一种基于工业视觉的剪切装置及其剪切方法与流程

1.本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种基于工业视觉的剪切装置及其剪切方法。


背景技术：

2.很多工件的最终成型往往需要进行多个加工步骤，尤其是针对一些具有曲面的工件，要么在原始的材料上加工出留有余量的工件，要么加工完成后对工件进行弯折处理，因第一种的加工工序往往是优先工序，此类原始材料通常预先为某一固定方向延伸的连续线段，该连续线段沿其固定方向的垂直向拉伸形成的连续曲面，该连续曲面常为原始工件的上表面或者下表面，在此原始材料上加工出多个所需的工件，加工出的工件往往需要进行二次、三次加工，以完成最终的形态，其中某些特殊工件除去表面形状需要留有多次加工的余量，在其边缘面或有一定厚度的边缘面也需要留有一定的余量，相对于上下表面之间的直线需要留有一定角度时，常规的剪切装置便不再适用，一是加工后的工件余量过大，不便于工件二次的加工；二是常规的剪切装置往往采用刀具，刀具适用于直线下的加工，对于曲线，以及进一步曲线边缘处的有一定厚度的侧面，无法在进行较好加工。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种基于工业识别的打包装置及其打包方法。
4.本发明采用以下技术方案：一种基于工业视觉的剪切装置，通过激光组件从材料中剪切出工件，包括：移动剪切模块，固定设于工作台上，用以控制所述激光组件空间位置上的移动；所述移动剪切模块设有第一移动组件、第二移动模组件、第三移动组件和偏转组件，三组移动组件控制激光组件在空间上的移动；所述偏转组件调整所述激光组件的偏转角度；定位模块，安装于移动剪切模块的底座上；所述定位模块设有第一定位组件和第二定位组件；视觉计算模块，设于定位模块的安装座的上；所述视觉计算模块包括视距测量仪、计算中心和控制中心；所述视距测量仪用来测量其至原始材料上面的距离；所述计算中心进行计算分析，计算出原始材料定位时与理论的角度差，确定所述激光组件剪切路径；所述控制中心控制所述第二定位组件进行定位工作。
5.通过上述技术方案，利用固定设于工作台上的移动剪切模块控制激光组件进行空间上的移动，利用视觉计算模块对材料的空间位置进行测量，最终确定剪切路径，在材料上剪切出预设的图形工件，控制中心进一步控制第二定位组件，在工件进行剪切的过程中，对工件进行固定定位，防止工件在剪切的过程中发生位移和偏转。
6.在进一步的实施例中，所述移动剪切模块包括：两个第一安装板，相对安装在工作台上；
第一丝杆，转动设于两个所述第一安装板上；第一定位杆，连接于两个所述第一安装板，且与所述第一丝杆平行；第一滑动座，与所述第一丝杆转动连接且与所述第一定位杆滑动连接；两组第一升降组件，平行设于所述第一滑动座的两端，用来安装第二安装板；第二丝杆，两端设于两个所述第二安装板上，所述第二丝杆与所述第一丝杆的安装方向垂直；第二定位杆，两端设于两个所述第二安装板上，且平行于所述第二丝杆；第二滑动座，与所述第二丝杆转动连接，且与所述第二定位杆滑动连接；所述第二滑动座用以安装第三移动组件，所述第三移动组件的第三滑动座的移动方向分别与第一滑动座、第二滑动座的移动方向垂直。
7.通过上述技术方案，设置了激光组件在空间位置上三个方位的移动，即与第一移动组件的移动方向垂直的第二移动组件的移动方向，进一步的在第二滑动座上设置第三移动组件，实现同时垂直于第一移动组件的移动方向、第二移动组件的移动方向的第三组件的移动方向。
8.在进一步的实施例中所述偏转组件包括：第一齿轮，设于第三滑动座的侧面；第二齿轮，安装在第三滑动座的正面的轴承座的侧面，且与所述第一齿轮啮合；偏转座，转动连接于第三滑动座的正面的轴承座；所述第二齿轮局部通过紧固件固定安装在所述偏转座的侧面；激光组件，转动连接于所述偏转座，且所述激光组件在平面内旋转控制的角度。
9.通过上述技术方案，解决原始材料本身的实际安装位置与理论位置存在误差，以及所需的工件的边缘处可能设有相对角度的如何解决的情况，对于工件的边缘处进行剪切时，精确度更高。
