一种视觉对位自动裁断机的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种视觉对位自动裁断机，在现有的裁断机主体框架及系统的基础上，增加设计视觉拍照组件和对位计算系统。每次进行裁断动作前，视觉拍照组件首先对预裁断面料区域进行拍照，把面料轮廓位置拍摄为照片，照片传送到对位计算系统，对位计算系统根据照片中轮廓相对于参考点的偏离位置计算出驱动刀模基座和下料台面的移动距离以及刀模盘的旋转角度，PLC控制器根据对位计算系统传输来的修正量驱动刀模基座和下料台面位移，驱动刀模盘旋转角度，使刀模准确处于面料上方，下压刀模完成裁断。系统不断重复拍照、计算偏移量、对位裁断的步骤，从而高效、准确、全自动化地完成面料的裁断工作。
【专利说明】
一种视觉对位自动裁断机
技术领域
[0001]本实用新型涉及裁断机械技术领域，特别涉及一种制鞋、皮具加工等行业进行面料裁切加工的裁断机。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，人们对鞋子、皮具等产品的造型及式样的要求越来越多样化，这就意味着需要裁断的相关面料外形越来越复杂，进而需要不断提升裁断机的自动化水平，以节约人工及材料成本，提高加工效率。
[0003]制鞋、制包一般是通过不同形状的裁片拼缝而成，不同形状的裁片是依靠成型刀模在裁断机裁切面料得到的，可以裁断的面料可以是皮革、布、塑料等材质。裁断机是一种常见的用于面料裁断加工的设备，工作时，依靠动力驱动安装在裁断机上的移动刀模基座在导轨上运动，运动到设定位置后，安装在刀模基座刀模盘上的刀模下压裁断面料，从面料上裁断出与刀模形状一致的裁片，从而完成下料工作。现在很多裁片是多层不同材料通过粘压或者缝制复合而成的，多层裁片需要在裁断机上分别按相应刀模裁断，然后再复合在一起，加工工序多，效率低。为了提高加工效率，目前已有面料提供者按照需求方提供的设计图样，生产已经复合在一起的多层面料，如图1所示，其中A为面料图案表层，B为夹层，C为底层，A层面料上印刷有刀模轮廓以及外观图案，按轮廓裁断后即可使用，这样的面料虽然极大地缩减了生产工序，但却对裁断工作带来了新的难度。以前对没有图案的材料裁断时，只需要控制刀模按一定间距和角度连续自动裁断材料即可，现在对印刷有图案及轮廓的材料进行裁断时，因为图案轮廓的间距和角度不一定是均匀的，而且裁断必须依轮廓线进行，所以需要准确定位刀模，使刀模与材料的外轮廓完全吻合后方可裁断，如果对位不准确，面料上的图案轮廓就会被破坏，成为废料，造成浪费。目前解决这一问题的办法是使用手动裁断机人工裁断，人工精确对位刀模，裁断效率低，人工成本高。
[0004]为提高生产效率，制鞋、制包企业使用这种新型多层复合材料会日趋普遍，为此，提高裁断机的自动化水平，降低人工成本，提高裁断效率，实现自动精确裁断这种新裁片料显得尤为重要，目前市面上的机械裁断机尚无法解决这一难题。
【发明内容】
[0005]为了弥补现有技术的不足，本实用新型公开了一种视觉对位自动裁断机及其控制方法，即在现有的裁断机主体框架及系统的基础上，增加设计视觉拍照组件和对位计算系统，从而实现一套能够针对面料上的图案进行准确对位的自动裁断机及其相应的控制方法。
[0006]上述自动裁断机的发明思路如下:每次进行裁断动作前，视觉拍照组件首先对预裁断面料区域进行拍照，把面料轮廓位置拍摄为照片，照片传送到对位计算系统，对位计算系统根据照片中轮廓相对于参考点的偏离位置计算出驱动刀模基座和下料台面的移动距离以及刀模盘的旋转角度，PLC控制器根据对位计算系统传输来的修正量驱动刀模基座和下料台面位移，驱动刀模盘旋转角度，使刀模准确处于面料上方，下压刀模完成裁断。系统不断重复拍照、计算偏移量、对位裁断的步骤，从而高效、准确、全自动化地完成面料的裁断工作。