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光纤环绕制缺陷实时监测系统设计

光纤环绕制缺陷实时监测系统设计

作者：赵洛彬中北大学

学位级别：硕士

由圆环形多匝光纤线圈绕制而成的光纤环是干涉型光纤陀螺中传播两相向光波来产生SAGNAC相位差的部件，光纤环绕制品质因素直接影响光纤陀螺的性能，因此开展光纤环绕制情况实时监测研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文针对光... 详细信息

由圆环形多匝光纤线圈绕制而成的光纤环是干涉型光纤陀螺中传播两相向光波来产生SAGNAC相位差的部件，光纤环绕制品质因素直接影响光纤陀螺的性能，因此开展光纤环绕制情况实时监测研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文针对光纤的物理特性和光纤环的绕制特点，从实际监测过程中对测量精度和实时性要求出发，采用机器视觉非接触测量方式实时监测光纤绕制过程中出现的爬丝、间隙等问题，为绕制设备的动作控制提供相关依据。论文主要完成的工作和获得的成果如下：（1）结合光纤的绕制特点和精确定位光纤成像位置的要求，完成了监测系统的整体设计，其中对摄像机、镜头、光源、偏光镜、安装设备进行甄选之后组成可靠的照明系统和图像采集系统，尤其阐明了照明方式对监测的重要性;分析了数字图像的噪声来源及特点，通过对原始图像进行高斯滤波、增强预处理后得到清晰的光纤轮廓图像以备后续分析使用。（2）具体分析亚像素精度阈值分割算法，通过对比与普通的亚像素边缘检测算法处理类似特征图像及光纤绕制图像的实验证明，亚像素精度阈值分割算法在定位精度和处理速度方面的优越性。（3）分析各种绕制方式和采集模式的特点，对绕制光纤环选取的四极对称缠绕法提出轮廓区域实时缺陷监测算法，并详细地阐述监测算法的原理;利用HALCON强大的集成开发环境对整个监测软件进行了设计。（4）通过实验分析了光照方式、光源强度、一天内的光照变化以及偏光镜对采集光纤图像质量的影响;并利用机器视觉非接触的方式对光纤环承载主轴进行径向跳动度检测，实验证明了算法在监测微小跳动范围内绕制光纤四种绕制状态的有效性，并对系统的实时性进行了分析。本课题在HALCON的开发环境下，编程实现了提出的监测算法，对实时采集的四层绕制光纤图像进行了监测处理。实验结果证明，本课题的算法适用于监测微小跳动范围内的绕制光纤状态。

关键词：光纤环绕制视觉测量实时监测轮廓区域监测算法亚像素精度阈值分割算法

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数字视觉精密测量光纤环绕制状态参数

中北大学学报（自然科学版） 2014年第3期35卷 337-341页

作者：郭晨霞杨瑞峰中北大学电子测试技术国防科技重点实验室山西太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

针对光纤环绕制状态参数对光纤陀螺性能产生的重要影响,提出采用数字视觉结合边缘检测、特征提取等相关算法,检测光纤环绕制图像中的边缘来计算其平均直径和绕制长度,根据光纤环绕制层数和匝数变化在图像边缘中的表现,通过对其特征提取... 详细信息

针对光纤环绕制状态参数对光纤陀螺性能产生的重要影响,提出采用数字视觉结合边缘检测、特征提取等相关算法,检测光纤环绕制图像中的边缘来计算其平均直径和绕制长度,根据光纤环绕制层数和匝数变化在图像边缘中的表现,通过对其特征提取计算绕制光纤的层数和匝数,进而计算绕制长度.经仿真验证,对光纤环绕制状态参数计算的理论误差最大为一个像素点,在实际应用中可通过改变视觉系统参数和选用更高精度的算法来改善计算误差的大小.

关键词：光纤环绕制数字视觉边缘检测特征提取参数计算

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基于低秩表示的光纤环绕制缺陷检测

激光杂志 2022年第2期43卷 48-52页

作者：陈晓乐杨瑞峰郭晨霞中北大学仪器与电子学院太原030051 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心太原030051

针对目前光纤绕制缺陷检测方法准确率低,实用性差等问题,提出一种基于低秩表示技术的光纤环绕制缺陷检测方法。首先,利用光纤环图像纹理的重复性和缺陷的局部性特征,将无缺陷的光纤环图像建模为低秩结构,将缺陷建模为稀疏结构。然后,基... 详细信息

针对目前光纤绕制缺陷检测方法准确率低,实用性差等问题,提出一种基于低秩表示技术的光纤环绕制缺陷检测方法。首先,利用光纤环图像纹理的重复性和缺陷的局部性特征,将无缺陷的光纤环图像建模为低秩结构,将缺陷建模为稀疏结构。然后,基于低秩表示理论对绕制缺陷检测问题进行模型构建,并利用增广拉格朗日乘子法求解其目标函数,以近似恢复原始图像的行空间并分离出缺陷区域。通过实验对算法进行验证,结果表明,提出的光纤绕制缺陷检测方法是可行的,能够有效检测出缺陷,且与其他算法相比,本算法取得缺陷检测精度最高。

关键词：光纤环绕制缺陷检测低秩表示奇异值分解

基于键合图的光纤环绕制小张力控制结构的建模和仿真

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测控技术 2012年第3期31卷 119-122,127页

