覺(jué)識別系統主要功能之一。
2.2.1 硬件配置。
繞制滯后角識別系統硬件由兩套工業(yè)相機、鏡頭、補充光源和電源及網(wǎng)線(xiàn)等附件組成，主要硬件配置參數見(jiàn)表3.
2.2.2 光纖滯后角的識別
光纖密繞過(guò)程中，當前上繞光纖和已纏繞好的光纖不在同一平面，通過(guò)調整測量相機的安裝位置確定，使相機視野的一個(gè)邊作為測量滯后角的角度基準線(xiàn)，通過(guò)光纖與基準線(xiàn)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(guò)對各種色光成像對比，選擇紅色光效果最好。
光纖密繞滯后角檢測位置及采集圖像如圖7所示，紅線(xiàn)為與CCD一邊平行的角度基準線(xiàn)，白線(xiàn)為光纖圖像，利用視覺(jué)識別軟件對讀取的圖像進(jìn)行處理，根據像素數，利用反三角函數就能算出滯后角度數。
3 設計驗證
本文采用上述方案，以Sherlock視覺(jué)識別軟件作為視覺(jué)識別軟件開(kāi)發(fā)平臺，實(shí)現了對繞制光纖間距(如圖8(a)所示)、搭線(xiàn)(如圖8(b)所示)和滯后角(如圖8(c)所示)的測量。光纖密繞線(xiàn)間距測量精度±0.04 mm,見(jiàn)表4;滯后角測量精度達到±0.1°，見(jiàn)表5;光纖搭線(xiàn)識別率100%.
4 結束語(yǔ)
本文設計了一種用于光纖精密繞制的視覺(jué)識別系統，該系統能夠識別光纖繞制滯后角，精度達到±0.1°;線(xiàn)間距測量精度±0.04 mm;光纖搭線(xiàn)識別率100%.該系統與主控系統配合，完成了大長(cháng)度光纖(≥10 km)無(wú)間隙無(wú)搭線(xiàn)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(xiàn)圈等精密繞制設備。
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