专利名称：微机控制半自动光纤绕环机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于光纤陀螺中光纤的绕制装置，具体地说是指一种微机控制半自动绕环机。
背景技术：
光纤陀螺诞生于1976年，是利用光纤传感技术测量空间惯性转动率的一种新型传感器，目前已发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，它与通常使用的机械陀螺和近年来开发的激光陀螺相比，具有更高的精度，且成本低，体积小，重量轻。光纤陀螺的应用前景十分广阔，它不仅用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度位置控制，而且在民用上还可应用于高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统等等。
光纤环是光纤陀螺的传感核心，对它的基本要求是消光比要大，互易性要好。如何绕制高质量的光纤环，对光纤陀螺的研制十分重要，其缠绕方法有多种，四极对称绕法效果最佳，是国际通用的一种方法，目前，国内光纤环的绕制大都采用人工绕制，没有专用设备，无法保证其绕制质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种微机控制的半自动光纤绕环机，该装置通过传感器检测的数据进行调节供纤轴的供纤速度，实现恒定张力控制下光纤环的绕制。
本发明的一种微机控制半自动绕环机，包括PC机以及存储在PC机内的控制程序、绕环机，绕环机通过绕环机电控系统的接口与PC机实现连接；所述绕环机由供纤机构、排纤机构、收纤机构、张力控制机构和绕环机电控系统组成，供纤机构、排纤机构和收纤机构按供、排、收顺序安装在底盘上，张力控制机构安装在张力控制盒内，张力控制盒的底板安装在箱体上，箱体安装在底盘上，箱体内安装有绕环机电控系统；所述的绕环机电控系统包括供纤机构、排纤机构和收纤机构的电机驱动器、开关电源以及控制板；所述的供纤机构，燕尾槽安装在底盘上，在燕尾槽上通过手柄从右至左依次固定安装有供纤电机座、两上供纤轴承座，供纤电机安装在供纤电机座上，电机的输出轴通过一联轴器连接在供纤轴上，供纤轴安装在轴承座上，供纤轴上从右至左依次安装有联轴器、供纤固定夹A、供纤固定夹B、联轴器；所述的排纤机构，电控平移台安装在底盘上，电控平移台上有盖体，涂胶装置安装在电控平移台的顶端上，两上排纤支架分别固定在电控平移台的支柱上，其中，一排纤支架A上有导线轮，另一排纤支架B上有导线轮和限位轮，两上支架上的导线轮在同一轴线上；所述的收纤机构，燕尾槽安装在底盘上，在燕尾槽上通过手柄从右至左依次安装有记转传感器座、电机座、两上轴承座，记转传感器座内安装有传感器，电机固定在电机座上，电机的一端上安装有记转圆盘，电机输出轴通过联轴器连接在收纤轴上，收纤轴的两端分别安装在两上轴承座上，收纤轴上从右至左依次有固定箍、联轴器、收纤固定夹A、收纤固定夹B、固定塞、联轴器；所述的张力控制机构，支座和传感器支架安装在底板上，传感器固定架安装在传感器支架上，传感器固定架上安装有三个传感器，张力控制杆的一端上安装有舞蹈轮，另一端穿过张力控制盒的前板与张力控制杆支座的轴承轴动连接；张力控制盒由盖板、底板、前板和后板组成，盖板推、拉实现张力控制盒的开、关。
所述的微机控制半自动绕环机，其箱体上也可以安装磁性支架。
所述的微机控制半自动绕环机，可绕制Φ0.16～Φ0.25mm光纤，可排线距离为1～60mm，可控拉力为0～15g。
所述的微机控制半自动绕环机，其收纤机构的电机驱动器选取M56403D型号的五相步进电机。
所述的微机控制半自动绕环机，其排纤机构和供纤机构的电机驱动器选取M54142S型号的五相步进电机。
本发明绕环机的优点是(1)机械结构设计简单，成本低，实现人机交互操作；(2)绕纤速度可控，张力恒定可控；(3)实现了光纤环绕制的四级绕法；
(4)绕纤和涂胶同步完成，且光纤环布纤致密、均匀，克服了布纤的缝隙和重叠；(5)通过供纤机构电机的转动速度，以及张力控制杆上的舞蹈轮输出的转速，使作用于光纤上的张力大小保持要求的恒定状态。
图1是本发明绕环机外形示意图。
