CN111240274B - 一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***及其控制方法 - Google Patents

一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在非圆形绕线***中等线速绕线控制***及其控制方法，属于工业控制技术领域，本发明在对非圆形光纤盘进行绕线时，非圆形光纤盘轮廓和表面分别会带动两个反射镜偏转进而导致CCD传感器上的两个光斑也发生偏移，通过微处理器对CCD传感器输出的电信号进行处理得到非圆形光纤盘的实时参数如各点线速度、所绕光纤层数、光纤盘偏转角度等，再利用微处理器对步进电机的驱动频率进行实时调控，从而以光学测量结合电子测控的方式对非圆形光纤盘的线速度进行控制，达到了非圆形光纤盘等线速绕线的目的。将该技术应用于光纤绕线机可实现非圆形光纤盘等线速度运动，进而实现了非圆形光纤盘上绕制的光纤分布均匀、张力恒定。

Description

一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***及其控制 方法
技术领域
本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种在非圆形绕线***中等线速绕线控制***及其控制方法。
背景技术
绕线机在生产应用方面有着广泛的应用，它是将线材如光纤、电线等按照一定规则绕制在特定工件上。在绕线***中，为保证绕线质量收线电机的速度需要得到稳定的控制。
利用光纤绕线机在标准的圆形的光纤盘绕制光纤较容易实现，但在非圆形的光纤盘上较难实现。在非圆形的光纤盘上绕制光纤很难保证绕制过程中光纤的线速度不变，这样容易导致光纤受到的力大小不一致，进而造成光纤不可恢复性的损伤并导致光纤损耗增大。在传统的光纤绕线机上，很难实现对非圆形光纤盘的绕制。非圆形光纤盘绕线存在着紧密度不够、张力控制不均等问题，导致了绕线质量不好，因此本发明提供了一种在非圆形绕线***中等线速绕线控制***及方法。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种在非圆形绕线***中等线速绕线控制***及其控制方法。
本发明通过如下技术方案实现：
一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***，包括第一激光器1、第二激光器2、第一准直透镜3、第二准直透镜4、第一反射镜5、第二反射镜6、定滑轮7、光纤刷8、非圆形光纤盘9、滤光片10、CCD传感器11、微处理器12、步进电机驱动器13、步进电机14、光电编码器15及底板，所述底板的一端固定安装有金属台26，另一端固定安装有固定板16，金属台26与固定板16之间固定安装有两对舞蹈轮，所述两对舞蹈轮分别为第一舞蹈轮及第二舞蹈轮；所述第一激光器1及第二激光器2通过机械臂17安装在固定板16上方，均与微处理器12连接；第一准直透镜3安装在第一激光器1的探头上，第二准直透镜4安装在第二激光器2的探头上；CCD传感器11通过支撑架18安装在固定板16上方；滤光片10安装在CCD传感器11前方，用来滤除干扰光；所述第一反射镜5通过第一金属杆20与第一舞蹈轮连接，定滑轮7的轴通过金属条19固定在第一金属杆20顶端，通过第一舞蹈轮的力的作用，使定滑轮7与非圆形光纤盘9的外轮廓相切；所述第二反射镜6通过第二金属杆21与第二舞蹈轮连接，光纤刷8通过螺丝固定在第二金属杆21顶端，通过第二舞蹈轮的力的作用，使光纤刷8与已绕制光纤的非圆形光纤盘9的最外层光纤表层相切；所述金属台26上安装有步进电机14，步进电机14通过联轴器与非圆形光纤盘9连接；步进电机14的后方通过联轴器与光电编码器15连接。当步进电机14带动非圆形光纤盘9在转动的过程中，会通过定滑轮7带动第一反射镜5进行偏转、同时通过光纤刷8带动第二反射镜6进行偏转，进而照射在CCD传感器11上的两个光斑也发生了偏移；光电编码器15用来反馈步进电机14的角速度。
