CN112222644B - 一种具有预导正装置的激光切割机导正系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有预导正装置的激光切割机导正系统，包括预导正装置、分布设置在切割平台两侧的N个导正机构、安装在切割平台下料端部的前定位装置和处理装置；所述预导正装置包括侧导正机构和导引机构；所述侧导正机构包括预导正框架，以及安装在预导正框架两侧做相对或相向运动的导正轮单元；所述导正轮单元用于对进入预导正框架的待切割工料进行预导正处理。本发明通过对整平机整平后的工料进行预导正，使工料以较小的偏离角度进入切割平台，再通过导正机构和前定位装置对待切割工料进行导正和定位处理，对切割平台上的待切割工料进行精确定位，使激光切割机能够根据待切割工料的形状调整切割路径，尽可能减少废料产生量。

Description

一种具有预导正装置的激光切割机导正系统

技术领域

本发明涉及激光切割机领域，具体而言涉及一种具有预导正装置的激光切割机导正系统。

背景技术

目前存在激光切割系统，对工料进行整平处理后，再将工料传递至切割平台进行切割。用于整平处理的整平机和用于切割的激光切割机是两个独立的设备，两者之间通常只能靠调整摆放位置来尽可能地控制工料送料精度。但这种精度是很低的，经常需要人工去调整。因此，有研究人员提出，在切割平台两侧安装导正机构以使切割平台上的工料导正后再执行切割工序，并且通常会预留一定量的余裕工料，避免误差过大导致切割处理失败。

但这种方式仍然存在以下问题：第一，在某些情形下，如工件宽度较大或整平机处理时导致工料错位较为严重时，工料传送至切割平台时已经超出导正机构的导正范围，仍需要人工进行处理。第二，对于这部分余裕工料，在切割完成后会视为切割废料直接废弃。当切割量较大时，造成了大批工料浪费。并且，由于这部分工料面积较小，也难以再做他用。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有预导正装置的激光切割机导正系统，对整平机整平后的工料进行预导正，使工料以较小的偏离角度进入切割平台，再通过导正机构和前定位装置对待切割工料进行导正和定位处理，对切割平台上的待切割工料进行精确定位，使激光切割机能够根据待切割工料的形状调整切割路径，尽可能减少废料产生量。

为达成上述目的，本发明提出具有预导正装置的激光切割机导正系统，所述激光切割机包括切割平台和整平机；所述切割平台包括一定量平行设置的导辊，待切割工料借助导辊自切割平台的上料端部向与之相对的下料端部移动；所述整平机位于切割平台上料端部外侧，用于将待切割工料整平后传输至切割平台；

所述导正系统包括位于整平机和切割平台之间的预导正装置、分布设置在切割平台两侧的N个导正机构、安装在切割平台下料端部的前定位装置和处理装置；

所述预导正装置用于对整平机整平后的工料进行预导正，包括侧导正机构和导引机构；所述侧导正机构包括预导正框架，以及安装在预导正框架两侧做相对或相向运动的导正轮单元；所述导正轮单元用于对进入预导正框架的待切割工料进行预导正处理；所述导引机构位于侧导正机构和切割平台之间，用于将经导正轮单元导正处理后的工料导引至切割平台上料端部。

进一步地，所述预导正框架包括框体、直线导轨和托辊；所述框体的横截面呈长方形，所述托辊位于框体临近切割平台的一侧，用于支撑框体外的工料；所述直线导轨位于框体分别与整平机和导引机构相接的两条相对长边上；所述导正轮单元安装在框体内，沿直线导轨做相对或相向运动。

进一步地，所述导正轮单元包括两个导正轮支撑架、若干个导正轮、两个手轮和两个丝杆；

所述两个丝杆分别穿过框体的两条相对短边，与位于框体短边外侧的两个手轮连接；所述两个导正轮支撑架安装在直线导轨两端，通过临近的丝杆与对应的手轮连接，在手轮的作用下沿直线导轨做相对或相向移动。

进一步地，所述导引机构包括导引平台和若干个分布在导引平台上的万向轮。

进一步地，所述导引平台临近切割平台的一端上方设置有限位装置。

进一步地，所述前定位装置包括M个定位气缸，所述M个定位气缸均匀分布在下料端部上，M个定位气缸的连线为一直线且垂直于待切割工料的移动方向；

所述处理装置以切割平台的下料端部的任意一个顶点为原点建立切割坐标系，切割坐标系为一平面坐标系，其中，待切割工料的移动方向为X方向，切割平台的下料端部的延伸方向为Y方向；

