CN114951793B - 一种带有智能保护系统的型材切割装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有智能保护系统的型材切割装置及控制方法，包括底座、支撑座、刀架、刀片、操纵杆、控制单元，支撑座固定在底座上端一侧，刀架一端和支撑座上端活动连接；操纵杆一端和支撑座活动连接，操纵杆设置在刀架一侧，刀片靠近刀架的一端安装在刀架下方，刀架上安装有驱动电机，驱动电机驱动刀片旋转；刀架和支撑座之间设有限制刀架和操纵杆相对支撑座活动的锁体，控制单元控制锁体的开锁、闭锁；锁体开锁后按压操纵杆带动刀架相对支撑座旋转。本发明的带有智能保护系统的型材切割装置结合图像识别算法识别操作人员是否穿戴防护装备以及型材种类与刀片类型的匹配，任何一个不符合要求锁体都无法打开，提升了安全性能。

Description

一种带有智能保护系统的型材切割装置及控制方法

技术领域

本发明涉及型材切割设备领域，具体涉及一种带有智能保护系统的型材切割装置及控制方法。

背景技术

工程施工中，现场的型材加工占据了相当大的比重，现有的切割设备如申请号为CN201921962575.6的实用新型专利公开的合金刀片金属切割机，包括底座，底座上设有用于夹紧待切割材料的夹紧机构、用于切割原料的下压式切割机构，下压式切割机构包括固定在底座上的机头包括机壳、设置在机壳内的驱动机构及与驱动机构的输出端连接的合金刀片。

这类切割设备使用时先将待切割的材料放置或者固定好，然后按压下压式切割机构使得刀片接触待切割材料进行切割，在切割型材的过程中，由于加工材料对应器材不正确、安全防护穿戴不整齐，经常发生意外伤害事故。

发明内容

为了解决现有的切割设备在使用过程中存在的安全问题，本发明提供了一种带有智能保护系统的型材切割装置，基于图像识别技术，对操作人员的防护穿戴和待切割材料进行识别，确保切割过程中的安全。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种带有智能保护系统的型材切割装置，其结构包括底座、支撑座、刀架、刀片、操纵杆、控制单元，支撑座固定在底座上端一侧，刀架一端和支撑座上端活动连接；操纵杆一端和支撑座活动连接，操纵杆设置在刀架一侧，刀片靠近刀架的一端安装在刀架下方，刀架上安装有驱动电机，驱动电机驱动刀片旋转；刀架和支撑座之间设有限制刀架和操纵杆相对支撑座活动的锁体，控制单元控制锁体的开锁、闭锁；锁体开锁后操纵杆可相对支撑座转动，操纵杆和刀架之间还设有传动装置，操纵杆相对支撑座转动后操纵杆和刀架之间传动连接，按压操纵杆带动刀架相对支撑座旋转。

进一步地，刀片上设有刀片安装孔，刀架上设有用以刀片安装的安装座，安装座上设有凸起，凸起配合插入刀片安装孔中。

进一步地，操纵杆上还设有用以图像采集的摄像头，摄像头采集的图像数据包括操作人员的图像；控制单元用以对摄像头采集的操作人员的图像进行识别，根据图像识别结果控制锁体是否开启。

进一步地，摄像头采集的数据还包括待切割型材的图像；每个凸起对应一个压力传感器，刀片安装后未对应刀片安装孔的凸起触发压力传感器，控制单元根据压力传感器的数量及排布确定刀片的类型；并将刀片类型与待切割型材进行匹配，匹配成功开启锁体。