进一步地，所述第一舞蹈轮由第一同心轮22及第一偏心轮23组成，第二舞蹈轮由第二同心轮24及第二偏心轮25组成。
进一步地，所述的第一激光器1和第二激光器2均采用深圳红外线激光科技公司生产的波长为980nm的近红外激光器，输出功率为50mW，型号为HW980AD50-16GD，采用近红外激光器可以有效减小可见光的干扰；第一准直透镜3和第二准直透镜4采用***光电公司生产的准直透镜，型号为TC12APC-780，波长范围为650nm-1050nm；滤光片10采用深圳纳宏光电公司的980nm窄波段带通滤光片，透过率≥90％；CCD传感器11采用一块深圳九星电子公司生产的面阵CCD传感器，型号是NS-700AS；微处理器12采用ARM架构的STM32f103zet6单片机；步进电机驱动器13采用雷赛科技有限公司生产的两相步进电机驱动器；光电编码器15采用增量式光电编码器，型号是LPD3806-400BM。
本发明的另一目的在于提供了一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制方法，具体步骤如下：
步骤一：通过微处理器12分别控制第一激光器1及第二激光器2发射的激光，分别通过第一准直透镜3、第二准直透镜4变成平行光，分别照射在第一反射镜5、第二反射镜6上，平行光经过第一反射镜5及第二反射镜6后被反射到安装了滤光片10的CCD传感器11上，在CCD传感器11上同时得到两个光斑，经第一反射镜5反射得到的光斑记为第一光斑，经第二反射镜6反射得到的光斑记为第二光斑；
步骤二：启动步进电机14带动非圆形光纤盘9转动，与非圆形光纤盘9外轮廓相切的定滑轮7带动第一反射镜5发生偏转，同时与非圆形光纤盘9上最外层光纤表层相切的光纤刷8带动第二反射镜6发生偏转，两束反射光也发生偏移，导致CCD传感器11上的两个光斑发生偏移，光斑的位置可以实时反应非圆形光纤盘9在转动过程中的位置；
步骤三：微处理器12根据CCD传感器11上的第一光斑的实时位置来计算非圆形光纤盘9转动的实时偏转角度、非圆形光纤盘9中心到非圆形光纤盘9表面的实时距离，该表面指的是未绕光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面。(文中的表面均指未绕光纤的非圆形光纤盘的待绕位置的表面；文中的表层均指绕制了光纤的非圆形光纤盘的最外层光纤表层)具体计算过程如下：CCD传感器11将第一光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器12，微处理器12对该不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；第一舞蹈轮支点即第一同心轮22圆心C，点C到非圆形光纤盘9中心A的距离L是不变的，定滑轮7与非圆形光纤盘9外轮廓的切点是点B，线段AB交未绕制光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面为点D，未绕制光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面到非圆形光纤盘轮廓的垂直距离BD为固定值p；∠ACB为α，线段AB⊥线段BC，故AB长为L·sinα，AD长为L·sinα-p，非圆形光纤盘9表面D点的线速度为(L·sinα-p)·ω，其中ω为步进电机14的角速度，受微处理器12输出PWM的频率控制；把整个运行时间划分为n个时间点，n越大则计算精度越高，在n个时间点上非圆形光纤盘9相对偏转角度∠ACB分别为α1，α2，α3……αn，因此在各个时间点上AB的长分别为L·sinα1，L·sinα2，L·sinα3……L·sinαn，在各个时间点上非圆形光纤盘9中心到非圆形光纤盘9表面距离AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinαn-p；
