專利名稱：一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及光纖陀螺等光纖傳感器中光纖環(huán)的繞制，具體地指一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖陀螺儀是利用光纖傳感技術(shù)測量空間慣性轉(zhuǎn)動率的一種新型傳感器，它廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、導(dǎo)彈等各種載體，成為各種運(yùn)動載體自動控制、制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)中測定角速度、角加速度、姿態(tài)、方位的重要元件。光纖陀螺與通常使用的機(jī)械陀螺和激光陀螺相t匕，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，目前在很多領(lǐng)域已完全取代了機(jī)械陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。光纖陀螺的應(yīng)用前景十分廣闊，它不僅用于飛機(jī)、船舶的導(dǎo)航，導(dǎo)彈制導(dǎo)，宇宙飛船的高精度位置控制，而且在民用上可應(yīng)用于高級轎車的導(dǎo)向，以及機(jī)器人和自動化控制系統(tǒng)中等等。光纖環(huán)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(huán)繞制質(zhì)量的好壞，直接影響光纖陀螺的性能和精度。目前，光纖環(huán)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(huán)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(yù)的方式，生產(chǎn)效率低、性能一致性差、質(zhì)量無法保證，故光纖環(huán)的繞制亟需一種可以實(shí)現(xiàn)全自動化四極對稱法繞制的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖環(huán)繞制機(jī)的全自動控制，繞制過程中無需人工干預(yù)，且排纖精密、繞制效率高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，包括繞環(huán)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和主控制器；所述繞環(huán)機(jī)構(gòu)包括由收纖軸左段和收纖軸右段構(gòu)成的收纖軸，以及與收纖軸同軸且兩兩相對設(shè)置的左放纖軸和右放纖軸、左旋轉(zhuǎn)軸和右旋轉(zhuǎn)軸；左放纖軸和左旋轉(zhuǎn)軸套裝在收纖軸左段上，收纖軸左段設(shè)置于左滑動機(jī)構(gòu)上，用于收纖軸左段的軸向移動；右放纖軸和右旋轉(zhuǎn)軸套裝在收纖軸右段上，收纖軸右段設(shè)置于右滑動機(jī)構(gòu)上，用于收纖軸右段的軸向移動；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括左、右放纖電機(jī)Ml、M2，分別用于驅(qū)動左放纖軸和右放纖軸，左、右旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3、M4，分別用于驅(qū)動左旋轉(zhuǎn)軸和右旋轉(zhuǎn)軸，左、右滑動電機(jī)M5、M6,分別用于驅(qū)動左滑動機(jī)構(gòu)和右滑動機(jī)構(gòu)，以及收纖電機(jī)M7,用于驅(qū)動收纖軸；所述主控制器分別與各電機(jī)Mf M7的伺服驅(qū)動器SfS7連接，用于控制各電機(jī)Mf M7的協(xié)同動作。上述技術(shù)方案中，所述左旋轉(zhuǎn)軸和右旋轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)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(shù)方案中，所述主控制器為PLC主控單元。
上述技術(shù)方案中，所述左滑動機(jī)構(gòu)由螺紋配合的左絲桿和左滑塊構(gòu)成，收纖軸左段設(shè)置于左滑塊上，左滑動電機(jī)M5的輸出端與左絲桿連接；所述右滑動機(jī)構(gòu)由螺紋配合的右絲桿和右滑塊構(gòu)成，收纖軸右段設(shè)置于右滑塊上，右滑動電機(jī)M6的輸出端與右絲桿連接。上述技術(shù)方案中，所述主控制器還連有人機(jī)交互裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于左、右放纖軸分設(shè)于左、右收纖軸上且臥式布置，并分別由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)正/反轉(zhuǎn)，可保證光纖環(huán)繞制過程中放纖軸和收纖軸良好的同軸度，且機(jī)械振動不會影響收纖軸的排纖精密度；左、右旋轉(zhuǎn)軸也分設(shè)于左、右收纖軸上且臥式布置，并分別由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)放纖軸與旋轉(zhuǎn)軸的同步或異步轉(zhuǎn)動控制；主控制器采集收纖軸伺服電機(jī)的高速脈沖來實(shí)時控制左右滑動機(jī)構(gòu)移動的速度，并結(jié)合繞制光纖的直徑控制左右滑動機(jī)構(gòu)的位移，從而真正實(shí)現(xiàn)了精密排纖；利用伺服電機(jī)反饋的脈沖數(shù)來實(shí)現(xiàn)精確計數(shù)，例如，若收纖軸伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)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(shù)計數(shù)值自動加I匝，由于一圈為·360°，則計數(shù)分辨率為360° /4000=0. 09°，計數(shù)誤差僅為1/4000=0. 025%。