图2是本发明收纤机构结构示意图。
图3是本发明供纤机构结构示意图。
图4是本发明排纤机构结构示意图。
图5是本发明张力控制机构结构示意图。
图6是本发明电控系统控制结构示意图。
图7是本发明控制板电路原理图。
图8是本发明PC机控制绕纤的流程框图。
图中 1.收纤机构 2.排纤机构 3.供纤机构 4.张力控制机构5.支架A6.支架B7.箱体 8.底盘 9.盖体101.燕尾槽 102.手柄 103.传感器座 104.记转圆盘 105.收纤电机106.电机座 107.联轴器 108.收纤轴承座A 109.固定箍A110.箍座A 111.联轴器 112.光纤环体固定夹A113.光纤环体固定夹B 114.联轴器 115.箍座B116.固定箍B117.收纤轴承座B 118.收纤轴201.电控平移台202.涂胶装置 203.排纤支架A204.排纤支架B 205.导线轮 206.导线轮 207.限位轮301.燕尾槽 302.供纤手柄 303.电机座 304.供纤电机 305.联轴器306.供纤轴承座A 307.联轴器 308.供纤盘固定夹A309.供纤盘固定夹B 310.联轴器 311.供纤轴承座B312.供纤轴401.张力控制杆402.舞蹈轮 403.前板 404.支座405.轴承 406.传感器固定架407.传感器支架408.底板 409.盖板 410.后板 411.传感器
具体实施例方式
下面将通过附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见附图1～5所示，本发明是一种微机控制半自动绕环机，包括PC机及存储在PC机内的程序、绕环机，所述的绕环机由供纤机构3、排纤机构2、收纤机构1、张力控制机构4、底盘8、箱体7和绕环机电控系统组成，为了便于绕纤顺畅，也可在箱体7上固定磁性支架，磁性支架安装位置同张力控制机构4的张力控制舞蹈轮402在同一轴线上。供纤机构3、排纤机构2、收纤机构1安装在底盘8上，张力控制机构4安装在张力控制盒10内，张力控制盒10通过其底板408固定在箱体7上，箱体7内安装有供给机构用的绕环机电控系统。
在本发明中的供纤机构3，其燕尾槽301安装在底盘8上，在燕尾槽301上通过手柄302从右至左依次固定安装有供纤电机座303、供纤轴承座A306和供纤轴承座B311，供纤电机304安装在供纤电机座303上，电机304的输出轴通过一联轴器305连接在供纤轴312上，供纤轴312安装在轴承座A306和轴承座B311上，供纤轴312上从右至左依次安装有联轴器307、供纤固定夹A308、供纤固定夹B309、联轴器310；在本发明中的排纤机构2，其电控平移台201安装在底盘8上，电控平移台201上有盖体9，涂胶装置202安装在电控平移台201的顶端上，排纤支架A203和排纤支架B204固定在电控平移台201的支柱上，其中，排纤支架A203上有导线轮205，排纤支架B204上有导线轮206和限位轮207，导线轮205和导线轮206在同一轴线上；在本发明中的收纤机构1，其燕尾槽101安装在底盘8上，在燕尾槽101上通过手柄102从右至左依次安装有记转传感器座103、电机座106、轴承座A108、轴承座B117，记转传感器座103内安装有传感器，电机105固定在电机座106上，电机105的一端上安装有记转圆盘104，电机105输出轴通过联轴器107连接在收纤轴118上，收纤轴118安装在轴承座A108和轴承座B117上，收纤轴上从右至左依次有固定箍109、联轴器111、收纤固定夹A112、收纤固定夹B113、固定箍116、联轴器；在本发明中的张力控制机构4，支座404和传感器支架407安装在底板408上，传感器固定架406安装在传感器支架407上，传感器固定架406上安装有三个传感器411，张力控制杆401的一端上安装有舞蹈轮402，另一端穿过张力控制盒10的前板403与张力控制杆支座404的轴承405轴动连接；张力控制盒10由盖板409、底板408、前板403和后板410组成，盖板409推、拉实现张力控制盒10的开、关。