步骤四：通过CCD传感器11上的第二光斑来计算各个时间点上非圆形光纤盘9上已绕制的光纤层数以及光纤的实时线速度，具体过程如下：CCD传感器11将第二光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器12，微处理器12对该不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；第二舞蹈轮支点即为第二同心轮24的圆心C'，点C'到非圆形光纤盘9中心A'的距离L是不变的，光纤刷8与已绕制光纤的非圆形光纤盘9上的最外层光纤的表层的切点是E，线段A'E交非圆形光纤盘9表面为D'，非圆形光纤盘9表面到最外层光纤表层的垂直距离即已绕制的光纤厚度为D'E，∠A'C'E为β，线段A'E⊥线段C'E，故A'E长为L·sinβ，非圆形光纤盘9上的光纤层表面E点的线速度为L·sinβ·ω，其中ω为步进电机14的角速度，受微处理器12输出PWM的频率控制；同步骤三一样把整个运行时间划分为相同的n个时间点，在n个时间点上非圆形光纤盘9相对偏转角度∠A'C'E分别为β1，β2，β3……βn，因此在各个时间点上A'E的长分别为L·sinβ1，L·sinβ2，L·sinβ3……L·sinβn，由步骤三可知在各个时间点上非圆形光纤盘9中心到未绕制光纤的非圆形光纤盘9表面距离A’D’即AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinαn-p，在各个时间点上非圆形光纤盘9表面到非圆形光纤盘9上最外层光纤表层距离D'E分别为L·sinβ1-(L·sinα1-p)，L·sinβ2-(L·sinα2-p)，L·sinβ3-(L·sinα3-p)……L·sinβn-(L·sinαn-p)，即L·sinβ1-L·sinα1+p，L·sinβ2-L·sinα2+p，L·sinβ3-L·sinα3+p……L·sinβn-L·sinαn+p，进而，在各个时间点已经绕制在非圆形光纤盘9上的光纤层数为(L·sinβ1-L·sinα1+p)/d，(L·sinβ2-L·sinα2+p)/d，(L·sinβ3-L·sinα3+p)/d……(L·sinβn-L·sinαn+p)/d，其中d为单根光纤直径，光纤在各个时间点上的线速度分别为L·sinβ1·ω，L·sinβ2·ω，L·sinβ3·ω……L·sinβn·ω；
步骤五：微处理器12将光纤与非圆形光纤盘9的切点的实时线速度与所设定的线速度进行比较，当实时线速度小于设定线速度时增大电机的驱动频率；当实时线速度等于设定线速度时电机的驱动频率不变；当实时线速度大于设定线速度时减小电机的驱动频率。
进一步地，所述编码器15的实时角速度ω具体的计算方法如下：
与步进电机14同轴转动的光电编码器15同时产生脉冲信号，通过微处理器12对其进行数据处理得到编码器15的实时线速度
Figure GDA0003856545880000051
其中S为位移，t为时间；编码器15的实时角速度即非圆形光纤盘9的角速度为
Figure GDA0003856545880000052
其中r为编码器15的半径，故非圆形光纤盘9的实时线速度为
Figure GDA0003856545880000053
微处理器12、步进电机驱动器13、步进电机14、光电编码器15构成一个闭环负反馈结构，通过PID算法对非圆形光纤盘9的实时线速度进行不断调控，让其迅速达到所设定的线速度，进而在绕线过程中达到光纤线速度恒定的目的。
与现有技术相比，本发明的优点如下：现有技术几乎不能对非圆形的光纤盘进行等线速绕线，而本发明通过光学测量与电子测控相结合的方式解决了在非圆形绕线***中等线速绕线困难这一难题。本发明可以对各种型号和尺寸的非圆形光纤盘进行等线速绕线，进而改善了非圆形光纤盘绕线的紧密度不够、张力控制不均等问题，而且通过本发明，可以得知在任意时刻非圆形光纤盘的实时偏转角度、光纤与非圆形光纤盘切点到非圆形光纤盘中心的实时距离、光纤与非圆形光纤盘切点的实时线速度、已绕光纤层数等参数。
附图说明
图1为本发明的在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***的结构原理图；
图2为本发明的在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***的机械结构图；