进一步地，刀架上还设有刀片防护罩，刀片设置在刀片防护罩下方。

进一步地，底座上还设有用以型材夹持的夹具。

进一步地，锁体包括中心轴和依次设置的第一锁盘、第二锁盘、复位装置，第一锁盘和第二锁盘分别同心安装在中心轴外部；中心轴的两端安装在支撑座上；第一锁盘靠近第二锁盘的一侧设有弧形槽，第二锁盘靠近第一锁盘的一侧对应弧形槽设有弧形凸起，弧形槽的槽底深度渐变呈坡面，弧形凸起对应弧形槽的槽底渐变呈坡面；第二锁盘靠近第一锁盘的一侧设有若干锁条，第一锁盘上对应锁条设有弧形的腰圆孔，锁条一端从腰圆孔穿过，中心轴一段的支撑座上对应锁条设有锁孔；复位装置设置在第二锁盘和中心轴一端的支撑座之间；第二锁盘可相对中心轴直线移动，第二锁盘上还安装有用以限制第二锁盘相对中心轴移动的电磁锁；操纵杆的一端与第一锁盘连接固定，刀架的一端与第二锁盘连接固定

进一步地，电磁锁包括锁舌，第二锁盘上对应锁舌设有锁舌通道，中心轴上对应锁舌设有锁舌孔；弧形凸起完全插入弧形槽内时锁舌可以穿过锁舌通道插入锁舌孔内。

本发明还提供了一种带有智能保护系统的型材切割装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、利用机器学习，对不同加工型材的视觉素材进行特征提取，形成材质特征模型算法；对操作人员穿戴防护装备的视觉素材进行特征提取，形成安全穿戴特征模型算法；并将上述材质特征模型算法和安全穿戴特征模型算法存储在控制单元中

步骤2、在操纵杆的初始位置摄像头采集操作人员的图像，并将采集到的图像上传至控制单元，所述控制单元借助材质特征模型算法对采集的操作人员的图像进行识别，判断操作人员是否穿戴防护装备；

摄像头采集待切割的型材采集型材的图像后上传至控制单元，所述控制单元的安全穿戴特征模型算法对采集的型材的图像进行识别，获取型材种类；刀架上的传感器将采集的刀盘数据上传至控制单元，控制单元对刀片类型进行识别；将型材种类与刀片类型匹配；

步骤3、若操作人员穿戴防护装备且型材种类与刀片类型匹配，则控制单元控制锁体开启，下压操纵杆带动刀架旋转，刀片对型材进行切割。

进一步地，该方法还包括切割型材过程中，摄像头设别到人体进入切割范围后切断驱动电机的电源。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明的带有智能保护系统的型材切割装置结合图像识别算法识别操作人员是否穿戴防护装备，如果没有则无法进行切割作业，促使作业人员养成穿戴防护装备作业的习惯，降低切割过程中产生火花对人造成伤害。

2、本发明中结合图像识别算法识别待切割的型材种类，通过型材种类与刀片类型的匹配，当刀片与所要切割的型材不能匹配时锁体无法打开，也即不能进行切割作业，避免了刀片与所要切割的型材不匹配导致的刀片断裂飞出伤人的问题。

附图说明

图1是本发明的带有智能保护系统的型材切割装置的结构示意图。

图2是本发明中的锁体结构分解示意图。

图3是本发明中的电磁锁工作原理图。

图4是本发明中的安装座结构示意图。

图中，1、底座；2、支撑座；3、刀架；4、刀片；5、操纵杆；6、中心轴；7、第一锁盘；8、第二锁盘；9、复位装置；10、电磁锁；11、夹具；21、锁孔；31、安装座；32、凸起；33、刀片防护罩；41、刀片安装孔；51、摄像头；61、锁舌孔；71、弧形槽；72、腰圆孔；81、弧形凸起；82、锁条；83、锁舌通道；101、锁舌；111、夹持块；112、丝杆；113、把手；114、丝杆安装座。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种带有智能保护系统的型材切割装置，如图1-4所示，其结构包括底座1、支撑座2、刀架3、刀片4、操纵杆5、控制单元，支撑座2固定在底座1上端一侧，刀架3一端和支撑座2的上端活动连接；操纵杆5的一端和支撑座2活动连接，操纵杆5设置在刀架3的一侧，刀片4靠近刀架3的另外一端安装在刀架3下方，刀架3上安装有驱动电机(图中未示出)，驱动电机驱动刀片4旋转；刀架3和支撑座2之间设有限制刀架3和操纵杆5相对支撑座2活动的锁体，控制单元控制锁体的开锁、闭锁；锁体开锁后操纵杆5可相对支撑座2转动，操纵杆5和刀架3之间还设有传动装置，操纵杆5相对支撑座2转动后操纵杆5和刀架3之间传动连接，按压操纵杆5带动刀架3相对支撑座2旋转，刀片4旋转接触到型材实现对型材的切割。

