CN110711953B - 一种激光切割设备和激光切割作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割设备和激光切割作业方法，其包括：切割运动机构；激光切割装置，其连接所述切割运动机构，且产生用于切割的激光；视觉识别装置，其连接所述切割运动机构，用于获取车辆车身上特定结构的图像信息；以及主控装置，其连接所述切割运动机构、激光切割装置以及视觉识别装置，用于获取车型信息以及控制所述激光切割装置产生用于切割的激光。本发明可适用于多车型的生产，柔性化程度高，并且能精确定位切割区域，提高加工精度，以及在线检测切割作业完成质量，保证后续工序的顺利实施。

Description

一种激光切割设备和激光切割作业方法

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体涉及一种激光切割设备和激光切割作业方法。

背景技术

汽车白车身加工有很多的安装孔和定位孔等，通常在零件下料过程中进行机械加工形成，如果仅仅是单零件加工，则精度相对较高。但在车身流水线上安装后，随着车身制造尺寸累积偏差、单孔的理论位置相应偏差，两个对称孔的相对位置关系偏差就非常大，经常可以达到±3mm，这对后续安装工作带来很多麻烦。当然，也有在流水线上通过冲压设备冲压出两个孔，该种加工方式可保证相对位置关系，但是两个孔本身的定位精度也会因受到车身制造偏差的影响。而且在线冲孔时经常要更换磨损的冲孔刀头，此举一是造成成本增加，二是影响生产节拍。另外，上述方式完成切孔加工的过程中，因刀头磨损或未及时更换磨损刀头均会导致切孔质量不合格，但上述方式中没有切孔质量判断机制，导致质量不合格的切孔流入下道工序，影响下一步工序的实施以及整车质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光切割设备和激光切割作业方法，其适用于多种车车辆车型的生产，柔性化程度高，并且能精确定位切割区域，提高加工精度，以及在线检测切割作业完成质量，保证后续工序的顺利实施。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提供了一种激光切割设备，其包括：切割运动机构；激光切割装置，其连接所述切割运动机构，且产生用于切割的激光；视觉识别装置，其连接所述切割运动机构，用于获取车辆车身上特定结构的图像信息；以及主控装置，其连接所述切割运动机构、激光切割装置以及视觉识别装置，用于获取车型信息以及控制所述激光切割装置产生用于切割的激光；

所述切割运动机构接收所述车型信息后调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息，并根据该切割移动路径信息带动所述视觉识别装置移动，以通过所述视觉识别装置获取该车型车身上特定结构的图像信息；所述主控装置接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行对比，以获取该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量和/或偏移方向，并根据所述绝对偏移量控制所述切割运动机构运动，以此确定该车型车身上的切割区域；所述主控装置再控制所述激光切割装置产生用于切割的激光，以在所述切割区域完成切割作业。

优选的，所述主控装置通过RFID获取所述车辆车型信息。

优选的，该车型车身上特定区域的图像信息包括：该车型车身上特定结构XY平面的图像信息和/或该车型车身上特定结构XZ平面的图像信息和/或该车型车身上特定结构YZ平面的图像信息。

优选的，用于切割的激光产生后，通过所述主控装置控制激光切割装置和/或切割运动机构的运动来完成切割作业。

优选的，所述激光切割设备还包括：废料收集运动机构，其连接所述主控装置；以及废料收集容器，其连接所述废料收集运动机构；且所述废料收集运动机构在接收所述车型信息后调用预存储的、与该车型对应的废料收集移动路径信息，并根据该废料收集移动路径信息带动所述废料收集容器移动至所述切割区域附近，以完成对切割废料的收集。

优选的，所述激光切割设备还包括：视觉校准装置，其用于对所述视觉识别装置进行校准，以对所述切割运动机构进行温度补偿。

优选的，所述激光切割设备还包括：切割质量判断装置，其连接所述视觉识别装置，用于在接收切割形成的孔和/或轮廓的图像信息后，将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准，形成判断结果；且所述切割形成的孔和/或轮廓的图像信息通过所述视觉识别装置获得。

