CN115780567A - 一种板材折弯角度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种板材折弯角度检测装置和方法。该装置包括：布置在折弯模具两侧的光源、图像信息采集器，信息处理器。两部光源向折弯件的板材表面发射光束，分别投影在板材表面形成投影线。两部图像信息采集器分别记录折弯件两部分板材表面的投影线图像信息。信息处理器处理所记录的光线图像信息，计算出折弯角度。该方法为光源向折弯板材投射形成投影线；图像采集器记录投影线图像；投影线图像信息传递到信息处理器中；信息处理器对图像进行处理，计算出中心线和折弯线的夹角；计算出板材倾斜角；最后计算出折弯件的折弯角度。可以在板材折弯加工过程中对折弯角度进行实时非接触式自动检测,快速、准确，测量过程中无需人工干预，提高生产效率。

Description

一种板材折弯角度检测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种板材折弯角度检测装置和方法，尤其是涉及一种板材折弯加工中的角度自动检测装置和方法。

背景技术

在工业生产中，折弯件很常见。折弯件通常由平面钢板折弯加工成形，折弯过程中，一般通过调整上模的压入量来控制折弯成形角度。板材折弯加工中通常采用测量控制法进行成形控制，即通过折弯成形角度来确定上模的压入量，使得折弯角度成为折弯加工的主要控制参数。因此，折弯角度检测是折弯控制系统的关键。

测量折弯件的角度的方法有很多，常见的有人工测量、机械测量等等。人工方法依赖于视觉和工具，测量精度不高，效率低。机械测量方法采用机械装置进行测量，属于单点式测量，测量延时大，动态测量困难。人工测量和机械测量方法都属于接触式测量。

非接触式测量方法主要有激光测距法和机器视觉法。激光测距法使用激光测距仪，检测测量头与工件表面距离，根据相关算法计算折弯角度。激光测距法是单点式测量，测量精度取决于测量点工件表面质量，容易产生误差。对于工件某一截面角度测量一般需要对多个位置进行采样再取平均值进行估算，检测过程效率低。专利CN201310371558就是属于激光测距法。

机器视觉法是近几年发展起来的一种测量方法，通过图像采集处理，拟合板材与机床下模具平面并求解公共垂面方程，计算出公共垂面内的折弯件两部分板材剖面线之间的夹角，即折弯角度。该方法较激光测距法精度有所提升，也可以实现自动检测，但是准确度还有待提升。专利201310471260公开的发明就是属于这类方法的改进。近期公开的文献“基于线结构光的折弯成型参数测量技术研究”(2021.5.14)公开了实验室条件下的实验结果，折弯加工角度为90～150°，误差分布在0.17～0.46°之间，这对于工业生产来说，误差略大。同时，这种方法使用过程中需要进行大量的数据处理，计算时间较长。

发明内容

为了克服上述现有方法的缺点，本发明提供一种新的折弯角度检测装置和方法，以实现板材折弯角度的自动化实时检测。

为了实现上述目的，本发明提供一种板材折弯角度检测装置。该装置包括：光源、图像信息采集器，以及信息处理器。一个光源和一个图像采集器为一组，共两组，两组光源、图像采集器对称布置在折弯模具两侧，相互独立工作。两部光源同时向折弯件的两部分板材表面发射光束，投影在板材表面形成投影线。两部图像信息采集器分别记录折弯件两部分板材表面的投影线图像信息，传递给信息处理器。信息处理器处理所记录的投影线图像信息，包括：提取投影线的中心线信息；确定中心线方程，计算中心线与折弯线的夹角；根据上述夹角计算折弯角度。

按上述技术方案，所述光源可以是结构光，可以用线激光器作光源，图像采集器可以是相机，信息处理器可以是电脑。相机的曝光时间、分辨率等参数可以根据现场条件进行设定。相机拍照记录的图像信息可以通过有线或无线联机方式传输至电脑。

为了实现上述目的，本发明还提供一种板材折弯角度检测方法，包括以下步骤：

一、光源向折弯板材投射形成投影线；

二、图像采集器记录投影线图像；

三、投影线图像信息传递到信息处理器中；

四、信息处理器对图像进行处理，提取投影线的中心线，确定中心线的直线方程，计算出中心线和折弯线的夹角；

五、计算出板材倾斜角。倾斜角为θ₁、θ₂可以用如下公式计算：

式中：β₁为激光平面A₀O A₁与xy平面的交线A₀O与x轴的夹角，

β₂为第二光源9扫射平面与xy平面的交线与折弯线12的夹角，

α₁为第一光源3的仰角，α₂为第二光源9的仰角。

六、最后计算出折弯件的折弯角度φ。板材折弯角度可以用下式进行计算：

φ＝π-θ₁-θ₂

现有折弯角度检测方法原理上都是在与折弯板材平面相垂直的平面内进行检测，折弯角度是检测的直接目标，只是在具体的操作形式上不同。本发明通过对折弯角度相关信息进行检测，再通过计算确定折弯角度。本发明公开的折弯角度检测装置和方法易于实现，精度高，计算量较小，有利于在线实时检测。这是本发明区别于折弯角度现有检测方法的关键。

