CN105538518A - 智能石材切割机器人及其切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能石材切割机器人及其切割方法，包括带智能软件的工控机、工作台面、工业相机、相机固定支架、基座、圆盘锯机头、横梁、一对横梁导轨、吸盘机械手及辅助光源；带智能软件的工控机设在工作台面一侧，横梁导轨设在工作台面两侧，横梁设在横梁导轨上，基座设在横梁上，圆盘锯机头设在基座底部，吸盘机械手设在基座底部，工业相机设在相机固定支架上，工业相机与带智能软件的工控机连接；辅助光源设在工作台面上方。本发明引入机器视觉及机器人技术，结合生产过程管理思想，对传统机器进行改造升级，增加一套智能设备对接到原来的机器上，转变成为智能红外线桥式石材切割机器人，减少对人工的依赖，提高切割效率和石材利用率。

Description

智能石材切割机器人及其切割方法

技术领域

本发明涉及一种石材机械及切割方法，尤其涉及一种智能石材切割机器人及其切割方法。

背景技术

红外线桥式石材切割机是目前一种很常见主流的石材机械，该机械目前现状如下：

1.需要人工测量石板的尺寸；

2.需要人工对刀；

3.需要人工排版；

4.需要人工在机器上逐个输入订单规格；

5.切割过程中订单完成情况靠人工用纸笔记录；

6.无法记录人工排版的情况；

7.无法知道实际的石材利用率；

8.切割过程中需要人工搬动石板进行避让。

总之，传统红外线桥式石材切割机存在如下问题：

1.大量依赖人工，特别是排版对人工有经验要求；

2.人工效率低下，容易出错；

3.生产过程无法进行回溯管理；

4.石材利用率无法保证，依赖于人工的经验；

5.对人工的体力要求较高。

发明内容

本发明的目的：提供一种智能石材切割机器人及其切割方法，引入机器视觉及机器人技术，结合生产过程管理思想，对传统机器进行改造升级，增加一套智能设备对接到原来的机器上，转变成为智能红外线桥式石材切割机器人，减少对人工的依赖，提高切割效率和石材利用率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种智能石材切割机器人，包括带智能软件的工控机、工作台面、工业相机、相机固定支架、基座、圆盘锯机头、横梁、一对横梁导轨、吸盘机械手及辅助光源；所述的工作台面水平设置，所述的带智能软件的工控机设置在所述的工作台面的一侧，所述的工作台面通过所述的带智能软件的工控机控制翻转；所述的一对横梁导轨分别对称设置在所述的工作台面的两侧，所述的横梁的两端分别设置在所述的一对横梁导轨的顶部，所述的横梁通过所述的带智能软件的工控机沿所述的一对横梁导轨前后滑动；所述的基座设置在所述的横梁上，所述的基座通过所述的带智能软件的工控机沿所述的横梁左右滑动；所述的基座竖直设置，所述的圆盘锯机头设置在所述的基座的底部，位于所述的工作台面的正上方，所述的吸盘机械手设置在所述的基座的底部，位于所述的圆盘锯机头的侧后方，所述的圆盘锯机头及吸盘机械手与所述的基座同步移动；所述的工业相机设置在所述的相机固定支架上，位于所述的工作台面的上方，所述的工业相机与所述的带智能软件的工控机连接；所述的辅助光源设置在所述的工作台面的正上方或两侧上方。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的带智能软件的工控机上嵌入安装有操作屏及多个操作按钮，所述的多个操作按钮包括台面上升按钮、台面下降按钮、石板轮廓识别按钮、石板轮廓修正按钮、区域避让按钮、一次排版按钮、二次排版按钮、模拟切割按钮、在线测量按钮、放大缩小按钮、实际切割按钮。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的工作台面的翻转角度范围为0°-85°。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的相机固定支架固定安装在所述的基座的顶部，所述的工业相机及相机固定支架与所述的基座同步移动。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的相机固定支架通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面的上方。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的辅助光源通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面的正上方。