所述处理装置响应于任意一个定位气缸与待切割工料接触，停止工料移动，驱使导正机构沿Y方向移动，对待切割工料进行导正处理，当工料导正后，驱使其余定位气缸沿X方向移动，使所有定位气缸抵接在待切割工料的顶端；

所述处理装置将定位气缸、导正机构的位置坐标发送至激光切割机的控制平台，以构建待切割工料的形态信息；

所述M和N为大于1的正整数。

进一步地，所述导正系统包括固定基站和（M+N）个定位标签；

所述固定基站安装在原点上，所述（M+N）个定位标签分别安装在N个导正机构和M个定位气缸上；

所述定位标签通过UWB与固定基站进行TOF测距，计算得到所属导正机构或者定位气缸与原点的实时距离，将计算得到的实时距离发送至处理装置，由处理装置计算得到导正机构和定位气缸的实时位置坐标。

进一步地，所述由处理装置计算得到导正机构和定位气缸的实时位置坐标的过程包括以下步骤：

当定位标签安装在定位气缸上时，采用下述公式计算得到定位气缸的实时位置坐标：

式中，

是第i个定位气缸的初始位置的纵坐标，

是第i个定位气缸与固定基站的实时距离值，

是第i个定位气缸的初始位置与固定基站的距离值，i=1,2,…,M；

当定位标签安装在导正机构上时，采用下述公式计算得到导正机构的实时位置坐标：

式中，

是第j个导正机构的初始位置的横坐标，

是第j个导正机构与固定基站的实时距离值，

是第j个导正机构的初始位置与固定基站的距离值，j=1,2,…,N。

进一步地，所述导正机构还包括安装在切割平台上方的拍摄装置，当工料导正完成时，处理装置驱动拍摄装置拍摄工料图片，将工料图片连同导正机构和定位气缸的实时位置坐标一起发送至激光切割机的控制平台；

所述激光切割机的控制平台采用导正机构和定位气缸的实时位置坐标对接收到的工料图片进行形态修正，构建得到待切割工料的形态信息。

进一步地，所述定位气缸包括第三归料挡板、第三直线导轨、第二步进电机、第三步进电机和升降机构；

所述第三直线导轨的延伸方向与工料移动方向一致；所述第三归料挡板安装在第三直线导轨上，通过传动机构与第二步进电机连接，在第二步进电机的作用下沿第三直线导轨移动，以抵接在工料端部上或者从工料端部移开；

所述第三直线导轨安装在升降机构上；所述升降机构与第三步进电机连接，在第三步进电机的作用下携带第三直线导轨和第三归料挡板升降，以使第三归料挡板位于切割平台上方或者收纳在切割平台内。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

（1）对整平机整平后的工料进行预导正，使工料以较小的偏离角度进入切割平台，再通过导正机构和前定位装置对待切割工料进行导正和定位处理，对切割平台上的待切割工料进行精确定位，使激光切割机能够根据待切割工料的形状调整切割路径，尽可能减少废料产生量。

（2）另外，为了减少因机械结构移动或松脱导致的误差，采用UWB辅助定位，结合拍摄装置提供图像的方式，最大限度的提高对待切割工料的定位精度和形态获取准确度。

（3）采用导引机构作为过渡，只需采用较少的导正轮即可以实现对大型工料的预导正处理。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的具有预导正装置的激光切割机导正系统的结构示意图。

图2是预导正装置的结构示意图。

图3是本发明的导正机构和定位气缸的结构示意图。

图4是本发明的导正机构的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本发明提出具有预导正装置的激光切割机导正系统，所述激光切割机包括切割平台50和整平机60；所述切割平台50包括一定量平行设置的导辊40，待切割工料30借助导辊40自切割平台50的上料端部向与之相对的下料端部移动；所述整平机60位于切割平台50上料端部外侧，用于将待切割工料30整平后传输至切割平台50。

所述导正系统包括位于整平机60和切割平台50之间的预导正装置70、分布设置在切割平台50两侧的N个导正机构10、安装在切割平台50下料端部的前定位装置和处理装置。