图3为本发明的在非圆形绕线***中等线速绕线控制方法中的步骤三的示意图；
图4为本发明的在非圆形绕线***中等线速绕线控制方法中的步骤四的示意图；
图5为本发明的椭圆光纤盘在非圆形绕线***上绕制的光纤实物图；
图中：第一激光器1、第二激光器2、第一准直透镜3、第二准直透镜4、第一反射镜5、第二反射镜6、定滑轮7、光纤刷8、非圆形光纤盘9、滤光片10、CCD传感器11、微处理器12、步进电机驱动器13、步进电机14、光电编码器15、固定板16、机械臂17、支撑架18、金属条19、第一金属杆20、第二金属杆21、第一同心轮22、第一偏心轮23、第二同心轮24、第二偏心轮25、金属台26。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
如图2所示，一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***，包括第一激光器1、第二激光器2、第一准直透镜3、第二准直透镜4、第一反射镜5、第二反射镜6、定滑轮7、光纤刷8、非圆形光纤盘9、滤光片10、CCD传感器11、微处理器12、步进电机驱动器13、步进电机14、光电编码器15及底板，所述底板的一端固定安装有金属台26，另一端固定安装有固定板16，金属台26与固定板16之间固定安装有两对舞蹈轮，所述两对舞蹈轮分别为第一舞蹈轮及第二舞蹈轮；所述第一激光器1及第二激光器2通过机械臂17安装在固定板16上方，均与微处理器12连接；第一准直透镜3安装在第一激光器1的探头上，第二准直透镜4安装在第二激光器2的探头上；CCD传感器11通过支撑架18安装在固定板16上方；滤光片10安装在CCD传感器11前方，用来滤除干扰光；所述第一反射镜5通过第一金属杆20与第一舞蹈轮连接，定滑轮7的轴通过金属条19固定在第一金属杆20顶端，通过第一舞蹈轮的力的作用，使定滑轮7与非圆形光纤盘9的外轮廓相切；所述第二反射镜6通过第二金属杆21与第二舞蹈轮连接，光纤刷8通过螺丝固定在第二金属杆21顶端，通过第二舞蹈轮的力的作用，使光纤刷8与已绕制光纤的非圆形光纤盘9的最外层光纤表层相切,在绕制过程中已绕光纤层变厚，则光纤刷8依然保持着与最外层光纤表层相切的状态；所述金属台26上安装有步进电机14，步进电机14通过联轴器与非圆形光纤盘9连接；步进电机14的后方通过联轴器与光电编码器15连接。当步进电机14带动非圆形光纤盘9在转动的过程中，会通过定滑轮7带动第一反射镜5进行偏转、同时通过光纤刷8带动第二反射镜6进行偏转，进而照射在CCD传感器11上的两个光斑也发生了偏移；光电编码器15用来反馈步进电机14的角速度。
进一步地，所述第一舞蹈轮由第一同心轮22及第一偏心轮23组成，第二舞蹈轮由第二同心轮24及第二偏心轮25组成。
进一步地，所述的第一激光器1和第二激光器2均采用深圳红外线激光科技公司生产的波长为980nm的近红外激光器，输出功率为50mW，型号为HW980AD50-16GD，采用近红外激光器可以有效减小可见光的干扰；第一准直透镜3和第二准直透镜4采用***光电公司生产的准直透镜，型号为TC12APC-780，波长范围为650nm-1050nm；滤光片10采用深圳纳宏光电公司的980nm窄波段带通滤光片，透过率≥90％；CCD传感器11采用一块深圳九星电子公司生产的面阵CCD传感器，型号是NS-700AS；微处理器12采用ARM架构的STM32f103zet6单片机；步进电机驱动器13采用雷赛科技有限公司生产的两相步进电机驱动器；光电编码器15采用增量式光电编码器，型号是LPD3806-400BM。
本发明的另一目的在于提供了一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤一：通过微处理器12分别控制第一激光器1及第二激光器2发射的激光，分别通过第一准直透镜3、第二准直透镜4变成平行光，分别照射在第一反射镜5、第二反射镜6上，平行光经过第一反射镜5及第二反射镜6后被反射到安装了滤光片10的CCD传感器11上，在CCD传感器11上同时得到两个光斑，经第一反射镜5反射得到的光斑记为第一光斑，经第二反射镜6反射得到的光斑记为第二光斑；
