本发明专利技术提供了一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制装置，包括机座、机架及支撑横梁，还包括设置在机座上的可左右移动的齿轮箱体，齿轮箱体上设有绕线主轴，绕线主轴可随齿轮箱体的移动而左右移动，且其通过齿轮箱体内的第一伺服电机带动减速器而产生旋转运动进行收线；所述支撑横梁上设有可左右移动及上下移动的支架，支架上固定设置有相对静止的拨线轮和摄像机，所述摄像机的镜头位置处于拨线轮的正前方。本发明专利技术还提供了一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法。本发明专利技术解决了传统光纤绕线机无法自动调节拨线进给量缺陷，加入实时视觉反馈，调整光纤绕线机的拨线轮进给量，从而使光纤环绕制具有更好的一致性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制装置，包括机座、机架及支撑横梁，还包括设置在机座上的可左右移动的齿轮箱体，齿轮箱体上设有绕线主轴，绕线主轴可随齿轮箱体的移动而左右移动，且其通过齿轮箱体内的第一伺服电机带动减速器而产生旋转运动进行收线；所述支撑横梁上设有可左右移动及上下移动的支架，支架上固定设置有相对静止的拨线轮和摄像机，所述摄像机的镜头位置处于拨线轮的正前方。本专利技术还提供了一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法。本专利技术解决了传统光纤绕线机无法自动调节拨线进给量缺陷，加入实时视觉反馈，调整光纤绕线机的拨线轮进给量，从而使光纤环绕制具有更好的一致性。【专利说明】一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法及装置
本专利技术涉及光纤绕线
，特别是一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控 制方法及装置。
技术介绍
光纤陀螺主要用于测量敏感载体的空间运动姿态，对导航系统的性能发挥起着非 常关键的作用。光纤陀螺仪中的光纤环是用于测量输入角速度引起的双向传播光波之间相 位差的重要部件，是光纤陀螺的核心组成部分之一。光纤环的缠绕方式，光纤排布的是否均 匀，应力是否分布均匀决定了光纤环的精度。 目前，国内外对光纤环的绕制方法主要围绕伺服控制系统进行精确的位置控制以 及速度控制进行，光纤在轴上的绕制的精度如何，全凭借伺服系统的控制精度保证。 随着机器视觉技术的发展，机器视觉逐渐代替精密量具进行精确测量。目前，应用 到光纤绕线机上面的机器视觉技术主要起到离线或者在线故障诊断的作用，而对于光线绕 线精度的现场纠正却鲜有涉及。目前光纤绕线过程中，由于光纤线径变化导致伺服控制系 统的误差累积，而无法调整光纤绕线机主轴的进给量，造成光纤之间的挤压，严重时甚至会 出现叠丝现象，从而导致绕线失败。本专利技术提出的利用机器视觉辅助伺服控制系统提高光 纤排线一致性的方法和装置就是要实现光纤排线过程中的闭环控制，保证光纤排布的均 匀，根据光纤线径的变化进行动态的补偿拨线轮的进给量，填补了该领域的空白。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助 控制装置及方法，实现了光纤排线过程中的闭环控制，不仅保证了光纤排布的均匀，还可以 根据光纤线径的变化进行动态的补偿拨线轮的进给量。 本专利技术的目的之一是解决传统光纤绕线机无法自动调节拨线进给量的缺陷，加入 实时视觉反馈，调整光纤绕线机的拨线轮进给量，从而使光纤环绕制具有更好的一致性。 本专利技术的另一目的是改变传统视觉监控方案，提出一种利用机器视觉提高光纤环 绕制一致性的方法。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： 本专利技术首先提供一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制装置，包括机座、机 架及支撑横梁，还包括设置在机座上的可左右移动的齿轮箱体，齿轮箱体上设有绕线主轴， 绕线主轴可随齿轮箱体的移动而左右移动，且其通过齿轮箱体内的第一伺服电机带动减速 器而产生旋转运动进行收线;所述支撑横梁上设有可左右移动及上下移动的支架，支架上 固定设置有相对静止的拨线轮和摄像机，所述摄像机的镜头位置处于拨线轮的正前方。 优选的，所述齿轮箱体通过其内部的第一伺服电机沿设置在机座上的滑轨左右移 动。优选的，还包括一阶梯轴测量块，所述阶梯轴测量块上设置有五个圆周阶梯，每个 圆周阶梯的厚度相同，且自左向右圆周阶梯的高度不断增大，且相邻圆周阶梯的高度差相 同。 