上述的智能石材切割机器人，其中，所述的辅助光源对称嵌入安装在所述的一对横梁导轨上，位于所述的工作台面的两侧。

一种智能石材切割机器人的切割方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过U盘或者网络把订单传到所述的带智能软件的工控机，在加工的过程中能切换不同订单进行加工或对当前加工订单中的未加工部分需求进行修改或新增或删除订单。

步骤2：操作人员根据所述的带智能软件的工控机的提示，点击所述的带智能软件的工控机的台面上升按钮，使所述的工作台面抬起到85°的位置，使用单臂吊或者行车把对应品种的石板放到所述的工作台面上。

步骤3：点击所述的带智能软件的工控机的台面下降按钮，使所述的工作台面恢复水平位置。

步骤4：点击所述的带智能软件的工控机的石板轮廓识别按钮，启动所述的工业相机获得石板和所述的工作台面的照片，所述的带智能软件的工控机分析得到石板轮廓；通过所述的工业相机采集到的图片可以在所述的带智能软件的工控机上放大或者缩小；若所述的石板轮廓有局部边缘识别不准，通过所述的带智能软件的工控机的轮廓修正按钮进行修正；若所述的工业相机异常无法获取图片时，通过人工辅助确定石板的最大内接矩形，然后通过所述的带智能软件的工控机进行自动排版和切割。

步骤5：点击所述的带智能软件的工控机的一次排版按钮进行自动排版，所述的带智能软件的工控机会给出石材利用率信息，并记录下每次切割排版图，在所述的带智能软件的工控机的操作屏上测量石板的尺寸，并能进行模拟切割；若石板有裂纹或凹坑的不可用区域需要避让，点击区域避让按钮标识不可用区域使排版避开不可用区域，并支持按照石材纹理的走向排版。

步骤6：点击所述的带智能软件的工控机的实际切割按钮，所述的带智能软件的工控机发出指令传递给下位机PLC或运动控制卡控制所述的圆盘锯机头转动，并驱动所述的圆盘锯机头沿所述的横梁方向运动及所述的横梁沿所述的一对横梁导轨运动，实现对石板的切割，并进行数据统计，所述的数据统计包括累计开机时长、使用石材大板数量、面积、加工有效面积、总体利用率、加工规格板块数、月度、年度、自开机后统计或者自定义起止时间段的统计。

步骤7：在横向或者竖向切割运动时所述的圆盘锯机头可能误伤已经切好的规格板时，抬起所述的圆盘锯机头，并放下所述的吸盘机械手搬动石板。

上述的智能石材切割机器人的切割方法，其中，在所述的步骤5中，若石板轮廓中还有较大块的边角料，所述的带智能软件的工控机通过在所述的操作屏上二次排版按钮选择所述的工作台面上的每一块边角料并重新进行轮廓识别和排版。

上述的智能石材切割机器人的切割方法，其中，在所述的步骤6中，在切割石板的过程中，带智能软件的工控机会实时显示订单的完成情况，带智能软件的工控机通过wifi或者移动数据网络将订单的实时加工情况发给客户或者石材加工厂管理人员，或者由客户及管理人员实时远程查询；在切割石板的过程中，实时显示下位机的信息。

本发明不仅兼容传统石材切割机的工作模式，还能自动读取解析订单文件，可以直接在机器上修改，无纸化操作，能自动识别石板轮廓及尺寸、自动排版及切割，支持排版后模拟切割，能实时查看订单完成情况和统计石材利用率，通过智能算法确保石材利用率，能记录排版，生产过程可回溯，切割过程的避让使用机器手完成，能减少对人的依赖，释放人力和脑力，提高生产效率和材料的利用率。