圖I為本發(fā)明一個實(shí)施例中繞環(huán)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I實(shí)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(huán)裝夾機(jī)構(gòu))，2—右放纖軸(其中2. I—放纖環(huán)裝夾機(jī)構(gòu))，3—左旋轉(zhuǎn)軸(其中3. I—左旋轉(zhuǎn)支架、3. 2—左導(dǎo)纖輪)，4一右旋轉(zhuǎn)軸(其中4. I一右旋轉(zhuǎn)支架、4. 2—右導(dǎo)纖輪)，5—左滑動機(jī)構(gòu)(其中5. I—左絲桿、5. 2—左滑塊)，6—右滑動機(jī)構(gòu)(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(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，包括繞環(huán)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和主控制器。具體來說。繞環(huán)機(jī)構(gòu)包括由收纖軸左段7. I和收纖軸右段7. 2構(gòu)成的收纖軸7，與收纖軸7同軸且兩兩相對設(shè)置的左放纖軸I和右放纖軸2、左旋轉(zhuǎn)軸3和右旋轉(zhuǎn)軸4，以及左滑動機(jī)構(gòu)5和右滑動機(jī)構(gòu)。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(jī)構(gòu)5由螺紋配合的左絲桿5. I和左滑塊5. 2構(gòu)成；右滑動機(jī)構(gòu)6由螺紋配合的右絲桿6. I和右滑塊6. 2構(gòu)成。左放纖軸I和左旋轉(zhuǎn)軸3套裝在收纖軸左段7. I上，收纖軸左段7. I設(shè)置于左滑動機(jī)構(gòu)5的左滑塊5. 2上，用于通過左絲桿5. I的旋轉(zhuǎn)帶動左滑塊5. 2平移，實(shí)現(xiàn)收纖軸左段7. I的軸向移動。右放纖軸2和右旋轉(zhuǎn)軸4套裝在收纖軸右段7. 2上，收纖軸右段7. 2設(shè)置于右滑動機(jī)構(gòu)6的右滑塊6. 2上，用于通過右絲桿6. I的旋轉(zhuǎn)帶動右滑塊6. 2平移，實(shí)現(xiàn)收纖軸右段7. 2的軸向移動。左旋轉(zhuǎn)軸3通過左旋轉(zhuǎn)支架3. I設(shè)有左導(dǎo)纖輪3. 2，右旋轉(zhuǎn)軸4通過右旋轉(zhuǎn)支架4. I設(shè)有右導(dǎo)纖輪4. 2，在左旋轉(zhuǎn)支架3. I和右旋轉(zhuǎn)支架4. I上還分別設(shè)有張力傳感器Tl和T2，可監(jiān)控光纖張力。
驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括交流伺服電機(jī)M1 M7，其中左、右放纖電機(jī)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(qū)動左放纖軸I和右放纖軸2的旋轉(zhuǎn)；左、右旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3、M4，分別通過同步帶與左旋轉(zhuǎn)軸3和右旋轉(zhuǎn)軸4連接，用于驅(qū)動左旋轉(zhuǎn)軸3和右旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)；左、右滑動電機(jī)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(qū)動左滑塊5. 2和右滑塊6. 2的平移；收纖電機(jī)M7與通過同步帶與收纖軸左段7. I的左端處連接，用于驅(qū)動收纖軸7旋轉(zhuǎn)。本實(shí)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(jī)Mf M7的伺服驅(qū)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(jī)Mf Μ7協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了方便、及時、準(zhǔn)確地對系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行處理及顯示，確保繞制過程得到有效地監(jiān)督，PLC主控單元還連有人機(jī)交互裝置，該裝置可以是工業(yè)觸摸屏，也可以是電腦顯示器加上輸入設(shè)備。人機(jī)交互裝置通過專用接口與 PLC主控單元連接，與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸，控制系統(tǒng)動作。