所述预导正装置70用于对整平机60整平后的工料30进行预导正，包括侧导正机构和导引机构；所述侧导正机构包括预导正框架，以及安装在预导正框架两侧做相对或相向运动的导正轮单元；所述导正轮单元用于对进入预导正框架的待切割工料30进行预导正处理；所述导引机构位于侧导正机构和切割平台50之间，用于将经导正轮单元导正处理后的工料30导引至切割平台50上料端部。

结合图2，所述预导正框架包括框体、直线导轨72和托辊73；所述框体的横截面呈长方形，所述托辊73位于框体临近切割平台50的一侧，用于支撑框体外的工料30；所述直线导轨72位于框体分别与整平机60和导引机构相接的两条相对长边上；所述导正轮单元安装在框体内，沿直线导轨72做相对或相向运动。

优选的，所述导正轮单元包括两个导正轮支撑架、若干个导正轮75、两个手轮74和两个丝杆76；

所述两个丝杆76分别穿过框体的两条相对短边，与位于框体短边外侧的两个手轮74连接；所述两个导正轮支撑架安装在直线导轨72两端，通过临近的丝杆76与对应的手轮74连接，在手轮74的作用下沿直线导轨72做相对或相向移动。优选的，每一个导正轮支撑架上设置有至少两个导正轮75，以实现对工件的预导正处理。导正轮75越多，工件的导正精度越高。

在一些例子中，所述导引机构包括导引平台和若干个分布在导引平台上的万向轮。经导正轮单元导正后的工件被导引机构传输至切割平台50上，采用导引机构作为过渡，只需采用较少的导正轮75即可以实现对大型工料30的预导正处理。优选的，所述导引平台临近切割平台50的一端上方设置有限位装置，结合导引机构构成防止工件仍然偏离的避险结构。

结合图3， 所述前定位装置包括M个定位气缸20，所述M个定位气缸20均匀分布在下料端部上，M个定位气缸20的连线为一直线且垂直于待切割工料30的移动方向。

所述处理装置以切割平台50的下料端部的任意一个顶点为原点建立切割坐标系，切割坐标系为一平面坐标系，其中，待切割工料30的移动方向为X方向，切割平台50的下料端部的延伸方向为Y方向。

所述处理装置响应于任意一个定位气缸20与待切割工料30接触，停止工料30移动，驱使导正机构10沿Y方向移动，对待切割工料30进行导正处理，当工料30导正后，驱使其余定位气缸20沿X方向移动，使所有定位气缸20抵接在待切割工料30的顶端。由于导正机构10和定位气缸20的移动均是通过步进电机等动力设备实现，通过对步进电机的转速状态进行测量就可以换算出到导正机构10和定位气缸20的移动距离。优选的，也可以在导正机构10和定位气缸20上安装相应的位置传感器等测量设备计算导正机构10和定位气缸20的移动距离。

所述处理装置将定位气缸20、导正机构10的位置坐标发送至激光切割机的控制平台，以构建待切割工料30的形态信息。

所述M和N为大于1的正整数。

结合图4，在一些例子中，两个相对的导正机构可以连结在一起，执行相对或相向运动。具体的，所述导正机构10包括步进电机21、正转丝杆22、反转丝杆25、第一直线导轨、第二直线导轨26、第一归料挡板27、第二归料挡板和连轴器24。

所述正转丝杆22的一端通过角接触轴承座23与连轴器24的一端连接，所述反转丝杆25的一端通过角接触轴承座23与连轴器24的另一端连接。

所述第一直线导轨与正转丝杆22平行，第二直线导轨26位于第一直线导轨的延伸线上，与反转丝杆25平行；所述第一归料挡板27安装在正转丝杆22上且沿第一直线导轨移动；所述第二归料挡板安装在反转丝杆25上且沿第二直线导轨移动。

所述步进电机21安装在正转丝杆22远离角接触轴承座23的一端，与处理装置电连接，根据处理装置的控制指令控制调整转速以使第一归料挡板27、第二归料挡板同时相向或者反向移动。

应当理解，对于某些侧边不规整的工料，为了能够进行精确定位，仍可以采用每个导正机构均为独立设置的方法，通过各自对应的步进电机和传动机构将归料挡板沿Y轴移动，以抵接在工料侧面或从工料测面移开。