本发明可以在板材的加工过程中对折弯角度进行实时非接触式自动检测,快速、准确，测量过程中无需人工干预，从而提高生产效率，有效地解决了生产中的实际问题。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明折弯角度检测装置结构示意图。

图2为本发明折弯件示意图。

图3为本发明折弯角度计算原理示意图

图4为本发明激光平面与xy平面的交线与折弯线(即x轴)的夹角β示意图。

图5为本发明激光发射器的仰角α示意图。

图6为本发明实施方式的折弯角度检测流程图。

图中：1.下模，2.机床底座，3.第一光源,4.第一图像采集器,5.第一平面,6.上模,7.第一投影线，8.第二平面，9.第二光源9,10.第二图像采集器,11.信息处理器,12.折弯线，13.第二投影线

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本实施例是在以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在工业生产中，折弯件通常由平面钢板折弯加工成形，两个平面之间的夹角，即折弯角度。折弯角度是折弯加工过程中的主要控制参数。

如图2所示，板材折弯加工中，上模6和板材的接触线为折弯线12，折弯件以折弯线12为界将板材分为两部分：第一平面5和第二平面8。第一平面5的倾斜角θ₁，第二平面8的倾斜角θ₂，折弯角φ＝π-θ₁-θ₂。

如图1、图2所示，板材折弯角度检测装置包括：布置在折弯模具两侧的第一光源3和第一图像采集器4、第二光源9和第二图像采集器10，以及信息处理器11。下模1、第一光源3和第一图像采集器4、第二光源9和第二图像采集器10安装在机床底座2上。第一图像采集器4和第二图像采集器10通过有线或无线联机方式与信息处理器11相联。

第一光源3向折弯件的板材第一平面5表面发射光束，投射在板材平面5表面形成第一投影线7。第一图像采集器4记录折弯件板材平面5表面第一投影线7图像信息，传递给信息处理器11。第二光源9向折弯件的板材第二平面8表面发射光束，投射在板材第二平面8表面形成第二投影线13。第二图像采集器10记录折弯件板材平面8表面第二投影线13图像信息，传递给信息处理器11。信息处理器11处理所记录的投影线图像信息，提取投影线的中心线信息；确定投影线的中心线方程，计算中心线与折弯线12的夹角；根据投影线的中心线与折弯线12的夹角计算板材第一平面5和第二平面8部分的倾斜角。最后计算折弯件的折弯角。

第一光源3和第二光源9可以是结构光，用线激光器作第一光源3和第二光源9，激光投射到板材第一平面5和第二平面8上分别形成第一投影线7和第二投影线13。第一图像采集器4和第二图像采集器10可以是相机，信息处理器11可以是电脑。相机的曝光时间、分辨率等参数可以根据现场条件进行设定。相机拍照记录的图像信息可以通过有线或无线联机方式传输至电脑。

布置在折弯模具两侧的光源、图像采集器分成两组，第一光源3和第一图像采集器4为一组，第二光源9和第二图像采集器10组成另一组，相互独立工作。如图1所示，第一光源3和第一图像采集器及第二光源9和第二图像采集器10对称安装在下模1两侧。第一光源3和第一图像采集器及第二光源9和第二图像采集器10的安装角度根据具体情况确定。实际使用中，可以将第一光源3和第一图像采集器及第二光源9和第二图像采集器10安装在图1所示的位置。

将板材放在下模1上，上模6对板材进行冲压，完成一次折弯动作。之后，第一光源3和第二光源9同时向板材发射光束，分别投射在板材平面5和平面8表面形成第一投影线7和第二投影线13。第一图像采集器4和第二图像采集器10分别记录投影线图像，传递给信息处理器11。信息处理器11根据记录的图像提取第一投影线7和第二投影线13的中心线，确定中心线的直线方程，计算出中心线和折弯线12的夹角

然后根据夹角

计算板材倾斜角θ。如图1所示，第一光源3发射的光束，投影在板材6的表面上形成第一投影线7。第一投影线7的中心线与折弯线12的夹角

根据夹角

和其他参数，由本发明提出的公式计算板材第一平面5倾斜角θ₁。用上述方法，计算出板材第二平面8的倾斜角θ₂。最后根据折弯件两侧的板材倾斜角θ₁和θ₂计算出折弯角度φ。如此，可以在板材加工过程中实现折弯角度的自动检测，无需人工操作，有效地提高了生产效率。

