CN112440013B - 适用于激光切割机的下料装置和下料方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于激光切割机的下料装置，包括龙门机构、控制装置，以及和控制装置电连接的行走机构、升降机构和吸盘组件；所述吸盘组件包括吸盘框架、M组真空吸盘和M个吸力监控单元；所述吸力监控单元用于测量其所对应的吸盘组的吸力值；每个吸盘组通过一气阀与真空设备连接；所述控制装置结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。本发明能够在确保工件下料流程足够安全的前提下，尽可能地减少真空设备的真空度，使其与工件适配，节能环保，同时缩短了下料耗时。

Description

适用于激光切割机的下料装置和下料方法

技术领域

本发明涉及领域，具体而言涉及一种适用于激光切割机的下料装置和下料方法。

背景技术

为了实现自动下料，现有激光切割机有时会采用带有吸盘组件的下料组件来辅助下料，例如，采用吸盘组件吸取工件，再移动吸盘组件，使工件离开下料台，放入运料小车。

但在实际生产过程中，由于不同工件的激光切割工艺、物料特性和最终切割图像各有差异，导致吸盘组件必须采用过大的真空度，以避免真空吸盘对工件的吸力不足，如真空吸盘吸取位置为切割后的缝隙位置等，即使如此，仍存在较大的工件跌落风险，尤其是重量较大的大型工件。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于激光切割机的下料装置和下料方法，通过吸力监控单元实时监测每个吸盘组的吸力值，结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整，在确保工件下料流程足够安全的前提下，尽可能地减少真空设备的真空度，使其与工件适配，节能环保，同时缩短了下料耗时。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种适用于激光切割机的下料装置，所述下料装置位于下料台正上方，包括龙门机构、控制装置，以及和控制装置电连接的行走机构、升降机构和吸盘组件；

所述行走机构竖直安装在龙门机构上，根据控制装置的控制指令沿龙门机构水平移动；所述吸盘组件通过升降机构安装在行走机构上，根据控制装置的控制指令沿竖直方向升降；

所述吸盘组件包括吸盘框架、M组真空吸盘和M个吸力监控单元，所述M组真空吸盘和M个吸力监控单元一一对应，所述M组真空吸盘均匀分布在吸盘框架上，每个吸盘组所包含的真空吸盘等距分布；所述吸力监控单元用于测量其所对应的吸盘组的吸力值；

所述控制装置接收外部发送的下料指令，移动吸盘组件至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值F_i，i＝1，2，...，M；所述M为大于等于1的正整数；每个吸盘组通过一气阀与真空设备连接；

所述控制装置结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。

进一步地，所述预设的策略包括以下步骤：

S11，根据工件重力分布特性计算工件的质心位置；

S12，筛选出所有吸力值大于与工件对应的最低吸力的吸盘组，将其定义成有效吸盘组，结合所有有效吸盘组的吸力测量值计算工件表面所受的向上的第一力矩；

S13，计算工件表面与有效吸盘组对应的所有位置点所受的向下的第二力矩；

S14，选取工件边缘所有内角小于180度的拐点，选取得到N个拐点不同时位于同一直线上，所述N大于等于3；

S15，结合第一力矩和第二力矩，分析得到工件质心至选取点的路径上的受力特性，根据分析结果判断是否执行下料测试流程。

进一步地，步骤S15中，对于不位于路径上的位置点，根据其与路径的位置关系，分析得到垂足位置和对应的受力特性。

进一步地，所述下料测试流程包括以下步骤：

S21，关闭所有吸力值小于与工件对应的最低吸力的吸盘组对应的气阀，重新计算工件表面的受力分布；

S22，根据工件表面的受力分布和工件重力分布特性将工件划分成预警区域和安全区域，获取每个区域对应的吸盘组编号；

S23，驱使吸盘组件以预设速度吸取工件沿竖直方向升起，升起高度不超过预设高度阈值；

S24，实时采集每个吸力监控单元的吸力值，得到每个吸力监控单元的吸力值变化曲线，如果其中任意一个吸盘组的吸力值的降低幅度超出第一预设幅度阈值，判断其是否属于预警区域，如果属于，进入步骤S26，否则，进入步骤S25；

S25，判断当前区域内的所有吸盘组的吸力值降低幅度，统计吸力值降低幅度小于第二预设幅度阈值的吸盘组的数量，如果统计得到的数量大于等于对应区域的最小吸力组数值，继续执行下料流程，否则，进入步骤S26，将当前区域重新定义成预警区域；