作为优选，刀片4上设有刀片安装孔41，刀架3上设有用以刀片4的安装座31，安装座31上设有凸起32，凸起32配合插入刀片安装孔41中。每个凸起32对应一个压力传感器，当刀片4安装时，不同类型的刀片4的刀片安装孔41的位置和数量是不一样的，因此不同类型的刀片安装时会有部分凸起32无法插入刀片安装孔41中，刀片安装必然对未插入刀片安装孔41的凸起32造成挤压，进而对应的压力传感器检测到压力存在生成电信号，将电信号发送至控制单元，通过控制单元对电信号进行处理判别刀片的类型。凸起靠近安装座的一侧还可以设置复位件，复位件如弹簧，挤压凸起后凸起压缩弹簧，保证刀片可以正常安装。这里还可以采用弹簧压片式的复位件，凸起挤压弹簧压片后接通该位置的电路，产生电信号。

锁体包括中心轴6和依次设置的第一锁盘7、第二锁盘8、复位装置9，第一锁盘7和第二锁盘8分别同心安装在中心轴6外部；中心轴6的两端安装在支撑座2上；第一锁盘7靠近第二锁盘8的一侧设有弧形槽71，第二锁盘8靠近第一锁盘7的一侧对应弧形槽71设有弧形凸起81，弧形槽71的槽底深度渐变呈坡面，弧形凸起81对应弧形槽的槽底渐变呈坡面；第二锁盘8靠近第一锁盘7的一侧设有若干锁条82，第一锁盘7上对应锁条82设有弧形的腰圆孔72，锁条82一端从腰圆孔72穿过，中心轴6一端的支撑座2上对应锁条82设有锁孔21；复位装置设置在第二锁盘8和中心轴6一端的支撑座2之间，复位装置如弹簧、气缸，通过复位装置9保证在没有外力下压操纵杆5时第二锁盘8向第一锁盘7靠拢直至弧形凸起81完全插入弧形槽71中，实现复位；第二锁盘8可相对中心轴6直线移动，第二锁盘8上还安装有用以限制第二锁盘8相对中心轴6移动的电磁锁；操纵杆的一端与第一锁盘连接固定，刀架的一端与第二锁盘连接固定。

电磁锁10包括锁舌101，如图3所示，第二锁盘8上对应锁舌101设有锁舌通道83，中心轴6上对应锁舌101设有锁舌孔61；弧形凸起81完全插入弧形槽71内时锁舌101可以穿过锁舌通道83插入锁舌孔61内，控制单元控制锁舌101移动，锁舌101为磁体，在电磁铁的作用下发生移动，锁舌101从锁舌孔61移出才可以转动操纵杆5。

当电磁锁的锁舌101从锁舌孔61移出后，下压操纵杆5使得第一锁盘7转动，第一锁盘7转动过程中弧形槽71相对弧形凸起81移动，弧形凸起81不会完全从弧形槽71中脱离，还可以在弧形凸起81和弧形槽之间涂抹润滑层，如机械黄油，弧形凸起81相对弧形槽71外移，进而推动第二锁盘8移动，第二锁盘8移动使得锁条82从锁孔21中拔出，在此过程中锁条82在腰圆孔72内沿腰圆孔中移动，继续下压操纵杆5至锁条82移动到腰圆孔82的端部位置实现第一锁盘7和第二锁盘8之间的传动，刀架3在操纵杆5的作用下下压使得刀片4接触到待切割的型材。

控制单元包括了AI芯片(Ascend310)、内存(LPDDR4x,8GB)、网络接口(GE RJ45)、USB接口(USB3.0 Type C)、51系列单片机等，电磁锁通过串口连接到控制单元，摄像头通过USB连接到控制单元，传感器通过串口与控制单元连接。