步骤二：启动步进电机14带动非圆形光纤盘9转动，与非圆形光纤盘9外轮廓相切的定滑轮7带动第一反射镜5发生偏转，同时与非圆形光纤盘9表层相切的光纤刷8带动第二反射镜6发生偏转，两束反射光也发生偏移，导致CCD传感器11上的两个光斑发生偏移，光斑的位置可以实时反应非圆形光纤盘9在转动过程中的位置；
步骤三：微处理器12根据CCD传感器11上的第一光斑的实时位置来计算非圆形光纤盘9转动的实时偏转角度、非圆形光纤盘9中心到表面的实时距离，该表面指的是未绕光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面，具体计算过程如下：CCD传感器11将第一光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器12，微处理器12对该不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；图3为本控制方法在本步骤的示意图，第一舞蹈轮支点即第一同心轮22圆心C，点C到非圆形光纤盘9中心A的距离L是不变的，定滑轮7与非圆形光纤盘9外轮廓的切点是点B，线段AB交未绕制光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面为点D，未绕制光纤的非圆形光纤盘9的待绕位置的表面到非圆形光纤盘轮廓的垂直距离BD为固定值p；∠ACB为α，线段AB⊥线段BC，故AB长为L·sinα，AD长为L·sinα-p，非圆形光纤盘9表面D点的线速度为(L·sinα-p)·ω，其中ω为步进电机14的角速度，受微处理器12输出PWM的频率控制；把整个运行时间划分为100个时间点，在100个时间点上非圆形光纤盘9相对偏转角度∠ACB分别为α1，α2，α3……α100，因此在各个时间点上AB的长分别为L·sinα1，L·sinα2，L·sinα3……L·sinα100，在各个时间点上非圆形光纤盘9中心到非圆形光纤盘9表面距离AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinα100-p。
步骤四：通过CCD传感器11上的第二光斑来计算各个时间点上非圆形光纤盘9上已绕制的光纤层数以及光纤的实时线速度，具体过程如下：CCD传感器11将第二光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器12，微处理器12对该不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；图4为本控制方法在本步骤的示意图，第二舞蹈轮支点即为第二同心轮24的圆心C'，点C'到非圆形光纤盘9中心A'的距离L是不变的，光纤刷8与已绕制光纤的非圆形光纤盘9上的最外层光纤的表层的切点是E，线段A'E交非圆形光纤盘9表面为D'，非圆形光纤盘9表面到最外层光纤表层的垂直距离即已绕制的光纤厚度为D'E，∠A'C'E为β，线段A'E⊥线段C'E，故A'E长为L·sinβ，非圆形光纤盘9上的光纤层表面E点的线速度为L·sinβ·ω，其中ω为步进电机14的角速度，受微处理器12输出PWM的频率控制；在100个时间点上非圆形光纤盘9相对偏转角度∠A'C'E分别为β1，β2，β3……β100，因此在各个时间点上A'E的长分别为L·sinβ1，L·sinβ2，L·sinβ3……L·sinβ100，由步骤三可知在各个时间点上非圆形光纤盘9中心到未绕制光纤的非圆形光纤盘9表面距离A’D’即AD即AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinα100-p，在各个时间点上非圆形光纤盘9表面到非圆形光纤盘9上光纤层表面距离D'E分别为L·sinβ1-(L·sinα1-p)，L·sinβ2-(L·sinα2-p)，L·sinβ3-(L·sinα3-p)……L·sinβ100-(L·sinα100-p)，即L·sinβ1-L·sinα1+p，L·sinβ2-L·sinα2+p，L·sinβ3-L·sinα3+p……L·sinβ100-L·sinα100+p，进而，在各个时间点已经绕制在非圆形光纤盘9上的光纤层数为(L·sinβ1-L·sinα1+p)/d，(L·sinβ2-L·sinα2+p)/d，(L·sinβ3-L·sinα3+p)/d……(L·sinβ100-L·sinα100+p)/d，其中d为单根光纤直径，光纤在各个时间点上的线速度分别为L·sinβ1·ω，L·sinβ2·ω，L·sinβ3·ω……L·sinβ100·ω。
