CN104985332B - 激光切割机的封闭检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光切割机，包括工业机器人、激光切割组件，激光切割组件通过激光切割组件安装座安装于工业机器人的末端，激光切割组件包括直线滑台和激光切割头，激光切割头安装于直线滑台，直线滑台通过回转支承安装于激光切割组件安装座，激光切割头的机械轴线与回转支承的中心线同轴，回转支承上还设有标志点定位视觉传感器。还公开基于上述结构的激光切割机的封闭检测方法。本发明结构简单，把不可测量的激光轴线转化为可测量的机械轴线，实现光轴轴线位置的确定，并可在试切过程中完成封闭检测，效率高，可有效减少废品的数量，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割领域，具体涉及一种可用于数控加工的激光切割机，还涉及一种该激光切割机的封闭检测方法。
背景技术
在制造行业，模具的应用非常广泛，不同形状的工件需要制造不同的模具，尤其在汽车行业，汽车钣金模具的边界、方孔、圆孔的多样性，需要经过多次拉伸整形，才能加工出符合要求的模具，而且在加工过程中，细微的缺陷就造成模具不符合要求，一般制作七、八套模具才能做出一套符合要求的，模具的生产周期长，成本高，尤其是三维零件的制作，不能适应市场多样化发展的需求。利用激光切割可以有效解决上述问题。目前，一些规模较大的汽车生产厂家，率先引进了国外先进的五轴激光切割机，大大改善了工艺效果，提供了生产效率，但是该种五轴激光切割机的价格昂贵，每台成本在两百万以上，对广大中小型生产厂家是一个难以普及的门槛。
现在，研究利用工业机器人带动激光切割头来代替五轴激光切割器。由于工业机器人动作的灵活性，经常在工业机器人的末端安装加工设备实现钻孔、切割、雕刻等各种加工。但是使用工业机器人带动各加工工具工作，需要离线编程，需要事先标定好各加工工具的位置。诸如钻头、刀片等加工工具的位置关系是通过测量机械轴而实现的，而机械轴的标定是很容易实现的，利用校表之类的机械测量工具即可测到。但是激光切割头安装于工业机器人的末端时，因为激光光轴线相对于机械轴线来说，是不能用校表之类的机械测量工具测到的，现有的激光切割头外筒的几何轴线与其发出的切割激光的光轴轴线并不一定同轴，这给光轴轴线位置的标定带来了困难，而若如果不标定光轴，相当于离线编程控制的激光轴线不明确，离线编程加工的实际效果会不好，加工精度低。
同时，现在钣金零件加工过程中，通常需要在切割完成之后进行封闭检测。由于在切割之后进行检测，会有废品的产生。同时在测量时，加工过程的坐标系和检测时候把工件从加工胎具上取下来另外建立坐标系，本身不同的坐标系也会带来误差，造成检测精度的不准，需要进行多次修正，效率低、成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、加工精度高、效率高的激光切割机，及该激光切割机的封闭检测方法。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种激光切割机，包括工业机器人、激光切割组件，所述激光切割组件通过激光切割组件安装座安装于工业机器人的末端，所述激光切割组件包括直线滑台和激光切割头，激光切割头安装于直线滑台，所述直线滑台通过回转支承安装于激光切割组件安装座，激光切割头的机械轴线与回转支承的中心线同轴，所述回转支承上还设有标志点定位视觉传感器。
该激光切割机利用回转支承把不可测量的激光轴线转化为可测量的机械轴线，利用简单的结构实现了激光切割设备的光轴轴线位置标定，以使其用于数控机床、工业机器人等数控设备上，离线编程所需的光轴位置精确，提高了加工精度，成本低。
同时，该激光切割机的回转支承上还设置标志点定位视觉传感器，在上述光轴轴线位置已知的基础上，利用标志点定位视觉传感器可有效实现工业机器人的封闭检测，可将检测方法嵌入到试切过程中，这时候没有真正对工件切割，也就没有废品的产生，减少了废品。同时，检测过程中，将工件放置到加工胎具上后，在整个检测和加工过程中无须取下，保证了坐标系的统一，相比较传统的加工、测量、修正，再加工，再测量，再修正多次的工艺更加有效率和成本的优势。
