CN107548476B - 校正用于切割片状金属坯料的预定切割路径的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于校正从沿着输送方向x连续输送的金属条上切割片状金属坯料的张拉不当、不平行于金属条路径的预定切割路径的方法，为了确定所倾斜的位置，检测点(P)的位置(x1y1)，然后将金属条沿输送方向(x)移动预定的第一距离(dx1)，再确定该点的位置(x2y2)。使用y坐标的差值(y1‑y2)确定用于校正切割路径的校正值(Ky1)。所述金属条的边缘也可具有曲率和/或弯曲。为了确定曲率，确定第三位置(x3y3)。使用y坐标的差值(y2‑y3)确定用于校正切割路径的校正值(Ky2)。

Description

校正用于切割片状金属坯料的预定切割路径的方法
技术领域
本发明涉及一种用于校正从沿着输送方向连续输送的金属条上切割金属坯料的预定切割路径的方法。
背景技术
DE 10 2013 203 384 A1公开了一种用于校正通过激光切割设备从沿着输送方向或者x方向连续输送的金属条切割金属坯料的预定切割路径的方法。所述切割路径由切割程序中多个连续的切割路径坐标定义。为了校正所述切割路径，通过在输送方向上一个接一个地布置的两个条边缘测量设备持续测量条边缘在y方向上的偏差。根据在y方向上测量的偏差校正切割路径坐标。此外，可以通过位移测量装置检测输送速度的波动，并在校正切割路径坐标时考虑输送速度偏差。
在已知的方法中，假定金属条的边缘是直的。然而，事实上并非如此。实际上，金属条的边缘具有波纹(其第一波长范围在几厘米到几米之间)，或者相应的凹凸。此外，金属条的边缘可以具有所谓的弯曲，或者纵向弯曲，其曲率半径通常大于100m。特别地，在已知方法中上述的金属条边缘的波纹导致的结果是y方向上测量的距离不能精确地表示金属条的中线到预定的y基准的实际偏差。因此，切割路径坐标的校正并不总是足够的。在多个部分截面构成轮廓的情况下，这可能会导致各部分截面的末端彼此之间不能精确地匹配或过渡。
WO 2009/105608中公开了另一种校正用于切割金属坯料的切割路径的方法。这包括在金属条的顶部做标记，此顶部面向激光切割设备。所述标记通过安装在金属条上方的摄像机进行检测。对连续的图像进行比较来确定标记在y方向上的偏差，并因此确定金属条的中线到y基准的偏差。确定的在y方向上的偏差被用于校正切割路径。在已知方法中，校正的精确度取决于在金属条上所作的标记的品质。这些标记通常是喷涂的油漆点，在实践中这些油漆点有时具有不规则的边界。这会导致对金属条在y方向上的偏差的确定的不准确性。此外，还可能发生，喷涂的油漆点不能适当地粘附到所述金属条表面，这可能会中断并实质上干扰切割路径坐标的校正。最终，在金属坯料被切割下之后，所述喷涂在金属条上的油漆点，因为它们干扰金属坯料的后期喷涂，因此必须被移除，这需要付出很多的努力。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的缺点。特别地，本发明的目的是提出一种允许对持续移动的金属条上的切割路径进行特别精确的校正的方法。
这由权利要求1和权利要求5中的特征实现。本发明的有利的实施方案从权利要求2到4和权利要求6到12的特征得到。
本发明的第一方面提出了一种校正从沿着输送方向x连续输送的金属条上切割金属坯料的预定切割路径的方法，所述方法包括以下步骤：
同时确定所述金属条表面的点相对于x和y基准的第一x坐标x1和第一y坐标y1；
确定在所述金属条沿着输送方向x相对于第一x坐标x1精确移动了预定的第一距离dx1时，所述点相对于y基准的第二坐标y2；
通过获取所述第一y坐标y1和所述第二y坐标y2之间的差值，确定第一y校正值Ky1；以及
使用第一y校正值Ky1校正描述预定切割路径的切割路径坐标。
根据本发明，检测所述金属条表面上的任一点。例如，所述点可以是位于金属条的边缘上的点。与现有技术不同，该点的检测包括检测它的第一位置坐标x1y1，相对于x基准和y基准进行所述检测。如果金属条在输送方向x上移动了预定距离dx1，检测出同一点的第二位置坐标x2y2，相对于所述y基准完成所述检测。x基准，例如，从固定的预定第一距离dx1得到。
