[发明专利]一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法及装置

摘要

本发明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。

主权项

1.一种光纤绕线机排线一致性的视觉辅助控制方法，其特征在于，包括按顺序进行的如下步骤：步骤[1]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Di，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10*N，且留出20％的余量，方便摄像机调整；步骤[2]标定模块的制作：制作阶梯轴测量块，保证安装时测量块和将要测量的光纤环同轴，该阶梯轴测量块具有五个阶梯，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，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[3]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[4]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＝5pixels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[5]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[3]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,Pvi)；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，第i个波谷的坐标是(Vui,Vvi)；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dui＝Vui‑Pui；根据现在摄像机位于世界坐标系下的位置，查询步骤[3]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i匝光纤的半径就是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r1,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rN估计rN+1，设为gN+1；当半径数据队列装满时候，求rN与r1,r2,...,rN‑1求偏差绝对值的最小值，这里假设rN与ri之间相差最小，此时rN+1的估计值gN+1为ri+1；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小值；反之将N匝线圈半径数据平均分成三组，对各组线径求平均值得到A1,A2,A3，求出A1,A2,A3最大值和最小值来，取上述过程中求得的最大值和最小值作为rN+1的估计值gN+1最大值和最小值门限；当估计的rN+1大于最大门限值时候，取最大门限值对rN+1的估计值gN+1重新赋值，此时排线将有变密的趋势；当估计的rN+1小于最小门限值时候，取最大门限值对rN+1的估计gN+1重新赋值，此时排线将有变疏的趋势；否则将gN+1保持不变；步骤[6]当绕完第N+1匝后，绕下一匝的时候，此时原第N+1匝线圈的半径迭代为第N匝线圈的半径，通过现在实际测量得到第N匝线圈的半径可以确定步骤[5]中对原第N+1匝线圈半径的估计是否正确，从而对目前将要绕制的线圈半径的估计进行动态补偿；补偿方法是将现在N+1匝线圈的半径加上第N匝线圈的实际尺寸值减去原第N+1匝线圈的估计值，经过动态补偿后，得到更加精确的rN+1估计值gN+1；步骤[7]通过步骤[6]求解得到第N+1匝线圈的直径求解出拨线轮需要运动距离，实现机器视觉辅助排线，调整拨线轮进给量，具体方法如下：设伺服电机转动一圈需要M个脉冲，对应的拨线轮移动距离是l，由步骤[5]中计算得到需要移动的距离是2·g_N+1，运动控制器在绕第N+1匝的时候就需发出个脉冲。