优选的，所述激光切割设备还包括：报警装置，其连接所述主控装置和/或切割质量判断装置，用于接收通过所述主控装置获取的该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的偏移量，且当X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量中的至少一项≥10mm或者X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量三者的累积量≥10mm时产生报警信号，和/或，用于接收所述切割质量判断装置得出的判断结果，且在判断不符合质量标准时产生报警信号。

优选的，该车型车身上的特定结构与所述切割区域平行或垂直。

另一方面，还提供一种利用上述激光切割设备实现的激光切割作业方法，包括如下步骤：

S1、待车辆车身进入切割工位后，所述主控装置获取车型信息，并将其发送至切割运动机构和废料收集运动机构，所述切割运动机构和废料收集运动机构根据所述车型信息分别调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息和废料收集移动路径信息，并分别根据所述切割移动路径信息和废料收集移动路径信息对应移动到预定地点；

S2、所述视觉识别装置获取该车型车身上特定结构的图像信息，并将其发送至所述主控装置；

S3、所述主控装置接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行对比，以获取该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量，并根据所述绝对偏移量控制所述切割运动机构运动，以此确定该车型车身上的切割区域；

以及S4、所述主控装置控制所述激光切割装置产生用于切割的激光，以在所述切割区域完成激光在线切割作业，所述废料收集容器同时收集切割废料。

优选的，还包括步骤S5、切割作业完成后，通过所述视觉识别装置切割形成的孔和/或轮廓的图像信息，并将其发送至所述切割质量判断装置，所述切割质量判断装置将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准。

优选的，在进行初次切割前和/或完成每次切割后，通过视觉校准装置对所述视觉识别装置进行至少一次校准，并根据校准结果调整所述切割运动机构的运行参数，实现对所述切割运动机构的温度补偿。

本发明的有益效果是：

1、采用激光在线切割方式，相比于在线冲孔，柔性化程度、切割精度更高，可满足不同车型、不同位置的切割需求；同时，非接触式的激光切割过程不会对车身造成震动，也不存在加工刀头消耗的问题；

2、通过车型信息调用不同的移动路径信息，结合视觉识别装置快速、精确定位切割区域，同时柔性在线收集切割废料，保证线体连续稳定生产；

3、切割完成后在线检测切割质量，保证后续工序的顺利实施。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明激光切割设备各部件的位置示意图；

图2是本发明激光切割设备的结构示意图；

图3是本发明实施例一中车身特定结构与切割区域的位置关系图；

图4是本发明实施例四中激光切割作业方法的流程示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一：

本实施例中的激光切割设备适用于车辆车身加工，如图1-2所示，其包括：切割运动机构6，特别的，所述切割运动机构6为高精度的多轴运动系统，重复运动精度≤0.05mm；

激光切割装置4，其连接所述切割运动机构6，且产生用于切割的激光；本实施例中的激光切割装置4为三轴激光切割切割装置，能分别在水平方向完成50mm、高度方向完成≥10mm的移动动作，且可切割形成直径φ0.1mm的切割圆孔；由于激光切割是一种非接触式加工，因此在切割加工过程中不会造成车身震动，也不存在加工刀头消耗、磨损的问题，同时，三轴激光切割切割装置还可大幅提升切割精度，使得上述激光切割装置4的切割精度≤±0.03mm；

视觉识别装置3，其连接所述切割运动机构6，用于获取车辆车身9上特定结构8的图像信息；其中，所述视觉识别装置3可通过拍照快速获取特定结构8的图像信息，单点拍照时间≤3s，拍照精度≤±0.05mm，引导精度≤±0.05mm，由此能实现快速、准确引导；同时，所述特定结构8为与后续形成的切割区域2有明确位置关系(所述位置关系包括平行、相交、夹角、距离等信息中的一种或几种)的结构，例如，所述特定结构8可以为与后续形成的切割区域2有明确平行或者垂直关系、且距离一定的孔或者边，且只选取两个特定结构8，以优化测量和引导时间；

以及主控装置5，其连接所述切割运动机构6、激光切割装置4以及视觉识别装置3，用于获取车型信息以及控制所述激光切割装置4产生用于切割的激光；具体的，所述主控装置5通过设置在车辆车身上的RFID、二维码、条形码等获取车辆车型信息；