进一步地，所述定位气缸20包括第三归料挡板、第三直线导轨、第二步进电机、第三步进电机和升降机构。

所述第三直线导轨的延伸方向与工料30移动方向一致；所述第三归料挡板安装在第三直线导轨上，通过传动机构与第二步进电机连接，在第二步进电机的作用下沿第三直线导轨移动，以抵接在工料30端部上或者从工料30端部移开。

所述第三直线导轨安装在升降机构上；所述升降机构与第三步进电机连接，在第三步进电机的作用下携带第三直线导轨和第三归料挡板升降，以使第三归料挡板位于切割平台50上方或者收纳在切割平台50内。

设置升降机构的目的在于，对于某些切割工艺特殊的大型工件，通过降下升降机构，可以使无需切割的部分移动至切割平台50外侧。例如，某大型工件需要分批次分区域的执行激光切割操作，则可以将已完成的部分暂时移至切割平台50外侧，避免造成机构干扰。

在一些例子中，考虑到根据步进电机的运行参数间接计算移动距离会出现一定的误差，以及机械结构在长时间使用后容易出现的松脱等造成误差进一步增大等情形，本发明提出一种直接对导正机构10和定位气缸20进行检测的方式。

所述导正系统包括固定基站和（M+N）个定位标签。

所述固定基站安装在原点上，所述（M+N）个定位标签分别安装在N个导正机构10和M个定位气缸20上。

所述定位标签通过UWB与固定基站进行TOF测距，计算得到所属导正机构10或者定位气缸20与原点的实时距离，将计算得到的实时距离发送至处理装置，由处理装置计算得到导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标。

UWB测量方式和前述位置传感器等方式不同，位置传感器虽然可以直接对导正机构10和定位气缸20进行检测，但受限于应用场景，如采用红外装置，则发射器和接收器之间不应出现造成信号干扰的障碍物。假设工料30结构复杂，部分区域厚度大，很容易造成遮挡，此时要选择合适的位置安装位置传感器有些困难；同理，对于结构较为紧凑的激光切割机，也需仔细斟酌位置传感器的安装位置。而UWB测量方式则无需考虑前述因素，基于其测距原理，只要在信号覆盖范围内，即使中间存在障碍物，也不会影响到测距精度和测距速度。

优选的，所述由处理装置计算得到导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标的过程包括以下步骤：

（1）当定位标签安装在定位气缸20上时，采用下述公式计算得到定位气缸20的实时位置坐标：

式中，

是第i个定位气缸20的初始位置的纵坐标，

是第i个定位气缸20与固定基站的实时距离值，

是第i个定位气缸20的初始位置与固定基站的距离值，i=1,2,…,M。

（2）当定位标签安装在导正机构10上时，采用下述公式计算得到导正机构10的实时位置坐标：

式中，

是第j个导正机构10的初始位置的横坐标，

是第j个导正机构10与固定基站的实时距离值，

是第j个导正机构10的初始位置与固定基站的距离值，j=1,2,…,N。

由于定位气缸20和导正机构10的移动方向分别被固定为X方向和Y方向，因此，可以轻易的根据定位标签和固定基站的距离值计算得到移动距离。

优选的，所述导正机构10还包括安装在切割平台50上方的拍摄装置，当工料30导正完成时，处理装置驱动拍摄装置拍摄工料30图片，将工料30图片连同导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标一起发送至激光切割机的控制平台。

所述激光切割机的控制平台采用导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标对接收到的工料30图片进行形态修正，构建得到待切割工料30的形态信息。具体的，拍摄装置为激光扫描仪，可以拍摄得到待切割工料30的三维点云和对应的三维模型，通过导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标可以调整三维模型的比例。当拍摄装置为摄像机时同样成立，通过导正机构10和定位气缸20的实时位置坐标调整拍摄图像上对应点位的距离比例，使拍摄坐标系和切割坐标系一致，从而实现待切割工料30的精确定位和形态获取。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述激光切割机包括切割平台和整平机；所述切割平台包括一定量平行设置的导辊，待切割工料借助导辊自切割平台的上料端部向与之相对的下料端部移动；所述整平机位于切割平台上料端部外侧，用于将待切割工料整平后传输至切割平台；

所述导正系统包括位于整平机和切割平台之间的预导正装置、分布设置在切割平台两侧的N个导正机构、安装在切割平台下料端部的前定位装置和处理装置；

所述预导正装置用于对整平机整平后的工料进行预导正，包括侧导正机构和导引机构；所述侧导正机构包括预导正框架，以及安装在预导正框架两侧做相对或相向运动的导正轮单元；所述导正轮单元用于对进入预导正框架的待切割工料进行预导正处理；所述导引机构位于侧导正机构和切割平台之间，用于将经导正轮单元导正处理后的工料导引至切割平台上料端部；

