一种用于光纤环绕制的在线监测与报警系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于光纤环绕制的在线监测与报警系统及方法，系统包括照明系统、光纤环、成像系统、图像采集系统、图像处理检测报警系统，图像处理检测报警系统包括图像预处理模块、边缘信息检测及判别模块和判定结果显示模块；方法包括，步骤一：设定预绕环层数；步骤二：开始绕环并进行图像采集，获取光纤环切线处的阴影曲线图；步骤三：对图像进行预处理；步骤四：对预处理后的图像进行光纤定位与边缘检测；步骤五、绕环叠纤的判定；步骤六、绕环漏纤判定；步骤七、绕制完成判断；本发明可以对光纤绕制过程中人眼无法观察的漏纤、叠纤缺陷进行实时监测，并进行自动报警提示，从而可以提高绕环的工作效率和质量，进而提高光纤陀螺的性能。

主权项

一种用于光纤环绕制的在线监测与报警方法，包括以下几个步骤：步骤一：设定预绕环层数；绕环前，设置预绕环的层数，设已绕环层数参数为c，c的初始值为零；步骤二：开始绕环并进行图像采集，获取光纤环切线处的阴影曲线图；光纤环为正在采用四极对称绕制的光纤环；照明系统采用平板光源结合背向照明方法进行照明，发出的光沿着光纤环切线方向照射，部分光被光纤环侧面阻挡，通过成像系统产生暗影，没被光纤环遮挡的光，通过成像系统形成明亮的背景；成像系统将光纤环切线处的阴影曲线图进行放大，输出至图像采集系统；图像采集系统包括电荷耦合元件和图像采集卡，其中电荷耦合元件将通过成像系统的光信号转化为模拟信号，模拟信号输出至图像采集卡，将模拟信号转换为数字信号，得到阴影曲线图，输出至图像处理检测报警系统；在最初采样图像前，旋转电荷耦合元件使得光纤环轮廓大致平行于水平方向；步骤三：对图像进行预处理；图像处理检测报警系统对图像进行预处理，预处理包括：图像点运算、图像平滑、图像分割、形态学滤波；最终得到了清晰的预处理后的图像；步骤四：对预处理后的图像进行光纤定位与边缘检测；包括以下几个步骤：(1)判断光纤环进给方向；设光纤绕层数增加方向为y轴，其垂直方向为x轴，由于光纤紧密排布，因此最外层与次外层边缘点y值都会以光纤直径D为周期进行波动，在预处理后的图像两端，在x方向上各取一个光纤直径的宽度，在此两端宽度内，分别取两个y值最大的点，设左端为P₁(x_左,y_左)，右端为P₂(x_右,y_右)，对两最大值点纵坐标y_左和y_右进行比较，若y_左<y_右，则判断光纤进给方向为从右向左；若y_左>y_右，则判断进进方向为从左至右；同时，将较小的y值对应的点重新定义为P(x₀，y₀)；(2)光纤位置的初定位；在P(x₀,y₀)点的下方，找到一点P(x₁,y₁)，其中x₁＝x₀；(3)图像的旋转矫正；采用二值图像旋转算法对采集的图像进行旋转矫正，具体为：以点P(x₁,y₁)为基准，沿着y方向扫面找到正在缠绕匝光纤边缘上的点P(x₂,y₂)，通过x₂判断在图像上最外层光纤的匝数多还是次外层的匝数多；若x₂>width/2，width表示图像宽度，则次外层的匝数多；若x₂<width/2，则最外层的匝数多；取匝数多的一层光纤轮廓点，每隔D/2的距离取D范围内的最高值点坐标，用最小二乘法对极值点进行直线拟合，得到图像的斜率b，调整斜率b趋于零；(4)缠绕匝光纤的再定位；经上述步骤(3)对图像进行旋转矫正后，得到了旋转校正后的图像，即光纤环成像在电荷耦合元件上的图像的轴线平行于x轴方向；重复步骤(2)、(3)，重新定位正在缠绕匝光纤中心等高的缠绕匝光纤上的边缘点P(x₂,y₂)；(5)缠绕匝光纤位置精细定位；以P(x₂,y₂)点为基准，沿进给负方向圈定宽为D、高为D的长方形区域，提取此长方体内的边缘点，得到边缘图像；根据已测定边缘点的坐标位置，以及步骤二得到的预处理后图像的灰度特征，对选定范围内的点进行亚像素处理，得到新的亚像素级的边缘点坐标，采用多项式最小二乘法对图像进行边缘拟合，得到最终的光纤图像连续轮廓边缘；对得到的边缘曲线进行极值计算，得到光纤边缘最高点坐标的亚像素级坐标值；步骤五、绕环叠纤的判定；在对光纤进行精细定位和边缘检测后，首先对光纤叠纤情况进行判断；确定底层光纤的顶点坐标P(x₃,y₃)，并从(x₃,y₃+h+A)点向进给反方向扫描，如果遇到灰度为0值点记为(a,b)，当灰度值又从0值变为1值时再次记下坐标值(e,f)；h表示次外层光纤最高点与最外层光纤最高点的纵向间距，A为测量精度；若a＝width，说明无叠纤存在；若|a‑e|≤A，则扫描到噪声颗粒，无叠纤存在；则判断为合格，继续判断是否有漏纤情况发生，进入步骤六；若|a‑e|>A，则扫描到叠纤处的光纤；判断为不合格，进行报警，经处理后返回步骤二继续进行图像采集处理；步骤六、绕环漏纤判定；假设现在绕匝光纤的极值点为(a₁,b₁)，前一匝光纤的极值点为(a₂,b₂)；获取相邻两匝光纤的间距l＝|a₂–a₁|，若l流落在d±A的范围之外，则有缝隙产生；进行报警处理，经处理后返回步骤二继续进行图像的采集处理；若l的值落在D±A的范围内，则绕纤正常，进入步骤七；步骤七、绕制完成判断；绕制层数参数c增加一，与设置的预绕制层数做对比，若小于预绕制层数则转入步骤二继续进行光纤绕制，若等于预绕制层数，则停止操作，绕环结束。