CN112171075B - 切割系统、可调节分选装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及切割系统、可调节分选装置及其方法，切割系统包括切割中心、设有用于抓取工件的搬运器的分选装置和能在搬运器操作的区域与切割中心的内部之间移动并支撑板材的转移板；切割中心包括切割头，切割头能在转移板上方移动并设有检测相对于放置在转移板上的待切割的板材的距离数据的距离检测传感器；转移板包括由于切割头而部分磨损的放置格栅；切割中心和分选装置分别具有第一、第二控制逻辑，在第一控制逻辑和第二控制逻辑之间设置数据交接装置，通过数据交接装置传输通过距离检测传感器获得的距离数据，第二控制逻辑具有处理装置，用于基于多个位置处检测的距离数据在操作循环中周期性地定义高度图，用于基于高度图控制搬运器的抓取步骤。

Description

切割系统、可调节分选装置及其方法
技术领域
本发明涉及激光切割工厂中的金属板材搬运领域。具体地说，本发明涉及一种从转移板取出金属板材的工件放入激光切割机的分选装置及其操作方法。
背景技术
在金属板材加工领域，特别是在自动切割和分选站，需要优化加工时间和设备的使用，以便实现自动化，同时降低成本。
众所周知，在金属板材的切割和冲压操作中，广泛使用激光切割中心。在这些装置中，控制激光头发射高功率激光光束，该激光光束垂直于金属板材并根据机器控制逻辑所定义的路径移动，从而在金属板材中实现连续的冲压和切割。
由于切割中心被保护壳体完全包围，因此通常通过移动的转移板将金属板材引入切割头下方，该转移板从机器外部的位置(在此处可以将金属板材放置在转移板上)朝机器内部的工作位置往返移动(在此处用激光头切割金属板材)。由于高功率激光光束穿过金属板材材料并且还部分地延伸到金属板材之外，因此将转移板布置成尽可能不受切割激光光束的干扰。为此，所述板通常不包括一个连续的平面，而是由相互间隔几厘米的多个平行条组成。特别是，条的形状为细长薄板状(其设置成最大表面平行于激光光束)并具有尖头形状的边缘：条的所有尖头阵列形成一个格栅，该格栅定义了待切割的金属板材所放置的公共平面。
为了实现令人满意的自动化，综合金属板材加工线还设置了金属板材切割中心旁边的其它金属板材搬运设备(也称为搬运器或分选机)，其能够从各个仓库取出原始金属板材，将它们转移到转移板上，进入切割中心，然后取回并捡起切割件和废料，将切割件和废料运送到适当的收集站。例如，在同一申请人名下的WO2008/139409中描述了一种特别有效和有利的分选机。
尽管搬运器可能很有效，但在从转移板格栅取出的步骤期间可能会出现问题。特别是，为了不失误地取出切割件和废料，必须使搬运器的抓取构件(气动真空吸盘或电磁铁)下降到很短的距离或与要取出的工件接触。
尽管分选机的工作高度(特别是转移板的工作高度)是已知的，但是抓取部件的降低/下降高度是可调节的，因为至少必须考虑可以在切割中心加工的不同金属板材的厚度。由于在任何加工循环都可以知道金属板材厚度数据，因此通过将厚度数据提供给分选机的控制逻辑，可以很容易地实现这种调节。
但是，还有另一个参数会影响要取出的工件的实际高度，这是事先不知道的：转移板格栅的高度。实际上，放置格栅的高度是可变的，因为它在切割中心内与激光光束反复相互作用后容易磨损。此外，格栅磨损在其范围中完全不规则，因为磨损取决于激光切割头穿过并停留在格栅的一部分的频率。
图1示出放置格栅在切削中心内工作了一定数量循环后的示例性的图。可见，格栅尖头磨损不均匀。
这意味着，不仅应当及时调节搬运器的正确抓取高度，以考虑到放置格栅的高度平均降低了多少，而且还应当考虑到放置格栅的抓取参考面上的这类高度从一个区域到下一个区域的变化。
当前，可以用两种可能的方式来处理这个问题的解决办法。一方面，一旦磨损程度开始引起抓取工件的问题，就更换放置格栅的条。这一解决方案显然对成本和设备闲置时间带来沉重的负担，因为它意味着频繁更换构成转移板的材料。另一方面，在每个搬运器上安装待取出的工件的高度检测器，以便在抓取构件位于放置格栅上的任何位置处局部调节抓取构件的高度。该解决方案同样带来负担，特别是如果在分选机上设置了多个抓取构件。