步骤五：微处理器12将光纤与非圆形光纤盘9的切点的实时线速度与所设定的线速度进行比较，当实时线速度小于设定线速度时增大电机的驱动频率；当实时线速度等于设定线速度时电机的驱动频率不变；当实时线速度大于设定线速度时减小电机的驱动频率。
进一步地，所述编码器15的实时角速度ω具体的计算方法及基于PID算法的圆形光纤盘9的实时线速度调控方法如下：
与步进电机14同轴转动的光电编码器15同时产生脉冲信号，与步进电机14同轴转动的光电编码器15同时产生脉冲信号，通过微处理器12对其进行数据处理得到编码器15的实时线速度
Figure GDA0003856545880000091
其中S为位移，t为时间；编码器15的实时角速度即非圆形光纤盘9的角速度为
Figure GDA0003856545880000092
其中r为编码器15的半径，故非圆形光纤盘9的实时线速度为
Figure GDA0003856545880000093
微处理器12、步进电机驱动器13、步进电机14、光电编码器15构成一个闭环负反馈结构，通过离散式增量式PID算法对非圆形光纤盘9的实时线速度进行不断调控，***输出值为
Figure GDA0003856545880000101
其中Kp、Ki、Kd分别为PID算法的三个参数：比例系数、积分系数、微分系数，e(k)为输入与设定值间的误差，这样将***输出的线速度通过比例、积分、微分运算，反馈回***从而控制***，让其迅速达到所设定的线速度而减小抖动，进而在绕线过程中达到光纤线速度恒定的目的。
将此***应用于绕线机中，在对非圆形光纤盘进行绕线时，可保证绕线时光纤与光纤盘切点的线速度保持不变。如图5是椭圆光纤盘在非圆形绕线***上绕制的光纤，其分布均匀且张力恒定，经测量计算可知该光纤绕制前后损耗无明显变化。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***，其特征在于，包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、第一准直透镜(3)、第二准直透镜(4)、第一反射镜(5)、第二反射镜(6)、定滑轮(7)、光纤刷(8)、非圆形光纤盘(9)、滤光片(10)、CCD传感器(11)、微处理器(12)、步进电机驱动器(13)、步进电机(14)、光电编码器(15)及底板，所述底板的一端固定安装有金属台(26)，另一端固定安装有固定板(16)，金属台(26)与固定板(16)之间固定安装有两对舞蹈轮，所述两对舞蹈轮分别为第一舞蹈轮及第二舞蹈轮；所述第一激光器(1)及第二激光器(2)通过机械臂(17)安装在固定板(16)上方，均与微处理器(12)连接；第一准直透镜(3)安装在第一激光器(1)的探头上，第二准直透镜(4)安装在第二激光器(2)的探头上；CCD传感器(11)通过支撑架(18)安装在固定板(16)上方；滤光片(10)安装在CCD传感器(11)前方，用来滤除干扰光；所述第一反射镜(5)通过第一金属杆(20)与第一舞蹈轮连接，定滑轮(7)的轴通过金属条(19)固定在第一金属杆(20)顶端，通过第一舞蹈轮的力的作用，使定滑轮(7)与非圆形光纤盘(9)的外轮廓相切；所述第二反射镜(6)通过第二金属杆(21)与第二舞蹈轮连接，光纤刷(8)通过螺丝固定在第二金属杆(21)顶端，通过第二舞蹈轮的力的作用，使光纤刷(8)与已绕制光纤的非圆形光纤盘(9)的最外层光纤表层相切；所述金属台(26)上安装有步进电机(14)，步进电机(14)通过联轴器与非圆形光纤盘(9)连接；步进电机(14)的后方通过联轴器与光电编码器(15)连接；当步进电机(14)带动非圆形光纤盘(9)在转动的过程中，会通过定滑轮(7)带动第一反射镜(5)进行偏转、同时通过光纤刷(8)带动第二反射镜(6)进行偏转，进而照射在CCD传感器(11)上的两个光斑也发生了偏移；光电编码器(15)用来反馈步进电机(14)的角速度。
