專利名稱：一種自動光纖環繞制機控制系統的制作方法
技術領域：
本發 明涉及光纖陀螺等光纖傳感器中光纖環的繞制，具體地指一種自動光纖環繞制機控制系統。
背景技術：
光纖陀螺儀是利用光纖傳感技術測量空間慣性轉動率的一種新型傳感器，它廣泛應用于飛機、船舶、導彈等各種載體，成為各種運動載體自動控制、制導和導航系統中測定角速度、角加速度、姿態、方位的重要元件。光纖陀螺與通常使用的機械陀螺和激光陀螺相t匕，具有結構緊湊、靈敏度高、工作可靠等優點，目前在很多領域已完全取代了機械陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。光纖陀螺的應用前景十分廣闊，它不僅用于飛機、船舶的導航，導彈制導，宇宙飛船的高精度位置控制，而且在民用上可應用于高級轎車的導向，以及機器人和自動化控制系統中等等。光纖環作為傳感單元是光纖陀螺的核心，對它的基本要求是消光比要大、互易性要好。光纖環繞制質量的好壞，直接影響光纖陀螺的性能和精度。目前，光纖環的繞制方法有多種，其中四極對稱繞法效果最佳，是國際通用的一種方法。但由于各種原因，目前光纖環的四極對稱法繞制都是采用人工繞制或者半自動加大量人工干預的方式，生產效率低、性能一致性差、質量無法保證，故光纖環的繞制亟需一種可以實現全自動化四極對稱法繞制的控制系統。

發明內容
本發明所要解決的技術問題就是提供一種自動光纖環繞制機控制系統，能夠實現光纖環繞制機的全自動控制，繞制過程中無需人工干預，且排纖精密、繞制效率高。為解決上述技術問題，本發明提供的一種自動光纖環繞制機控制系統，包括繞環機構、驅動機構和主控制器；所述繞環機構包括由收纖軸左段和收纖軸右段構成的收纖軸，以及與收纖軸同軸且兩兩相對設置的左放纖軸和右放纖軸、左旋轉軸和右旋轉軸；左放纖軸和左旋轉軸套裝在收纖軸左段上，收纖軸左段設置于左滑動機構上，用于收纖軸左段的軸向移動；右放纖軸和右旋轉軸套裝在收纖軸右段上，收纖軸右段設置于右滑動機構上，用于收纖軸右段的軸向移動；所述驅動機構包括左、右放纖電機Ml、M2，分別用于驅動左放纖軸和右放纖軸，左、右旋轉電機M3、M4，分別用于驅動左旋轉軸和右旋轉軸，左、右滑動電機M5、M6,分別用于驅動左滑動機構和右滑動機構，以及收纖電機M7,用于驅動收纖軸；所述主控制器分別與各電機Mf M7的伺服驅動器SfS7連接，用于控制各電機Mf M7的協同動作。上述技術方案中，所述左旋轉軸和右旋轉軸上分別設有張力傳感器Tl和T2，張力傳感器Tl和T2的信號輸出端分別與所述主控制器連接。上述技術方案中，所述主控制器為PLC主控單元。
上述技術方案中，所述左滑動機構由螺紋配合的左絲桿和左滑塊構成，收纖軸左段設置于左滑塊上，左滑動電機M5的輸出端與左絲桿連接；所述右滑動機構由螺紋配合的右絲桿和右滑塊構成，收纖軸右段設置于右滑塊上，右滑動電機M6的輸出端與右絲桿連接。上述技術方案中，所述主控制器還連有人機交互裝置。與現有技術相比，本發明的有益效果在于左、右放纖軸分設于左、右收纖軸上且臥式布置，并分別由單獨的電機驅動實現正/反轉，可保證光纖環繞制過程中放纖軸和收纖軸良好的同軸度，且機械振動不會影響收纖軸的排纖精密度；左、右旋轉軸也分設于左、右收纖軸上且臥式布置，并分別由單獨的電機驅動，可實現放纖軸與旋轉軸的同步或異步轉動控制；主控制器采集收纖軸伺服電機的高速脈沖來實時控制左右滑動機構移動的速度，并結合繞制光纖的直徑控制左右滑動機構的位移，從而真正實現了精密排纖；利用伺服電機反饋的脈沖數來實現精確計數，例如，若收纖軸伺服電機每轉一圈向主控制器反饋回4000個脈沖，即檢測到4000個脈沖時，主控制器的匝數計數值自動加I匝，由于一圈為·360°，則計數分辨率為360° /4000=0. 09°，計數誤差僅為1/4000=0. 025%。


