CN113771036B - 一种切割方法、装置及切割设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切割方法、装置及切割设备，其中切割方法包括：对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标；对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。由于得到的重构轨迹是待切割部分在切割台上的真实轨迹，因此适用于对于带有圆弧的不规则工件；同时在整个过程中，采用的均是三维信息，因此可以反映工件在不同位置的高度情况，即使待切割部分中存在形变，也可以保证切割的精度满足要求。

Description

一种切割方法、装置及切割设备

技术领域

本发明涉及工程技术领域，具体涉及一种切割方法、装置及切割设备。

背景技术

坡口切割成型是重工业、汽车制造等装备制造业广泛应用的一种技术，目前利用视觉识别使物料工件自动上料到切割台的方式已经得到充分的应用，但是目前物料工件在视觉上料到切割台的时候会存在一定的误差，一般会有50mm左右的误差，而实际切割出来的坡口顿边和均匀性一般要求在2mm以内，因此上料到切割台的工件无法直接进行切割，需要进行高精度的定位。

当前也有一些定位方式被提出，比如机械定位、接触式传感器碰撞寻位、激光定位等。但是，上述方法仅适用于规则形状的工件(无圆弧)或者没有形变的工件，在工件存在图纸与实际偏差较大、工件变形等情况下有明显的使用弊端。

目前，面对不规则工件或者形变较大的工件并无针对性研究。但是实际生产过程中异性件较多，同时由于工件的堆积或者挤压造成形变也较多，因此目前的定位方式在实际生产应用过程中局限性较大。这就导致切出来的坡口顿边一致性较差，仍然需要人工现场测量相关数据，计算相关角度和偏移的偏差来调整修正，而且调整好的工件在下一次形变还会出现切割效果不理想的情况，也就是说某一个工件人工调好了，但是下次工件产生形变了，就跟那个调好的不一样，之前调好的就不能用，需要重新调整。耗时耗力，应用性差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种切割方法、装置及切割设备，以解决现有的切割方法只适用于不带弧线的工件及只适用于没有形变的工件，局限性大的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种切割方法，包括：对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标；对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。

本发明实施例提供的切割方法，通过对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标；对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。由于三维轮廓坐标是根据对待切割部分在切割台上进行扫描得到的，所以得到的重构轮廓是待切割部分在切割台上的真实边缘轮廓，即使对于带有圆弧的不规则工件，也可以通过扫描得到待切割部分在切割台上的真实轮廓；同时对所述三维切割轮廓坐标进行平滑重构可以剔除扫描过程中的异常点，使得重构轮廓更加准确。进一步的，利用重构轮廓得到切割轨迹，根据切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息，由此可见，在整个过程中，采用的均是三维信息，因此可以反映工件在不同位置的高度情况，即使待切割部分中存在形变，也可以保证切割的精度满足要求。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标包括：对所述待切割部分进行扫描，得到三维扫描坐标；获取所述待切割部分在切割台上的首尾坐标；将所述扫描结果中第一个扫描点的三维扫描坐标和最后一个扫描点的三维扫描坐标分别与所述待切割部分在切割台上的首尾坐标相对应，得到所述三维扫描坐标与所述三维轮廓坐标的转换关系；利用所述转换关系和所述每个扫描点的三维扫描坐标，得到所述每个扫描点在所述切割台上的三维轮廓坐标。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹包括：剔除所述三维轮廓坐标中的异常坐标；将剔除所述异常坐标后的剩余坐标进行拟合得到重构轨迹。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，当需要对所述待切割部分进行坡口切割时，根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹包括：获取切割工艺参数和所述坡口切割的类型；根据所述切割工艺参数和所述坡口切割的类型对所述重构轨迹进行偏移得到切割轨迹。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，在根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标之前，还包括：获取历史切割轨迹；当所述切割轨迹与所述历史切割轨迹进行比对，当比对结果符合预设条件时，执行根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标的步骤。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标包括：将所述切割轨迹依照所述多个扫描点的X坐标和Y坐标拆分多个切割点；当拆分得到的切割点中包括Z坐标时，将所述Z坐标作为该切割点的Z坐标；当拆分得到的切割点中不包括Z坐标时，利用最近邻搜索算法确定该切割点的Z坐标。