为了便于对锁体的开启进行控制，操纵杆5上还设有用以图像采集的摄像头51，摄像头51采集的图像数据包括操作人员的图像、待切割型材的图像；控制单元用以对摄像头采集的操作人员的图像进行识别，判断操作人员是否穿戴防护装备，如果没有穿戴防护装备则锁体无法打开，也就无法进行切割作业。

摄像头采集待切割型材的图像并上传至控制单元，控制单元用以对摄像头采集的型材的图像进行识别，判断待切割型材的类别；控制单元将刀片类型与待切割型材进行匹配，若刀片与型材不匹配则无法开启锁体，这里的匹配如切割石材的刀片与石材相匹配，而切割石材的刀片则与金属型材不能匹配。

为了实现上述图像识别，本实施例还提供了对应的带有智能保护系统的型材切割装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、利用机器学习，对不同加工型材的视觉素材进行特征提取，形成材质特征模型算法；对操作人员穿戴防护装备的视觉素材进行特征提取，形成安全穿戴特征模型算法；并将上述材质特征模型算法和安全穿戴特征模型算法存储在控制单元中；防护装备如口罩、护目镜、防护服等，通过华为modelarts内yolov5算法训练形成安全穿戴特征模型算法；对于型材的类型也即型材的材质进行识别，本实施例借助华为modelarts内ResNet50-EI-Backbone算法训练，形成材质特征模型算法。

步骤2、在操纵杆的初始位置摄像头采集操作人员的图像，并将采集到的图像上传至控制单元，所述控制单元借助材质特征模型算法对采集的操作人员的图像进行识别，判断操作人员是否穿戴防护装备；

摄像头采集待切割的型材采集型材的图像后上传至控制单元，所述控制单元的安全穿戴特征模型算法对采集的型材的图像进行识别，获取型材种类；刀架上的传感器将采集的刀盘数据上传至控制单元，控制单元对刀片类型进行识别；将型材种类与刀片类型匹配；

步骤3、若操作人员穿戴防护装备且型材种类与刀片类型匹配，则控制单元控制锁体开启，下压操纵杆带动刀架旋转，刀片对型材进行切割。

作为优选，该方法还包括切割型材过程中，摄像头设别到人体进入切割范围后切断驱动电机的电源，人体部位闯入也使用华为modelarts内ResNet50-EI-Backbone算法训练。

作为优选，刀架3上还设有刀片防护罩33，刀片4设置在刀片防护罩33下方，防护罩33可以避免刀片4对人造成伤害；底座1上还设有用以型材夹持的夹具11，夹具11可以对型材进行夹持，夹具11包括夹持块111、丝杆112、把手113、丝杆安装座114，丝杆安装座114固定在底座1上，丝杆112与丝杆安装座114螺纹配合，夹持块111和把手113分别安装在丝杆112的两端，旋转把手113调整夹持块111与型材之间的距离，实现对型材的夹持，避免切割过程中型材偏移。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种带有智能保护系统的型材切割装置，其结构包括底座、支撑座、刀架、刀片、操纵杆、控制单元，其特征在于，所述支撑座固定在底座上端一侧，所述刀架一端和支撑座上端活动连接；操纵杆一端和支撑座活动连接，所述操纵杆设置在刀架一侧，所述刀片靠近刀架的一端且安装在刀架下方，所述刀架上安装有驱动电机，所述驱动电机驱动刀片旋转；刀架和支撑座之间设有限制刀架和操纵杆相对支撑座活动的锁体，所述控制单元控制锁体的开锁、闭锁；所述锁体开锁后操纵杆可相对支撑座转动，所述操纵杆和刀架之间还设有传动装置，所述操纵杆相对支撑座转动后操纵杆和刀架之间传动连接，按压操纵杆带动刀架相对支撑座旋转；所述锁体包括中心轴和依次设置的第一锁盘、第二锁盘、复位装置，所述第一锁盘和第二锁盘分别同心安装在中心轴外部；所述中心轴的两端安装在支撑座上；所述第一锁盘靠近第二锁盘的一侧设有弧形槽，所述第二锁盘靠近第一锁盘的一侧对应弧形槽设有弧形凸起，所述弧形槽的槽底深度渐变呈坡面，所述弧形凸起对应弧形槽的槽底渐变呈坡面；所述第二锁盘靠近第一锁盘的一侧设有若干锁条，所述第一锁盘上对应锁条设有弧形的腰圆孔，所述锁条一端从腰圆孔穿过，所述中心轴一端的支撑座上对应锁条设有锁孔；所述复位装置设置在第二锁盘和中心轴另外一端的支撑座之间；所述第二锁盘可相对中心轴直线移动，所述第二锁盘上还安装有用以限制第二锁盘相对中心轴移动的电磁锁；电磁锁包括锁舌，所述第二锁盘上对应锁舌设有锁舌通道，所述中心轴上对应锁舌设有锁舌孔；所述弧形凸起完全插入弧形槽内时锁舌可穿过锁舌通道插入锁舌孔内；所述操纵杆的一端与第一锁盘连接固定，刀架的一端与第二锁盘连接固定；