附图说明

图1是本发明智能石材切割机器人的主视图。

图2是本发明智能石材切割机器人的切割方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1所示，一种智能石材切割机器人，包括带智能软件的工控机1、工作台面2、工业相机3、相机固定支架4、基座5、圆盘锯机头6、横梁7、一对横梁导轨8、吸盘机械手9及辅助光源10；所述的工作台面2水平设置，所述的带智能软件的工控机1设置在所述的工作台面2的一侧，所述的工作台面2通过所述的带智能软件的工控机1控制翻转；所述的一对横梁导轨8分别对称设置在所述的工作台面2的两侧，所述的横梁7的两端分别设置在所述的一对横梁导轨8的顶部，所述的横梁7通过所述的带智能软件的工控机1沿所述的一对横梁导轨8前后滑动；所述的基座5设置在所述的横梁7上，所述的基座5通过所述的带智能软件的工控机1沿所述的横梁7左右滑动；所述的基座5竖直设置，所述的圆盘锯机头6设置在所述的基座5的底部，位于所述的工作台面2的正上方，所述的吸盘机械手9设置在所述的基座5的底部，位于所述的圆盘锯机头6的侧后方，所述的圆盘锯机头6及吸盘机械手9与所述的基座5同步移动；所述的工业相机3设置在所述的相机固定支架4上，位于所述的工作台面2的上方，所述的工业相机3与所述的带智能软件的工控机1连接；所述的辅助光源10设置在所述的工作台面2的正上方或两侧上方。

所述的带智能软件的工控机1上嵌入安装有操作屏11及多个操作按钮12，所述的多个操作按钮12包括台面上升按钮、台面下降按钮、石板轮廓识别按钮、石板轮廓修正按钮、区域避让按钮、一次排版按钮、二次排版按钮、模拟切割按钮、在线测量按钮、放大缩小按钮、实际切割按钮等，便于控制工作台面2、工业相机3等部件的工作，石板轮廓修正按钮可对轮廓识别局部偏差进行重新识别，二次排版按钮可对第一次排版切割后的余料进行再次排版。本发明支持在带智能软件的工控机1的操作屏11（触摸屏）上测量石板的尺寸，通过工业相机3采集到的图片可以在带智能软件的工控机1上放大或者缩小，方便查看全局和局部内容。

所述的工作台面2的翻转角度范围为0°-85°，便于将石板置于工作台面2上，工作台面2接近垂直，方便石板能够靠到工作台面2又不会倒下来。

所述的相机固定支架4固定安装在所述的基座5的顶部，所述的工业相机3及相机固定支架4与所述的基座5同步移动，便于识别石材的轮廓。

所述的相机固定支架4通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面2的上方，便于识别石材的轮廓。

所述的辅助光源10通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面2的正上方，确保工作台面2的光照均匀度及亮度，降低周围光线的影响，确保工业相机3获取到稳定清晰的图片。

所述的辅助光源10对称嵌入安装在所述的一对横梁导轨8上，位于所述的工作台面2的两侧，确保工作台面2的光照均匀度及亮度，降低周围光线的影响，确保工业相机3获取到稳定清晰的图片。

请参见附图2所示，一种智能石材切割机器人的切割方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过U盘或者网络把订单传到所述的带智能软件的工控机1，在加工的过程中能切换不同订单进行加工或对当前加工订单中的未加工部分需求进行修改或新增或删除订单。

步骤2：操作人员根据所述的带智能软件的工控机1的提示，点击所述的带智能软件的工控机1的台面上升按钮，使所述的工作台2面抬起到接近90°的位置，使用单臂吊或者行车把对应品种的石板放到所述的工作台面2上。

步骤3：点击所述的带智能软件的工控机1的台面下降按钮，使所述的工作台面2恢复水平位置。

步骤4：点击所述的带智能软件的工控机1的石板轮廓识别按钮，启动所述的工业相机3获得石板和所述的工作台面2的照片，所述的带智能软件的工控机1分析得到石板轮廓；通过所述的工业相机3采集到的图片可以在所述的带智能软件的工控机1上放大或者缩小，方便查看全局和局部内容。

步骤5：点击所述的带智能软件的工控机1的一次排版按钮进行自动排版，所述的带智能软件的工控机1会给出石材利用率信息，并记录下每次切割排版图，便于回溯，在所述的带智能软件的工控机1的操作屏11上测量石板的尺寸，并能进行模拟切割；若石板有裂纹或凹坑等不可用区域需要避让，可以点击区域避让按钮标识不可用区域使排版避开不可用区域，并支持按照石材纹理的走向排版（是否需要考虑按照纹理排版是在订单里设置的）。

