在线测量复合管中纤维缠绕节距的系统及方法

摘要

本发明涉及在线测量复合管中纤维缠绕节距的系统及方法，系统包括复合管生产设备中的纤维缠绕机、CCD摄像机及处理单元；纤维缠绕机包括多个丝锭，多个丝锭中包括至少一个标记丝锭，标记丝锭的纤维颜色不同于其余丝锭的纤维颜色；测量时，CCD摄像机对准纤维缠绕机出口端用于实时拍摄缠绕好的纤维带；处理单元用于处理CCD摄像机的实时图像并根据处理结果实时调节节距。由于采用非接触式光学测量方式，本发明可以实时检测并实时反馈并控制纤维缠绕机的转速或牵引机的前进速度。

说明书

技术领域

本发明属于测量仪器制造及测量技术领域，具体指的是一种基于CCD的有色纤维间距测量方法。

背景技术

在石油工业中，在复合管中缠绕非金属纤维的技术已非常普遍，但为了保证复合管的性能要求，对纤维缠绕节距有很高的要求。现有技术均是间隔一个周期检测一次节距，根据检测结果再调整纤维缠绕机的转速或牵引机的前进速度。但一直没有办法能够实时监测纤维缠绕节距。

发明内容

本发明目的是解决上述技术的缺陷，提供一种在线测量复合管中纤维缠绕节距的系统及方法，其可以实时监测纤维缠绕节距。

本发明的技术解决方案是：

一种在线测量复合管中纤维缠绕节距的系统，其特殊之处在于：包括复合管生产设备中的纤维缠绕机、CCD摄像机及处理单元；所述纤维缠绕机包括多个丝锭，所述多个丝锭中包括至少一个标记丝锭，所述标记丝锭的纤维颜色不同于其余丝锭的纤维颜色；所述CCD摄像机对准纤维缠绕机出口端用于实时拍摄缠绕好的纤维带；所述处理单元用于处理CCD摄像机的实时图像并根据处理结果实时调节节距。

上述标记丝锭的纤维颜色为彩色，其余丝锭的纤维颜色为白色。

上述标记丝锭的数量最少为1个，最多不超过所有丝锭数量的五分之一。

上述标记丝锭的纤维颜色至少为两种。

一种在线测量复合管中纤维缠绕节距的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)根据所需节距确定标准距离及阈值；

2)在复合管上缠绕多个纤维形成纤维带，所述多个纤维中包括至少一根标记纤维，所述标记纤维的颜色不同于其余纤维；

3)实时采集纤维带的图像；

4)提取图像的颜色对比信息，计算相邻的标记纤维的距离；

5)将计算距离与标准距离的差值与阈值进行对比，当差值大于阈值时，输出控制信号，调节缠绕机或牵引机的速度，使实时缠绕节距符合所需节距。

上述至少一根标记纤维的宽度不大于全部纤维宽度的五分之一，且不小于CCD摄像机的最小分辨率。

另一种在线测量复合管中纤维缠绕节距的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)根据所需节距确定标准距离及阈值；

2)在复合管上缠绕多个纤维形成纤维带，所述多个纤维中包括两个标记纤维，所述两个标记纤维的颜色互不相同，且均不同于其余纤维；

3)两个CCD摄像机分别实时采集纤维带的图像；

4)每个CCD摄像机图像中分别提取一种纤维的颜色对比信息，分别计算相邻的标记纤维的距离；

5)计算两种颜色标记纤维的距离的平均值；

6)将平均值计算结果与标准距离的差值与阈值进行对比，当差值大于阈值时，输出控制信号，调节缠绕机或牵引机的速度，使实时缠绕节距符合所需节距。

上述至少一根标记纤维的宽度不大于全部纤维宽度的五分之一，且不小于CCD摄像机的最小分辨率。

本发明的优点：

1、快速。由于采用非接触式光学测量方式，本发明可以实时检测并实时反馈并控制纤维缠绕机的转速或牵引机的前进速度。

2、简便。本发明只需在现有复合管生产线上增加一套非接触式CCD测量装置，然后对其中的一个或多个纤维丝锭更换颜色，就可以实现时监测纤维缠绕节距，改装成本低。

3、准确。本发明的节距检测精度与CCD精度相关，因此可以非常准确测量节距。

4、具备自适应能力的节距测量方法。本发明的处理单元根据节距检测计算结果，通过处理单元实时调节缠绕机的转速或牵引机的前进速度，从而具备自适应能力，保证节距的一致性。