利用本發(fā)明的控制系統(tǒng)進(jìn)行光纖環(huán)的四級對稱繞法，其主要過程如下。系統(tǒng)上電后，PLC主控單元處于“RUN”狀態(tài)，等待人機(jī)交互裝置的命令。各伺服驅(qū)動器Sf S7及各交流伺服電機(jī)Mf M7處于“待運(yùn)行”狀態(tài)。通過人機(jī)交互裝置輸入設(shè)定的參數(shù)及命令，PLC主控單元則從通訊端口獲得人機(jī)交互裝置的參數(shù)及命令,執(zhí)行相應(yīng)動作，控制各交流伺服電機(jī)Μ1 M7運(yùn)動。當(dāng)對左半部分光纖進(jìn)行繞制時，也即當(dāng)圖I中本發(fā)明的左邊系統(tǒng)繞制時，首先通過人機(jī)交互裝置輸入的命令將左滑塊5. 2移動到左導(dǎo)纖輪3. 2與收纖盤8的左側(cè)端面豎直對齊的位置；并將右滑塊6. 2移動到遠(yuǎn)離收纖盤8的位置，以免左導(dǎo)纖輪3. 2與右導(dǎo)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(zhuǎn)軸伺服控制器S4，則收纖電機(jī)M7和右旋轉(zhuǎn)電機(jī)M4具有相同的速度。PLC主控單元直接通過內(nèi)部地址傳遞將人機(jī)交互裝置設(shè)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(tǒng)繞制時，左旋轉(zhuǎn)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(shí)時張力控制，即通過左張力傳感器Tl顯示和采集實(shí)時張力送入PLC主控單元，PLC主控單元根據(jù)設(shè)定張力值與實(shí)際值的偏差實(shí)時修正左放纖軸I的放纖速度，達(dá)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(shí)時移動距離，控制左滑塊5. 2帶動左放纖軸I和左旋轉(zhuǎn)軸3以相對靜止的方式沿收纖軸7向右移動，保證左導(dǎo)纖輪3. 2始終與當(dāng)前光纖的排列位置在同一豎直面上，實(shí)現(xiàn)精密排纖。左邊系統(tǒng)繞制時，右邊系統(tǒng)的右放纖軸2和右旋轉(zhuǎn)軸4以與收纖軸7相同的速度旋轉(zhuǎn)，從而保證收纖軸7在運(yùn)動時右邊系統(tǒng)與收纖軸7相對靜止。如果在繞制過程中，繞制的質(zhì)量不合格，本發(fā)明的控制系統(tǒng)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(wěn)。退繞時，人機(jī)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(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)方向，使收纖軸7、左放纖軸I以相反的方向旋轉(zhuǎn)；同時控制右邊系統(tǒng)的右放纖軸2、右旋轉(zhuǎn)軸4以與放纖軸7相同的速度和方向旋轉(zhuǎn)。并且PLC主控單元根據(jù)設(shè)定張力值與實(shí)際值的偏差實(shí)時修正左放纖軸I的放纖速度，達(dá)到退繞過程中張力控制的目的。同時，左滑動機(jī)構(gòu)5帶動左放纖軸I和左旋轉(zhuǎn)軸3以相對靜止的方式自動沿收纖軸7向左移動。當(dāng)用左半部分光纖環(huán)繞制完成第一層后，第二層則用右半部分光纖進(jìn)行繞制。此時，本發(fā)明中的右邊系統(tǒng)工作。控制原理與上述左邊系統(tǒng)一致。收纖軸7與右放纖軸2以相同的速度旋轉(zhuǎn)，左放纖軸I和左旋轉(zhuǎn)軸3以與收纖軸7相同的速度旋轉(zhuǎn)，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(shí)時張力與設(shè)定值一致。PLC主控單元控制右滑動機(jī)構(gòu)6以準(zhǔn)確的位移向左移動，實(shí)現(xiàn)精密排纖的過程。當(dāng)?shù)诙永@制完成時，第三層也是用右半部分光纖進(jìn)行繞制。當(dāng)右邊系統(tǒng)工作完成時，第四層則用左半部分光纖，通過左邊系統(tǒng)工作完成繞制。至此完成一個周期的四極對稱繞制。后續(xù)可以利用發(fā)明中的控制系統(tǒng)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(tǒng)亦可以完成平繞等其它方式的光纖環(huán)繞制。本發(fā)明的核心在于通過主控制器分別控制繞環(huán)機(jī)構(gòu)的各繞環(huán)部件，并實(shí)現(xiàn)協(xié)同動 作，自動完成繞環(huán)過程，無需人工干預(yù)繞環(huán)部件，實(shí)現(xiàn)精密排纖和高效繞制。所以其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如主控制器的種類，左、右滑動機(jī)構(gòu)5、6的結(jié)構(gòu)均不限于實(shí)施例所述，采用其它常規(guī)結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同控制和平移導(dǎo)向等。