2.如权利要求1所述的一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***，其特征在于，所述第一舞蹈轮由第一同心轮(22)及第一偏心轮(23)组成，第二舞蹈轮由第二同心轮(24)及第二偏心轮(25)组成。
3.如权利要求1所述的一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***，其特征在于，所述的第一激光器(1)和第二激光器(2)均采用深圳红外线激光科技公司生产的波长为980nm的近红外激光器，输出功率为50mW，型号为HW980AD50-16GD，采用近红外激光器可以有效减小可见光的干扰；第一准直透镜(3)和第二准直透镜(4)采用***光电公司生产的准直透镜，型号为TC12APC-780，波长范围为650nm-1050nm；滤光片(10)采用深圳纳宏光电公司的980nm窄波段带通滤光片，透过率≥90％；CCD传感器(11)采用一块深圳九星电子公司生产的面阵CCD传感器，型号是NS-700AS；微处理器(12)采用ARM架构的STM32f103zet6单片机；步进电机驱动器(13)采用雷赛科技有限公司生产的两相步进电机驱动器；光电编码器(15)采用增量式光电编码器，型号是LPD3806-400BM。
4.如权利要求1所述的一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制***的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：通过微处理器(12)分别控制第一激光器(1)及第二激光器(2)发射的激光，分别通过第一准直透镜(3)、第二准直透镜(4)变成平行光，分别照射在第一反射镜(5)、第二反射镜(6)上，平行光经过第一反射镜(5)及第二反射镜(6)后被反射到安装了滤光片(10)的CCD传感器(11)上，在CCD传感器(11)上同时得到两个光斑，经第一反射镜(5)反射得到的光斑记为第一光斑，经第二反射镜(6)反射得到的光斑记为第二光斑；
步骤二：启动步进电机(14)带动非圆形光纤盘(9)转动，与非圆形光纤盘(9)外轮廓相切的定滑轮(7)带动第一反射镜(5)发生偏转，同时与非圆形光纤盘(9)上最外层光纤表层相切的光纤刷(8)带动第二反射镜(6)发生偏转，两束反射光也发生偏移，导致CCD传感器(11)上的两个光斑发生偏移，光斑的位置可以实时反应非圆形光纤盘(9)在转动过程中的位置；
步骤三：微处理器(12)根据CCD传感器(11)上的第一光斑的实时位置来计算非圆形光纤盘(9)转动的实时偏转角度、非圆形光纤盘(9)中心到非圆形光纤盘(9)表面的实时距离，该表面指的是未绕光纤的非圆形光纤盘(9)的待绕位置的表面；具体计算过程如下：CCD传感器(11)将第一光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器(12)，微处理器(12)对不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；第一舞蹈轮支点即第一同心轮(22)的圆心点C，圆心点C到非圆形光纤盘(9)中心A的距离L是不变的，定滑轮(7)与非圆形光纤盘(9)外轮廓的切点是点B，线段AB 交未绕制光纤的非圆形光纤盘(9)的待绕位置的表面为点D，未绕制光纤的非圆形光纤盘(9)的待绕位置的表面到非圆形光纤盘轮廓的垂直距离BD为固定值p；∠ACB为α，线段AB⊥线段BC，故AB长为L·sinα，AD长为L·sinα-p，非圆形光纤盘(9)表面D点的线速度为(L·sinα-p)·ω，其中ω为步进电机(14)的角速度，受微处理器(12)输出PWM的频率控制；把整个运行时间划分为n个时间点，n越大则计算精度越高，在n个时间点上非圆形光纤盘(9)相对偏转角度∠ACB分别为α1，α2，α3……αn，因此在各个时间点上AB的长分别为L·sinα1，L·sinα2，L·sinα3……L·sinαn，在各个时间点上非圆形光纤盘(9)中心到非圆形光纤盘(9)表面距离AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinαn-p；