如上所述的激光切割机，所述标志点定位视觉传感器为双目视觉检测系统，所述双目视觉检测系统包括双目摄像机。
如上所述的激光切割机，所述回转支承为十字交叉滚子轴承。
如上所述的激光切割机，所述直线滑台通过直线滑台安装座安装于回转支承。
如上所述的激光切割机，所述直线滑台包括滑块、马达，所述激光切割头安装于滑块，所述马达带动滑块往复运动。
一种上述所述的激光切割机的封闭检测方法，包括以下步骤：
(1)光轴标定步骤，回转支承带动直线滑台和激光切割头回转，调整激光切割头使激光束在标定板上的光斑收敛于一点，此时激光切割组件的光轴与回转支承的中心线同轴，确定工业机器人参考坐标系下的光轴轴线位置，从而确定光轴轴线与标志点定位视觉传感器的相对位置关系；
(2)工件标定步骤，取一已知理想模型的工件，将该工件放置于工业机器人的工作台上，在该工件的各个位置上设置若干个标志点，利用非接触测量方法扫描测量该工件，得出该工件在任意坐标系下的测量模型，将该测量模型与工业机器人中存储的理想模型比较拟合，得出工件在工业机器人参考坐标系下的测量模型；
(3)封闭检测步骤，离线编程任意一光轴的运动轨迹程序，工业机器人按照该程序带动激光切割组件动作，该运动轨迹上取光轴轴线位置X，在X处，标志点定位视觉传感器拍照并图像处理检测得出该处的实际光轴轴线位置Y，比较X和Y，若不同，则调整激光切割组件的光轴轴线位置，继续按照上述运动轨迹动作到下一光轴轴线位置，重复上述检测步骤，直至标志点定位视觉传感器检测出的实际光轴轴线位置与离线编程中的光轴轴线位置相同，完成封闭检测。
本发明能够产生的有益效果：本发明结构简单，把不可测量的激光轴线转化为可测量的机械轴线，利用简单的结构实现了激光切割设备的光轴标定，成本低，同时，利用本发明可有效实现光轴标定，确定光轴的位置，将该位置用于数控设备的离线编程可大大提高加工精度；本发明可在试切过程中完成封闭检测，效率高，有效减少废品的数量，降低成本。
附图说明
附图1为激光切割机的结构示意图；
附图2为激光切割组件的结构示意图；
其中：1、直线滑台；2、激光切割头；3、回转支承；4、滑块；5、马达；6、直线滑台安装座；7、夹持机构；8、标志点定位视觉传感器；9、工业机器人；10、激光切割组件；11、激光切割组件安装座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
结合图1、2说明本实施方式，一种激光切割机，包括工业机器人9、激光切割组件10，激光切割组件10通过激光切割组件安装座11安装于工业机器人9的末端。激光切割组件10包括直线滑台1和激光切割头2，激光切割头2安装于直线滑台1，直线滑台1通过回转支承3安装于激光切割组件安装座11，激光切割头2的机械轴线与回转支承3的中心线同轴，回转支承3上还设有标志点定位视觉传感器8。直线滑台1、标志点定位视觉传感器8安装于回转支承3的旋转部分，回转支承3包括内圈、外圈、滚动体，回转支承3的外圈用于与数控设备进行固定，直线滑台1、标志点定位视觉传感器8安装于回转支承3的内圈。标志点定位视觉传感器8为双目视觉检测系统，该双目视觉检测系统包括双目摄像机，双目摄像机通过固定到直线滑台安装座11上与回转支承3连接。回转支承3为十字交叉滚子轴承，回转支承3带动直线滑台安装座6动作，从而带动激光切割头2、直线滑台1、标志点定位视觉传感器8一起回转。直线滑台1包括滑块4、马达5，激光切割头2通过夹持机构7固定在滑块4上，马达5驱动实现了滑块4的往复运动。
一种激光切割机的封闭检测方法，包括以下步骤：
