一种电缆外径激光计量方法及系统与流程

本发明涉及电缆制造在线检测与过程控制领域，尤其涉及一种电缆外径激光计量方法及系统。

背景技术：

1、电缆在绞合、成缆和护套挤出过程中连续高速运行，外径和轮廓状态会受到牵引速度、放线张力、绞合节距、挤出量、机头压力及温度变化的共同影响。现有生产线通常利用单平面测径仪或离线量具获取直径数据，圆度、局部鼓包、缩径和护套偏心多依赖停机或抽样检查，难以覆盖整盘材料的连续变化。

2、单一测量截面还容易把电缆高速摆动和俯仰造成的表观宽度变化误认为真实外径变化；按固定时间对齐的多位置数据在牵引速度变化时会产生材料片段错配。与此同时，检测帧、工艺参数和执行器状态缺少统一的材料长度坐标，缺陷模态与调节对象之间缺乏分配规则，孤立异物或污染帧可能进入闭环积分，且盘号和换卷后的返工区间难以准确追溯。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的电缆外径激光计量方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种电缆外径激光计量方法及系统，针对现有技术难以在高速连续生产状态下区分真实轮廓变化与电缆摆动、不能把缺陷结果同工艺状态按同一材料片段关联、局部异常可能污染积分调节且返工坐标不准确的问题，提出了双子平面按累计位移配对、基于瞬时中心线切向量的法截面投影融合、按材料长度对齐的置信度迟滞门控、轮廓分量分解和分类反馈分配的技术方案，本发明具备连续输出外径及轮廓缺陷区间、抑制失配或污染导致的误调节并形成盘内返工坐标的技术效果。

2、本发明提供了一种电缆外径激光计量方法，包括：s1、利用沿电缆轴向间隔布置的第一多轴激光测量子平面和第二多轴激光测量子平面采集光学帧，由遮挡边缘获得表观支撑宽度和截面中心，并按累计位移配对同一材料片段的两子平面光学帧，得到片段配对测量数据；s2、根据片段配对测量数据中的两个截面中心及子平面的轴向间距确定瞬时中心线切向量，将表观支撑宽度投影至垂直于瞬时中心线切向量的法截面并融合，得到姿态校正轮廓；s3、将姿态校正轮廓及工艺数据映射至统一材料长度坐标，根据配对一致性和测量有效性生成帧级置信度，依据预设冻结阈值、数值大于预设冻结阈值的预设恢复阈值及连续材料长度一致性生成反馈许可状态；s4、将姿态校正轮廓相对标称轮廓的偏差分解为零阶分量、二阶分量、三阶及以上周期分量和轴向-周向稀疏残差，根据各分量的材料长度持续度生成缺陷类型和缺陷区间；s5、在反馈许可状态允许时，结合工艺数据，将持续的零阶、二阶和三阶及以上周期分量分别转换为工艺调节量；独立于反馈许可状态将轴向-周向稀疏残差转换为事件处置指令并排除于闭环积分；将缺陷区间绑定盘号和换卷基准，生成返工坐标。

3、可选的，s1包括：所述第一多轴激光测量子平面和所述第二多轴激光测量子平面分别具有围绕电缆设置的至少三个非平行激光测量轴；

4、对每一激光测量轴的受光区确定相对的两个遮挡边缘，以两个遮挡边缘之间的距离作为对应方向的表观支撑宽度，并以两个遮挡边缘的中点经子平面坐标标定后联合求取截面中心；

5、在累计位移序列中检索位移差与两个子平面轴向间距对应的两帧，当所述位移差位于相邻采样位置之间时对遮挡边缘和截面中心按累计位移插值，以形成所述片段配对测量数据；

6、根据累计位移分辨率和子平面轴向间距标定不确定度确定最大配对偏差，当两帧位移差相对所述轴向间距的偏差不大于所述最大配对偏差且两个子平面的有效测量轴数均不少于三时，将配对有效标志设为有效，否则将配对有效标志设为无效并保留可用遮挡边缘和累计位移记录。

7、可选的，s2包括：由所述两个截面中心的三维坐标差与所述轴向间距构造中心线方向，并按照材料运行方向确定所述瞬时中心线切向量的方向；

8、根据各激光测量轴的标定方向与所述瞬时中心线切向量建立从对应子平面至所述法截面的投影变换，将各表观支撑宽度转换为法截面支撑宽度；

9、按照边缘对比度和有效测量轴状态为所述法截面支撑宽度设置融合权重，并由加权后的法截面支撑宽度重建所述姿态校正轮廓。

10、可选的，s3包括：对融合前对应宽度残差和中心传播残差分别按合格电缆校准段的残差尺度进行归一化，将归一化结果、边缘对比度和有效测量轴数输入预设置信度映射关系，得到所述帧级置信度；

11、根据所述合格电缆校准段的帧级置信度分布确定所述预设冻结阈值，并将大于所述预设冻结阈值的分位值确定为所述预设恢复阈值；

12、当配对有效标志为无效或任一子平面的有效测量轴数少于三时，保留可用原始测量数据和材料长度坐标，将所述帧级置信度置为不大于所述预设冻结阈值的标记值，并将所述反馈许可状态设为异常冻结闭环积分；