结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，在对待切割部分进行扫描之前，还包括：获取所述待切割部分中的交点；确定所述待切割部分中每个位置的扫描频率，其中靠近所述交点的区域的扫描频率大于其他位区域的扫描频率。

根据第二方面，本发明实施例提供了切割装置，包括扫描模块、三维切割坐标生成模块、重构模块、切割轨迹生成模块和切割信息生成模块：具体的，扫描模块用于对待切割部分进行扫描；三维切割坐标生成模块用于根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维切割坐标；重构模块用于对所述待切割部分中每个扫描点在切割台上的三维切割坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；切割轨迹生成模块用于根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；切割信息生成模块用于根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。

根据第三方面，本发明实施例还提供了一种切割设备，包括存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中所述的切割方法。

结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，所述切割设备为切割机器人。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例1中切割方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1中示例的坡口切割方法流程示意图；

图3为原始轨迹、重构轨迹、切割轨迹示意图；

图4为本发明实施例2中切割装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供了一种切割方法。本发明实施例1的切割方法应用于切割系统，切割系统包括六轴切割机器人，工控机，激光器。

图1为本发明实施例1中切割方法的流程示意图，如图1所述，本发明实施例1的切割方法包括以下步骤：

S101：对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标。

作为具体的实施方式，对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标可以采用如下技术方案：对所述待切割部分进行扫描，得到三维扫描坐标；获取所述待切割部分在切割台上的首尾坐标；将所述扫描结果中第一个扫描点的三维扫描坐标和最后一个扫描点的三维扫描坐标分别与所述待切割部分在切割台上的首尾坐标相对应，得到所述三维扫描坐标与所述三维轮廓坐标的转换关系；利用所述转换关系和所述每个扫描点的三维扫描坐标，得到所述每个扫描点在所述切割台上的三维轮廓坐标。

具体的，将物料工件在切割台上的点位映射到当前工件图纸所在的同一坐标系下面，这就将图纸的轮廓赋予了实际坐标点，然后在图纸上面选取待切割部分，这样选取的待切割部分就带携带有待切割部分在切割台上的首尾坐标。

进一步的，在对待切割部分进行扫描之前，还包括：获取所述待切割部分中的交点；确定所述待切割部分中每个位置的扫描频率，其中靠近所述交点的区域的扫描频率大于其他位区域的扫描频率。

在本发明实施例1中，交点可以理解为不同类型线段的交点，例如直线与圆弧的交点。靠近所述交点的区域的扫描频率大于其他位区域的扫描频率，能够保证尽可能准确的采集到实际工件的交点和其他边缘点位信息(扫描的过程中一直再采集并不是只采集交点，也包含其他的轮廓点，比如一条直线的中间一部分点位)；其目的是为了通过增加扫描点从而更加准确的区分出不同类型的线段。

需要说明的是，除交点附近的扫描点外，其他位置的扫描点也同样重要，如果只有交点附近扫描点的坐标，而没有两个交点之间的其他一些扫描点的坐标，如果两个交点的中间位置产生形变就切不好，这是因为没有两个交点之间的其他一些扫描点的坐标导致缺少中间位置的高度信息。

S102：对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹。

作为具体的实施方式，对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹可以采用如下技术方案：剔除所述三维轮廓坐标中的异常坐标；将剔除所述异常坐标后的剩余坐标进行拟合得到重构轨迹。

具体的，异常坐标的判定是根据采集频率区间来定的，如果2mm～5mm采集一个点，那个正常点位的距离应该是这个范围内，如果检测到当前点和下一个点的距离大于最大距离(5mm)的2倍就认为是异常坐标，另外还有个高度，当前的高度和上一个高度的差大于2mm也认为是异常坐标点。

S103：根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹。

作为一种具体的实施方式，当需要对所述待切割部分进行坡口切割时，根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹可以采用如下技术方案：获取切割工艺参数和所述坡口切割的类型；根据所述切割工艺参数和所述坡口切割的类型对所述重构轨迹进行偏移得到切割轨迹。