下面对信息处理器11提取投影线中心线、确定折弯角度的方法和原理进行说明。

板材折弯加工中，上模6和板材的接触线为折弯线12，折弯件以折弯线12为界分为两部分第一平面5和第二平面8。激光投射到板材第一平面5上形成第一投影线7，光束扫射过的区域定义为激光平面。

如图3所示，第一光源3发出激光，激光扫射的平面和折弯线12的交点作为坐标原点O，折弯线12为x轴，板材初始状态所处平面为xy平面，z轴垂直于xy平面，建立用户坐标系o-xyz。

首先，从拍照得到的图像中提取投影线的中心线。可以使用常用的灰度质心法提取投影线的中心线，确定投影线的中心线的直线方程，从而计算出投影线的中心线与折弯线12，即x轴的夹角。

如图4所示，激光平面A₀O A₁与xy平面的交线A₀O与x轴的夹角为β₁。如图5所示，第一光源3的仰角为α₁。

根据上述第一投影线7的中心线，可计算出第一投影线7的中心线与折弯线12即x轴的夹角为

则板材第一平面5的倾斜角θ₁可以用如下公式计算：

同理计算折弯板材第二平面8的倾斜角θ₂。

第二光源9发出激光，激光扫射的平面与xy平面相交，其交线与折弯线12的夹角为β₂，第二光源的仰角为。激光投射到板材平面8上形成第二投影线13，提取第二投影线的中心线。第二投影线的中心线和折弯线12的夹角为

板材第二平面8的倾斜角为θ₂可以用如下公式计算：

板材折弯角度可以用下式进行计算：

φ＝π-θ₁-θ₂

如图6所示，板材折弯角度检测方法包括以下步骤：

一、光源向折弯板材投射形成投影线；

二、图像采集器记录投影线图像；

三、投影线图像信息传递到信息处理器中；

四、信息处理器对图像进行处理，提取投影线的中心线，确定中心线的直线方程，计算出中心线和折弯线的夹角；

五、计算出板材倾斜角。倾斜角为θ₁、θ₂可以用如下公式计算：

式中：β₁为激光平面A₀O A₁与xy平面的交线A₀O与x轴的夹角，

β₂为第二光源9扫射平面与xy平面的交线与折弯线12的夹角，

α₁为第一光源3的仰角，α₂为第二光源9的仰角。

六、最后计算出折弯件的折弯角度φ。板材折弯角度可以用下式进行计算：

φ＝π-θ₁-θ₂

采用上述方法完成了折弯角度检测试验，折弯角度测量数据如表1所示。

表1折弯角度测量数据(°)

由表1可知，测量值的最大绝对误差为0.1891°。由此可见，上述方法能够实现高精度的折弯角度测量。

采用上述检测装置和方法检测板材折弯角度，可以实现动态实时检测，无需人工干预，有助于实现板材折弯加工闭环控制。采用相机采集图像信息，成本较低，易于实现。

以上结合附图详细叙述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式的具体细节。在本发明的技术思想范围内，可以对本发明的技术方案进行适当改变，这些变化均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种板材折弯角度检测装置，其特征在于：包括光源、图像信息采集器，以及信息处理器(11)；一个光源和一个图像采集器为一组，共两组，两组光源、图像采集器对称布置在折弯模具两侧，相互独立工作；两部光源同时向折弯件的两部分板材表面发射光束，投影在板材表面形成投影线；两部图像信息采集器分别记录折弯件两部分板材表面的投影线图像信息，传递给信息处理器(11)；信息处理器(11)处理所记录的投影线图像信息，包括提取投影线的中心线信息，确定中心线方程，计算中心线与折弯线的夹角，根据上述夹角计算折弯角度。

2.根据权利要求1所述的板材折弯角度检测装置，其特征在于：所述光源可以是结构光，可以用线激光器作光源；图像采集器可以是相机，信息处理器(11)可以是电脑；相机的曝光时间、分辨率等参数可以根据现场条件进行设定；相机拍照记录的图像信息可以通过有线或无线联机方式传输至电脑。

3.一种板材折弯角度检测方法，其特征在于包括以下步骤：

一、光源向折弯板材投射形成投影线；

二、图像采集器记录投影线图像；

三、投影线图像信息传递到信息处理器(11)中；

四、信息处理器(11)对图像进行处理，提取投影线的中心线，确定中心线的直线方程，计算出中心线和折弯线的夹角；

五、计算出板材倾斜角；倾斜角为θ₁、θ₂可以用如下公式计算：

式中：β₁为激光平面A₀O A₁与xy平面的交线A₀O与x轴的夹角，

β₂为第二光源9扫射平面与xy平面的交线与折弯线12的夹角，

a₁为第一光源3的仰角，a₂为第二光源9的仰角

六、最后计算出折弯件的折弯角度φ，板材折弯角度可以用下式进行计算：

φ＝π-θ₁-θ₂。

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