请参见图7所示，开关电源A提供±5V电压给张力控制板，B提供24V电压给三个电机驱动器和I/O接口。每个接口有两路输入输出，可控制两个轴的运行，I/O接口A同收纤驱动器和排纤驱动器相连，I/O接口B同供纤轴驱动器和张力控制电路板相连，PC机同I/O接口A和I/O接口B通过导线连接，I/O接口通过输出脉冲给三个电机的驱动器，控制电机的转动方向和速度，并从驱动器接受警告信号停止电机运行。PC通过I/O接口B控制供纤机构与张力控制板，并采集控制板的四个通道(四个红外接受管)的输出电压值。通过电脑程序分析该值确定舞蹈轮402的位置，然后控制供纤轴电机的转动速度，从而保证舞蹈轮402位置基本恒定，从而保证了张力恒定。
请参见图8所示的电路原理图，控制板包括红外发射管发射电路，红外接受管接受电路，放大电路及数据转换电路。一个发射管安装在张力控制杆上，三个接受管安装在传感器支架407上。如果发射管移动，接受管的电压值就会发生变化，再经计数器选通，A/D转换将各电压值采集输出PC机中程序分析、判定舞蹈轮402的位置，调节供纤电机的速度，保证位置基本恒定。
请参见图9所示，流程图中X轴表示收纤机构，Y轴表示排纤机构，Z轴表示供纤机构。该图中所示的设置通过PC机内存储程序的界面一一实现，在初始化状态下先输入收纤环宽度进行初始化X轴输出脉冲总数、输入收纤环直径和供纤环直径，初始化X轴，Y轴的转动速度，输入Y轴节距，输入各轴方向；再通过程序界面中的控制钮调节Y轴的起点与收纤环边界对齐，调整好设定的边界，按下“开始”按钮，X、Y、Z轴同时启动，此时进行判断X轴输出脉冲是否达到预置脉冲总数，“否”则读取张力控制板上各通道的电压值，分析舞蹈轮402的位置并调节Z轴速度(保证舞蹈轮位置基本恒定)；“是”则X、Y、Z轴同时停止运行，再按下“重置”按钮，以保留及重置相关参数，并计算已绕在光纤环上的X轴光纤长度；对已绕长度判断光纤长度是否小于设置绕制长度，“是”则按下“开始”按钮，X、Y、Z轴同时启动；“否”则程序停止。在绕制过程中，PC机的显未器上实时显示有已绕光纤的长度、各轴的运行速度、张力控制机构中导线轮的位置、已绕的匝数等各参数，以提供给绕纤者进行参考，简化了绕纤的工作强度。
本发明绕环机在使用时的操作过程，首先将购入的缠绕有光纤的光纤环安装在供纤轴312的供纤盘固定夹A308和供纤盘固定夹B309之间并将其固定夹紧；再将一空光纤盘安装在收纤轴118的光纤环体固定夹A112和光纤环体固定夹B113之间并将其固定夹紧；光纤从供纤轴312端的光纤环上引出依次通过磁性支架B6、张力控制机构4的舞蹈轮402、磁性支架A5、排纤机构3上的导线轮205、导线轮206、限位轮207，最后固定在收纤机构1的收纤轴118上的空光纤环上；再设置PC机内的程序控制初始数据(绕纤长度、三个机构是否在同一轴向上、)，在初始状态绕纤时光纤应稍有松弛。本发明的绕环机在光纤绕制时通过安装在收纤机构1电机105上的记转圆盘104进行记录每一层的长度，再计算绕制多少层来计算光纤总长度。
本发明的该绕环机可绕制Φ0.16～Φ0.25mm光纤，可排线距离为1～60mm，可控拉力为0～15g，可实现光纤四级绕法，绕纤和涂胶同步完成，且光纤环布纤致密、均匀，克服了布纤的缝隙和重叠，并使光纤环的应力分布更均匀。经该装置绕制的光纤安装于光纤陀螺中可应用于飞机、船舶的导航，导弹制导，宇宙飞船的高精度位置控制，以及高级轿车的导向，以及机器人和自动化控制系统等等。
权利要求
1.一种微机控制半自动绕环机，包括PC机以及存储在PC机内的控制程序，其特征在于还包括绕环机，绕环机通过绕环机电控系统的接口与PC机实现连接；所述绕环机由供纤机构(3)、排纤机构(2)、收纤机构(1)、张力控制机构(4)和绕环机电控系统组成，供纤机构(3)、排纤机构(2)和收纤机构(1)按供、排、收依次安装在底盘(8)上，张力控制机构(4)安装在张力控制盒(10)内，张力控制盒(10)的底板(408)安装在箱体(7)上，箱体(7)安装在底盘(8)上，箱体(7)内安装有绕环机电控系统；所述的绕环机电控系统包括供纤机构(3)、排纤机构(2)和收纤机构(1)的电机驱动器、开关电源以及控制板；开关电源A提供±5V电压给张力控制板，开关电源B提供24V电压给供、排、收三个机构的电机驱动器和两个I/O接口；PC机通过导线同两个I/O接口连接，通过I/O接口输出脉冲给三个电机的驱动器