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［摘要］針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線不具有對(duì)光纜外護(hù)套的壁厚及偏心度進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制的能力，僅以外徑控制來(lái)代替壁厚間接控制而導(dǎo)致的護(hù)套壁厚偏差較大且調(diào)整不及時(shí)的問(wèn)題，展開(kāi)了光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的超聲檢測(cè)技術(shù)，選用國(guó)外成熟的傳感器產(chǎn)品，能夠廣泛適配新接入監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信接口，硬件的采集精度、采集周期、采樣范圍等指標(biāo)能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。該系統(tǒng)的軟件功能模塊可重用、可配置、可拆卸，采用圖形化的顯示方式，能夠直觀地顯示壁厚監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)，并能夠記錄、存儲(chǔ)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能，有支持與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的能力。該系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的工裝將4個(gè)超聲波傳感器安裝在冷卻水槽中。該系統(tǒng)能夠滿足對(duì)光纜外護(hù)套壁厚、偏心度的實(shí)時(shí)在線測(cè)量的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和數(shù)字化改造，提高光纜產(chǎn)品的成品率。

［關(guān)鍵詞］光纜；護(hù)套壁厚；測(cè)量；控制系統(tǒng)

0引言

在光纜生產(chǎn)過(guò)程中的外護(hù)套擠塑環(huán)節(jié)，雖然客戶對(duì)光纜外護(hù)套壁厚及偏心度有明確要求，但現(xiàn)有的生產(chǎn)線都不具有對(duì)光纜外護(hù)套的壁厚及偏心度進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制的能力，僅以外徑控制來(lái)代替壁厚間接控制，只有待單位產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，采用兩端切片的方式檢測(cè)，這樣的控制方式不僅誤差很大，且調(diào)整不及時(shí)。另外，還可能存在單位產(chǎn)品內(nèi)、外護(hù)套不均勻的情況，而且對(duì)光纜護(hù)套的偏心度僅能依靠?jī)啥擞^測(cè)獲得，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法獲知。技術(shù)手段不足帶來(lái)光纜產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法提高且具有很大使用風(fēng)險(xiǎn)隱患，同時(shí)也存在原材料浪費(fèi)等問(wèn)題（例如生產(chǎn)中存在實(shí)際壁厚遠(yuǎn)大于工藝要求的情況）。為此，本文設(shè)計(jì)了一套光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜外護(hù)套壁厚、偏心度的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和數(shù)字化改造，以提高光纜產(chǎn)品的成品率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)工作原理

在光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，遵循了有關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線的外護(hù)套擠塑環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。該系統(tǒng)工作原理如圖1所示，通過(guò)超聲探頭發(fā)射超聲波，超聲波脈沖在透過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射的超聲波被探頭接收，通過(guò)高速數(shù)字信號(hào)處理（DSP）系統(tǒng)，快速精準(zhǔn)提取發(fā)射脈沖，并精確測(cè)量二次超聲波發(fā)射波在材料中傳播的時(shí)間差，從而達(dá)到精確測(cè)量護(hù)套壁厚的目的［1－2］。光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)利用超聲檢測(cè)技術(shù)可以完成超薄的壁厚測(cè)量、最小和最大直徑測(cè)量、偏心度測(cè)量以及不規(guī)則幾何產(chǎn)品測(cè)量。

2光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)為5層，如圖2（a）所示，分別是設(shè)備層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、基礎(chǔ)服務(wù)層和應(yīng)用層［3］。設(shè)備層主要負(fù)責(zé)接入各種接口的設(shè)備，傳輸層負(fù)責(zé)將設(shè)備中的各種信息通過(guò)RS485總線或者以太網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，基礎(chǔ)服務(wù)層主要負(fù)責(zé)應(yīng)用里面的一些基礎(chǔ)服務(wù)。設(shè)計(jì)的光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)的組成和連接關(guān)系如圖2（b）所示，該系統(tǒng)的測(cè)量頻率可達(dá)2000次／s，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，將超聲波探頭布放在冷卻水槽遠(yuǎn)離擠塑機(jī)的末端。光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)的組成部件如表1所示。