附图说明

图1是本发明的检测原理示意图；

图2是本发明的工作原理框图；

图3是本发明方法所生成的复合管的结构示意图；

其中：1-介质传输层，2-其余纤维，3-保护层，4-标记纤维。

具体实施方式

一种在线测量复合管中纤维缠绕节距的系统，包括复合管生产设备中的纤维缠绕机、CCD摄像机及处理单元；纤维缠绕机包括80个丝锭，80个丝锭中包括1个或2个标记丝锭，标记丝锭的纤维颜色不同于其余丝锭的纤维颜色，当标记丝锭为2个时，相互之间的颜色也不相同；一般来说，标记丝锭的纤维颜色为彩色，其余丝锭的纤维颜色为白色。标记丝锭最多不超过所有丝锭数量的五分之一；当标记丝锭的颜色为1种时，应集中放置；当标记丝锭的颜色为2种时，应对称放置。1个或2个CCD摄像机对准纤维缠绕机出口端用于实时拍摄缠绕好的纤维带；处理单元用于处理CCD摄像机的实时图像并根据处理结果实时调节节距。

当标记丝锭的颜色为1种时，在线测量复合管中纤维缠绕节距的方法，包括以下步骤：

1)根据所需节距确定标准距离及阈值；

2)在复合管上缠绕多个纤维形成纤维带，所述多个纤维中包括至少一根标记纤维，所述标记纤维的颜色不同于其余纤维；

3)实时采集纤维带的图像；

4)提取图像的颜色对比信息，计算相邻的标记纤维的距离；

5)将计算距离与标准距离的差值与阈值进行对比，当差值大于阈值时，输出控制信号，调节缠绕机或牵引机的速度，使实时缠绕节距符合所需节距。

所有标记纤维的宽度不大于全部纤维宽度的五分之一，且不小于CCD摄像机的最小分辨率。

当标记丝锭的颜色为2种时，在线测量复合管中纤维缠绕节距的方法，包括以下步骤：

1)根据所需节距确定标准距离及阈值；

2)在复合管上缠绕多个纤维形成纤维带，所述多个纤维中包括两个标记纤维，所述两个标记纤维的颜色互不相同，且均不同于其余纤维；

3)两个CCD摄像机分别实时采集纤维带的图像；

4)每个CCD摄像机图像中分别提取一种纤维的颜色对比信息，分别计算相邻的标记纤维的距离；

5)计算两种颜色标记纤维的距离的平均值；

6)将平均值计算结果与标准距离的差值与阈值进行对比，当差值大于阈值时，输出控制信号，调节缠绕机或牵引机的速度，使实时缠绕节距符合所需节距。

所有标记纤维的宽度不大于全部纤维宽度的五分之一，且不小于CCD摄像机的最小分辨率。

本发明工作原理：

本发明测量的是缠绕在复合管上的有色纤维，该有色纤维是缠绕机上80锭纤维中的1根或2根，其他纤维均为白色。按照测量流程，可分为图像获取、图像预处理和图像分析等主要环节。

首先，在自然光下使用线阵CCD摄像机拍摄在线运行的复合管缠绕的有色纤维，之后对扫描的图像进行预处理，包括灰度图像转化为二值图像；开、闭运算将图像边缘毛糙图像点去除；然后将采集的图像进行细化、去毛刺处理，最终测量节距尺寸。

CCD采集缠绕在塑料圆管上的纤维图像，用计算机对采集到的数字图像信号进行处理，计算出缠绕纤维的节距，具体步骤如下：

由CCD采集缠绕在塑料圆管上的纤维数字图像，通过高速数字接口传递给计算机实时处理；使用计算机实时图像处理方法测量缠绕在塑料圆管上有色的纤维；

实时图像处理方法为灰度检测法。CCD是离散化采样，上下边缘实际是点列，把复合管轴向方向定义为X轴，垂直于复合管方向定义为Y轴，X轴和Y轴与有色纤维边缘左侧或右侧交点定义为(x,y)，则节距为相邻两点的距离。计算纤维节距，差值计算相邻两根纤维节距，节距公式为：g(x,y)＝f(x,y)-h(x,y)，其中f为第一根纤维函数，h为第二根纤维函数。