本发明中观察所述金属条表面上的点(该点由第一位置坐标x1y1限定)的位置的变化可以避免本领域已知方法的不精确性。特别地，执行本创造性方法不需要在金属条上添加单独的标记。所提出的方法即使当在不平整的金属条的边缘确定y坐标时，也可以提供精确的校正。
本发明方法可以足够精确地校正切割金属坯料的切割路径，使得围绕坯料的各部分截面的末端精确地彼此过渡。可以无需在各部分截面的重叠末端的区域中加工坯料。
根据本发明的有利实施方案，所述方法包括以下其他步骤：
提供第一y测量装置，用于测量所述金属条相对于所述y基准的所述第一y坐标y1；
提供第二y测量装置，用于测量所述金属条相对于所述y基准的所述第二y坐标y2，所述第二y测量装置被布置在第一y测量装置下游的预定第一距离dx1处；以及
提供第一位移测量装置，用于测量所述金属条相对于所述x基准的所述x坐标。
第一y测量装置和第二y测量装置是使得可以测量金属条边缘到y基准的距离的有利测量装置。使用结构相同的测量装置作为第一y测量装置和第二y测量装置是有利的。y测量装置可以是用于检测条边缘位置的常规的测量装置。优选地，使用光学测量装置完成测量。有利地，第一位移测量装置是具有靠着金属条的测量轮的机械位移传感器。这允许对金属条覆盖的精确行程的检测，特别是，金属条的偏移量第一距离dx1。这允许当金属条恰好位于第一y测量装置下游第一距离dx1处时，使用第二测量装置对第二y坐标进行的测量。
根据本发明方法的第一方面的另一有利实施方案包括以下其他的步骤：
确定第三y坐标y3，其位于与确定所述第二y坐标y2的位置相距预定第二距离dx2处；
通过获取所述第二y坐标y2和所述第三y坐标y3之间的差值，确定第二y校正值Ky2；以及
通过参考所述第二y校正值Ky2相对于所述第一y校正值Ky1随所述输送路径或者时间的变化，校正描述所述预定切割路径的所述切割路径坐标。
根据提出的实施方案，在第二y测量装置下游观察到金属条上的观察点的另一位置变化。在观察位置，由第三位置坐标x3y3确定所述点的位置。将第一位置坐标x1y1，第二位置坐标x2y2，以及第三位置坐标x3y3进行比较可以推断金属条是否弯曲以及当金属条弯曲时的纵向曲率半径的大小。这使得可以确定第二y校正值Ky2，所述确定过程还应考虑金属条的弯曲。这允许更精确地校正切割路径的坐标。
根据有利实施方案，所述方法包括以下其他步骤：
提供第三y测量装置，用于测量金属条相对于所述y基准的所述第三y坐标y3，所述第三y测量装置被布置在第二y测量装置下游的预定第二距离dx2处。
所提出的第一、第二以及第三y测量装置的布置(一个接一个地在输送方向上布置，各自在限定的第一距离dx1和第二距离dx2处)，特别是与第一位移测量装置结合，可以确定金属条上的点的精确位置，以及在金属条移动了第一距离dx1和第二距离dx2之后所述点的位置变化。
本发明的第二方面提出一种用于校正从沿着输送方向x连续输送的金属条上切割金属坯料的预定切割路径的方法，所述方法包括以下步骤：
通过条流动测量装置同时确定所述金属条表面的第一点相对于x和y基准的第一x坐标x1和第一y坐标y1；
如果所述金属条沿着所述输送方向x移动了预定的第三距离dx3，则通过条流动测量装置同时确定所述金属条表面的第一点相对于所述x和y基准的第二x坐标x2和第二y坐标y2；
使用通过条流动测量装置由坐标对x1y1和x2y2确定的向量确定第三y校正值Ky3；以及
使用所述第三y校正值Ky3校正描述所述预定切割路径的切割路径坐标。
根据本发明的第二方面，观察金属条表面上至少一个点，即，由金属条的材料形成的表面上的点。该点可以是，例如，光学可检测的高度和/或材料异常。通过条流动测量装置同时确定该点相对于x和y基准的位置坐标x1y1。在稍后的时间点，即当金属条沿着输送方向移动了预定的第三距离dx3时，确定该点相对于x和y基准的第二位置坐标x2y2。然后由上述坐标对x1y1和x2y2确定向量。然后基于该向量，计算出第三y校正值Ky3，最终利用第三y校正值Ky3校正描述预定切割路径的切割路径坐标。所述的向量的确定允许快速计算第三y校正值以及快速校正切割路径坐标。该向量可以以高时钟频率反复计算。这允许快速且特别准确的校正切割路径坐标。
根据有利实施方案，本方法的第二方面包括以下其他步骤：