圖I為本發明一個實施例中繞環機構的結構示意圖。圖2為圖I實施例中電氣控制部分的框圖。圖中1 一左放纖軸(其中1. I一放纖環裝夾機構)，2—右放纖軸(其中2. I—放纖環裝夾機構)，3—左旋轉軸(其中3. I—左旋轉支架、3. 2—左導纖輪)，4一右旋轉軸(其中4. I一右旋轉支架、4. 2—右導纖輪)，5—左滑動機構(其中5. I—左絲桿、5. 2—左滑塊)，6—右滑動機構(其中6. I—右絲桿、6. 2—右滑塊)，7—收纖軸(其中7. I—收纖軸左段、7. 2—收纖軸右段)，8—收纖盤。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施例作進一步的詳細描述。如圖I和圖2所示，本發明的一種自動光纖環繞制機控制系統，包括繞環機構、驅動機構和主控制器。具體來說。繞環機構包括由收纖軸左段7. I和收纖軸右段7. 2構成的收纖軸7，與收纖軸7同軸且兩兩相對設置的左放纖軸I和右放纖軸2、左旋轉軸3和右旋轉軸4，以及左滑動機構5和右滑動機構。使用中，收纖軸左段7. I和收纖軸右段7. 2之間可通過氣缸頂緊裝置固定收纖盤8。左滑動機構5由螺紋配合的左絲桿5. I和左滑塊5. 2構成；右滑動機構6由螺紋配合的右絲桿6. I和右滑塊6. 2構成。左放纖軸I和左旋轉軸3套裝在收纖軸左段7. I上，收纖軸左段7. I設置于左滑動機構5的左滑塊5. 2上，用于通過左絲桿5. I的旋轉帶動左滑塊5. 2平移，實現收纖軸左段7. I的軸向移動。右放纖軸2和右旋轉軸4套裝在收纖軸右段7. 2上，收纖軸右段7. 2設置于右滑動機構6的右滑塊6. 2上，用于通過右絲桿6. I的旋轉帶動右滑塊6. 2平移，實現收纖軸右段7. 2的軸向移動。左旋轉軸3通過左旋轉支架3. I設有左導纖輪3. 2，右旋轉軸4通過右旋轉支架4. I設有右導纖輪4. 2，在左旋轉支架3. I和右旋轉支架4. I上還分別設有張力傳感器Tl和T2，可監控光纖張力。
驅動機構包括交流伺服電機M1 M7，其中左、右放纖電機Ml、M2，分別通過同步帶與左放纖軸I和右放纖軸2連接，用于驅動左放纖軸I和右放纖軸2的旋轉；左、右旋轉電機M3、M4，分別通過同步帶與左旋轉軸3和右旋轉軸4連接，用于驅動左旋轉軸3和右旋轉軸4的旋轉；左、右滑動電機M5、M6，分別通過同步帶與左絲桿5. I和右絲桿6. I連接，用于驅動左滑塊5. 2和右滑塊6. 2的平移；收纖電機M7與通過同步帶與收纖軸左段7. I的左端處連接，用于驅動收纖軸7旋轉。本實施例采用的主控制器為PLC主控單元，分別與各交流伺服電機Mf M7的伺服驅動器Sf S7連接，同時上述張力傳感器Tl和T2的信號輸出端也與PLC主控單元連接。這樣，PLC主控單元能接受各伺服控制器Sf S7及張力傳感器T1、T2送來的信號，并按一定的算法同步控制各交流伺服電機Mf Μ7協調運轉。為了方便、及時、準確地對系統中相關參數進行處理及顯示，確保繞制過程得到有效地監督，PLC主控單元還連有人機交互裝置，該裝置可以是工業觸摸屏，也可以是電腦顯示器加上輸入設備。人機交互裝置通過專用接口與 PLC主控單元連接，與PLC進行數據交互傳輸，控制系統動作。利用本發明的控制系統進行光纖環的四級對稱繞法，其主要過程如下。系統上電后，PLC主控單元處于“RUN”狀態，等待人機交互裝置的命令。各伺服驅動器Sf S7及各交流伺服電機Mf M7處于“待運行”狀態。通過人機交互裝置輸入設定的參數及命令，PLC主控單元則從通訊端口獲得人機交互裝置的參數及命令,執行相應動作，控制各交流伺服電機Μ1 M7運動。當對左半部分光纖進行繞制時，也即當圖I中本發明的左邊系統繞制時，首先通過人機交互裝置輸入的命令將左滑塊5. 2移動到左導纖輪3. 2與收纖盤8的左側端面豎直對齊的位置；并將右滑塊6. 