10.在进一步的实施例中，所述第一定位组件包括：定位座，设于所述第一安装板上；所述第一滑动座在所述定位座的下方滑动；定位夹爪，多个所述定位夹爪根据原始材料各处边缘的的高低设置在所述定位座的内侧面，用以定位原始材料的水平位置。
11.通过上述技术方案，该定位方式为此本发明设置为粗略定位，即控制原始的材料相对水平放置在待加工的区域。
12.在进一步的实施例中，所述第二定位组件包括：两条第一轨道，设于所述定位座的底部位置；导轨，两端设于所述第一轨道上滑动；导轨座，在所述导轨上滑动；转动盘，设于所述导轨座上；所述转动盘沿其旋转中心分布多个气缸。
13.通过上述技术方案，所需工件逐渐成型，其相对于原始材料随着剪切的进行，可能发生局部的偏转，尤其是剪切即将完成时，工件在即将脱落时，此类现象更加明显，通过上述装置进行定位，防止工件加工时在重力作用下偏转。
14.在进一步的实施例中，所述视觉计算模块包括：方位控制组件，设于所述定位座顶部位置；
视距测量仪，设于所述方位控制组件上，用于测量所述视距测量仪至材料上表面的距离；计算中心，接收所述视距测量仪至材料上表面的距离；所述计算中心计算所述视距测量仪在沿其旋转面的旋转角度，计算得出所述视距测量仪所模拟平面至原始材料表面的垂直距离，并绘出一个连续的曲线，曲线为原始材料的上表面的连续曲线的投影，根据投影公式计算，得出原始材料的上表面的连续曲线与测量曲线的夹角；控制中心，用于接收所述计算中心的信号，控制所述第二定位组件进行定位工作。
15.通过上述技术方案，视距测量仪用于测量视距测量仪至材料上表面的距离，计算中心接收第二视距测量仪至材料上表面的距离，计算中心计算视距测量仪在沿其旋转面的旋转角度，得出原始材料的上表面的连续曲线与测量曲线的夹角，从而确定在原始材料安装时与理论的角度差，控制中心控制第二定位组件进行在工件进行加工时进行定位工作。
16.在进一步的实施例中，所述方位控制组件包括：安装座，安装在所述定位座上；旋转台，旋转安装于所述安装座上；旋转组件，安装于所述旋转台上；所述旋转组件的旋转部安装视距测量仪；所述旋转组件控制所述视距测量仪的旋转面垂直于所述旋转台的旋转面。
17.通过上述技术方案，使视距测量仪的测量范围扩大到面的范围，从而测量范围覆盖整个材料的表面。
18.在进一步的实施例中，基于工业视觉的剪切装置的剪切方法,包括以下步骤：步骤一：首先录入所需图像的三维面谱数据和原始材料的三维面谱数据至图像计算中心，通过定位夹爪将材料定位在定位座内，视觉计算模块利用视距测量仪测量其至材料表面的距离，方位控制组件控制视距测量仪的测量路径为直线向，依据投影公式计算出原始材料定位时与理论定位的角度差；步骤二：计算中心控制移动剪切模块使激光组件按照计算后的路径进行剪切工作；步骤三：剪切进行时，控制中心控制第二定位组件对原始材料的底面进行定位，直至剪切工作完成。
19.本发明的有益效果：从材料中加工出所需的工件，利用激光组件进行剪切，成品效果更好；利用视距测量仪和计算中心，计算出材料实际的定位与理论的定位的角度差，通过调控激光组件的偏转角度，进一步提高工件剪切的精确值；利用第二定位组件对剪切过程中的工件进行定位，防止工件在剪切时或即将完成时在其重力作用下发生偏转。
附图说明
20.图1是本发明的整体结构示意图。
21.图2是本发明的移动剪切模块结构示意图。
22.图3是本发明的偏转组件结构示意图。
23.图4是本发明的定位模块结构示意图。
24.图5是本发明的第二定位组件结构示意图。
25.图6是本发明偏转座结构示意图。
26.图7是本发明方位控制组件结构示意图。
27.图1至图7中的各标注为：移动剪切模块1、第一移动组件11、第一安装板111、第一丝杆112、第一定位杆113、第一滑动座114、升降组件115、第二移动组件12、第二安装板121、第二丝杆122、第二定位杆123、第二滑动座124、第三移动组件13、偏转组件14、第一齿轮141、第二齿轮142、偏转座143、激光组件15、定位模块2、第一定位组件21、定位座211、定位夹爪212、第二定位组件22、第一轨道221、导轨222、导轨座223、转动盘224、气缸225、视觉计算模块3、视距测量仪31、方位控制组件32、安装座321、旋转台322、旋转组件323、计算中心33、控制中心34。