因此，这些假设的现有技术解决方案虽然在理论上是可行的，但是被证明不是完全令人满意的。
因此，需要提供一种改进的分选装置，该装置能够在不同的抓取区域以自动和可调节的方式调节工件的抓取高度，而不需要昂贵的额外高度检测器或者频繁更换转移板的放置格栅。
发明内容
根据本发明，上述目的是通过具有随附主要权利要求中定义的特征的分选装置及其操作方法实现的。从属权利要求中定义了装置和方法的其它优选特征。
附图说明
在任何情况下本发明进一步的特征和优点都将更多地从下文的本发明优选实施方案的详细描述中看出，其完全作为非限制性的示例而给出，并在附图中示出，附图中：
如前所述，图1是在激光切割中心内操作时磨损的放置格栅的一部分的立体图；
图2是附加至激光切割中心的分选机的示例性立体图，其还设置有金属板材仓库；
图3是金属板材切割过程中激光切割中心的局部截面图；
图4A和图4B分别是具有根据本发明的系统驱动的抓取搬运器的部分磨损的转移板的局部正视立面图和侧视立面图。
具体实施方式
图2示出用于金属板材的切割和加工的示例性系统。在激光切割单元L的旁边，布置有由金属板材仓库M供料的分选机S。
分选机S具有一个或多个搬运器，例如四个独立的搬运器1-4，搬运器配置成从仓库M中取出金属板材Fe，并以控制逻辑确定的模式和时间将金属板材Fe转移到转移板5，用于将金属板材在切割中心L的内外移动。
为此目的，转移板5以其本身已知的方式布置有框架5a，框架5a例如通过轮子5b(参见图3)可滑动地安装在轨道上，转移板5设置有多个相互间隔几厘米的支撑条5c。支撑条5c例如为细长薄板的形状(其最大表面布置在与在切割单元L内工作的激光光束平行的竖直平面上)并具有成形边缘以形成放置格栅。
此外，搬运器1-4被布置成执行单个切割件和废料的取出，将其从转移板5上卸下，并将其放置在用于该目的的适当收集站中。
需要注意的是，分选机的控制逻辑能够执行一系列复杂的操作，以驱动搬运器1-4，并优化取出时间和整个工作循环。为此，分选机S的控制逻辑不仅通常与流程软件交接，而且还与切割中心L的控制逻辑交接；所述流程软件定义了在上游运行的待切割的工件(例如，基于搬运器的移动能力优化工件的嵌套技术)；所述控制逻辑中至少有一个数据交换，以协调切割中心L的操作时间与取出原始金属板材和卸载切割件的典型时间。为此，分选机附加至切割中心L。
图3示出放置在转移板5上的金属板材Fe(在本步骤中，所述转移板5位于切割中心L内)，此时由激光头L1蚀刻金属板材Fe，该激光头L1在距金属板材Fe表面短距离处滑动的同时发射激光切割光束。
基于预设的控制程序，通过本身是已知的引导和控制机构，激光切割光束L1在笛卡尔坐标轴上遵循待切割的工件的轮廓移动，优选采用减少操作时间的优化序列。
激光切割技术规定，激光光源与待切割的材料保持预定的距离(该距离取决于各种因素，与材料的厚度和类型有关)，以便能够获得可重复和有效的切割。因此，通常在切割头上设置一个距离传感器，用于检测切割头的固定参考物与金属板材表面之间的距离：检测到的距离信号由切割中心L的控制逻辑用于逐个位置调整激光光源的高度，从而始终保持相对于金属板材表面(并因此间接相对于转移板)的期望的距离。
根据本发明的实施方案，分选机的控制逻辑与切割中心的控制逻辑交接，以便至少将切割头上的距离传感器获取的高度数据从一个控制逻辑传输到另一个控制逻辑。所述高度数据包括，在金属板材的放置平面上的多个位置(即在转移板的笛卡尔平面上分布的多个位置)处，从切割头的参考高度到金属板材高度的距离数据。可以从切割中心的控制逻辑传输到分选机的控制逻辑的其它数据例如是金属板材在转移板上的位置。
通过适当的交接，与切割头相关联的距离传感器获取的高度数据由切割中心L的控制逻辑传输到分选机S的控制逻辑。