2移動到遠離收纖盤8的位置，以免左導纖輪3. 2與右導纖輪4. 2相撞。PLC主控單元通過專用通訊端口將速度同步傳遞給收纖軸伺服控制器S7和右旋轉軸伺服控制器S4，則收纖電機M7和右旋轉電機M4具有相同的速度。PLC主控單元直接通過內部地址傳遞將人機交互裝置設定的速度送到左放纖軸伺服控制器SI和右放纖軸伺服控制器S2。左邊系統繞制時，左旋轉軸3速度為0，收纖軸7和左放纖軸I具有相同的速度，采用左放纖軸I主動放纖的方式完成左半部分光纖的繞制。同時，在繞制過程中具有實時張力控制，即通過左張力傳感器Tl顯示和采集實時張力送入PLC主控單元，PLC主控單元根據設定張力值與實際值的偏差實時修正左放纖軸I的放纖速度，達到張力控制的目的。PLC主控單元還通過收纖軸7的速度和光纖直徑計算出實時移動距離，控制左滑塊5. 2帶動左放纖軸I和左旋轉軸3以相對靜止的方式沿收纖軸7向右移動，保證左導纖輪3. 2始終與當前光纖的排列位置在同一豎直面上，實現精密排纖。左邊系統繞制時，右邊系統的右放纖軸2和右旋轉軸4以與收纖軸7相同的速度旋轉，從而保證收纖軸7在運動時右邊系統與收纖軸7相對靜止。如果在繞制過程中，繞制的質量不合格，本發明的控制系統還具有自動退繞功能，并且可以保證在退繞過程中的張力平穩。退繞時，人機交互裝置命令PLC主控單元改變收纖軸7、左放纖軸I和左旋轉軸3的旋轉方向，使收纖軸7、左放纖軸I以相反的方向旋轉；同時控制右邊系統的右放纖軸2、右旋轉軸4以與放纖軸7相同的速度和方向旋轉。并且PLC主控單元根據設定張力值與實際值的偏差實時修正左放纖軸I的放纖速度，達到退繞過程中張力控制的目的。同時，左滑動機構5帶動左放纖軸I和左旋轉軸3以相對靜止的方式自動沿收纖軸7向左移動。當用左半部分光纖環繞制完成第一層后，第二層則用右半部分光纖進行繞制。此時，本發明中的右邊系統工作。控制原理與上述左邊系統一致。收纖軸7與右放纖軸2以相同的速度旋轉，左放纖軸I和左旋轉軸3以與收纖軸7相同的速度旋轉，保持三者間的相對靜止。右張力傳感器T2反饋右放纖軸3的修正速度，保證實時張力與設定值一致。PLC主控單元控制右滑動機構6以準確的位移向左移動，實現精密排纖的過程。當第二層繞制完成時，第三層也是用右半部分光纖進行繞制。當右邊系統工作完成時，第四層則用左半部分光纖，通過左邊系統工作完成繞制。至此完成一個周期的四極對稱繞制。后續可以利用發明中的控制系統完成多周期的四極對稱繞制，如32層，64層等。同時本控制系統亦可以完成平繞等其它方式的光纖環繞制。本發明的核心在于通過主控制器分別控制繞環機構的各繞環部件，并實現協同動 作，自動完成繞環過程，無需人工干預繞環部件，實現精密排纖和高效繞制。所以其保護范圍并不限于上述實施例。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變形而不脫離本發明的范圍和精神，例如主控制器的種類，左、右滑動機構5、6的結構均不限于實施例所述，采用其它常規結構也能夠實現協同控制和平移導向等。倘若這些改動和變形屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發明也意圖包含這些改動和變形在內。
權利要求
