一种快速识别板材偏移的冲床送料机及其工作方法与流程

本发明属于全自动冲床送料机领域，特别是涉及一种快速识别板材偏移的冲床送料机及其工作方法。

背景技术：

当前，依靠冲床冲压加工完成的各种零件应用数量巨大，而这些零件很大一部分要依靠手工操作来完成板材的送料、排料和冲压等工作，不仅危险性较大，而且效率、质量、材料利用率等指标也难以保证，另外，对于重量或尺寸稍大的原材料（金属板材），仅靠单个人力难以将材料送上冲床，又没有合适的送料机构来完成送料工作，大大限制了这类材料的加工利用。

为了解决这一问题，尽可能减少人工参与，市场上陆续推出了冲床自动送料机。旧的冲床可以保留，只需要加入自动送料机，同时在上位机（送料机的控制计算机）软件中读取工件的cad图形文件，预先进行工件的排料，就可以将普通冲床进行改造，实现自动送料，达到“机器换人”的目的。

目前，在冲床自动化送料机研发方面，国内市场上主要有以下几种类型：

（1）纯机械联动的送料机。依靠冲床的运动行程控制材料的送料（或步进），该形式的送料机结构简单，成本低廉，但是对原材料的要求严格，必须是同一类型的整板材料，因此只适合于少数几种规则形状原材料的加工（如长条形圈带料）。

（2）半自动化的辅助设备，依靠实际获取的原材料尺寸进行固定点位的编程，依靠简单的数控系统进行点位步进，这同样限制了对原材料的灵活加工，只适用于同种规格、大批量原材料的一次性加工。

（3）采用机器视觉技术的自动送料机。利用计算机，在给定形状的板材（多为长方形或者带状材料）上进行多种规则零件（如圆形、方形）以及少数几种不规则形状零件进行排列组合及自动编程，从而实现整个冲压生产的自动化。

然而，受限于加工精度等问题，驱动板材完成进给运动的送料辊很难保证在轴线方向上的直径尺寸是完全一致的，因此，在轴线方向上送料辊的摩擦力也是难以保证完全一致的；其次，使用过程中送料辊的磨损情况也不尽相同，从而造成送料辊的摩擦力在轴线方向上难以保证完全一致。因此，上述诸多原因会造成板材在进给过程中发生“走偏”现象。现有的全自动送料机，有很大一部分会出现材料“走偏”的问题，从而使得废品率增加，材料利用率降低，有时甚至损坏冲压模具。

针对上述自动送料机的走偏问题，目前采取的技术措施是：调节送料辊两端压紧弹簧的压紧力，亦即改变送料辊与板材之间的压紧力，从而改变送料辊施加到板材上的摩擦力，以此来补偿因送料辊加工精度等问题造成的板材走偏现象（摩擦力大的地方板材的进给速度高）。但是，上述措施存在的问题是：在对各个送料辊两端的弹簧压紧力进行调节时，由于没有方便、直观的调整效果检测方法和装置，只能凭借调试人员的经验和调试后的反复冲压运行测试，故不仅调试工作的技术难度大，对调节人员的技术水平要求高，而且花费时间长，调试用板材的浪费量大，有时甚至损坏冲压模具，因此，无论是在送料机出厂时的产品检验阶段，还是在用户的使用现场，都迫切需要一套简便易行，有章可循的检测调试方法，最终达到防止板材走偏的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方便、直观、便于实现的快速识别板材偏移的冲床送料机及其工作方法，能够实现出厂检验工序的半自动化检验和调试，显著提高检验和调试效率，有效地解决冲床送料机中板材走偏检测的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下方案：一种快速识别板材偏移的冲床送料机，包括送料辊和冲头，其特征在于：还包括摄像机、板材运动控制平台、驱动机构、分析装置和测量机构；

其中，所述板材运动控制平台水平式设置，送料辊水平式安装在板材运动控制平台上，板材沿进给方向在板材运动控制平台和送料辊之间运动，板材上设置有标记点；驱动机构与送料辊连接，送料辊用于沿进给方向运送板材；

记水平面为xy平面，其中板材的进给方向为x轴，xy平面中与x轴垂直的方向为y轴，与xy平面垂直的方向为z轴；

摄像机设置于板材运动控制平台的上方，摄像机和测量机构沿进给方向依次设置，摄像机的拍摄方向沿z轴，摄像机用于拍摄标记点在摄像区域内的初始图像，分析装置与摄像机相连，分析装置用于根据初始图像分析标记点的初始y轴坐标；当板材进入冲头的冲压区域时，测量机构测量标记点的实际y轴坐标。