通过布置在距离所述条流动测量装置的预定第四距离dx4处的第四y测量装置测量所述金属条的第四y坐标y4，并使用所述第四y坐标y4动态地校正所述第三y校正值Ky3。
测量第四y坐标y4使得可以检测金属条的弯曲，特别是，弯曲的半径。这允许在动态地校正第三y校正值Ky3时考虑到金属条的弯曲。这允许特别精确地校正切描述切割路径的割路径坐标。
根据另一有利实施方案，通过第二位移测量装置测量金属条的第四x坐标x4，所述第四x坐标x4被用于动态地校正第三y校正值Ky3。这允许特别精确地确定第四距离dx4，并因此允许特别精确地确定第四y坐标y4。
有利地，由利用条流动测量装置在时间点t1检测到的表面结构确定第一坐标对x1y1。可以由在时间点t1生成的二维或三维表面图像确定表面结构。可以由用条流动测量装置在时间点t1之后的第二时间点tn检测到的另一表面结构计算第二坐标对x2y2。将在时间点t1检测的表面结构与之后检测到的另一表面结构进行比较，可以确定点P的位置变化。可以通过具有起始坐标x1y1和终点坐标x2y2的向量描述点P的位置变化。特别地，可以根据图像相关法确定该向量。
可以使用条流动测量装置生成所述表面图像，所述条流动测量装置包括以下组件之一：摄像机，优选光学鼠标传感器，光学运动传感器，距离传感器，优选彩色共焦距离传感器(confocal chromatic distance sensor)，或者具有角发送器的导轮(drag wheel)。上述条流动测量装置允许确定点P的位置坐标xy以及其随着时间和行程的变化，本发明方法需要此确定。
该点可以位于条边缘上，切口边缘上，或者所述金属条的顶部或底侧上。根据本发明的第一方面，有利地，该点位于条边缘上，根据本发明的第二方面，有利地，该点位于金属条的顶部。
附图说明
下面使用附图详细说明本发明的示例性实施方案。附图如下：
图1：确定点P的第一位置坐标x1y1；
图2：确定点P的第二位置坐标x2y2；
图3：确定点P的第三位置坐标x3y3；
图4：根据本发明的第二方面的用于确定位置坐标的测量装置的示意图；
图5：通过根据图4的条流动测量装置确定第一位置坐标x1y1；
图6：通过根据图4的条流动测量装置确定第二位置坐标x2y2。
具体实施方式
在图1到图4中，附图标记1表示在输送方向x上连续输送的金属条。附图标记2通常表示设备的框架，所述设备可包括传送带、输送辊、辊式矫直机或类似于输送金属条1的装置(此处未示出)。图1到图4中示出的装置的部分在其下游布置有激光切割设备(此处未示出)，所述激光切割设备用于将金属条1切割成具有预定的几何形状的片状金属坯料。该激光切割设备通常包括一个或多个激光器，其中每个激光器可以在输送方向x和垂直于输送方向x的横向方向y上移动。为了使每个激光器在x方向和y方向上移动，可以提供例如电动伺服马达。为了控制这种伺服马达，通常提供计算机，所述计算机存储用于描述移动每个激光器时的预定切割路径的切割路径坐标。切割路径坐标描述相对于设备的中间平面(midplane)的切割路径，即，例如，框架2的中间平面M，所述中间平面M在xy方向上运行。
在实践中，有时会发生当输送金属条1时，条中央BM与切割设备的中间平面M不一致。在这种情况下，可能会发生预定切割路径超出金属条1的边缘，且因此金属坯料不具有预定的几何形状。为了对抗这一点，描述切割路径的切割路径坐标根据本发明方法被持续不断地校正，从而使得切割路径坐标是指条中央BM的实际位置。
根据本方法的第一变型(在图1到图3中示意性地示出)，为了实现这一点，可以通过第一y测量装置My1检测位于金属条1的1个边缘处的点P。第一y测量装置My1被用于测量点P在y方向上相对于y基准R的距离，y基准R在框架2上的固定的位置。与此同时，第一位移测量装置Mx1被用于确定点P相对于基准R的第一x坐标x1。存储所述点P的第一位置坐标x1y1。
在第一y测量装置My1下游第一距离dx1处布置第二y测量装置My2。只要第一位移测量装置Mx1检测到金属条1在输送方向x上移动了距离dx1，就使用第二y测量装置My2确定从该距离到金属条1的边缘的第二y坐标y2。因此，第一位置坐标x1y1以及第二位置坐标x2y2总是描述金属条1的边缘上的同一点P的精确位置。
如图1到图4所示，金属条1的边缘具有边缘波纹W。通过观察一点并且是同一点P的位置的变化——这可以通过同时检测各自的x和y坐标实现，避免了由于边缘波纹W引起的对校正的确定不精确的危险。
