CN111380461A

CN111380461A - 一种电缆卷绕状态检测系统

Info

Publication number: CN111380461A
Application number: CN202010317456.6A
Authority: CN
Inventors: 范巍; 张静怡; 程超; 徐志良
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2020-07-07

Abstract

本发明公开了一种电缆卷绕状态监测系统，包括电缆盘、激光传感器、数据测量单元和数据拟合单元，其中：电缆卷绕于水平放置的电缆盘上；激光传感器安装在一定位置使得电缆处于扫描范围内，并通过以太网端口与计算机相连；激光传感器将电缆表面的扫描点的二维数据传输至计算机，通过数据测量单元，对数据进行过滤和储存；采用半径约束的最小二乘圆拟合算法对数据进行拟合，使得电缆卷绕状态实时可知。本发明能实现对电缆卷绕状态实时、安全且高效地监测。

Description

一种电缆卷绕状态检测系统

技术领域

本发明涉及电缆卷绕监测技术，尤其是一种电缆卷绕状态检测系统。

背景技术

将电缆紧密整齐地卷绕于电缆盘上是电缆生产过程中的一道重要工序，电缆排列不整齐，尤其是电缆间隔过大会造成卷绕的电缆长度过短，达不到实际应用标准的情况。随着生产线自动化水平的不断发展，对电缆在卷绕过程中是否排列整齐紧密的监测要求也随之提高。

目前，对于电缆卷绕过程的改善大多集中在电缆卷筒的控制方式上，通过新型电缆卷筒的应用可提高电缆卷绕的效率，但其无法对电缆排列状态进行实时监测；也可见一种新型移动卷缆监测系统，其通过发出检测射线再形成状态图像对电缆卷绕过程进行正常与否的判断，但射线对人体有一定危害。因此，现有的电缆卷绕缺乏实时、安全且高效地监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆卷绕状态监测系统，以实现对电缆卷绕状态实时、安全且高效地监测。

实现本发明目的的技术方案为：一种电缆卷绕状态监测系统，包括电缆盘、激光传感器、数据测量单元和数据拟合单元；其中：

电缆卷绕于电缆盘之上，且随时间在电缆盘两侧的内壁间做水平往返运动；

所述激光传感器的激光发射面正对电缆盘，照射电缆表面产生扫描点，向数据测量单元传输扫描点的二维数据；

所述数据测量单元用于向激光传感器输出参数信号，接收激光传感器传回的测量数据并保存；

所述数据拟合单元用于对数据测量单元保存的二维测量数据进行拟合。

进一步的，所述电缆直径为25mm以上，且表面材料的反光率大于30％。

进一步的，所述电缆盘规格要求如下：

0m＜D≤0.92m时，

0.92m＜D＜2.9m时，

其中D为电缆卷筒内宽，H为电缆卷绕完成后高度；电缆盘旋转一圈的时间t应满足：t>T/f；其中T为满足检测精度要求的平均扫描次数，f为传感器的扫描频率。

进一步的，所述激光传感器为LMS400-1000二维激光传感器，扫描范围为扇形，用于采集距离和角度二维数据。

进一步的，所述激光传感器的激光发射面与电缆盘轴线垂直。

进一步的，所述数据测量单元为传感器配套控制单元SOPAS ET，通过该单元设置传感器参数以及滤波选择，传感器参数包括角分辨率和扫描频率，并对其测量的数据进行过滤与筛选。

进一步的，所述数据拟合单元进行电缆盘的边界拟合，从预处理数据中选取左右若干点的横坐标求取算数平均值，作为边界位置的估计值；选出位于拟合边界内的扫描点数据，通过半径约束的最小二乘法对数据进行拟合；根据拟合结果确定电缆间及电缆与电缆盘间的位置关系，获得电缆的排列情况。

进一步的，所述数据拟合单元的拟合结果在计算机显示屏上输出。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明公开了一种电缆卷绕状态监测系统，通过采用LMS400-1000二维激光传感器对电缆卷绕进行监测，可通过数据测量单元调整传感器的扫描频率与激光角度分辨率等参数以适应不同的工况，并传输回扫描点的二维数据，结合数据拟合单元完成对电缆卷绕状态的分析，不仅实现了电缆卷绕状态的实时监测，也提高了监测的安全性和高效性。

附图说明

图1为本发明电缆卷绕状态监测系统结构示意图。

图2(a)～图2(c)为本发明实施例公开的可测出的几种电缆排列状态示意图，其中图2(a)为电缆排列整齐示意图，图2(b)为电缆排列不紧密示意图，图2(c)为电缆排列拥挤不整齐示意图。