作者：温泽强杨瑞峰贾建芳中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

光纤环是光纤陀螺中的核心部件。光纤环绕制的技术水平直接影响着光纤陀螺的精度,绕制过程中缠绕张力控制更是整个光纤环绕制中尤为关键的部分。介绍了键合图方法基本原理,并将其应用于光纤环绕制的张力控制分析中,通过分析全过程的键... 详细信息

光纤环是光纤陀螺中的核心部件。光纤环绕制的技术水平直接影响着光纤陀螺的精度,绕制过程中缠绕张力控制更是整个光纤环绕制中尤为关键的部分。介绍了键合图方法基本原理,并将其应用于光纤环绕制的张力控制分析中,通过分析全过程的键合图模型,导出了系统的状态方程,并依据一定的结构参数应用Matlab对其进行了仿真,同时对系统做了输出测试,验证了该模型的有效性,为实际工程应用和引入先进控制算法提供必要的理论基础。

关键词：光纤环绕制张力控制键合图

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基于机器视觉的光纤环绕制缺陷检测系统研究

基于机器视觉的光纤环绕制缺陷检测系统研究

作者：丁清中北大学

学位级别：硕士

光纤环是由光纤丝按照一定的规则缠绕而成的圆环形线圈,它是干涉型光纤陀螺仪的核心部件,光纤环的绕制品质是影响光纤陀螺性能的关键因素。由于光纤直径误差、静电以及内应力等随机因素的影响,光纤环在实际的绕制过程中会偶尔出现一些... 详细信息

光纤环是由光纤丝按照一定的规则缠绕而成的圆环形线圈,它是干涉型光纤陀螺仪的核心部件,光纤环的绕制品质是影响光纤陀螺性能的关键因素。由于光纤直径误差、静电以及内应力等随机因素的影响,光纤环在实际的绕制过程中会偶尔出现一些绕制缺陷。对光纤环绕制缺陷进行检测既是光纤环生产过程中的一个重要环节,也是保证光纤环绕制质量的必要条件,因此开展基于机器视觉的光纤环绕制缺陷检测研究具有重要的理论意义和工程实用价值。结合光纤绕制的特点和缺陷检测的要求,完成了光纤绕制缺陷检测系统的整体设计,其中对采集系统中的摄像机和镜头的选取以及对照明系统中光源的照明方式进行了科学分析,利用清晰度评价函数分析了不同光强对光纤环绕制图像质量的影响,为照明系统中光强的选择提供了理论依据。为了消除光纤环绕制图像中噪声对后期的缺陷检测的干扰,本文对图像预处理展开了研究。通过实验对比以及分析确定了最佳的光纤环绕制图像预处理方法,然后经过高斯滤波、灰度增强、图像分割处理得到了理想的光纤轮廓目标图像。对光纤环的绕制方法进行了介绍,并根据绕制的特点提出了一种通用的光纤环绕制缺陷动态检测算法,然后对其中的光纤轮廓边缘精确定位算法以及缺陷判别算法展开了深入的研究。通过实验分析了不同光照强度对系统检测误差的影响,并验证了照明系统搭建的合理性。从误检率、检测精度以及检测速度三个方面对系统进行了实验。实验结果表明:系统的检测精度可达0.03mm,误检率为8%,系统的检测速度可以满足实时性要求,从而证实了该系统具有一定的可行性和实用性。

关键词：机器视觉光纤环绕制缺陷检测图像处理 Halcon

采用分布式偏振串扰检测保偏光纤环质量的研究

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光电子．激光 2010年第3期21卷 430-434页

作者：丁振扬姚晓天刘铁根李光耀天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室光偏振研究中心天津300072 苏州光环科技有限公司江苏苏州215123

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光... 详细信息

提出将偏振串扰分析仪用于光纤陀螺(FOG)保偏光纤(PMF)环绕制在线检测、原料PMF质量检测、成品PMF环总体检测和热应力检测。通过对原料光纤检测,可以有效减少原料光纤固有缺陷对光纤环的影响。通过PMF环绕制在线检测,可以有效检测出光纤环在绕制中的缺陷、监控绕制张力、定位绕制光纤位置和改进绕制工艺等。通过光纤环热应力检测,可以了解骨架、光纤固化胶由于热应力作用对光纤环性能的影响。研究表明,分布式偏振串扰测量是大幅提高PMF环质量的一个有效手段。

关键词：光纤陀螺(FOG) 光纤环绕制分布式偏振串扰在线检测保偏光纤(PMF) 光纤环绕制缺陷

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高精度光纤张力控制系统的设计与改进

机械与电子 2020年第5期38卷 54-58页

作者：程志远李维嘉何宇航单福林华中科技大学湖北武汉430074 九江四元科技有限公司江西九江332000

针对现有一套光纤张力控制系统进行改进设计,使其张力控制误差从±0.0147 N左右减少到±0.0049 N之内,以满足高品质光纤环生产工艺要求。首先分析原系统存在的缺陷(即张力测量不准、系统抗干扰性差、控制策略不完善),然后改进张力测量机... 详细信息

针对现有一套光纤张力控制系统进行改进设计,使其张力控制误差从±0.0147 N左右减少到±0.0049 N之内,以满足高品质光纤环生产工艺要求。首先分析原系统存在的缺陷(即张力测量不准、系统抗干扰性差、控制策略不完善),然后改进张力测量机构,从而提高张力测量准确度,再通过大减速比的减速器提高系统的抗干扰能力,使控制系统具有良好的鲁棒性,最后重新设计电控系统,以基于ARM的STM32单片机为系统处理器,采用数字PID控制算法,同时设计单路板,以完善控制策略。

关键词：光纤环绕制张力控制数字PID