所述前定位装置包括M个定位气缸，所述M个定位气缸均匀分布在下料端部上，M个定位气缸的连线为一直线且垂直于待切割工料的移动方向；

所述处理装置以切割平台的下料端部的任意一个顶点为原点建立切割坐标系，切割坐标系为一平面坐标系，其中，待切割工料的移动方向为X方向，切割平台的下料端部的延伸方向为Y方向；

所述处理装置响应于任意一个定位气缸与待切割工料接触，停止工料移动，驱使导正机构沿Y方向移动，对待切割工料进行导正处理，当工料导正后，驱使其余定位气缸沿X方向移动，使所有定位气缸抵接在待切割工料的顶端；

所述处理装置将定位气缸、导正机构的位置坐标发送至激光切割机的控制平台，以构建待切割工料的形态信息；

所述M和N为大于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述预导正框架包括框体、直线导轨和托辊；所述框体的横截面呈长方形，所述托辊位于框体临近切割平台的一侧，用于支撑框体外的工料；所述直线导轨位于框体分别与整平机和导引机构相接的两条相对长边上；所述导正轮单元安装在框体内，沿直线导轨做相对或相向运动。

3.根据权利要求2所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述导正轮单元包括两个导正轮支撑架、若干个导正轮、两个手轮和两个丝杆；

所述两个丝杆分别穿过框体的两条相对短边，与位于框体短边外侧的两个手轮连接；所述两个导正轮支撑架安装在直线导轨两端，通过临近的丝杆与对应的手轮连接，在手轮的作用下沿直线导轨做相对或相向移动。

4.根据权利要求1所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述导引机构包括导引平台和若干个分布在导引平台上的万向轮。

5.根据权利要求4所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述导引平台临近切割平台的一端上方设置有限位装置。

6.根据权利要求1所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述导正系统包括固定基站和M+N个定位标签；

所述固定基站安装在原点上，所述M+N个定位标签分别安装在N个导正机构和M个定位气缸上；

所述定位标签通过UWB与固定基站进行TOF测距，计算得到所属导正机构或者定位气缸与原点的实时距离，将计算得到的实时距离发送至处理装置，由处理装置计算得到导正机构和定位气缸的实时位置坐标。

7.根据权利要求6所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述由处理装置计算得到导正机构和定位气缸的实时位置坐标的过程包括以下步骤：

当定位标签安装在定位气缸上时，采用下述公式计算得到定位气缸的实时位置坐标：

式中，

是第i个定位气缸的初始位置的纵坐标，

是第i个定位气缸与固定基站的实时距离值，

是第i个定位气缸的初始位置与固定基站的距离值，i=1,2,…,M；

当定位标签安装在导正机构上时，采用下述公式计算得到导正机构的实时位置坐标：

式中，

是第j个导正机构的初始位置的横坐标，

是第j个导正机构与固定基站的实时距离值，

是第j个导正机构的初始位置与固定基站的距离值，j=1,2,…,N。

8.根据权利要求1所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述导正机构还包括安装在切割平台上方的拍摄装置，当工料导正完成时，处理装置驱动拍摄装置拍摄工料图片，将工料图片连同导正机构和定位气缸的实时位置坐标一起发送至激光切割机的控制平台；

所述激光切割机的控制平台采用导正机构和定位气缸的实时位置坐标对接收到的工料图片进行形态修正，构建得到待切割工料的形态信息。

9.根据权利要求1所述的具有预导正装置的激光切割机导正系统，其特征在于，所述定位气缸包括第三归料挡板、第三直线导轨、第二步进电机、第三步进电机和升降机构；

所述第三直线导轨的延伸方向与工料移动方向一致；所述第三归料挡板安装在第三直线导轨上，通过传动机构与第二步进电机连接，在第二步进电机的作用下沿第三直线导轨移动，以抵接在工料端部上或者从工料端部移开；

所述第三直线导轨安装在升降机构上；所述升降机构与第三步进电机连接，在第三步进电机的作用下携带第三直线导轨和第三归料挡板升降，以使第三归料挡板位于切割平台上方或者收纳在切割平台内。

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