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种视觉对位自动裁断机，包括裁断机框架、伺服电机、动力机构、丝杠、PLC控制器、下料台面、刀模基座、刀模盘、导轨；导轨和丝杠平行设置在裁断机框架内，刀模基座安装在导轨和丝杠上，其下端设置刀模盘;刀模基座在PLC控制器的控制下，通过伺服电机转动丝杠带动刀模基座在导轨上横向运动，动力机构控制刀模基座垂直运动，对下料台面上的面料进行裁断，其特征在于:还包括视觉拍照组件和对位计算系统;视觉拍照组件与刀模基座固定，其与刀模基座具备相同的坐标系;视觉拍照组件与对位计算系统之间有电信号连接，拍摄的照片数据通过电信号连接传输给对位计算系统;对位计算系统为按照设计的控制方法进行计算和控制的计算机，其与PLC控制器之间具备多组电信号连接。
[0009]进一步地，所述视觉拍照组件包括支架和摄像头，支架与刀模基座固定连接，摄像头与支架固定连接。
[0010]进一步地，所述视觉拍照组件支架还包括摄像头高度调节机构，用于调节摄像头的高度，以调整其拍摄视野范围。
[0011]进一步地，所述视觉拍照组件支架下端还设置有照明装置，其为预拍摄面料区域提供足够的照度。
[0012]进一步地，所述对位计算系统与PLC控制器的电信号连接包括:对位计算系统向PLC控制器传输横向、纵向和旋转角度修正量的电信号连接;PLC控制器向对位计算系统传输刀模基座就位信号的电信号连接;PLC控制器向对位计算系统传输刀模基座位置坐标的电信号连接。
[0013]上述视觉对位自动裁断机的控制方法如下:刀模基座与视觉拍照组件为刚性连接，同步运动，拥有共同的坐标系;视觉拍照组件在对位计算系统的控制下拍摄待裁断面料照片并将照片传输给对位计算系统，对位计算系统把摄像头传输来的照片与计算机内存储的参考基准照片进行比对，计算出位置误差和修正量，把横向修正量、纵向修正量、旋转修正量传输给PLC控制器;PLC控制器通过伺服电机控制刀模基座横向按修正量运动，通过旋转控制机构控制刀模盘按旋转修正量旋转，通过自动送料机构控制下料台面按纵向修正量运动，通过动力机构控制刀模基座上的刀模盘下压完成裁断动作；裁断完成后，PLC控制器按预先设定的步进距离后退刀模基座，到位后将刀模基座位置坐标和刀模基座就位信号传输给对位计算系统，对位计算系统再次向视觉拍照组件发出拍照指令，按上述控制关系不断重复动作;在横向裁断设定刀数后，PLC控制器通过自动送料系统驱动下料台面带动面料纵向移动一个刀模距离，PLC控制器驱动刀模基座反向执行裁断，再次按上述控制关系重复动作直至停机。
[0014]所述参考基准照片按照如下步骤确定:
[0015]第一步:在下料台面上裁断起始位置处固定一张大于刀模的单色材料，手动操作刀模基座移动到单色材料正上方，裁断一刀，在单色材料上裁断出一个与刀模一致的孔洞；
[0016]第二步:在准备加工的面料上，把起点位置第一片料依轮廓裁剪下一片裁片，将裁片准确对准白纸上的孔洞放置好；
[0017]第三步:手动操作刀模基座向裁片处移动，使视觉拍照组件的摄像头位于裁片正上方，拍摄一张照片，照片传输给对位计算系统作为参考基准照片；
[0018]第四步:在对位计算系统上，选取照片上对比明显、易于识别的点设定为参考基准点。
[0019]所述单色材料为一张白纸。
[0020]上述自动裁断机的发明思路如下:每次进行裁断动作前，视觉拍照组件首先对预裁断面料区域进行拍照，把面料轮廓位置拍摄为照片，照片传送到对位计算系统，对位计算系统根据照片中轮廓相对于参考点的偏离位置计算出驱动刀模基座和下料台面的移动距离以及刀模盘的旋转角度，PLC控制器根据对位计算系统传输来的修正量驱动刀模基座和下料台面位移，驱动刀模盘旋转角度，使刀模准确处于面料上方，下压刀模完成裁断。系统不断重复拍照、计算偏移量、对位裁断的步骤，从而高效、准确、全自动化地完成面料的裁断工作。