第一y坐标y1和第二y坐标y2之间的差值可以被用于确定第一y校正值Ky1。第一y校正值Ky1可以被用于校正切割路径坐标的y坐标。
将所述第一y坐标y1和所述第二y坐标y2进行比较可以确定条中央BM相对于中间平面M未对准，并进行校正。相比之下，无法识别金属条1是否具有弯曲，即，具有大半径的曲率。为了检测这样的弯曲，可以在第二y测量装置My2下游的第二距离dx2处提供第三y测量装置My3。当以下情况时是有利的：
dx1＝dx2
在这种情况下，可以在相同的时钟周期下操作第一位移测量装置Mx1以及y测量装置My1，My2，和My3。
一旦第一位移测量装置Mx1发现金属条1在输送方向x上移动了第二距离dx2，则第三y测量装置My3通过测量点P到第三y测量装置My3的距离，确定第三y坐标y3。将所述第二y坐标y2和第三y坐标y3之间的差值与所述第一y坐标y1和所述第二y坐标y2之间的差值进行比较，此比较可以确定是否存在弯曲。此外，还可以确定弯曲的方向和大小。假设
y1-y2＝Δ1
y2-y3＝Δ1
如果：
Δ1＝Δ2
那么金属条1不具有弯曲
相比之下，如果：
Δ1≠Δ2
那么金属条1具有弯曲
差值Δ1-Δ2＝Δ3可以被用于推断弯曲的半径。此外，可以从差值Δ3的符号推断出金属条1边缘的弯曲或曲率的方向。
如果dx1＝dx2，则上述的关系适用。如果dx1不等于dx2，则必须使用由dx1和dx2的比率得出的因子来调整前述关系。
图4至图6示意性地示出了本发明方法的第二变型。在这些图中，第二位移测量装置Mx2被布置在标记有附图标记BF的条流动测量装置的上游。
图5和图6示意性地示出了条流动测量装置BF的功能。条流动测量装置BF可以是例如与光学鼠标传感器相似设计的设备。例如18x18 CCD的照相机被用于捕获所述金属条1表面的表面结构，所述表面结构包括点P。点P可以是，例如，所述金属条1表面上的凹陷，其在照相机捕获的照片中呈现为黑色。如果金属条1在输送方向x上移动了距离dx3，照相机拍摄金属条1的表面结构的另一张照片。确定所述点的第二位置坐标x2y2。然后可以使用图像相关处理或类似处理确定向量V，其描述点P移动的速度和方向。
为了增加确定向量V的精确度，可以拍摄不只两张而是多张包括点P的表面结构的照片片。第三距离dx3是例如0.1到3.0mm。然而，第一坐标对x1y1和第二坐标对x2y2用所述向量确定。
特别地，由向量V可以使用常规的计算方法确定坐标对x1y1，以及x2y2，而由上述坐标对可以确定第三y校正值Ky3。用于确定金属条的弯曲的本发明的第二方面也可以类似于本发明的第一方面，涉及在条流动测量装置BF下游的第四距离dx4处提供第四y测量装置。第四y测量装置My4可以被用于确定第四y坐标y4以校正第三y校正值Ky3。通过第四y测量装置My4可以持续不断的测量金属条1的例如条边缘的位置，且由此可以确定y值的偏移。使用测量到的偏移，在第四距离dx4已知的情况下，可以动态地校正通过条流动测量装置BF确定的第三y校正值Ky3。
参考标记清单
1 金属条
2 框架
BF 条流动测量装置
BM 条中央
dx1 第一距离
dx2 第二距离
dx3 第三距离
dx4 第四距离
Ky1 第一y校正值
Ky2 第二y校正值
Ky3 第三y校正值
M 中间平面
Mx1 第一位移测量装置
Mx2 第二位移测量装置
My1 第一y测量装置
My2 第二y测量装置
My3 第三y测量装置
My4 第四y测量装置
P 点
R 基准
V 向量
W 边缘波纹
x1y1 第一坐标对
x2y2 第二坐标对
y1 第一y坐标
y2 第二y坐标
y3 第三y坐标
y4 第四y坐标

Claims (11)

1.一种校正从沿着输送方向x连续输送的金属条上切割金属坯料的预定切割路径的方法，包括：
准备激光切割设备，其包括：至少一个激光器，所述至少一个激光器在输送方向x和垂直于输送方向x的横向方向y上移动；和计算机，所述计算机存储用于描述移动所述至少一个激光器时的预定切割路径的切割路径坐标；
同时确定所述金属条表面的任意点相对于x和y基准的第一x坐标x1和第一y坐标y1，所述任意点不是添加在金属条上的单独的标记；
确定在所述金属条沿着所述输送方向x相对于所述第一x坐标x1恰好移动了预定第一距离dx1时，所述点相对于所述y基准的第二y坐标y2；