所述切割运动机构6接收主控装置5发送的车型信息后调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息，并根据该切割移动路径信息带动所述视觉识别装置3移动，以通过所述视觉识别装置3获取该车型车身9上特定结构8的图像信息；所述主控装置8接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行计算对比，以获取该车型车身9上特定结构8在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量和/或偏移方向，并根据所述绝对偏移量控制所述切割运动机构6运动，以此确定该车型车身上的切割区域2；所述主控装置5再控制所述激光切割装置4产生用于切割的激光，以在所述切割区域2完成切割作业，在进行切割作业时，孔的切割主要依靠激光切割装置4的三轴实现，轮廓的切割主要靠切割运动机构6的移动轨迹来实现，因此，本实施例中，用于切割的激光产生后，根据切割作业的需求(如切割为孔或切割轮廓)，通过所述主控装置5控制激光切割装置4和/或切割运动机构6的运动来完成切割作业。

其中，所述切割移动路径信息可预存储于所述切割运动机构6中，且所述切割移动路径信息包括移动方向、移动距离、移动速度中的一种或几种；如图1所示，本实施例中车身长度方向坐标轴为X轴，车身宽度方向坐标轴为Y轴，车身高度方向坐标轴为Z轴(Z轴未示出)，该车型车身9上特定结构8的图像信息包括：该车型车身上特定结构8XY平面的图像信息和/或XZ平面的图像信息和/或YZ平面的图像信息，具体的图像信息获取平面可根据特定结构8的结构特点来决定，以提高识别效率，例如，若特定结构8为三维结构(如突起部件等)，则需要获取上述三个平面的图像信息，若特定结构8为二维结构(如圆孔等)，则仅需要获取一个平面上的图像信息即可；同时，所述模板图像信息为同样包含有特定结构8的该车型车身的标准图像信息，且标准图像上特定结构8与切割区域2的位置关系明确，将其作为图像对比基准，如图3所示，实线为所述模板图像上特定结构8以及切割区域2的图像信息，两者距离L一定(所述距离L以特定结构8的圆心O1与切割区域2的中心O2连线长度计)，虚线为通过视觉识别装置3获取的特定结构8以及切割区域2的图像信息，通过对比计算后得知，特定结构8的圆心O1’在X轴方向上向左偏移，且绝对偏移量为L’,因距离L一定，因此所述主控装置5控制切割运动机构6以圆心O1’为起点，向右运动L’的距离即可定位出切割区域2的中心02’的位置，然后根据02’的位置确定切割区域2的范围。

在此基础上，本实施例中的激光切割设备还包括：报警装置11，其连接所述主控装置5，用于接收通过所述主控装置5获取的该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量，且当X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量中的至少一项≥10mm或者X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量三者的累积量≥10mm时产生报警信号(如声光报警信号等)。

实施例二：

本实施例仍然提供了一种激光切割设备，其与实施例一的不同之处仅在于，如图2所示，本实施例中的激光切割设备还包括：废料收集运动机构10，其连接所述主控装置5；以及废料收集容器1，其连接所述废料收集运动机构10；且所述废料收集运动机构10在接收所述车型信息后调用预存储的、与该车型对应的废料收集移动路径信息，并根据该废料收集移动路径信息带动所述废料收集容器1移动至所述切割区域附近，以完成对切割废料的收集。

类似的，所述废料收集运动机构10也可为高精度的多轴运动系统，所述废料收集移动路径信息可预存储于所述废料收集运动机构10中，且所述废料收集移动路径信息包括移动方向、移动距离、移动速度中的一种或几种。

由此，可借助RFID等方式获取车型信息，并将其传递给切割运动机构6和废料收集运动机构10，根据所述车型信息自动切换切割移动路径信息和废料收集移动路径信息，从而满足多车型、柔性化生产需要，保证线体连续稳定生产。