1.一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于包括繞環機構、驅動機構和主控制器；所述繞環機構包括由收纖軸左段(7. I)和收纖軸右段(7. 2)構成的收纖軸(7)，以及與收纖軸(7)同軸且兩兩相對設置的左放纖軸(I)和右放纖軸(2)、左旋轉軸(3)和右旋轉軸(4);左放纖軸(I)和左旋轉軸(3)套裝在收纖軸左段(7. I)上，收纖軸左段(7. I)設置于左滑動機構(5)上，用于收纖軸左段(7. I)的軸向移動；右放纖軸(2)和右旋轉軸(4)套裝在收纖軸右段(7. 2)上，收纖軸右段(7. 2)設置于右滑動機構(6)上，用于收纖軸右段(7. 2)的軸向移動；所述驅動機構包括左、右放纖電機Ml、M2，分別用于驅動左放纖軸(I)和右放纖軸(2)，左、右旋轉電機M3、M4，分別用于驅動左旋轉軸(3)和右旋轉軸(4)，左、右滑動電機M5、M6,分別用于驅動左滑動機構(5)和右滑動機構(6),以及收纖電機M7,用于驅動收纖軸(7);所述主控制器分別與各電機MfM7的伺服驅動器Sf S7連接，用于控制各電機Μ1 Μ7的協同動作。
2.根據權利要求I所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述左旋轉軸(3)和右旋轉軸(4)上分別設有張力傳感器Tl和T2，張力傳感器Tl和T2的信號輸出端分別與所述主控制器連接。
3.根據權利要求I或2所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述主控制器為PLC主控單元。
4.根據權利要求I或2所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述左滑動機構(5)由螺紋配合的左絲桿(5. I)和左滑塊(5. 2)構成，收纖軸左段(7. I)設置于左滑塊(5. 2)上，左滑動電機M5的輸出端與左絲桿(5. I)連接；所述右滑動機構(6)由螺紋配合的右絲桿(6. I)和右滑塊(6. 2)構成，收纖軸右段(7. 2)設置于右滑塊(6. 2)上，右滑動電機M6的輸出端與右絲桿(6. I)連接。
5.根據權利要求3所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述左滑動機構(5)由螺紋配合的左絲桿(5. I)和左滑塊(5. 2)構成，收纖軸左段(7. I)設置于左滑塊(5. 2)上，左滑動電機M5的輸出端與左絲桿(5. I)連接；所述右滑動機構(6)由螺紋配合的右絲桿(6. I)和右滑塊(6. 2)構成，收纖軸右段(7. 2)設置于右滑塊(6. 2)上，右滑動電機M6的輸出端與右絲桿(6. I)連接。
6.根據權利要求I或2所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述主控制器還連有人機交互裝置。
7.根據權利要求3所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述主控制器還連有人機交互裝置。
8.根據權利要求4所述的一種自動光纖環繞制機控制系統，其特征在于所述主控制器還連有人機交互裝置。
全文摘要
一種自動光纖環繞制機控制系統，包括繞環機構、驅動機構和主控制器；所述繞環機構包括由收纖軸左段和收纖軸右段構成的收纖軸，以及與收纖軸同軸且兩兩相對設置的左放纖軸和右放纖軸、左旋轉軸和右旋轉軸；左放纖軸和左旋轉軸套裝在收纖軸左段上，收纖軸左段設置于左滑動機構上；右放纖軸和右旋轉軸套裝在收纖軸右段上，收纖軸右段設置于右滑動機構上；所述驅動機構包括左、右放纖電機M1、M2，分別用于驅動左放纖軸和右放纖軸，左、右旋轉電機M3、M4，分別用于驅動左旋轉軸和右旋轉軸，左、右滑動電機M5、M6，分別用于驅動左滑動機構和右滑動機構，以及收纖電機M7，用于驅動收纖軸；所述主控制器分別與各電機M1~M7的伺服驅動器S1~S7連接。
文檔編號G01C25/00GK102901494SQ20121036851
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者楊娟, 郭偉華, 李宏, 李家樂, 周紅偉, 曲勇軍, 汪洪海, 皮亞斌 申請人:武漢長盈通光電技術有限公司