3光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

該光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)將采集的信息通過(guò)RS485總線，上報(bào)到工控機(jī)上進(jìn)行界面顯示，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)，把整個(gè)生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，用來(lái)監(jiān)視管理控制生產(chǎn)過(guò)程中的每條生產(chǎn)線及生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程數(shù)據(jù)信息，顯示、統(tǒng)計(jì)每個(gè)產(chǎn)品線的工作狀態(tài)。此外，該光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)利用大屏顯示系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、各條生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)任務(wù)排單及任務(wù)完成進(jìn)度做可視化展示，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)產(chǎn)品實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，并實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)與最終交付產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的擴(kuò)展能力［4］。該光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)的功能主要包括：a．精準(zhǔn)測(cè)量光纜外護(hù)套的壁厚、偏心度；b．實(shí)時(shí)圖形化顯示當(dāng)前壁厚、偏心度數(shù)據(jù)及狀態(tài)；c．可選擇存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中采集的壁厚數(shù)據(jù)；d．對(duì)壁厚出現(xiàn)超差情況進(jìn)行提示預(yù)警；e．具有數(shù)據(jù)分析功能，能夠統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程中是否存在超出門(mén)限的記錄、平均壁厚值與標(biāo)準(zhǔn)要求的偏差等，為現(xiàn)場(chǎng)壁厚參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有良好的可擴(kuò)展性，未來(lái)北向可對(duì)接制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），南向可對(duì)接其他生產(chǎn)設(shè)備（如噴碼機(jī)），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)互通。該光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)主要以實(shí)時(shí)質(zhì)量控制（QC）數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)程監(jiān)控，包括趨勢(shì)圖、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)圖表等。圖3（a）示出了系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)試的壁厚數(shù)據(jù)，圖形化直觀顯示了最大壁厚、最小壁厚、偏心度等關(guān)鍵指標(biāo)值，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中壁厚出現(xiàn)超差情況提示預(yù)警［5－6］。圖3（b）示出了正常和異常工作顯示圖。當(dāng)系統(tǒng)測(cè)得壁厚數(shù)據(jù)正常時(shí)工作狀態(tài)為：畫(huà)面用紅色顯示最小壁厚，超聲波傳感器采樣周期大于1000次／s，畫(huà)面更新頻率為1次／s，顯示值為1s內(nèi)的平均值，系統(tǒng)測(cè)量誤差小于0．005mm。當(dāng)系統(tǒng)測(cè)得壁厚數(shù)據(jù)異常時(shí)工作狀態(tài)為：對(duì)于實(shí)際最小壁厚小于最小壁厚預(yù)警值的情況，最小壁厚兩側(cè)30°區(qū)域黃色高亮顯示并聲光報(bào)警；對(duì)于實(shí)際最小壁厚小于最小壁厚下限值的情況，最小壁厚兩側(cè)30°區(qū)域紅色高亮顯示并聲光報(bào)警。圖3（c）示出了系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中是否存在超出門(mén)限的記錄、平均壁厚值與標(biāo)準(zhǔn)要求的偏差的結(jié)果。經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤，利用該系統(tǒng)可將較大的護(hù)套平均壁厚值與標(biāo)準(zhǔn)要求的偏差縮小0．05～0．10mm（例如由1．68mm降低至1．63mm），則可帶來(lái)3％～7％的護(hù)套材料節(jié)省，顯著提高光纜良品率和效益。

4總結(jié)

光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的超聲檢測(cè)技術(shù)，選用國(guó)外成熟的傳感器產(chǎn)品，能夠廣泛適配新接入監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信接口。系統(tǒng)硬件的采集精度、采集周期、采樣范圍等指標(biāo)都能滿足用戶實(shí)際生產(chǎn)需要。系統(tǒng)軟件功能模塊可重用、可配置、可拆卸，采用圖形化的顯示方式，能夠直觀地顯示壁厚監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)，并能夠記錄、存儲(chǔ)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)分析功能、數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能等，有支持與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通的能力。系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的工裝將4個(gè)超聲波傳感器安裝在冷卻水槽中。此外，系統(tǒng)采用多種防范措施，防止誤操作、漏操作和隨意破壞。該光纜護(hù)套壁厚測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的超前性，不但能夠滿足當(dāng)前的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和數(shù)字化改造，而且還可滿足將來(lái)進(jìn)一步發(fā)展的需要。

作者:李仲杰 馮朝暉 張偉 單位:西安西古光通信有限公司 西安科杉智能科技有限公司