步骤6：点击所述的带智能软件的工控机1的实际切割按钮，所述的带智能软件的工控机1发出指令传递给下位机PLC或运动控制卡控制所述的圆盘锯机头6转动，并驱动所述的圆盘锯机头6沿所述的横梁7方向运动及所述的横梁7沿所述的一对横梁导轨8运动，实现对石板的切割，并进行数据统计，所述的数据统计包括累计开机时长、使用石材大板数量、面积、加工有效面积、总体利用率、加工规格板块数、月度、年度、自开机后统计或者自定义起止时间段的统计。

步骤7：在横向或者竖向切割运动时所述的圆盘锯机头6可能误伤已经切好的规格板时，抬起所述的圆盘锯机头6，并放下所述的吸盘机械手9搬动石板，以达到避让的目的。

在所述的步骤4中，若所述的石板轮廓有局部边缘识别不准，通过所述的带智能软件的工控机1的轮廓修正按钮进行修正；若所述的工业相机3异常无法获取图片时，通过人工辅助确定石板的最大内接矩形，然后通过所述的带智能软件的工控机1进行自动排版和切割。

在所述的步骤5中，若石板轮廓中还有较大块的边角料，所述的带智能软件的工控机1通过在所述的操作屏11上二次排版按钮选择所述的工作台面2上的每一块边角料并重新进行轮廓识别和排版，最大程度提高石材利用率。

在所述的步骤6中，在切割石板的过程中，带智能软件的工控机1会实时显示订单的完成情况，带智能软件的工控机1通过wifi或者移动数据网络将订单的实时加工情况发给客户或者石材加工厂管理人员，或者客户及管理人员可以实时远程查询；在切割石板的过程中，实时显示下位机的各种信息，如当前刀头的坐标（包括X轴和Y轴及Z轴），刀头的姿态（0度或者90度），台板的姿态（水平或者接近垂直），空走刀及切割速度，变频器，主机及油泵的状态等。

为克服周围光照不稳定的问题，获取稳定清晰图片需要在工作台面2上方加上辅助光源10，类似台球桌的吊灯，或者在两边的横梁导轨8上加装光源。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“水平”、“一侧”、“两侧”、“顶部”、“两端”、“前”、“后”、“上”、“左”、“右”、“底部”、“竖直”、“正上方”、“侧后方”、“两侧上方”、“上方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

综上所述，本发明不仅兼容传统石材切割机的工作模式，还能自动读取解析订单文件，可以直接在机器上修改，无纸化操作，能自动识别石板轮廓及尺寸、自动排版及切割，支持排版后模拟切割，能实时查看订单完成情况和统计石材利用率，通过智能算法确保石材利用率，能记录排版，生产过程可回溯，切割过程的避让使用机器手完成，能减少对人的依赖，释放人力和脑力，提高生产效率和材料的利用率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能石材切割机器人，其特征在于：包括带智能软件的工控机、工作台面、工业相机、相机固定支架、基座、圆盘锯机头、横梁、一对横梁导轨、吸盘机械手及辅助光源；所述的工作台面水平设置，所述的带智能软件的工控机设置在所述的工作台面的一侧，所述的工作台面通过所述的带智能软件的工控机控制翻转；所述的一对横梁导轨分别对称设置在所述的工作台面的两侧，所述的横梁的两端分别设置在所述的一对横梁导轨的顶部，所述的横梁通过所述的带智能软件的工控机沿所述的一对横梁导轨前后滑动；所述的基座设置在所述的横梁上，所述的基座通过所述的带智能软件的工控机沿所述的横梁左右滑动；所述的基座竖直设置，所述的圆盘锯机头设置在所述的基座的底部，位于所述的工作台面的正上方，所述的吸盘机械手设置在所述的基座的底部，位于所述的圆盘锯机头的侧后方，所述的圆盘锯机头及吸盘机械手与所述的基座同步移动；所述的工业相机设置在所述的相机固定支架上，位于所述的工作台面的上方，所述的工业相机与所述的带智能软件的工控机连接；所述的辅助光源设置在所述的工作台面的正上方或两侧上方。