[0021 ]综上所述，本实用新型的有益效果在于:I)能够连续自动化地对预裁断面料进行拍照和对位裁断，从而大幅度提高了裁断的准确性、成品率和生产效率，有效避免材料的浪费；2)本发明设置好程序启动后，就可以自动完成裁断作业，本发明裁断机相当于8人至10人的人工裁断效率，几乎无需人工干预，极大地降低了人工成本，在当下人工成本高企的情况下可以大量节约企业的用人成成本，具有良好的市场前景。
【附图说明】
[0022]图1为多层复合带轮廓图案面料的示意图；
[0023]图2为视觉对位自动裁断机的结构示意图；
[0024]图3为视觉拍照组件的结构示意图；
[0025]图4为带调节机构的视觉拍照组件结构示意图；
[0026]图5为视觉对位自动裁断机的控制关系框图；
[0027]图6为视觉对位自动裁断机系统工作流程图。
[0028]其中:A-面料图案表层;B-面料夹层;C-面料底层；
[0029]1-视觉拍照组件；101-摄像头；102-照明灯I; 103-照明灯2;
[0030]104-支架；105-调节螺丝；
[0031 ]2-对位计算系统;3-PLC控制器;4-导轨;5_丝杠；
[0032]6-伺服电机;7-刀模基座;8-刀模盘;9-下料台面。
【具体实施方式】
[0033]下面就本发明所述视觉对位自动裁断机在制鞋领域的应用，结合附图对本发明作进一步的说明。
[0034]关于【背景技术】提到的新型鞋面材料如图1所示，是一种新型多层复合带轮廓图案面料，在裁断这种材料时，要求刀模要与印制在面料图案表层A上的外轮廓线完全吻合。因为印制在表层的轮廓横纵向以及角度有可能是不一致的，所以无法通过设定刀模步进固定间距、刀模盘旋转固定角度的方式裁断，每一刀裁断都需要精确对准。这种材料不仅限图示的三层，也可能是两层或多层，因为表面印制有刀模轮廓的共性，都需要提升裁断机的自动化水平。
[0035]图2为本发明提供的视觉对位自动裁断机的结构示意图。如图所示，其中，对位计算系统2负责对比计算摄像头101拍摄的面料照片与存储在计算机内的参考基准照片的误差，并根据刀模基座7的坐标计算出修正量，传输给PLC控制器3;视觉拍照组件I与刀模基座7刚性连接，同步运动，与刀模基座7拥有共同的坐标系;PLC控制器3负责驱动下述部件按如下方式运动:I)驱动伺服电机6通过丝杠5带动刀模基座7沿导轨4横向(即图中左右方向)运动；2)驱动刀模盘8按一定角度旋转刀模;3)负责驱动下料台面9沿纵向(即图中前后方向)运动;4)负责驱动刀模基座7工作的动力机构(一般为油压机构，图中未示出)下压抬起刀模盘8带动刀模完成下料裁断工作;此外PLC控制器还将刀模基座位置坐标和刀模基座就位信号传输给对位计算系统2;本发明所述裁断机还包括其他常规裁断机所必备的系统和部件，如:油压系统、自动送料系统等，因为不是本发明的发明要点，同时在说明本发明时无需涉及，所以在示意图中并未画出，不画出不代表本发明不包括这些必备的系统及部件。
[0036]视觉拍照组件的结构示意图如图3所示，视觉拍照组件I的支架104可以是一体成型的，也可以是由多条刚性材料组合固定连接而成，其与刀模基座7刚性连接，摄像头101与支架104之间刚性连接。所述刚性连接的意思是指在裁断机工作时，视觉拍照组件I与刀模基座7之间不会发生位移，以确保视觉拍照组件I与刀模基座7拥有共同的、一致的坐标系，即通过刀模基座7所处位置坐标加固定值可以计算出摄像头101拍摄视野范围内鞋面材料上参考点的位置坐标;图4进一步描述了带调节机构的视觉拍照组件结构示意图，视觉拍照组件I的支架104上还可以设置调节螺丝105，用于调节摄像头101的高度以及拍摄视野范围；如图3、图4所示，视觉拍照组件I的支架104下端设置有照明灯一 102和照明灯二 103，为摄像头101拍摄面料视野范围提供足够的照度，以使拍摄的照片足够清晰。为达到提供照明的目的，所述照明灯不仅限于两个，也可以是一个或者是多个，其位置也不仅限于支架下端，其位置亦可是可以调节的;摄像头101有电信号线与对位计算系统2相连，拍摄的照片通过电信号连接传输到对位计算系统2。