为了减小计算误差和测量误差，摄像机、板材运动控制平台和冲头在xy平面内的位置坐标固定，摄像机用于对冲头下方的板材进行拍摄，摄像机拍摄的图像中包含标记点的位置信息。通过分析装置，如运动控制计算机，对摄像机拍摄的图像中板材的标记点的位置信息进行处理和分析，得到板材标记点沿x轴和y轴方向的位置坐标。由于x轴的运动相对精确，仅通过y轴坐标的偏移就能够对偏移情况作出明确判断，同时只需要对y轴坐标进行修正，就能使得板材回到板材运动控制平台的中心轴线上，因此只需要测量y轴方向的位置坐标就能满足实际需要。

本发明所述冲头与测量机构相邻，或者，测量机构安装在冲头的冲压区域内。

本发明所述摄像机与冲头相邻。摄像机安装在板材的上方，并在安装位置允许的情况下，尽量靠近冲头的位置。由于板材的偏离并不始终沿一个方向，导致有可能在实际送料过程中偏离很大，但是测量得出的偏离很小，为了减少测量误差，采用本结构，摄像机与冲头之间的安全距离在本领域技术人员的认知范围内可以作出明确判断。

本发明所述测量机构为钢板尺。实际y轴坐标可通过安装于冲床冲压区域内的钢板尺测量获得，也可通过其他方便度量的工具来测量获得，由此，可得到标记点的实际位置坐标，尤其是实际y轴坐标。

一种快速识别板材偏移的冲床送料机的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）在板材上作出标记点；

2）板材在送料辊的作用下沿进给方向运动，标记点首先进入摄像机的摄像区域，摄像机对标记点进行拍摄得到初始图像，分析装置根据初始图像分析标记点的初始y轴坐标；

3）步骤2）结束后，板材在送料辊的作用下沿进给方向运动进一步运动，然后测量机构测量此时标记点的实际y轴坐标；

4）根据实际y轴坐标与初始y轴坐标的差值判断板材运动是否偏移。

其中，初始y轴坐标即为标记点的理想坐标。当板材在送料辊的驱动下运动到冲床冲压区域时，板材标记点也随之运动到冲床冲压区域，此时，板材的标记点的坐标记为板材标记点的实际位置坐标，实际位置坐标与理想坐标进行比较，就可判断出板材的进给运动是否存在走偏问题，并可得到板材在xy平面走偏后所产生的偏移量大小，大大地方便了送料机的调试工序，降低了对调试人员的技术要求，提高调试效率。

本发明所述标记点为十字型标记点、圆形工件的圆心或者是板材的中心。该方案的目的在于提供一个便于判断板材是否走偏的参考点，并且便于图像识别和人工识别。

相比现有技术，本发明提供的快速识别板材偏移的冲床送料机及其工作方法通过板材标记点位置识别和分析，精确地显示标记点的位置坐标，为送料机出厂前的板材驱动部分的检验提供了量化的依据，大大方便了板材走偏与否的检验、判断和调试工序，降低了调试人员的技术要求，提高了检验调试效率，显著减少板材走偏所导致的产品不合格率。本发明通过在冲头附近的摄像区域安装摄像机，就可对摄像区域中的板材及其标记点进行拍照，根据拍摄的图像中标记点的信息，经过控制系统处理后可得到标记点的位置坐标，特别是标记点的y方向的坐标；之后，当板材在送料辊的驱动下进一步运动到冲压区域时，利用所述钢板尺就可对运动到冲压区域内的标记点进行测量，从而到标记点在y方向的实际位置坐标，该坐标值记为y（实际值），将y（实际值）与y（理想值）进行比较，从而可判断出板材是否走偏，并可得到偏移量的大小，即偏移量a=y（实际值）—y（理想值）。

附图说明

图1为本发明实施例板材偏斜不良影响第一示意图。

图2为本发明实施例板材偏斜不良影响第二示意图。

图3为本发明实施快速识别板材偏移的冲床送料机主视图。

图4为本发明实施快速识别板材偏移的冲床送料机俯视图（板材未走偏）。

图5为本发明实施快速识别板材偏移的冲床送料机俯视图（板材走偏）。

图6为本发明实施快速识别板材偏移的冲床送料机测量流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，由于板材3的走偏，当前冲头4的冲击位置的已经没有完全处于板材3之上，造成的后果是加工完成的工件2存在缺口。其中板材3经过冲头4冲压之后形成缺口5。

如图2所示，由于板材3的走偏，工件2规划的位置已经不在板材3之上了。可见，板材3的走偏不仅带来了材料的浪费，而且，使产品的合格率降低了。

基于上述理由，本实施例提供了一种快速识别板材偏移的冲床送料机，包括送料辊7、冲头4、摄像机6、板材运动控制平台1、驱动机构、分析装置和测量机构。

板材运动控制平台1水平式设置，送料辊7水平式安装在板材运动控制平台1上，板材3沿进给方向在板材运动控制平台1和送料辊7之间运动。驱动机构与送料辊7连接，送料辊7用于沿进给方向运送板材3。

