[发明专利]带卷连续激光落料用在线测量、废料掉落及成品分离识别法

说明书

一种带卷连续激光落料用在线测量、废料掉落及成品分离识别方法，包括下述步骤：CCD相机和切割机床坐标系标定；轮廓测量点选择，针对每种落料零件轮廓特征、激光落料套料形态及切割路径，选择切割头相机轮廓测量位和云台相机轮廓测量位；标准特征图形样板获取及建库；切割前的料片位置精确定位；切割过程中检测废料是否掉落；成品和带钢分离检测。本发明可满足带卷连续激光落料的加工要求。

技术领域:

本发明涉及金属加工领域，特别地，涉及用于汽车制造技术领域的激光落料板带轮廓测量、在线修正切割坐标、废料掉落、成品与带钢分离识别的方法及实现。

背景技术

在金属板带激光切割之前，切割设备必须知道工件在机床坐标系中的位置，才可进行精准的激光切割。所述工件在机床坐标系中的位置包括坐标偏置值和坐标系旋转值。

在带卷连续激光落料领域，切割执行机构在线测量板带在切割区域的准确位置和姿态，并据此调整工件坐标系进行切割作业，确保加工尺寸和形状精度；同时在加工过程中，实时检测并识别已加工废料掉落的状态，防止未掉落的废料损坏切割及输送设备；在单片加工结束后，检测并识别成品是否和带卷正常分离，确定是否进行后续连续自动作业，防止料片的堆叠和废品产生。

为了确定工件坐标系在机床坐标系中的位置，传统激光切割机床是通过X轴和Y轴方向上的机械挡块限定工件位置来实现。具体的做法是：在工作前先对机械挡块位置进行调整，使得挡块在X轴和Y轴方向分别与机床的对应的X轴和Y轴平行,这样确保Z轴旋转角为0度；然后手动将加工料片顶靠X轴和Y轴方向上的机械挡块；然后进行激光切割。这种定位切割方法适合人工或半自动作业。

在金属板带激光切割中，为了确保切割的连续性，切割完的废料必须正常掉落。切割过程中，由于测量、板形、废料大小形态、切割气体压力、切割路径规划等因素的影响，废料有时候会未完全掉落，极易造成切割头碰头导致切割中断，严重者损坏切割头。

在金属板带激光切割完毕后，特别是连续落料切割领域，已切割完成品必须与后续待加工的金属板带断刀分离，后续板带才能送至切割区进行切割作业。如果成品未正常分离，势必造成板带和成品的堆叠，造成生产中断，并损坏设备事故。后续处理此类异常是费时费力的，大大降低生产效率和增加操作人员的劳动强度。

现有的激光切割机床作为离散加工工具，人工/半自动上下料，处理针状支撑台面成品和废料；通过摄像头人工监控激光切割过程。在开卷步进和连续激光落料大生产中，则需要在线轮廓测量、在线修正、废料掉落和成品分离识别技术，以确保连续化工业大生产的可靠性。

因此，一套可以在线自动测量待加工工件位置和角度，同时能对工件加工过程中废料是否正常掉落和成品料是否正常分离，并传输到计算机系统进行工件坐标系自动修正和切割异常实时监控的系统，对于高速高精度连续生产是必不可少的，特别是开卷连续激光落料落料领域。

比较常见的做法是采用CCD相机和图像处理技术来测量工件位置。例如专利201410776192.5提出一种全自动视觉三轴运动平台控制系统，由视觉定位系统和运动控制系统两部分构成，视觉定位系统硬件包括相机、LED光源、图像采集卡及控制柜，运动控制系统包括运动控制卡及三轴运动控制平台，控制柜分别与图像采集卡、运动控制卡、相机、光源及三轴运动平台连接，控制系统通过视觉定位系统获取产品本身的固有特征，将每次定位的坐标信息通过运动控制卡传送到三轴运动平台，保证切割位置没有偏差。相机安装在切割头附近。这种方法定位灵活，在局部范围测量精度高，克服了挡块定位的缺点。但是由于相机安装在切割头附近，其测量的视野受到限制，对于大幅面且存在角度旋转工件加工，这种方法会打来比较大的角度计算误差，幅面越大，角度计算误差越大。