具体实施方式
28.在利用材料上剪切出工件的，常规的工艺往往需要进行多次剪切，每次留有预设的剪切余量，便于进行下一次的加工，此类工艺较为麻烦，过程较为复杂，尤其针对于有一定厚度的工件，其厚度面可能被要求设有指定的倾斜面，常规的剪切装置往往是直线型的，不适用于此类的剪切加工。
29.本实施例中的剪切装置优先采用激光组件15进行对原始材料进行定制或者预设的图形剪切，录入所需图像的三维面谱数据和原始材料的三维面谱数据至图像采集中心，将原始材料固定于定位模块2上的预设位置，其中定位模块2安装于移动剪切模块1的底座上，定位模块2设有两组定位组件，其中第一定位组件21用于定位原始材料的初始位置，安装于移动剪切模块1的底座上视觉计算模块3对已安装好的原始材料进行测量和计算，首先用于测量原始材料上表面的视距测量仪31进行首次定位测量，即沿着任意一条直线进行测量，将距离数据传送至计算中心33，计算中心33计算视距测量仪31在沿其旋转面的旋转角度，计算得出视距测量仪31所模拟平面至原始材料表面的垂直距离，数据可绘出一个连续的曲线，该曲线为原始材料的上表面的连续曲线的投影，根据投影公式计算，得出原始材料的上表面的连续曲线与测量曲线的夹角，从而确定原始材料的安装时的偏转角度，进一步切断连续曲线在原始材料表面的分布，即可以根据录入所需图像的三维面谱数据，可绘制出在原始加工材料上表面的所需工件的上表面的闭合曲线图，设置剪切路径方案，利用固定设于工作台上的移动剪切模块1控制激光组件15进行空间上的移动，在原始材料上剪切出预设的图形工件，控制中心34进一步控制第二定位组件22，在工件进行剪切的过程中，对工件进行固定定位，防止工件在剪切的过程中发生位移和偏转。
30.基于上述结构，依据在原始材料上剪切出所需的工件，对于激光组件15的基本移动要求为三维空间上的移动，即上下、左右和前后三个基础方位，在进一步的实施例中，为实现激光组件15的基础精确移动，有限采用丝杆组件进行三个方位的安装，即两个第一安装板111相对安装在工作台上，在中间安装一个第一丝杆112和至少一个平行的第一定位杆113，第一丝杆112位于第一安装板111的外侧端部连接电机组，电机控制第一丝杆112转动，第一滑动座114设置在第一丝杆112上，且设有通孔用于穿过第一定位杆113，此结构为第一移动组件11，即实现一个方位的直线运动，在第一滑动座114设置第二移动组件12，即在第一滑动座114的两端平行设置两组第一升降组件115，用于加工前进行固定的粗调节，第一升降组件115上安装第二安装板121，第二安装板121相对设置，中间安装第二丝杆122和至少一组平行的第二定位杆123，第二滑动座124与第二丝杆122转动连接，且第二滑动座124
的通孔穿过第二定位杆123并进行滑动连接，此设置了与第一移动组件11的移动方向垂直的第二移动组件12的移动方向，进一步的在第二滑动座124上设置第三移动组件13，实现同时垂直于第一移动组件11的移动方向、第二移动组件12的移动方向的第三组件的移动方向，从而实现对激光组件15的空间移动。
31.基于上述结构，激光组件15的剪切方向为竖直的方向，由于原始材料本身的实际安装位置与理论位置存在误差，以及所需的工件的边缘处可能设有相对角度，在进一步的实施例中，对激光组件15再次设置偏转组件14，实现激光组件15相对于原始材料表面的偏转，从而更好的剪切出所需的工件，即在第三滑动座的侧面设置第一齿轮141，在第三滑动座的正面的轴承座的侧面安装第二齿轮142，第一齿轮141与第二齿轮142旋转啮合，其中偏转座143转动连接在第三滑动座的正面的轴承座，偏转座143相对于第三滑动座可以上下旋转一定的角度，第二齿轮142局部通过紧固件固定安装在偏转座143的侧面，第一齿轮141带动第二齿轮142旋转，实现偏转座143相对于第三滑动座的偏转，进一步的激光组件15旋转设置在偏转座143，且激光组件15的旋转面与偏转座143偏转面相互垂直，最终实现激光组件15的局部偏转。