步骤四：通过CCD传感器11上的第二光斑来计算各个时间点上非圆形光纤盘(9)上已绕制的光纤层数以及光纤的实时线速度，具体过程如下：CCD传感器(11)将第二光斑的光信号转化为数字信号并传递给微处理器(12)，微处理器(12)对该不断变化的数字信号进行处理，得到一组与该数字信号一一对应的角度信息；第二舞蹈轮支点即为第二同心轮(24)的圆心点C'，圆心点C'到非圆形光纤盘(9)中心A'的距离L是不变的，光纤刷(8)与已绕制光纤的非圆形光纤盘(9)上的最外层光纤的表层的切点是E，线段A'E交非圆形光纤盘(9)表面为D'，非圆形光纤盘(9)表面到最外层光纤表层的垂直距离即已绕制的光纤厚度为D'E，∠A'C'E为β，线段A'E⊥线段C'E，故A'E长为L·sinβ，非圆形光纤盘(9)上的光纤层表面E点的线速度为L·sinβ·ω，其中ω为步进电机(14)的角速度，受微处理器(12)输出PWM的频率控制；同步骤三一样把整个运行时间划分为相同的n个时间点，在n个时间点上非圆形光纤盘(9)相对偏转角度∠A'C'E分别为β1，β2，β3……βn，因此在各个时间点上A'E的长分别为L·sinβ1，L·sinβ2，L·sinβ3……L·sinβn，由步骤三可知在各个时间点上非圆形光纤盘9中心到未绕制光纤的非圆形光纤盘(9)表面距离A’D’即AD分别为L·sinα1-p，L·sinα2-p，L·sinα3-p……L·sinαn-p，在各个时间点上非圆形光纤盘(9)表面到非圆形光纤盘(9)上最外层光纤表层距离D'E分别为L·sinβ1-(L·sinα1-p)，L·sinβ2-(L·sinα2-p)，L·sinβ3-(L·sinα3-p)……L·sinβn-(L·sinαn-p)，即L·sinβ1-L·sinα1+p，L·sinβ2-L·sinα2+p，L·sinβ3-L·sinα3+p……L·sinβn-L·sinαn+p，进而，在各个时间点已经绕制在非圆形光纤盘(9)上的光纤层数为(L·sinβ1-L·sinα1+p)/d，(L·sinβ2-L·sinα2+p)/d，(L·sinβ3-L·sinα3+p)/d……(L·sinβn-L·sinαn+p)/d，其中d为单根光纤直径，光纤在各个时间点上的线速度分别为L·sinβ1·ω，L·sinβ2·ω，L·sinβ3·ω……L·sinβn·ω；
步骤五：微处理器(12)将光纤与非圆形光纤盘(9)的切点的实时线速度与所设定的线速度进行比较，当实时线速度小于设定线速度时增大电机的驱动频率；当实时线速度等于设定线速度时电机的驱动频率不变；当实时线速度大于设定线速度时减小电机的驱动频率。
5.如权利要求4所述的一种在非圆形绕线***中等线速绕线的控制方法，其特征在于，所述编码器(15)的实时角速度ω具体的计算方法如下：
与步进电机(14)同轴转动的光电编码器(15)同时产生脉冲信号，通过微处理器(12)对其进行数据处理得到编码器(15)的实时线速度
Figure FDA0003856545870000041
其中S为位移，t为时间；编码器(15)的实时角速度即非圆形光纤盘9的角速度为
Figure FDA0003856545870000042
其中r为编码器(15)的半径，故非圆形光纤盘(9)的实时线速度为
Figure FDA0003856545870000043
微处理器(12)、步进电机驱动器(13)、步进电机(14)、光电编码器(15)构成一个闭环负反馈结构，通过PID算法对非圆形光纤盘(9)的实时线速度进行不断调控，让其迅速达到所设定的线速度，进而在绕线过程中达到光纤线速度恒定的目的。
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