水平面为xy平面，板材的进给方向为x轴，xy平面中与x轴垂直的方向为y轴，与xy平面垂直的方向为z轴。

板材3上设置有标记点。标记点即为板材标记点。

摄像机6设置于板材运动控制平台1的上方，摄像机6和测量机构沿进给方向依次设置，摄像机6的拍摄方向沿z轴，摄像机6用于拍摄标记点在摄像区域内的初始图像，分析装置与摄像机6相连，分析装置用于根据初始图像分析标记点的初始y轴坐标；当板材3进入冲头4的冲压区域时，测量机构测量标记点的实际y轴坐标。

作为优选，本实施例分析装置选用运动控制计算机。

作为优选，本实施例摄像头的拍照区域和摄像区域等同。

为了减小计算误差和测量误差，摄像机6、板材运动控制平台1和冲头4在xy平面内的位置坐标固定，摄像机6用于对冲头4下方的板材3进行拍摄，摄像机6拍摄的图像中包含标记点的位置信息。通过运动控制计算机对摄像机6拍摄的图像中板材的标记点的位置信息进行处理和分析，得到板材标记点沿x轴和y轴方向的位置坐标。由于x轴的运动相对精确，仅通过y轴坐标的偏移就能够对偏移情况作出明确判断，同时只需要对y轴坐标进行修正，就能使得板材回到板材运动控制平台的中心轴线上，因此只需要测量y轴方向的位置坐标就能满足实际需要。

实际y轴坐标可通过安装于冲床冲压区域内的钢板尺8测量获得，也可通过其他方便度量的工具来测量获得，由此，可得到标记点的实际位置坐标，尤其是实际y轴坐标。

作为优选，本实施例测量机构为钢板尺8。

冲头4与钢板尺8相邻，或者，钢板尺8安装在冲头4的冲压区域内。即为冲头4在xy平面的坐标与钢板尺8在xy平面的坐标之间的坐标间距较小。

更进一步，摄像机6安装在板材3的上方，摄像机6可以与冲头4相邻。

由于板材3的偏离并不始终沿一个方向，导致有可能在实际送料过程中偏离很大，但是测量得出的偏离很小，为了减少测量误差，在安装位置允许的情况下，尽量靠近冲头4的位置。摄像机6与冲头4之间的安全距离在本领域技术人员的认知范围内可以作出明确判断。

基于上述快速识别板材偏移的冲床送料机，本实施例还提供该快速识别板材偏移的冲床送料机的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）在板材3上作出标记点（标记点为板材标记点）；

2）板材3在送料辊7的作用下沿进给方向运动，标记点首先进入摄像机6的摄像区域，摄像机6对标记点进行拍摄得到初始图像，分析装置根据初始图像分析标记点的初始y轴坐标；其中，初始y轴坐标即为标记点的理想坐标，为简便描述记为y（理想值）。

3）步骤2）结束后，板材3在送料辊7的作用下沿进给方向运动进一步运动，然后钢板尺8测量板材3在冲压区域时标记点的实际y轴坐标；实际y轴坐标记为y（实际值）；

4）根据实际y轴坐标与初始y轴坐标的差值判断板材运动是否偏移；对标记点的y（理想值）和标记点的y（实际值）进行比较，得到标记点沿y轴方向的偏移量，亦即板材沿y轴方向的偏移量。

当板材3在送料辊7的驱动下运动到冲床冲压区域时，板材标记点也随之运动到冲床冲压区域，此时，板材3的标记点的坐标记为板材标记点的实际位置坐标，实际位置坐标与理想坐标进行比较，就可判断出板材3的进给运动是否存在走偏问题，并可得到板材在xy平面走偏后所产生的偏移量大小，大大地方便了送料机的调试工序，降低了对调试人员的技术要求，提高调试效率。同时由于实际偏离往往为y轴方向偏离引起，x轴方向的偏离仅需要对板材运动控制平台1进行调整，避免了送料辊7的调整。

作为优选，标记点为十字型标记点、圆形的工件2的圆心或者是板材3的中心。该方案的目的在于提供一个便于判断板材是否走偏的参考点，并且便于图像识别和人工识别。

本实施例采用了板材标记点特征量提取与计算技术，借助摄像头6，在拍照区域就可得包含板材3包含标记点在内的图像，通过图像处理技术就可找出判断板材标记点的位置坐标y（理想值），由此就可得到板材在之后的运动过程中是否发生偏移的参考坐标。将y（实际值）与y（理想值）进行比较，从而可判断出板材是否走偏，并可得到偏移量的大小，即偏移量a=y（实际值）—y（理想值）。

本实施例的工作方法方便、直观、容易实现，可以仅对y轴坐标进行分析，无需繁琐的人工检测和调整就可使得板材始终处于不偏移的进给状态上，从而实现了方便、快捷、无需操作人员主观经验的检测工序，达到了智能化、自动化检测板材走偏的目的，从而减少了产品的不良率。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。