通过获取所述第一y坐标y1和所述第二y坐标y2之间的差值，确定第一y校正值Ky1；
使用所述第一y校正值Ky1校正描述所述预定切割路径的切割路径坐标；以及
在沿输送方向x连续输送金属条的同时，通过使所述至少一个激光器沿着由所述第一y校正值Ky1校正的所述预定切割路径移动来切割所述金属坯料。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
提供第一y测量装置(My1)，用于测量所述金属条相对于所述y基准的所述第一y坐标y1；
提供第二y测量装置(My2)，用于测量所述金属条相对于所述y基准的所述第二y坐标y2，所述第二y测量装置(My2)被布置在第一y测量装置(My1)下游的预定第一距离dx1处；以及
提供第一位移测量装置(Mx1)，用于测量所述金属条相对于所述x基准的x坐标。
3.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括：
确定第三y坐标y3，其位于与确定所述第二y坐标y2的位置相距预定第二距离dx2处；
通过获取所述第二y坐标y2和所述第三y坐标y3之间的差值，确定第二y校正值Ky2；以及
通过参考所述第二y校正值Ky2相对于所述第一y校正值Ky1随输送路径或者时间的变化，校正描述所述预定切割路径的切割路径坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
提供第三y测量装置(My3)，用于测量所述金属条相对于所述y基准的所述第三y坐标y3，所述第三y测量装置被布置在第二y测量装置(My2)下游的预定第二距离dx2处。
5.一种用于从沿着输送方向x连续输送的金属条上切割金属坯料的方法，包括：
准备激光切割设备，其包括：至少一个激光器，所述至少一个激光器在输送方向x和垂直于输送方向x的横向方向y上移动；和计算机，所述计算机存储用于描述移动所述至少一个激光器时的预定切割路径的切割路径坐标；
同时确定所述金属条表面的任意点(P)相对于x和y基准的第一x坐标x1和第一y坐标y1，所述任意点不是添加在金属条上的单独的标记，该确定是通过条流动测量装置(BF)实现的，这使得能够确定所述点的位置坐标xy及其随时间或行程的变化；
如果所述金属条沿着所述输送方向x移动了预定第三距离dx3，则通过条流动测量装置(BF)同时确定所述金属条表面的所述点(P)相对于所述x基准和所述y基准的第二x坐标x2和第二y坐标y2；
使用通过条流动测量装置(BF)由坐标对(x1,y1)和(x2,y2)确定的向量(V)确定第三y校正值Ky3；
使用所述第三y校正值Ky3校正描述所述预定切割路径的切割路径坐标；以及
在沿输送方向x连续输送金属条的同时，通过使所述至少一个激光器沿着由所述第三y校正值Ky3校正的所述预定切割路径移动来切割所述金属坯料。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
通过布置在距离所述条流动测量装置(BF)为预定第四距离dx4处的第四y测量装置(My4)测量所述金属条的第四y坐标y4，并使用所述第四y坐标y4校正所述第三y校正值Ky3。
7.根据权利要求5或6中所述的方法，还包括：
通过第二位移测量装置(Mx2)测量所述金属条的第四x坐标x4，并使用所述第四x坐标x4校正第三y校正值Ky3。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中第一坐标对(x1,y1)由条流动测量装置(BF)在时间点t1检测到的表面结构确定。
9.根据权利要求8中所述的方法，其中所述表面结构由在时间点t1生成的2维或3维的表面图像确定。
10.根据权利要求8所述的方法，其中第二坐标对(x2,y2)由所述条流动测量装置(BF)在所述时间点t1之后的其他时间点tn检测到的另一表面结构计算出。
11.根据权利要求9所述的方法，其中使用条流动测量装置(BF)生成所述表面图像，所述条流动测量装置(BF)包括以下组件中的一个：摄像机，光学鼠标传感器，距离传感器，或彩色共焦距离传感器。
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