这些高度数据由分选机的控制逻辑进行处理，用于定义在切割中心内检测到的相对于固定参考系的金属板材表面的高度图，并且间接地定义其下铺设的放置格栅的高度图。
逐个位置的金属板材表面的高度图取决于下方的放置格栅5c的磨损。
高度图包括在笛卡尔平面的点(位置)中的金属板材的高度数据，所述点(位置)之间相互距离为预设距离，例如不大于10mm。
当转移板5离开切割中心L并返回到分选机S时，分选机的控制逻辑因此具有整体更新的逐个位置的切割金属板材的高度图。通过这样的图以及内外位置的转移板之间的固定高度偏移的预设测量值，控制逻辑能够计算特定磨损的转移板上铺设的切割金属板材的实际高度。相应地，可以将搬运器降低至金属板材上的正确水平，根据抓取构件的类型，使抓取构件与金属板材表面达到所需的短距离或接触，从而保证在任何抓取位置的有效抓取。
因此，无论条形放置格栅5c局部如何磨损，都可以准确地从转移板5中取出工件和废料，而不会出现故障。
控制系统，以便进行抓取切割金属件的原始加工方法。无论放置格栅的磨损程度如何，抓取构件始终可以降低到工件的金属板材上所需的水平。
该方法能够在多个工作循环内，通过高度图的处理，准确地检测放置格栅的实际高度，以便仅当格栅的磨损量超过预设阈值时，才去除磨损的格栅条。换句话说，所述控制方法包括在经历磨损时替换转移板的至少一部分的改变步骤，当高度图低于预设的高度阈值时执行该改变步骤。
图4A示出以不均匀的方式磨损的多个条5c组成的格栅(图4A为正视图，因此仅能看到低厚度的角落)，特别是图中左侧区域的条相对于右侧区域的条具有减小的高度。请注意，尽管两个区域的高度不同，但由于本发明的系统以不同的方式驱动两个搬运器1和2降低/下降到金属板材Fe上，因此搬运器1和2的两个抓取头1a和2a正确地放置在金属板材Fe上。
相反，图4B横向地示出条5c，其尖头以不同的方式磨损，特别是图中的右侧相对于左侧磨损更严重。请注意，尽管金属板材Fe占据的高度不同，但由于本发明的系统能够基于由切割中心提供的数据产生的高度图而以不同的方式驱动两个搬运器2和3下降到金属板材上，因此搬运器2和3的两个抓取头2a和3a正确地放置在金属板材Fe上。
根据替选的实施方案，系统设置成分选机的控制逻辑和切割中心的控制逻辑驻留在相同的设备或单元上，例如使用相同的硬件，或者具有专用和单独的硬件但驻留在相同的电子板或控制面板上。在任何情况下，如上所述，控制逻辑的软件例行程序适当地交接(仅从逻辑角度交接，或甚至通过适当的硬件元件交接)，以使搬运器的控制例行程序能够获取通过与切割头相关联的距离传感器获得的距离数据，从而贯穿放置格栅的使用寿命重复地建立金属板材的高度图。
在这方面，可以理解，切割中心L的第一控制逻辑和分选设备S的第二控制逻辑不一定是不同的和分开的，而是可以在相同的硬件和/或软件中共存。
从以上记载的说明能够清楚地理解，根据本发明的分选装置和相关控制方法允许完美地实现所设置的目标。
事实上，使分选机的控制逻辑与切割中心的控制逻辑相交接，因此无需设置和安装额外的高度传感器，就可以获得放置在转移板上的金属板材的高度图。分选机使用所述图，根据金属板材所处的特定高度来逐个点或逐个区域降低搬运器，以适应放置格栅的不可预见的局部磨损。因此，即使不进行放置格栅的过早更换，也可以避免切割件和废料的抓取误差；此外，还可以获得关于放置格栅的逐渐磨损的信息，从而能够确定何时是更换放置格栅的最佳时间。
然而，应当理解，本发明不应认为限于如上所示的特定布置，其仅构成示例性的实施方案，但是，所有本领域技术人员的力所能及的范围内不同的变体是可能的，而不一定脱离本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
例如，虽然提及了逐个位置的高度图，但不排除使用确定相邻区域高度的图来调整搬运器以适应金属板材的高度。因此，在不过度影响系统效率的情况下，可以减少交换的数据量，节省功率和计算时间。例如，对于具有至少k因子的相互不同高度的点/位置，可以建立用于驱动和控制搬运器的高度图，其中可以由操作员根据要求定义k。