S26，降下吸盘组件，使工件回到下料台，对吸盘组件进行调整。

进一步地，所述对吸盘组件进行调整是指：

确定预警区域，根据工件表面的受力分布计算得到预警区域对应的吸盘组的最小吸力值，再反向推算得到真空设备的最小真空度，调整真空设备的相关参数。

进一步地，所述控制设备响应于计算得到的最小真空度超出真空设备允许范围，结合预警区域分布计算工件偏移距离和偏移方向，使吸盘组避开缝隙，将预警区域转换成安全区域或者降低其吸力需求，并根据偏移后的工件重新规划下料路径。

基于前述下料装置，本发明提出一种下料方法，所述下料方法包括：

接收外部发送的下料指令，调整M组气缸的吸盘组件位置至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值F_i，i＝1，2，...，M；所述M为大于等于1的正整数；

结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。

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：

通过吸力监控单元实时监测每个吸盘组的吸力值，结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整，在确保工件下料流程足够安全的前提下，尽可能地减少真空设备的真空度，使其与工件适配，节能环保，同时缩短了下料耗时。

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是本发明的适用于激光切割机的下料装置的结构图。

图2是本发明的下料方法流程图。

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，本发明提出一种适用于激光切割机的下料装置，所述下料装置位于下料台正上方，包括龙门机构、控制装置，以及和控制装置电连接的行走机构、升降机构和吸盘组件。

所述行走机构竖直安装在龙门机构上，根据控制装置的控制指令沿龙门机构水平移动；所述吸盘组件通过升降机构安装在行走机构上，根据控制装置的控制指令沿竖直方向升降。

所述吸盘组件包括吸盘框架、M组真空吸盘和M个吸力监控单元，所述M组真空吸盘和M个吸力监控单元一一对应，所述M组真空吸盘均匀分布在吸盘框架上，每个吸盘组所包含的真空吸盘等距分布；所述吸力监控单元用于测量其所对应的吸盘组的吸力值。

所述控制装置接收外部发送的下料指令，移动吸盘组件至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值F_i，i＝1，2，...，M；所述M为大于等于1的正整数；每个吸盘组通过一气阀与真空设备连接。

所述控制装置结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。

结合图2，基于前述下料装置，本发明提出一种下料方法，所述下料方法包括：

接收外部发送的下料指令，调整M组气缸的吸盘组件位置至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值F_i，i＝1，2，...，M；所述M为大于等于1的正整数。

结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。

在本发明中，每个吸盘组通过一气阀与真空设备连接，当气阀关闭时，吸盘组与真空设备切断，不再工作。在下料过程中，通过关闭作用力过小的吸盘组对应的气阀，使真空设备能够将抽吸力更多的分散在其他吸盘组上，避免造成抽吸力浪费。因此，本发明的主要目的之一就是自动对吸盘组进行分类，找出其中对工件更有贡献的吸盘组，同时对工件受力分布进行分析，判断是否满足稳定下料需求，如果满足，在通过下料测试流程后继续执行下料流程，否则，通过对吸盘组件进行调整，甚至对工件进行调整，来实现稳定下料。

步骤一、根据预设的策略判断是否能够执行下料测试流程

在本发明中，在不考虑工件形态(如台阶、凸起、凹槽和缝隙等)的情况下，吸盘组的理论吸力可以根据真空设备的真空度间接计算得到，结合一定的误差，可以得到吸盘组在理想状态下的吸力值范围。而由于吸盘组接触到的工件表面的形态各不相同，导致吸盘组最终的测量值出现较大的差异，而工件自重会使吸力较弱的吸盘组从工件表面松脱，因此，在提起工件之前，需要结合所有吸盘组的吸力测量值对工件的受力分布进行分析，判断是否能够执行下料测试流程。

作为其中的一种优选例，所述预设的策略包括以下步骤：

S11，根据工件重力分布特性计算工件的质心位置，结合工件自重计算得到对应的最低吸力，工件重量越大，对应的最低吸力越大。优选的，可以通过设定有效吸盘组预估比例，计算分布至每个吸盘组的分重力，作为最低吸力，而有效吸盘组预估比例可以结合经验数据根据工件表面形态特性设定。例如，当前有效吸盘组预估比例为80％，工件总重量为G，则最低吸力为

S12，筛选出所有吸力值大于与工件对应的最低吸力的吸盘组，将其定义成有效吸盘组，结合所有有效吸盘组的吸力测量值计算工件表面所受的向上的第一力矩。

S13，计算工件表面与有效吸盘组对应的所有位置点所受的向下的第二力矩。

S14，选取工件边缘所有内角小于180度的拐点，选取得到N个拐点不同时位于同一直线上，所述N大于等于3。如矩形，可以选择矩形的四个角。

S15，结合第一力矩和第二力矩，分析得到工件质心至选取点的路径上的受力特性，根据分析结果判断是否执行下料测试流程。优选的，为了便于计算，对于不位于路径上的位置点，根据其与路径的位置关系，分析得到垂足位置和对应的受力特性。