当电磁锁的锁舌从锁舌孔移出后，下压操纵杆使得第一锁盘转动，弧形凸起相对弧形槽外移，推动第二锁盘移动，第二锁盘移动使得锁条从锁孔中拔出，此过程中锁条在腰圆孔内沿腰圆孔移动，继续下压操纵杆至锁条移动到腰圆孔的端部位置实现第一锁盘和第二锁盘之间传动。

2.根据权利要求1所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置，其特征在于，所述刀片上设有刀片安装孔，所述刀架上设有用以刀片安装的安装座，所述安装座上设有凸起，所述凸起配合插入刀片安装孔中。

3.根据权利要求2所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置，其特征在于，所述操纵杆上还设有用以图像采集的摄像头，所述摄像头采集的图像数据包括操作人员的图像；所述控制单元用以对摄像头采集的操作人员的图像进行识别，根据图像识别结果控制锁体是否开启。

4.根据权利要求3所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置，其特征在于，所述摄像头采集的数据还包括待切割型材的图像；所述每个凸起对应一个压力传感器，刀片安装后未对应刀片安装孔的凸起触发压力传感器，所述控制单元根据压力传感器的数量及排布确定刀片的类型；并将刀片类型与待切割型材进行匹配，匹配成功开启锁体。

5.根据权利要求1所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置，其特征在于，所述刀架上还设有刀片防护罩，所述刀片设置在刀片防护罩下方。

6.根据权利要求1所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置，其特征在于，所述底座上还设有用以型材夹持的夹具。

7.一种如权利要求4所述的带有智能保护系统的型材切割装置的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、利用机器学习，对不同加工型材的视觉素材进行特征提取，形成材质特征模型算法；对操作人员穿戴防护装备的视觉素材进行特征提取，形成安全穿戴特征模型算法；并将上述材质特征模型算法和安全穿戴特征模型算法存储在控制单元中；

步骤2、在操纵杆的初始位置摄像头采集操作人员的图像，并将采集到的图像上传至控制单元，所述控制单元借助材质特征模型算法对采集的操作人员的图像进行识别，判断操作人员是否穿戴防护装备；

摄像头采集待切割的型材的图像后上传至控制单元，所述控制单元的安全穿戴特征模型算法对采集的型材的图像进行识别，获取型材种类；刀架上的传感器将采集的刀片数据上传至控制单元，控制单元对刀片类型进行识别；将型材种类与刀片类型匹配；

步骤3、若操作人员穿戴防护装备且型材种类与刀片类型匹配，则控制单元控制锁体开启，下压操纵杆带动刀架旋转，刀片对型材进行切割。

8.根据权利要求7所述的一种带有智能保护系统的型材切割装置的控制方法，其特征在于，该方法还包括切割型材过程中，摄像头识别到人体进入切割范围后切断驱动电机的电源。