13、当帧级置信度小于或等于所述预设冻结阈值时，将所述反馈许可状态设为异常冻结闭环积分，当帧级置信度大于或等于所述预设恢复阈值且在预设恢复材料长度内持续满足两个子平面的配对一致性时，将所述反馈许可状态设为允许闭环积分，在帧级置信度大于所述预设冻结阈值且小于所述预设恢复阈值时保持先前反馈许可状态；

14、进一步的，还包括：以牵引编码器或非接触测速器的累计位移作为材料长度主坐标，将每一光学帧的采样位置记为对应材料片段经过计量激光头时的材料长度坐标；

15、根据牵引速度对工艺作用点至计量激光头之间的材料传播时间进行积分换算，并结合工艺数据和执行器状态的采集时间，将放线张力、挤出螺杆转速、机头压力、温度、牵引速度及执行器状态映射至所述材料片段的材料长度坐标。

16、可选的，s4包括：沿所述姿态校正轮廓的周向角对其相对标称轮廓的径向偏差进行基函数分解，以周向平均值作为所述零阶分量，以二阶谐波的幅值和相位分别表征椭圆度和长轴方向，以与绞合结构边数对应的三阶及以上周向谐波以及所述三阶及以上周向谐波的幅值或相位沿材料长度呈现的轴向周期作为所述三阶及以上周期分量，所述轴向周期与绞合节距对应，并将扣除零阶分量、二阶分量和三阶及以上周期分量后的局部偏差作为所述轴向-周向稀疏残差；

17、将各分量与产品公差或合格电缆校准段的分量分布所确定的判定边界比较，并按照超过所述判定边界的连续材料长度、周向位置和幅值生成所述缺陷类型、方向、严重度及起止材料长度坐标；

18、进一步的，还包括：在护套挤出工序的工序前参考位置设置参考激光头，根据累计位移配对同一材料片段在所述参考激光头处的芯体中心和在计量激光头处的外包络中心，并将所述芯体中心与所述外包络中心变换至同一法截面坐标系后作差，得到护套偏心向量；

19、在未设置所述参考激光头时，根据计量激光头输出的截面中心相对设备基准中心的位移生成运行中心偏移，并对所述运行中心偏移设置禁止作为护套偏心向量输出的类型标记。

20、可选的，s5包括：在所述反馈许可状态为允许闭环积分时，将超过零阶分量判定边界且持续材料长度达到对应持续度阈值的持续零阶分量转换为挤出量与牵引速度的比值调节量，将超过二阶分量判定边界且持续材料长度达到对应持续度阈值的持续二阶分量及其相位转换为定向模具调节量或差分张力调节量，并将超过三阶及以上周期分量判定边界且持续材料长度达到对应持续度阈值的三阶及以上周期分量转换为绞合节距调节量或放线张力平衡调节量；

21、独立于所述反馈许可状态将轴向-周向稀疏残差从闭环积分输入中剔除，当其持续材料长度未达到对应持续度阈值时生成孤立事件的报警或喷码指令，当其持续材料长度达到对应持续度阈值时根据严重度生成连续喷码、降速或停机指令并形成缺陷区间，其中停机指令先于工艺调节量执行，且不受允许闭环积分状态限制；

22、进一步的，还包括：对各工艺执行器的调节量依次施加设备允许上下限、单位材料长度内允许变化量、调节死区以及从工艺作用点至计量激光头的材料传播时延约束，并按照所述材料传播时延将调节指令对应的作用区间与后续检测区间关联；

23、将调节指令标识、作用区间、关联检测区间、所述关联检测区间的轮廓分量或缺陷评价结果以及反馈许可状态写入同一反馈验证记录；

24、以盘号起点和换卷时的累计位移重置值建立盘内材料长度基准，将缺陷区间的起止材料长度坐标、缺陷类型、方向、严重度和喷码位置写入同一返工记录。

25、另一方面，本发明还提供一种电缆外径激光计量系统，包括：

26、配对测量模块，包括沿电缆轴向间隔布置的第一多轴激光测量子平面和第二多轴激光测量子平面以及材料长度坐标组件，用于执行步骤s1并输出片段配对测量数据；姿态校正模块，用于执行步骤s2并输出姿态校正轮廓；坐标与置信度模块，连接工艺数据采集组件和执行器状态接口，用于执行步骤s3并输出材料长度坐标上的轮廓数据、工艺数据、执行器状态、帧级置信度和反馈许可状态；轮廓缺陷模块，用于执行步骤s4并输出缺陷类型、方向、严重度及起止材料长度坐标；反馈定位模块，用于执行步骤s5并输出受约束调节指令、事件处置指令和返工坐标。

27、本发明的有益效果是：

28、1、利用轴向间隔的两个多轴激光测量子平面按累计位移配对同一材料片段，并依据两个截面中心确定瞬时中心线切向量，将表观支撑宽度统一到法截面，能够把摆动和俯仰引起的表观变化与真实外径、圆度变化分离。

29、2、将姿态校正轮廓、工艺数据和执行器状态映射至统一材料长度坐标，并以配对一致性和测量有效性形成具有冻结与恢复迟滞的反馈许可状态，能够在保留异常帧及其位置的同时阻止低可信数据进入闭环积分。

30、3、通过零阶、二阶、三阶及以上周期分量和轴向-周向稀疏残差的分解，将持续模态分配至对应工艺调节，将稀疏残差隔离为事件处置，并结合传播时延、盘号和换卷基准形成反馈验证记录与返工坐标。