如果初步计算能够维持平衡，则可以开始进行下料测试流程。这是因为在提取过程中，部分吸力较小的位置可能会出现松脱现象，导致吸力瞬间变小，使工件失去平衡，甚至掉落。而如果初步受力分析后都无法维持平衡，则没有必要进行下料测试，需要直接对吸盘组件或工件进行调整。

步骤二、执行下料测试流程

作为其中的一种优选例，所述下料测试流程包括以下步骤：

S21，关闭所有吸力值小于与工件对应的最低吸力的吸盘组对应的气阀，重新计算工件表面的受力分布。

S22，根据工件表面的受力分布和工件重力分布特性将工件划分成预警区域和安全区域，获取每个区域对应的吸盘组编号。

S23，驱使吸盘组件以预设速度吸取工件沿竖直方向升起，升起高度不超过预设高度阈值。

S24，实时采集每个吸力监控单元的吸力值，得到每个吸力监控单元的吸力值变化曲线，如果其中任意一个吸盘组的吸力值的降低幅度超出第一预设幅度阈值，判断其是否属于预警区域，如果属于，进入步骤S26，否则，进入步骤S25。

S25，判断当前区域内的所有吸盘组的吸力值降低幅度，统计吸力值降低幅度小于第二预设幅度阈值的吸盘组的数量，如果统计得到的数量大于等于对应区域的最小吸力组数值，继续执行下料流程，否则，进入步骤S26，将当前区域重新定义成预警区域。

S26，降下吸盘组件，使工件回到下料台，对吸盘组件进行调整。

在下料测试过程中，吸盘组件需维持较低的升起速度，且使工件在预设时长内能够维持离开下料台的状态，使吸盘组有充足的时间测试吸力是否稳定。维持较低升起速度，以及升起高度不超过预设高度阈值的目的在于使工件距离下料台近一些，即使出现松脱，也可以减少对工件的冲击损伤。优选的，考虑到吸盘组内的弹性机构导致的升降距离误差，预设高度阈值设置为1cm左右。在工件升起过程中，很多吸盘组由于工件重力的影响，吸力均会出现一定的降低，然而，在不考虑吸盘组自身特性的前提下，对于吸取面平整的吸盘组，其降幅极低，几乎可以忽略不计，而对于吸取面不平整、甚至存在较大缝隙的吸盘组，一旦工件升起，由于工件和吸盘组件之间的相对距离变大，即使因为周围吸盘组的作用，工件未完全离开吸盘组，其吸力会出现一个较大的降幅；甚至在特定场景下，因为完全松脱降为0。对于这部分存在较大降幅的吸盘组，其均是不可信任的，为了确保加工过程的安全行，本发明设定这部分吸盘组均为无效吸盘组。在此基础上，进一步判断这部分吸盘组是否属于预警区域，如果是，说明当前区域的受力极度不平衡，不支持继续执行下料流程；如果不是，则进一步判断当前区域的有效吸盘组的数量，如果有效吸盘组数量满足对应的最小数量需求，则关闭所有无效吸盘组，以增强其他吸盘组的吸力，继续执行下料流程，否则，降下工件，对吸盘组件进行调整。

步骤三、对吸盘组件进行调整

如果下料测试流程进行不顺利，或最初始的整体受力分析结果显示不适宜执行下料流程，需要对吸盘组件进行调整。

优选的，所述对吸盘组件进行调整是指：确定预警区域，根据工件表面的受力分布计算得到预警区域对应的吸盘组的最小吸力值，再反向推算得到真空设备的最小真空度，调整真空设备的相关参数。

在一些例子中，如果反向推算得到的最小真空度超出真空设备允许范围，控制装置结合预警区域分布计算工件偏移距离和偏移方向，使吸盘组避开缝隙，将预警区域转换成安全区域或者降低其吸力需求，并根据偏移后的工件重新规划下料路径。这种偏移结果既可以通过移动吸盘组件完成，也可以通过移动工件完成。应当理解，在调整后，需要按照前述步骤重新测算整个工件的受力分析，并且执行下料测试流程。

步骤四、执行下料流程

下料流程紧接着下料测试流程进行，此时由于工件已经离开下料台，吸盘组件按照导入的路径进行升降和平移操作，即可以完成对工件的下料操作。

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 (8)