进一步的，由于切割运动机构6在高速、连续运行过程中，因温度升高造成位置计算偏差，因此，本实施例的激光切割设备还包括：视觉校准装置7，其用于对所述视觉识别装置3进行校准，且每次校准时间≤6s，并根据校准结果调整所述切割运动机构的运行参数，实现对所述切割运动机构的温度补偿，由此保证切割运动机构6的运动精度。

实施例三：

本实施例仍然提供了一种激光切割设备，其与实施例一或二的不同之处仅在于，如图2所示，本实施例中的激光切割设备还包括：切割质量判断装置12，其连接所述视觉识别装置3和报警装置，用于在接收切割形成的孔和/或轮廓的图像信息后，将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准，形成判断结果，所述报警装置接收判断结果，且在判断不符合质量标准时产生报警信号；且所述切割形成的孔和/或轮廓的图像信息通过所述视觉识别装置获得。

由此，通过切割完成后在线检测切割质量，可及时获取切割质量数据，充分保证后续工序的顺利实施以及整车质量要求。

经检测，本发明的激光切割设备完成切割作业后，切孔的位置度≤±0.23mm，轮廓度≤±0.05mm，与离线切割比，切割孔与孔之间的相对位置精度大大提高。

实施例四：

本实施例提供了一种实施例一至三任一项所述激光切割设备实现的激光切割作业方法，如图4所示，其包括如下步骤：

S1、对切割运动机构6、视觉识别装置3、激光切割装置4以及废料收集运动机构10中的一项或几项进行校准，使得切割运动机构6/废料收集运动机构10的重复运动精度≤±0.05mm，视觉识别装置3的标定误差≤±0.05mm，激光切割装置4的重复精度≤±0.03mm；

待车辆车身进入切割工位后，确认现场安全条件ok后，所述主控装置5通过设置在车辆车身上的RFID、二维码、条形码等获取车型信息，并将其发送至切割运动机构6和废料收集运动机构10，所述切割运动机构6和废料收集运动机构10根据所述车型信息分别对应调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息和废料收集移动路径信息，并分别根据所述切割移动路径信息和废料收集移动路径信息对应移动到预定地点；

S2、所述视觉识别装置3获取该车型车身上特定结构的图像信息，并将其发送至所述主控装置5；

S3、所述主控装置5接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行对比，以获取该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量，并根据所述偏移量控制所述切割运动机构6运动，以此确定该车型车身上的切割区域；

S4、所述主控装置5控制所述激光切割装置4产生用于切割的激光，以在所述切割区域完成激光在线切割作业，所述废料收集容器1同时收集切割废料；

S5、切割作业完成后，切割运动机构6带动视觉识别装置3移动，通过所述视觉识别装置3获取切割形成的孔和/或轮廓的图像信息，并将其发送至所述切割质量判断装置12，所述切割质量判断装置12将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准；

若切割质量符合标准，则主控装置5控制所述切割运动机构6和废料收集运动机构10返回原位，等待下一车身进入工位；若切割质量不符合标准，则报警装置11产生报警信号。

此外，为保证运动精度，在进行初次切割前和/或完成每次切割后，通过视觉校准装置7对视觉识别装置3进行至少一次(优选为2次)校准，且每次校准时间≤6s，并根据校准结果调整所述切割运动机构6的运行参数，实现对所述切割运动机构6的温度补偿。

综上所述，本发明采用激光在线切割方式，相比于在线冲孔，柔性化程度、切割精度更高，可满足不同车型、不同位置的切割需求，同时，非接触式的激光切割过程不会对车身造成震动，也不存在加工刀头消耗的问题；还可通过车型信息调用不同的移动路径信息，结合视觉识别装置快速、精确定位切割区域，同时柔性在线收集切割废料，保证线体连续稳定生产；切割完成后在线检测切割质量，保证后续工序的顺利实施。

需要说明的是，上述实施例一至四中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本申请的保护范围。同时，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种激光切割设备，其特征在于,包括：切割运动机构；激光切割装置，其连接所述切割运动机构，且产生用于切割的激光；视觉识别装置，其连接所述切割运动机构，用于获取车辆车身上特定结构的图像信息；以及主控装置，其连接所述切割运动机构、激光切割装置以及视觉识别装置，用于获取车型信息以及控制所述激光切割装置产生用于切割的激光；所述切割运动机构为多轴运动系统；所述特定结构为三维结构或二维结构；

