一种基于旋转测棒数据的光棒弓曲度计算方法

专利主权项内容

1.一种基于旋转测棒数据的光棒弓曲度计算方法，其特征在于：通过采集与光纤预制棒接触的传感器数据，准确测量光纤预制棒各个位置的弓曲度；具体包含如下步骤：步骤1，基于多线条的多位置弓曲度展现：采用多点采集的方式，在光棒旋转的过程中，在同一截面同一水平线设置多个位置坐标，通过对同一水平线的数据进行收集、可视化，线条的波动情况即可反应光棒在该水平线上的弓曲度；步骤2，基于经验小波分解的数据降噪：根据信号的傅里叶谱特性进行自适应分割，构建合适的小波滤波器提取不同的调幅-调频AM-FM成分，并对分解得到的AM-FM模态作Hilbert变换，获取瞬时频率和幅值；步骤3，基于极差指数计算的弓曲度定位：根据光纤预制棒圆心位置数据进行区间划分，计算每个区间数据的极差；使用均值-极差控制图来展示数据的变化情况，进而计算出曲线在指定点处的曲率，通过极差指数计算来得出光棒各个位置上具体的弓曲度数值；在步骤1中，基于多线条的多位置弓曲度展现，具体包含如下步骤；步骤1.1，数据采集：光棒的旋转频率为5s每圈，将激光测径仪的采样频率设置为0.5s每次，即光棒旋转一周可采集10个点，在光棒旋转的过程中，同时将测径仪沿着光棒进行移动，即可得到10条线；步骤1.2，圆心位置计算算法：通过获取每条线上边距和光棒半径的位置数据，应用几何计算出相应线条上的圆心位置；基于线条的几何特征和光棒形状，将位置数据转化为圆心位置信息；步骤1.3，计算线条的中心点：对于每条线，通过将上边距位置和下边距位置相加并除以2，可得到线条的中心点位置；步骤1.4，计算圆心相对于中心点的偏移量：设圆心位于每条线的中心点上方的某个位置；通过测量光棒半径和线条中心点位置之间的距离，得到圆心相对于中心点的偏移量；步骤1.5，根据偏移量计算圆心位置：使用偏移量和中心点位置，计算出每条线上的圆心位置；设光棒垂直于地面，可将偏移量视为圆心到线条中心点的垂直距离；通过将偏移量加到线条中心点的垂直方向上，得到圆心位置的坐标；在步骤2中，基于经验小波分解的数据降噪，具体包含如下步骤：步骤2.1，数据准备：将待降噪的曲线数据进行准备，确保数据是时域的连续信号；步骤2.2，模态分解：使用经验小波变换进行模态分解；通过对原始信号进行分解，得到一系列本征模态函数EWFs，其中，每个本征模态函数EWFs代表了原始信号的不同频率和时域尺度特征；步骤2.3，频带选择：根据降噪的目标，选择合适的频带进行降噪；步骤2.4，阈值处理：利用自适应阈值法对选定的频带应用阈值处理；步骤2.5，模态重构：将经过阈值处理的EWF系数进行重构，得到降噪后的信号；通过对保留的EWF进行加和，将各个频带的降噪结果进行合并，得到降噪后的时域信号；步骤2.6，结果评估：利用信噪比SNR、均方根误差RMSE对降噪后的信号进行结果评估；在步骤3中，基于极差指数计算的弓曲度定位，具体包含如下步骤：步骤3.1，曲率计算算法：基于曲线的几何特征，通过计算曲线在给定点处的曲率来量化弓曲度；步骤3.2，控制图可视化：基于圆心位置数据的统计分析，应用控制图技术来监测和评估光纤预制棒制造过程的稳定性；步骤3.3，计算出曲线在指定点处的曲率，通过极差指数计算来得出光棒各个位置上具体的弓曲度数值；所述步骤3.1具体如下：确定曲线上的三个点：选择曲线上的三个相邻点，标记为P、P和P；123计算切线向量：使用P和P的坐标计算切线向量T和T；切线向量的计算方法是将P和P的坐标分别减去P的坐标，即T＝P-P和T＝P-P；1312132112223计算切线长度：计算切线向量T和T的长度，即计算||T||和||T||；1212计算单位切线向量：将切线向量T和T除以其长度，得到单位切线向量N和N；单位切线向量的计算方法是将切线向量除以其长度，即N＝T/||T||和N＝T/||T||；1212111222计算切线变化向量：计算切线向量T相对于T的变化量，即ΔT＝N-N；2121计算曲率：计算曲率K，即曲线在P点处的曲率；曲率的计算方法是将切线变化向量的长度除以切线向量T和T的长度之和的平方，即K＝||ΔT||/(||T||+||T||)；212122所述步骤3.2具体如下：收集数据：从光纤预制棒的圆心位置采集一系列样本数据，其中每个样本包括光棒上边距与半径的和的数值；计算样本均值：对于每个样本，计算其对应的圆心位置波动的平均值；计算样本极差：对于每个样本，计算其对应的圆心位置波动的极差，即最大值减去最小值；计算整体均值和极差：计算所有样本均值的平均值，并计算所有样本极差的平均值；绘制控制图：在控制图上绘制两条控制限线，即上控制限和下控制限；其中，上控制限为整体均值加上3个倍数的整体极差，下控制限为整体均值减去3个倍数的整体极差；分析数据点：将每个样本的圆心位置波动均值和极差标记在控制图上，与控制限进行比较；如果数据点超出控制限，表示该批数据存在特殊因素或异常情况；判断过程稳定性：通过观察控制图中的数据点，判断光纤预制棒制造过程的稳定性；如果数据点在控制限内且没有特殊模式或趋势，则说明制造过程是稳定的；如果数据点超出控制限或存在特殊模式或趋势，表明制造过程可能存在问题，需要进一步调查和改进措施。