作为另一种具体的实施方式，当不需要对所述待切割部分进行坡口切割时，可以直接将所述重构轨迹作为所述待切割部分的切割轨迹。

作为进一步的实施方式，在根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标之前，还包括：获取历史切割轨迹；当所述切割轨迹与所述历史切割轨迹进行比对，当比对结果符合预设条件时，执行根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标的步骤。

具体的，历史切割轨迹可以为同一类型工件的历史最优切割轨迹。将切割轨迹与历史切割轨迹对比时，可以将切割轨迹与历史切割轨迹的特征信息进行对比，其中特征信息包括：轨迹的长度、轨迹的起止点间距、轨迹与重构轨迹的偏移距离。也就是说，本发明实施例1中，校验机制是与历史切割轨迹进行对比而不是与切割规则对应的板材尺寸相比。这是因为与切割板材实际尺寸(即与切割规则对应的板材尺寸)相比虽然是有一定的作用，但是没有与历史切割轨迹相比的优点明显，与切割板材实际尺寸相比比较依赖激光器的稳定性(实际板材的尺寸是激光器采集的，如果激光器不稳定，设备掉线或者中断就会切坏板子)，与历史切割轨迹相比，不存在这种情况，能够做到只要开始切割轨迹就一定是正确的。

例如，将获取的轮廓点位信息提取出来，比如长度，起止点间距，偏移距离等特征信息进行绑定工件的历史数据存储，每次该种类工件扫描后自动调取储存的历史数据特征信息进行对比校验，符合条件就进行下一步的发送数据点走切割轨迹和姿态，否则就触发重新扫描。更好的保证轨迹的正确性。

S104：根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。

作为具体的实施方式，根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标可以采用如下技术方案：将所述切割轨迹依照所述多个扫描点的X坐标和Y坐标拆分多个切割点；当拆分得到的切割点中包括Z坐标时，将所述Z坐标作为该切割点的Z坐标；当拆分得到的切割点中不包括Z坐标时，利用最近邻搜索算法确定该该切割点的Z坐标。也就是说，将切割轨迹进行点位拆分和最近邻搜索算法追踪当前实际高度信息，从而获取空间的坐标信息。这是因为正常的板材在几个毫米内的形变可以忽略不计，所以采用这种搜索到当前高度缺失点最近的点位高度信息，能够满足切割高度需求。

具体的，重构的平滑切割点位可以采用现有技术中的方法获取其空间姿态角度。示例的，可以将获取的X、Y、Z和角度姿态P、R、W对应起来形成点位(X1,Y1,Z1,P1,R1,W1)通过TCP通信发送给机器人寄存器存储并逐个走点位进行切割。

采用本发明实施例的方法得到的切割信息既能满足工件变形引起的高度撞枪或者顿边不均匀，又能跟踪工件的形状，实现异性件的切割。

本发明实施例1提供的切割方法，可弥补当前坡口切割领域异性件与变形件束手无策的现状，提高切割顿边的均匀性，降低坡口的波纹，同时也节约人工成本提高产能效率。

示例的，如图2所示，坡口切割方法包括以下步骤：

1、首先将上料点映射到工件的图纸，解析并选择生成待切割边的初步扫描轨迹，然后根据图纸中的交点信息进行相应的变频采集调整，采集获得原始的边缘坐标信息。

2、将采集的原始点位进行轮廓的平滑重构，结合切割坡口的工艺需求进行矢量偏移获得偏移后的轮廓轨迹，如图3所示，其中的曲线1是采集的原始数据生成的原始轨迹，经过点位重构生成曲线2，明显减少了采集的异常点，而且保留了轮廓的形状和曲度，通过矢量偏移算法形成曲线3。

3、将获取的轮廓点位信息提取出来的比如长度，起止点间距，偏移距离等特征信息进行绑定工件的历史数据存储，每次该种类工件扫描后自动调取储存的历史数据特征信息进行对比校验，符合条件就进行下一步的发送数据点走切割轨迹和姿态，否则就触发从新扫描。更好的保证轨迹的正确性。