再次，尽管在说明中始终提及激光切割中心(其使用例如CO2激光设备、光纤激光设备等)，但不排除本发明的装置和方法也可以有利地应用于其它类型的切割中心(例如具有喷水头的切割中心)，只要切割中心配备有安装在切割头附近的高度传感器并且与系统的控制逻辑交接。
最后，参考金属板材的处理描述该系统，但是板材的材料与本发明的教导无关：替代材料可以是玻璃、石头、塑料、复合材料等，只要切割头适当地适合于待切割的材料。

Claims (8)

1.一种用于板材的切割系统，至少包括切割中心(L)、分选装置(S)和转移板(5)；所述分选装置(S)设置有用于抓取由所述切割中心切割的工件的搬运器(1-4)；所述转移板(5)能够在所述搬运器(1-4)操作的区域与切割中心(L)的内部之间移动，并适于支撑所述板材；
所述切割中心(L)至少包括切割头(L1)，所述切割头(L1)安装成能够在所述转移板(5)上方移动并且设置有距离检测传感器，所述距离检测传感器检测相对于放置在所述转移板(5)上的待切割的板材的距离数据；
所述转移板(5)包括放置格栅(5c)，放置格栅(5c)由于所述切割头(L1)而部分地磨损；其中，
所述切割中心(L)和所述分选装置(S)分别具有第一控制逻辑和第二控制逻辑，其特征在于，
在切割中心(L)的所述第一控制逻辑和分选装置(S)的所述第二控制逻辑之间进一步设置数据交接装置，通过所述数据交接装置来传输通过所述距离检测传感器获得的所述距离数据，并且
所述第二控制逻辑具有处理装置，
用于基于多个位置处检测的所述距离数据来在操作循环期间周期性地定义高度图，并且
用于基于所述高度图来控制所述搬运器(1-4)的抓取步骤。
2.根据权利要求1所述的切割系统，其中，所述格栅由平行的薄条形成，并设置有多个尖头形状的边缘。
3.根据权利要求1所述的切割系统，其中，所述高度图包括笛卡尔平面的多个位置中的高度数据。
4.根据权利要求3所述的切割系统，其中，所述多个位置相互距离不大于10mm。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的切割系统，其中，在每个新板材的工作循环，所述处理装置定义新的高度图。
6.一种用于根据权利要求1至5的任一项所述的系统的分选装置，包括控制逻辑以及与切割中心(L)的数据交接，并且其特征在于，
所述数据交接被设置成用于传输通过切割中心(L)的切割头上的距离检测传感器获得的距离数据，并且
所述控制逻辑具有处理装置，
用于基于多个位置处检测的所述距离数据来在工作循环期间周期性地定义高度图，并且
用于根据所述高度图来控制所述搬运器(1-4)的抓取步骤。
7.一种板材的切割系统的控制方法，所述切割系统至少包括切割中心(L)、分选装置(S)和转移板(5)；所述分选装置(S)设置有用于抓取由所述切割中心切割的工件的搬运器(1-4)；所述转移板(5)能够在所述搬运器(1-4)操作的区域与切割中心(L)的内部之间移动，并适于支撑所述板材；
所述控制方法至少包括以下步骤：
在所述转移板(5)上放置板材，将所述转移板(5)插入所述切割中心(L)；
通过在所述板(5)上方移动所述切割中心的切割头(L1)来对所述板材进行切割，通过与所述切割头(L1)相关联的距离传感器来获得所述切割头(L1)的参考高度与放置在所述转移板(5)上的待切割的板材之间的距离数据；其特征在于所述控制方法还包括以下步骤：
当转移板经受磨损时，在多个工作循环期间，通过交接装置将所述距离数据传输至所述分选装置(S)的控制逻辑，
通过所述控制逻辑，基于多个位置处检测的所述距离数据来处理高度图，以及
基于所述高度图来控制所述搬运器(1-4)。
8.根据权利要求7所述的切割系统的控制方法，其中，还提供替换经历磨损的所述转移板的至少一部分的改变步骤，当所述高度图低于预设的高度阈值时执行该改变步骤。
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