32.基于上述结构，对原始材料的定位难以精确控制，只能控制在合适的范围内，尤其对于一些精确的剪切工件，为此本发明设置为粗略定位，即控制原始的材料相对水平放置在待加工的区域，在进一步的实施例中，在第一安装板111上设置定位座211，可优先选择矩形的定位座211，使第一滑动座114在定位座211的下方滑动，利用定位夹爪212夹取原始材料的边缘，多即个定位夹爪212根据原始材料各处边缘的高低位置设置在定位座211的内侧面，用以定位原始材料的水平位置。
33.基于上述机构，在原始材料上进行剪切时，在激光组件15进行预设路径的剪切时，所需工件逐渐成型，其相对于原始材料随着剪切的进行，可能发生局部的偏转，尤其是剪切即将完成时，工件在即将脱落时，此类现象更加明显，进一步的实施例中，本发明设有第二定位组件22对加工时的工件进行局部定位，即在定位座211的底部位置设有两条第一轨道221，导轨222的两端在第一轨道221上滑动，设置导轨座223座在导轨222上滑动，导轨222座上进一步设置一个转动盘224，转动盘224沿其旋转中心分布多个气缸225，气缸225的伸缩端设置弹性接触件，根据所需图像的三维面谱数据，在视距测量仪31精确定位工件的剪切路径后，控制中心34控制第二定位组件22的定位工作，使多个气缸225分别抵至原始材料与加工的工件的上，即加工路径的两侧，用于实现在加工过程中的定位，防止工件的发生偏移。
34.基于上述结构，由于加工过程中需要及时调整激光组件15的空间位置和剪切角度，还需要预先对原始材料的安装位置进行确定以及加工路径的确定，在进一步的实施例中，本发明设置了工业视觉计算模块3，即在定位座211的顶部位置设置方位控制组件32，视距测量仪31设于方位控制组件32上，用于测量视距测量仪31至材料上表面的距离，计算中心33接收第二视距测量仪31至材料上表面的距离，计算中心33计算视距测量仪31在沿其旋转面的旋转角度，计算得出视距测量仪31所模拟平面至原始材料表面的垂直距离，数据可绘出一个连续的曲线，该曲线为原始材料的上表面的连续曲线的投影，根据投影公式计算，得出原始材料的上表面的连续曲线与测量曲线的夹角，从而确定在原始材料安装时与理论的角度差，控制中心34用于接收计算中心33的信号，控制第二定位组件22进行在工件进行
加工时进行定位工作。
35.基于上述机构，视距测量仪31的测量方位需要覆盖一个面，在进一步的实施例中，利用方位控制组件32进行控制，即在定位座211上设置安装座321，用于安装旋转台322，旋转台322上安装旋转组件323，其中旋转组件323的旋转部安装视距测量仪31，且旋转组件323控制视距测量仪31的旋转面垂直于旋转台322的旋转面，在此基础上，视距测量仪31的测量范围扩大到面的范围。
36.工作原理：首先录入所需图像的三维面谱数据和原始材料的三维面谱数据至图像计算中心33，定位夹爪212将原始材料定位在定位座211内，视距测量仪31设于方位控制组件32上，用于测量视距测量仪31至材料上表面的距离，计算中心33接收第二视距测量仪31至材料上表面的距离，计算中心33计算视距测量仪31在沿其旋转面的旋转角度，计算得出视距测量仪31所模拟平面至原始材料表面的垂直距离，将此数据可绘出一个连续的曲线，该曲线为原始材料的上表面的连续曲线的投影，根据投影公式计算，得出原始材料的上表面的连续曲线与测量曲线的夹角，从而确定在原始材料安装时与理论的角度差，以此定位对工件的剪切的路劲的设置，移动剪切模块1控制激光组件15在空间上进行三个方向上的移动，利用偏转组件14调整激光组件15相对于工件表面的角度，在对材料的剪切过程中，控制中心34进一步控制第二定位组件22对原始材料的底面进行定位，即控制多个气缸225分别抵至原始材料与加工的工件的下表面上，即加工路径的两侧，实现在加工过程中的定位。
37.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。