，以控制电机的转动方向和速度，并从驱动器接受警告信号停止电机运行；其中PC机通过I/O接口B控制供纤机构(3)的电机驱动与张力控制板的张力，并采集控制板的输出电压值；通过PC机内存储的程序分析该值确定舞蹈轮(402)的位置，来控制供纤轴电机(304)转动速度；所述的供纤机构(3)，燕尾槽(301)安装在底盘(8)上，在燕尾槽(301)上通过手柄(302)从右至左依次固定安装有供纤电机座(303)、供纤轴承座A和B(306、311)，供纤电机(304)安装在供纤电机座(303)上，电机(304)输出轴通过联轴器(305)连接在供纤轴(312)上，供纤轴(312)两端分别安装在轴承座A(306)和轴承座B(311)上，供纤轴(312)上从右至左依次安装有联轴器(307)、供纤固定夹A(308)、供纤固定夹B(309)、联轴器(310)；所述的排纤机构(2)，电控平移台(201)安装在底盘(8)上，电控平移台(201)上有盖体(9)，涂胶装置(202)安装在电控平移台(201)的顶端上，排纤支架A(203)和排纤支架B(204)固定在电控平移台(201)的支柱上，其中，排纤支架A(203)上有导线轮(205)，排纤支架B(204)上有导线轮(206)和限位轮(207)，导线轮(205)和导线轮(206)在同一轴线上；所述的收纤机构(1)，燕尾槽(101)安装在底盘(8)上，在燕尾槽(101)上通过手柄(102)从右至左依次安装有记转传感器座(103)、电机座(106)、轴承座A(108)、轴承座B(117)，记转传感器座(103)内安装有传感器，电机(105)固定在电机座(106)上，电机(105)的一端上安装有记转圆盘(104)，电机(105)输出轴通过联轴(107)连接在收纤轴(118)上，收纤轴(118)安装在轴承座A(108)和轴承座B(117)上，收纤轴(118)上从右至左依次有固定箍(109)、联轴器(111)、收纤固定夹A(112)、收纤固定夹B(113)、固定塞(116)、联轴器；所述的张力控制机构(4)，支座(404)和传感器支架(407)安装在底板(408)上，传感器固定架(406)安装在传感器支架(407)上，传感器固定架(406)上安装有三个传感器(411)，张力控制杆(401)的一端上安装有舞蹈轮(402)，另一端穿过张力控制盒(10)的前板(403)与张力控制杆支座(404)的轴承(405)轴动连接；张力控制盒(10)由盖板(409)、底板(408)、前板(403)和后板(410)组成，盖板(409)推、拉实现张力控制盒(10)的开、关。
2.根据权利要求1所述的微机控制半自动绕环机，其特征在于在箱体(7)上也可以安装磁性支架。
3.根据权利要求1所述的微机控制半自动绕环机，其特征在于该绕环机可绕制Φ0.16～Φ0.25mm光纤，可排线距离为1～60mm，可控拉力为0～15g。
4.根据权利要求1所述的微机控制半自动绕环机，其特征在于收纤机构(1)的电机驱动器选取M56403D型号的五相步进电机。
5.根据权利要求1所述的微机控制半自动绕环机，其特征在于排纤机构(2)和供纤机构(3)的电机驱动器选取M54142S型号的五相步进电机。
全文摘要
本发明公开了一种微机控制半自动绕环机，包括PC机以及存储在PC机内的控制程序、绕环机，绕环机通过绕环机电控系统的接口与PC机实现连接；所述绕环机由供纤机构、排纤机构、收纤机构、张力控制机构和绕环机电控系统组成，供纤机构、排纤机构、收纤机构按顺序安装在底盘上，张力控制机构安装在张力控制盒内，张力控制盒的底板安装在箱体上，箱体安装在底盘上，箱体内安装有绕环机电控系统；该绕环机可绕制Φ0.16～Φ0.25mm光纤，可排线距离为1～60mm，可控拉力为0～15g，可实现光纤四级绕法，绕纤和涂胶同步完成，且光纤环布纤致密、均匀，克服了布纤的缝隙和重叠，并使光纤环的应力分布更均匀。
文档编号G01C19/58GK1544884SQ20031011349
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月13日 优先权日2003年11月13日
发明者孟照魁, 张春熹, 史洁琴, 张朝阳 申请人:北京航空航天大学