4、将轮廓轨迹进行点位拆分和高度跟踪处理获得精准的X、Y、Z信息，利用获得的精准点位进行姿态计算，获取实时跟踪工件的可变姿态P、W、R信息，将其结合对应点的X、Y、Z通过TCP建立工控机与机器人的通讯发送给机器人进行点位切割。

实施例2

与本发明实施例1相对应，本发明实施例2提供了一种切割装置，图4为本发明实施例2中切割装置的结构示意图，如图4所述，本发明实施例2的切割装置包括扫描模块21、三维切割坐标生成模块22、重构模块23、切割轨迹生成模块24和切割信息生成模块25。

具体的，扫描模块21，用于对待切割部分进行扫描；

三维切割坐标生成模块22，用于根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维切割坐标；

重构模块23，用于对所述待切割部分中每个扫描点在切割台上的三维切割坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；

切割轨迹生成模块24，用于根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；

切割信息生成模块25，用于根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息。

上述切割装置具体细节可以对应参阅图1至图3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

实施例3

本发明实施例还提供了一种切割设备，该切割设备可以包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

具体的，所述切割设备为切割机器人。

处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的切割方法对应的程序指令/模块(例如，图4所示的扫描模块21、三维切割坐标生成模块22、重构模块23、切割轨迹生成模块24和切割信息生成模块25)。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的切割方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行如图1-3所示实施例中的切割方法。

上述切割设备具体细节可以对应参阅图1至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种切割方法，其特征在于，包括：

对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标；

对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；

根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；

根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息；

在根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标之前，还包括：

获取历史切割轨迹；

当所述切割轨迹与所述历史切割轨迹进行比对，当比对结果符合预设条件时，执行根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对待切割部分进行扫描，根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维轮廓坐标包括：

对所述待切割部分进行扫描，得到三维扫描坐标；

获取所述待切割部分在切割台上的首尾坐标；

将所述扫描结果中第一个扫描点的三维扫描坐标和最后一个扫描点的三维扫描坐标分别与所述待切割部分在切割台上的首尾坐标相对应，得到所述三维扫描坐标与所述三维轮廓坐标的转换关系；

利用所述转换关系和所述每个扫描点的三维扫描坐标，得到所述每个扫描点在所述切割台上的三维轮廓坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述三维轮廓坐标进行平滑重构，得到重构轨迹包括：

剔除所述三维轮廓坐标中的异常坐标；

将剔除所述异常坐标后的剩余坐标进行拟合得到重构轨迹。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当需要对所述待切割部分进行坡口切割时，根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹包括：

获取切割工艺参数和所述坡口切割的类型；

根据所述切割工艺参数和所述坡口切割的类型对所述重构轨迹进行偏移得到切割轨迹。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标包括：

将所述切割轨迹依照所述多个扫描点的X坐标和Y坐标拆分多个切割点；

当拆分得到的切割点中包括Z坐标时，将所述Z坐标作为该切割点的Z坐标；

当拆分得到的切割点中不包括Z坐标时，利用最近邻搜索算法确定该该切割点的Z坐标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对待切割部分进行扫描之前，还包括：

获取所述待切割部分中的交点；

确定所述待切割部分中每个位置的扫描频率，其中靠近所述交点的区域的扫描频率大于其他位区域的扫描频率。

7.一种切割装置，其特征在于，包括：

扫描模块，用于对待切割部分进行扫描；

三维切割坐标生成模块，用于根据扫描结果得到所述待切割部分中的每个扫描点在切割台上的三维切割坐标；

重构模块，用于对所述待切割部分中每个扫描点在切割台上的三维切割坐标进行平滑重构，得到重构轨迹；

切割轨迹生成模块，用于根据重构轨迹得到所述待切割部分的切割轨迹；

切割信息生成模块，用于根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标，将所述每个切割点的三维切割坐标进行位姿变换，得到所述每个切割点的切割信息；

在根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标之前，所述切割信息生成模块还用于：获取历史切割轨迹；当所述切割轨迹与所述历史切割轨迹进行比对，当比对结果符合预设条件时，执行根据所述切割轨迹生成每个切割点的三维切割坐标的步骤。

8.一种切割设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-6中任一项所述的切割方法。

9.根据权利要求8所述的切割设备，其特征在于，所述切割设备为切割机器人。

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