(1)光轴标定步骤，回转支承3带动直线滑台1和激光切割头2回转，激光切割头2的指示激光所发出的激光束随着回转支承3的回转在标定板上画圆圈，多次调整激光切割头2使激光束在标定板上的光斑收敛于一点，此时激光切割组件10的光轴与回转支承3的中心线同轴，确定工业机器人参考坐标系下的光轴轴线位置，从而确定光轴轴线与标志点定位视觉传感器的相对位置关系。
标志点定位视觉传感器的位置关系是通过预先的标定计算得到的。也就是让视觉传感器先绕着光轴线旋转多个位置取得传感器的空间位置，通过计算得到了光轴轴线和标志点定位视觉传感器的相对位置关系。标定好了之后光轴轴线和视觉传感器的相对位置关系成为软件计算的参数。使用的时候，视觉传感器每做一次定位测量也就可以利用参数计算出在这次定位下的光轴线位置和姿态。
(2)工件标定步骤，取一已知理想模型的工件，将该工件放置于工业机器人9的工作台上，在该工件的各个位置上设置若干个标志点，利用非接触测量方法扫描测量该工件，得出该工件在任意坐标系下的测量模型，将该测量模型与工业机器人9中存储的理想模型比较拟合，得出工件在工业机器人参考坐标系下的测量模型。
(3)封闭检测步骤，离线编程任意一光轴的运动轨迹程序，工业机器人9按照该程序带动激光切割组件10动作，该运动轨迹上取光轴轴线位置X，在X处，标志点定位视觉传感器8拍照并图像处理检测得出该处的实际光轴轴线位置Y，比较X和Y，若不同，则调整激光切割组件10的光轴轴线位置，继续按照上述运动轨迹动作到下一光轴轴线位置，用标志点定位视觉传感器8检测的实际光轴轴线位置，并比较该实际光轴轴线位置与离线编程中的光轴轴线位置，不断重复上述检测步骤，直至标志点定位视觉传感器8检测出的实际光轴轴线位置与离线编程中的光轴轴线位置相同，完成封闭检测。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种激光切割机的封闭检测方法，其特征在于，所述激光切割机包括工业机器人、激光切割组件，所述激光切割组件通过激光切割组件安装座安装于工业机器人的末端，所述激光切割组件包括直线滑台和激光切割头，激光切割头安装于直线滑台，所述直线滑台通过回转支承安装于激光切割组件安装座，激光切割头的机械轴线与回转支承的中心线同轴，所述回转支承上还设有标志点定位视觉传感器；
所述激光切割机的封闭检测方法包括以下步骤：
(1)光轴标定步骤，回转支承带动直线滑台和激光切割头回转，调整激光切割头使激光束在标定板上的光斑收敛于一点，此时激光切割组件的光轴与回转支承的中心线同轴，确定工业机器人参考坐标系下的光轴轴线位置，从而确定光轴轴线与标志点定位视觉传感器的相对位置关系；
(2)工件标定步骤，取一已知理想模型的工件，将该工件放置于工业机器人的工作台上，在该工件的各个位置上设置若干个标志点，利用非接触测量方法扫描测量该工件，得出该工件在任意坐标系下的测量模型，将该测量模型与工业机器人中存储的理想模型比较拟合，得出工件在工业机器人参考坐标系下的测量模型；
(3)封闭检测步骤，离线编程任意一光轴的运动轨迹程序，工业机器人按照该程序带动激光切割组件动作，该运动轨迹上取光轴轴线位置X，在X处，标志点定位视觉传感器拍照并图像处理检测得出该处的实际光轴轴线位置Y，比较X和Y，若不同，则调整激光切割组件的光轴轴线位置，继续按照上述运动轨迹动作到下一光轴轴线位置，重复上述检测步骤，直至标志点定位视觉传感器检测出的实际光轴轴线位置与离线编程中的光轴轴线位置相同，完成封闭检测。
2.根据权利要求1所述的激光切割机的封闭检测方法，其特征在于，所述标志点定位视觉传感器为双目视觉检测系统，所述双目视觉检测系统包括双目摄像机。
3.根据权利要求1所述的激光切割机的封闭检测方法，其特征在于，所述回转支承为十字交叉滚子轴承。
4.根据权利要求1所述的激光切割机的封闭检测方法，其特征在于，所述直线滑台通过直线滑台安装座安装于回转支承。
5.根据权利要求1所述的激光切割机的封闭检测方法，其特征在于，所述直线滑台包括滑块、马达，所述激光切割头安装于滑块，所述马达带动滑块往复运动。
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