该车型车身上特定结构的图像信息包括：该车型车身上特定结构XY平面的图像信息和/或该车型车身上特定结构XZ平面的图像信息和/或该车型车身上特定结构YZ平面的图像信息；

所述切割运动机构接收所述车型信息后调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息，并根据该切割移动路径信息带动所述视觉识别装置移动，以通过所述视觉识别装置获取该车型车身上特定结构的图像信息；所述主控装置接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行对比，以获取该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量和/或偏移方向，并根据所述绝对偏移量控制所述切割运动机构运动，以此确定该车型车身上的切割区域；所述主控装置再控制所述激光切割装置产生用于切割的激光，以在所述切割区域完成切割作业。

2.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述主控装置通过RFID获取所述车辆车型信息。

3.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，用于切割的激光产生后，通过所述主控装置控制激光切割装置和/或切割运动机构的运动来完成切割作业。

4.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括：废料收集运动机构，其连接所述主控装置；以及废料收集容器，其连接所述废料收集运动机构；且所述废料收集运动机构在接收所述车型信息后调用预存储的、与该车型对应的废料收集移动路径信息，并根据该废料收集移动路径信息带动所述废料收集容器移动至所述切割区域附近，以完成对切割废料的收集。

5.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括：视觉校准装置，其用于对所述视觉识别装置进行校准，以对所述切割运动机构进行温度补偿。

6.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括：切割质量判断装置，其连接所述视觉识别装置，用于在接收切割形成的孔和/或轮廓的图像信息后，将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准，形成判断结果；且所述切割形成的孔和/或轮廓的图像信息通过所述视觉识别装置获得。

7.根据权利要求6所述的激光切割设备，其特征在于，所述激光切割设备还包括：报警装置，其连接所述主控装置和/或切割质量判断装置，用于接收通过所述主控装置获取的该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的偏移量，且当X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量中的至少一项≥10mm或者X轴绝对偏移量、Y轴绝对偏移量、Z轴绝对偏移量三者的累积量≥10mm时产生报警信号，和/或，用于接收所述切割质量判断装置得出的判断结果，且在判断不符合质量标准时产生报警信号。

8.根据权利要求1所述的激光切割设备，其特征在于，该车型车身上的特定结构与所述切割区域平行或垂直。

9.一种利用权利要求4所述的激光切割设备实现的激光切割作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、待车辆车身进入切割工位后，所述主控装置获取车型信息，并将其发送至切割运动机构和废料收集运动机构，所述切割运动机构和废料收集运动机构根据所述车型信息分别调用预存储的、与该车型对应的切割移动路径信息和废料收集移动路径信息，并分别根据所述切割移动路径信息和废料收集移动路径信息对应移动到预定地点；

S2、所述视觉识别装置获取该车型车身上特定结构的图像信息，并将其发送至所述主控装置；

S3、所述主控装置接收所述图像信息后将其与模板图像信息进行对比，以获取该车型车身上特定结构在X轴和/或Y轴和/或Z轴上的绝对偏移量，并根据所述绝对偏移量控制所述切割运动机构运动，以此确定该车型车身上的切割区域；

以及S4、所述主控装置控制所述激光切割装置产生用于切割的激光，以在所述切割区域完成激光在线切割作业，所述废料收集容器同时收集切割废料。

10.如权利要求9所述的切割作业方法，其特征在于，还包括步骤S5、切割作业完成后，通过所述视觉识别装置切割形成的孔和/或轮廓的图像信息，并将其发送至所述切割质量判断装置，所述切割质量判断装置将其与标准图像信息进行对比，并根据对比结果判断切割形成的孔和/或轮廓是否符合质量标准。

11.如权利要求9所述的切割作业方法，其特征在于，在进行初次切割前和/或完成每次切割后，通过视觉校准装置对所述视觉识别装置进行至少一次校准，并根据校准结果调整所述切割运动机构的运行参数，实现对所述切割运动机构的温度补偿。

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