图3(a)～图3(b)为本发明实施例公开的数据拟合单元的拟合过程示意图，其中图3(a)为边界的拟合示意图，图3(b)为电缆拟合示意图。

图4为本发明实施例公开的二维激光传感器检测范围示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种电缆卷绕状态监测系统，以实现对电缆卷绕状态实时、安全且高效地监测。

如图1所示，一种电缆卷绕状态监测系统，包括电缆盘1、激光传感器3、数据测量单元5、数据拟合单元6，其中数据测量单元5、数据拟合单元6集成在计算机4内；其中：

电缆2卷绕于电缆盘1之上，且随时间在电缆盘1两侧的内壁间做水平往返运动；

激光传感器3的激光发射面正对电缆盘1，照射电缆表面产生扫描点，接口端与计算机4相连，向计算机传输扫描点的二维数据；

数据测量单元5，向激光传感器3输出参数信号，接收激光传感器3测量信号；

数据拟合单元6，调用数据测量单元5保存的二维测量数据，并将拟合结果在计算机4显示屏上输出。

具体的，电缆2直径为25mm及以上，且表面材料的反光率大于30％；电缆盘1规格要求如下：0m＜D≤0.92m时，

0.92m＜D＜2.9m时，H≤

其中D为电缆卷筒内宽，单位m，H为电缆卷绕完成后高度，单位m。电缆盘1旋转一圈的时间t应满足：t>T/f。其中T为满足检测精度要求的平均扫描次数，传感器的扫描频率为f/Hz。激光传感器3为LMS400-1000二维激光传感器，采集距离和角度二维数据，其参数根据实际情况调整，传感器扫描范围如图4所示；数据测量单元5为激光传感器3配套控制单元SOPAS ET，可在计算机4上通过该单元设置激光传感器3参数，并对其测量的数据进行过滤与筛选；数据拟合单元6通过半径约束最小二乘法对数据进行拟合，并分析电缆2间及电缆2与电缆盘1间的位置关系，最终获得电缆2的排列情况。

在监测之前，根据已知的电缆型号调整激光传感器3的相应参数，传感器角度分辨率为0.1°～0.25°。在电缆2卷绕过程中，通过激光传感器3采集电缆2的二维排列信息，即每个扫描点的角度与距离，并输出至计算机4上的数据测量单元5；打开范围滤波、异常值滤波、均值滤波后，数据测量单元5通过过滤，降低原始数据的偏差并将筛选后的数据保存于计算机；数据拟合单元6调用处理后的数据，首先进行电缆盘1的边界拟合，从预处理数据中选取左右若干点的横坐标求取算数平均值，作为边界位置的估计值，边界的拟合示意图如图3(a)。确立电缆盘1的边界后再次进行筛选，选出位于拟合边界内的扫描点数据，并基于半径约束的最小二乘法对数据进行拟合，拟合示意图如图3(b)，虚线为拟合结果，对拟合结果进行分析可获得电缆盘1和电缆2的位置信息，即电缆卷绕状态，如图2(a)所示，电缆整齐卷绕于电缆盘上，传感器安装于电缆盘正上方，此时为电缆排列的理想情况。如图2(c)标号4所示，间隔过小引起电缆相互挤压而凸起，排列不整齐；又如图2(b)标号3所示，间隔过大致使电缆排列不紧密，排列不紧密。本发明电缆卷绕于电缆盘两端时，每层电缆距离卷盘内壁可能大于一根电缆直径如图2(b)标号1或小于一根电缆直径如图2(c)标号2；本实施例中数据拟合单元6的拟合精度小于2mm。

Claims

1.一种电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，包括电缆盘、激光传感器、数据测量单元和数据拟合单元；其中：

2.根据权利要求1所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述电缆直径为25mm以上，且表面材料的反光率大于30％。

3.根据权利要求1所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述电缆盘规格要求如下：

0m＜D≤0.92m时，

0.92m＜D＜2.9m时，

4.根据权利要求1所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述激光传感器为LMS400-1000二维激光传感器，扫描范围为扇形，用于采集距离和角度二维数据。

5.根据权利要求1或4所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述激光传感器的激光发射面与电缆盘轴线垂直。

6.根据权利要求1所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述数据测量单元为传感器配套控制单元SOPAS ET，通过该单元设置传感器参数以及滤波选择，传感器参数包括角分辨率和扫描频率，并对其测量的数据进行过滤与筛选。

7.根据权利要求1所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述数据拟合单元进行电缆盘的边界拟合，从预处理数据中选取左右若干点的横坐标求取算数平均值，作为边界位置的估计值；选出位于拟合边界内的扫描点数据，通过半径约束的最小二乘法对数据进行拟合；根据拟合结果确定电缆间及电缆与电缆盘间的位置关系，获得电缆的排列情况。

8.根据权利要求7所述的电缆卷绕状态监测系统，其特征在于，所述数据拟合单元的拟合结果在计算机显示屏上输出。