优选的，所述支架通过设置在支撑横梁上的第二伺服电机实现左右移动，通过第 三伺服电机实现上下移动。 本专利技术还提供一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法，包括按顺序进行 的如下步骤： 步骤选择合适的摄像机:设光纤直径为D，图像中有N匝光纤，每匝对应的像素 长度是D1，为了达到测量精度的需求，每匝光纤对应的像素数应该至少10个像素，因此摄像 机拍摄图像的大小在横轴上至少大于1〇*Ν，且留出20%的余量，方便摄像机调整；步骤标定模块的制作:制作阶梯轴式测量块，保证安装时测量块和将要测量的 光纤环同轴，该阶梯轴具有五个阶梯，每个阶梯都具有相同的厚度，且相邻的两个阶梯高度 差相同（已知阶梯半径随着轴位置变化具有单调性，两个台阶之间的距离没有严格的要求， 只需要方便摄像机进行拍摄即可，这样可以减少加工难度），取每个阶梯的左右两侧作为角 点，以便进行角点检测，可以通过两个角点之间实际物理尺寸和图像中所占的像素长度，来 求取横向的当量因子矩阵，根据相邻阶梯的相同侧角点的半径的实际物理尺寸差和图像所 占像素的高度差求出对应纵向的当量因子矩阵； 步骤标定摄像机:移动摄像机以建立在空间分布上不同点处像素值对应的几 何距离之间的当量因子，并将当量因子值制作成当量因子矩阵，从而完成摄像机标定； 步骤提取光纤环特征： a.特征确定:选取光纤环边缘进行特征提取，选取光纤环轮廓波纹的波峰和波谷 作为特征点，方便求出一匝光纤环对应的像素数； b.对采集到的图像进行非线性中值滤波处理，以有效的去除掉图像噪声，具体做 法是选取需要进行滤波处理的像素点为中心取长度为奇数L(比如5pixel S)的像素窗口，对 该L个像素灰度值进行排序，取中值作为该点的像素值； c.利用二值化方法进行图像分割，将背景和光纤进行分区别开来； d.对图像进行从上到下的寻找发生像素值跳变点，进行区域滤波，确定光纤环的 边缘。 e.通过求解光纤环边缘曲线一阶导数等于零，二阶导数小于零提取光纤环图像中 的波峰特征点；另求解边缘曲线一阶导数等于零，二阶导数大于零的点作为光纤图像中的 波谷特征点。 步骤光纤环排线一致性分析:基于光纤环图像的边缘波峰波谷特征点，通过将 特征点之间横向和纵向像素之差与步骤中求解出的摄像机标定结果即摄像机模型，解 算出实际的光纤直径，并通过光纤直径数据得出光纤环排布一致性优劣结论，具体方法如 下： a.设通过摄像机实时采集到的光纤环图像中包括N个光纤环，其中，设第i个波峰 的坐标是(Pui， Pvl);第i个波谷(波峰较波谷滞后90度相位即紧接着序号为i的波峰后面是 第i个波谷）的坐标是(V ul，Vvl);根据摄像机标定的结果，设第i个波峰和第i个波谷之间的 横向像素坐标差是CU = Vui-Pui;根据现在摄像机位于世界坐标系下的位置，查询步骤中 摄像机标定的结果，若摄像机所在的位置不在表中，那么通过线性插值的方法求出该位置 处的横向当量因子Si，从而确定第i0i光纤的半径就是ri = si · dUi。 b.根据上述步骤求解出第1匝到第N匝光纤环的半径ri，r2,. . .，rN来估计rN+1，具体 方法如下：创建一个大小为M的先进先出半径数据存储队列，当半径数据队列未装满时候， 采取利用当前绕制的光纤环的前一匝光纤环半径r N估计rN+1，设为gN+1;当半径数据队列装 满时候，求ΓΝ与ri，r2, . . .，ΓΝ_1求偏差绝对值的最小值，这里假设ΓΝ与ri之间相差最小，此时 ^+1的估计值gN+Ar 1+1，该方法可以很好地利用光纤自身制造误差的随机特性。后期随着大 量历史数据的反复更新与积累，估算偏差将趋于非常小。 c.利用上述步骤b中求得光纤的半径数据，当数据队列未满时，求出已经求得的半 径值里面的最大值和最本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制装置，包括机座、机架及支撑横梁，其特征在于：还包括设置在机座上的可左右移动的齿轮箱体，齿轮箱体上设有绕线主轴，绕线主轴可随齿轮箱体的移动而左右移动，且其通过齿轮箱体内的第一伺服电机带动减速器而产生旋转运动进行收线；所述支撑横梁上设有可左右移动及上下移动的支架，支架上固定设置有相对静止的拨线轮和摄像机，所述摄像机的镜头位置处于拨线轮的正前方。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张丛鹏，王姣，任世瑜，李玏一，鲁磊，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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