1.一种适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，所述下料装置位于下料台正上方，包括龙门机构、控制装置，以及和控制装置电连接的行走机构、升降机构和吸盘组件；

所述行走机构竖直安装在龙门机构上，根据控制装置的控制指令沿龙门机构水平移动；所述吸盘组件通过升降机构安装在行走机构上，根据控制装置的控制指令沿竖直方向升降；

所述吸盘组件包括吸盘框架、M组真空吸盘和M个吸力监控单元，所述M组真空吸盘和M个吸力监控单元一一对应，所述M组真空吸盘均匀分布在吸盘框架上，每个吸盘组所包含的真空吸盘等距分布；所述吸力监控单元用于测量其所对应的吸盘组的吸力值；

所述控制装置接收外部发送的下料指令，移动吸盘组件至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值

，

；所述M为大于等于1 的正整数；每个吸盘组通过一气阀与真空设备连接；

所述控制装置结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整；

所述预设的策略包括以下步骤：

S11，根据工件重力分布特性计算工件的质心位置，结合工件自重计算得到对应的最低吸力；

S12，筛选出所有吸力值大于与工件对应的最低吸力的吸盘组，将其定义成有效吸盘组，结合所有有效吸盘组的吸力测量值计算工件表面所受的向上的第一力矩；

S13，计算工件表面与有效吸盘组对应的所有位置点所受的向下的第二力矩；

S14，选取工件边缘所有内角小于180度的拐点，选取得到N个拐点不同时位于同一直线上，所述N大于等于3；

S15，结合第一力矩和第二力矩，分析得到工件质心至选取点的路径上的受力特性，根据分析结果判断是否执行下料测试流程。

2.根据权利要求1所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，步骤S11中，通过设定有效吸盘组预估比例，计算分布至每个吸盘组的分重力，作为最低吸力。

3.根据权利要求2所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，所述有效吸盘组预估比例结合经验数据根据工件表面形态特性设定。

4.根据权利要求1所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，步骤S15中，对于不位于路径上的位置点，根据其与路径的位置关系，分析得到垂足位置和对应的受力特性。

5.根据权利要求1所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，所述下料测试流程包括以下步骤：

S21，关闭所有吸力值小于与工件对应的最低吸力的吸盘组对应的气阀，重新计算工件表面的受力分布；

S22，根据工件表面的受力分布和工件重力分布特性将工件划分成预警区域和安全区域，获取每个区域对应的吸盘组编号；

S23，驱使吸盘组件以预设速度吸取工件沿竖直方向升起，升起高度不超过预设高度阈值；

S24，实时采集每个吸力监控单元的吸力值，得到每个吸力监控单元的吸力值变化曲线，如果其中任意一个吸盘组的吸力值的降低幅度超出第一预设幅度阈值，判断其是否属于预警区域，如果属于，进入步骤S26，否则，进入步骤S25；

S25，判断当前区域内的所有吸盘组的吸力值降低幅度，统计吸力值降低幅度小于第二预设幅度阈值的吸盘组的数量，如果统计得到的数量大于等于对应区域的最小吸力组数值，继续执行下料流程，否则，进入步骤S26，将当前区域重新定义成预警区域；

S26，降下吸盘组件，使工件回到下料台，对吸盘组件进行调整。

6.根据权利要求1所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，所述对吸盘组件进行调整是指：

确定预警区域，根据工件表面的受力分布计算得到预警区域对应的吸盘组的最小吸力值，再反向推算得到真空设备的最小真空度，调整真空设备的相关参数。

7.根据权利要求1所述的适用于激光切割机的下料装置，其特征在于，所述控制装置响应于计算得到的最小真空度超出真空设备允许范围，结合预警区域分布计算工件偏移距离和偏移方向，使吸盘组避开缝隙，将预警区域转换成安全区域或者降低其吸力需求，并根据偏移后的工件重新规划下料路径。

8.一种基于权利要求1-7任一项中所述下料装置的下料方法，其特征在于，所述下料方法包括：

接收外部发送的下料指令，调整M组气缸的吸盘组件位置至对应的工件正上方，降下吸盘组件直至其与工件上表面接触，采用与真空吸盘对应的真空设备进行抽吸，以切换所有吸盘组件的工作状态为吸取状态，采集所有吸力监控单元的测量值

，

；所述M为大于等于1 的正整数；

结合所有吸力监控单元的测量值和工件特性，计算得到工件表面的受力分布，根据预设的策略判断是否执行下料测试流程或对吸盘组件进行调整。

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