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于包括繞環(huán)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和主控制器；所述繞環(huán)機(jī)構(gòu)包括由收纖軸左段(7. I)和收纖軸右段(7. 2)構(gòu)成的收纖軸(7)，以及與收纖軸(7)同軸且兩兩相對設(shè)置的左放纖軸(I)和右放纖軸(2)、左旋轉(zhuǎn)軸(3)和右旋轉(zhuǎn)軸(4);左放纖軸(I)和左旋轉(zhuǎn)軸(3)套裝在收纖軸左段(7. I)上，收纖軸左段(7. I)設(shè)置于左滑動機(jī)構(gòu)(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(zhuǎn)軸(4)套裝在收纖軸右段(7. 2)上，收纖軸右段(7. 2)設(shè)置于右滑動機(jī)構(gòu)(6)上，用于收纖軸右段(7. 2)的軸向移動；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括左、右放纖電機(jī)Ml、M2，分別用于驅(qū)動左放纖軸(I)和右放纖軸(2)，左、右旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3、M4，分別用于驅(qū)動左旋轉(zhuǎn)軸(3)和右旋轉(zhuǎn)軸(4)，左、右滑動電機(jī)M5、M6,分別用于驅(qū)動左滑動機(jī)構(gòu)(5)和右滑動機(jī)構(gòu)(6),以及收纖電機(jī)M7,用于驅(qū)動收纖軸(7);所述主控制器分別與各電機(jī)MfM7的伺服驅(qū)動器Sf S7連接，用于控制各電機(jī)Μ1 Μ7的協(xié)同動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述左旋轉(zhuǎn)軸(3)和右旋轉(zhuǎn)軸(4)上分別設(shè)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(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器為PLC主控單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述左滑動機(jī)構(gòu)(5)由螺紋配合的左絲桿(5. I)和左滑塊(5. 2)構(gòu)成，收纖軸左段(7. I)設(shè)置于左滑塊(5. 2)上，左滑動電機(jī)M5的輸出端與左絲桿(5. I)連接；所述右滑動機(jī)構(gòu)(6)由螺紋配合的右絲桿(6. I)和右滑塊(6. 2)構(gòu)成，收纖軸右段(7. 2)設(shè)置于右滑塊(6. 2)上，右滑動電機(jī)M6的輸出端與右絲桿(6. I)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述左滑動機(jī)構(gòu)(5)由螺紋配合的左絲桿(5. I)和左滑塊(5. 2)構(gòu)成，收纖軸左段(7. I)設(shè)置于左滑塊(5. 2)上，左滑動電機(jī)M5的輸出端與左絲桿(5. I)連接；所述右滑動機(jī)構(gòu)(6)由螺紋配合的右絲桿(6. I)和右滑塊(6. 2)構(gòu)成，收纖軸右段(7. 2)設(shè)置于右滑塊(6. 2)上，右滑動電機(jī)M6的輸出端與右絲桿(6. I)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器還連有人機(jī)交互裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器還連有人機(jī)交互裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器還連有人機(jī)交互裝置。
全文摘要
一種自動光纖環(huán)繞制機(jī)控制系統(tǒng)，包括繞環(huán)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和主控制器；所述繞環(huán)機(jī)構(gòu)包括由收纖軸左段和收纖軸右段構(gòu)成的收纖軸，以及與收纖軸同軸且兩兩相對設(shè)置的左放纖軸和右放纖軸、左旋轉(zhuǎn)軸和右旋轉(zhuǎn)軸；左放纖軸和左旋轉(zhuǎn)軸套裝在收纖軸左段上，收纖軸左段設(shè)置于左滑動機(jī)構(gòu)上；右放纖軸和右旋轉(zhuǎn)軸套裝在收纖軸右段上，收纖軸右段設(shè)置于右滑動機(jī)構(gòu)上；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括左、右放纖電機(jī)M1、M2，分別用于驅(qū)動左放纖軸和右放纖軸，左、右旋轉(zhuǎn)電機(jī)M3、M4，分別用于驅(qū)動左旋轉(zhuǎn)軸和右旋轉(zhuǎn)軸，左、右滑動電機(jī)M5、M6，分別用于驅(qū)動左滑動機(jī)構(gòu)和右滑動機(jī)構(gòu)，以及收纖電機(jī)M7，用于驅(qū)動收纖軸；所述主控制器分別與各電機(jī)M1~M7的伺服驅(qū)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(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)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(shù)有限公司