[0037]下面进一步说明本发明裁断机系统及部件间控制关系。如图5所示，刀模基座与视觉拍照组件为刚性连接，同步运动，拥有共同的坐标系，视觉拍照组件在对位计算系统的控制下拍摄待裁断鞋面材料照片并将照片传输给对位计算系统，对位计算系统把摄像头传输来的照片与计算机内存储的基准照片进行比对，根据参考基准计算位置误差和修正量，把横向修正量、纵向修正量、旋转修正量传输给PLC控制器;PLC控制器通过伺服电机控制刀模基座横向按修正量运动，通过旋转控制机构控制刀模盘按旋转修正量旋转，通过自动送料机构控制下料台面按纵向修正量运动，通过动力机构例如油压裁断机构控制刀模基座上的刀模盘下压完成裁断动作；裁断完成后，PLC控制器按预先设定的步进距离后退刀模基座，到位后将刀模基座位置坐标和刀模基座就位信号传输给对位计算系统，对位计算系统再次向视觉拍照组件发出拍照指令，按上述控制关系不断重复动作；在横向裁断设定刀数后，PLC控制器通过自动送料系统驱动下料台面带动面料纵向移动一个刀模距离，PLC控制器驱动刀模基座反向执行裁断，再次按上述控制关系重复动作直至停机。
[0038]为了完成上述工作，需要为对位计算系统设定一个参考基准坐标，具体地，参考基准确定方法步骤如下:
[0039]第一步:在下料台面9上裁断起始位置处固定一张大于刀模的单色材料，手动操作刀模基座7移动到单色材料正上方，裁断一刀，在单色材料上裁断出一个与刀模一致的孔洞；
[0040]第二步:在准备加工的面料上，把起点位置第一片料依其图案的外轮廓裁剪下一片裁片，将裁片准确对准上述单色材料上切出的孔洞放置好；
[0041]第三步:手动操作刀模基座7向裁片处移动，使视觉拍照组件I的摄像头101位于裁片正上方，拍摄一张照片，照片传输给对位计算系统2;
[0042]第四步:在对位计算系统2上，选取照片上对比明显、易于识别的点设定为参考基准点；
[0043]上述第一步、第二步中所述单色材料，最好是一张白纸，目的是使第三步拍摄的裁片参考基准照片的背景为纯净色，以方便对位计算系统2进行准确的识别判断。
[0044]按所述参考基准确定方法操作以后，对位计算系统2即建立起一个相对于刀模基座7坐标系零位的参考基准，即相对于坐标零位的某处坐标有一片裁片，因为是依据裁断单色纸的位置放置的，所以其与刀模严格吻合，该坐标处的裁片已拍摄照片存入对位计算系统，并在照片上设置了对位参考基准点，这一包含准确坐标并设定了参考点的基准照片，作为之后连续自动裁断时拍摄照片的对比依据。
[0045]具体地，连续自动裁断启动前的准备操作流程如下:
[0046]第一步:上料，将整片面料的起始端第一块料轮廓的孔洞与下料台面上的裁片大致对准，然后把整块料固定到下料台面9上；
[0047]第二步:测量面料上轮廓的横向、纵向的大致间距，计算出横向刀数，将数值输入PLC控制器3;
[0048]第三步:将刀模基座7回零位，手动操作视觉拍照组件I的摄像头101移动到材料第一刀的正上方大致位置；
[0049]第四步:启动裁断机自动工作模式，裁断机即可按本发明所述控制方法连续自动进行准确裁断工作。
[0050]上述步骤中，第一步上料时材料的轮廓孔洞是事先裁断出来的，目的是方便与下料台面9上的裁片对准，第一步所述的大致对准、第二步所述的测量横纵向大致间距以及第三步所述移动到材料第一刀的正上方大致位置，“大致”的意思是指无需非常严格，因为参考基准照片已经建立，自动工作时的每一刀裁断都是要进行拍照、对比计算，并给出修正量后才进行裁断的。
[0051]本发明提供的视觉对位自动裁断机的控制方法，是一种使视觉拍照组件和对位计算系统有序连续控制裁断机工作的方法，手动驱动刀模基座7移动到工作起始位置后，启动自动工作模式，视觉对位自动裁断机系统工作流程如图6所示，控制方法如下所述:
[0052]PLC控制器向对位计算系统发送刀模基座就位信号和刀模基座位置坐标信号，对位计算系统控制视觉拍照组件的摄像头拍摄照片，照片传输到对位计算系统，对位计算系统计算照片与参考基准照片的误差值，计算照片与基准的横向纵向以及旋转角度的偏移量(具体的为刀模基座横向、下料台面纵向、刀模盘旋转角度偏移量)，并根据PLC控制器传送来的当前刀模基座位置坐标计算出刀模基座横向、下料台面纵向、刀模盘的位移修正量，该修正量传输给PLC控制器修正数据，PLC控制器驱动刀模基座移动到准确位置进行裁断，裁断完成后，PLC控制器控制刀模基座后移就位后再次向对位计算系统发出刀模就位信号，自动按该控制方法不断重复。
[0053]应该指出的是，本发明具体实施中还可以依据实际工作需要进行如下改进或变形:
[0054]一、取消视觉拍照组件上的照明灯，只要裁断机工作区域的照度足够，不设计照明灯不影响本发明的实现；
[0055]二、把视觉拍照组件一体化整体设计到刀模基座上，而不是通过支架与刀模基座固定，不影响本发明的实现；
[0056]三、视觉拍照组件也可以不与刀模基座固定，其亦可设计为单独驱动，但与刀模基座拥有共同的坐标系，其先于刀模基座独立运动到下一裁断位置拍照比对计算，这样可以省去退刀步骤，进一步提尚裁断效率。
[0057]本实施例以多层鞋面材料的裁断举例，这只是该裁断机在制鞋领域的一个具体应用，但不仅限于制鞋领域，在皮具加工、制衣等行业具备相同的应用价值。说明书的内容在于使本领域专业技术人员可以据其了解本发明的技术方案并加以实施，并不能以其限制本发明的保护范围，凡依据本发明披露技术所作的任何变形和润饰，均落入本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书披露的内容为准。
【主权项】
1.一种视觉对位自动裁断机，包括裁断机框架、伺服电机、动力机构、丝杠、PLC控制器、下料台面、刀模基座、刀模盘、导轨;导轨和丝杠平行设置在裁断机框架内，刀模基座安装在导轨和丝杠上，其下端设置刀模盘;刀模基座在PLC控制器的控制下，通过伺服电机转动丝杠带动刀模基座在导轨上横向运动，动力机构控制刀模基座上刀模盘垂直运动，对下料台面上的面料进行裁断，其特征在于:还包括视觉拍照组件和对位计算系统;视觉拍照组件与刀模基座固定，其与刀模基座具备相同的坐标系;视觉拍照组件与对位计算系统之间有电信号连接，拍摄的照片数据通过电信号连接传输给对位计算系统;对位计算系统为按照设计的控制方法进行计算和控制的计算机，其与PLC控制器之间具备多组电信号连接。2.根据权利要求1所述的一种视觉对位自动裁断机，其特征在于，所述视觉拍照组件包括支架和摄像头，支架与刀模基座固定连接，摄像头与支架固定连接。3.根据权利要求1所述的一种视觉对位自动裁断机，其特征在于，所述视觉拍照组件支架还包括摄像头高度调节机构，用于调节摄像头的高度，以调整其拍摄视野范围。4.根据权利要求1所述的一种视觉对位自动裁断机，其特征在于，所述视觉拍照组件支架下端还设置有照明装置，其为预拍摄面料区域提供足够的照度。5.根据权利要求1所述的一种视觉对位自动裁断机，其特征在于，所述对位计算系统与PLC控制器的电信号连接包括:对位计算系统向PLC控制器传输横向、纵向和旋转角度修正量的电信号连接;PLC控制器向对位计算系统传输刀模基座就位信号的电信号连接;PLC控制器向对位计算系统传输刀模基座位置坐标的电信号连接。
【文档编号】B26F1/40GK205588406SQ201620302408
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】詹新, 詹静
【申请人】东莞市陆陆兴工业自动化科技有限公司