2.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的带智能软件的工控机上嵌入安装有操作屏及多个操作按钮，所述的多个操作按钮包括台面上升按钮、台面下降按钮、石板轮廓识别按钮、石板轮廓修正按钮、区域避让按钮、一次排版按钮、二次排版按钮、模拟切割按钮、在线测量按钮、放大缩小按钮、实际切割按钮。

3.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的工作台面的翻转角度范围为0°-85°。

4.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的相机固定支架固定安装在所述的基座的顶部，所述的工业相机及相机固定支架与所述的基座同步移动。

5.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的相机固定支架通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面的上方。

6.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的辅助光源通过单臂或龙门架吊装在所述的工作台面的正上方。

7.根据权利要求1所述的智能石材切割机器人，其特征在于：所述的辅助光源对称嵌入安装在所述的一对横梁导轨上，位于所述的工作台面的两侧。

8.一种应用于权利要求1-7任意一项所述的智能石材切割机器人的切割方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：

步骤1：通过U盘或者网络把订单传到所述的带智能软件的工控机，在加工的过程中能切换不同订单进行加工或对当前加工订单中的未加工部分需求进行修改或新增或删除订单；

步骤2：操作人员根据所述的带智能软件的工控机的提示，点击所述的带智能软件的工控机的台面上升按钮，使所述的工作台面抬起到85°的位置，使用单臂吊或者行车把对应品种的石板放到所述的工作台面上；

步骤3：点击所述的带智能软件的工控机的台面下降按钮，使所述的工作台面恢复水平位置；

步骤4：点击所述的带智能软件的工控机的石板轮廓识别按钮，启动所述的工业相机获得石板和所述的工作台面的照片，所述的带智能软件的工控机分析得到石板轮廓；通过所述的工业相机采集到的图片可以在所述的带智能软件的工控机上放大或者缩小；若所述的石板轮廓有局部边缘识别不准，通过所述的带智能软件的工控机的轮廓修正按钮进行修正；若所述的工业相机异常无法获取图片时，通过人工辅助确定石板的最大内接矩形，然后通过所述的带智能软件的工控机进行自动排版和切割；

步骤5：点击所述的带智能软件的工控机的一次排版按钮进行自动排版，所述的带智能软件的工控机会给出石材利用率信息，并记录下每次切割排版图，在所述的带智能软件的工控机的操作屏上测量石板的尺寸，并能进行模拟切割；若石板有裂纹或凹坑的不可用区域需要避让，点击区域避让按钮标识不可用区域使排版避开不可用区域，并支持按照石材纹理的走向排版；

步骤6：点击所述的带智能软件的工控机的实际切割按钮，所述的带智能软件的工控机发出指令传递给下位机PLC或运动控制卡控制所述的圆盘锯机头转动，并驱动所述的圆盘锯机头沿所述的横梁方向运动及所述的横梁沿所述的一对横梁导轨运动，实现对石板的切割，并进行数据统计，所述的数据统计包括累计开机时长、使用石材大板数量、面积、加工有效面积、总体利用率、加工规格板块数、月度、年度、自开机后统计或者自定义起止时间段的统计；

步骤7：在横向或者竖向切割运动时所述的圆盘锯机头可能误伤已经切好的规格板时，抬起所述的圆盘锯机头，并放下所述的吸盘机械手搬动石板。

9.根据权利要求8所述的智能石材切割机器人的切割方法，其特征在于：在所述的步骤5中，若石板轮廓中还有较大块的边角料，所述的带智能软件的工控机通过在所述的操作屏上二次排版按钮选择所述的工作台面上的每一块边角料并重新进行轮廓识别和排版。

10.根据权利要求8所述的智能石材切割机器人的切割方法，其特征在于：在所述的步骤6中，在切割石板的过程中，带智能软件的工控机会实时显示订单的完成情况，带智能软件的工控机通过wifi或者移动数据网络将订单的实时加工情况发给客户或者石材加工厂管理人员，或者由客户及管理人员实时远程查询；在切割石板的过程中，实时显示下位机的信息。