CN117415471A - 一种铜排热缩套自动定位剪裁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气工程领域，公开了一种铜排热缩套自动定位剪裁装置。该装置结构包括一个机架，上面设置有上料部、取料定位机械手、定位部、裁剪部和下料结构。上料部用于放置待加工的铜排；取料定位机械手配备了自适应夹持装置，确保铜排的稳定夹取和准确转动。关键的定位部结合摄像头、激光发射器和图像识别模块，对铜排进行精准特征分析，为后续裁剪提供准确参考。裁剪部则利用激光刀头实现高精度裁剪，且配备有刀头调整和控制机构，保障裁剪质量和效率。完成加工的铜排最后被下料结构接收。这种自动化装置大大提高了铜排热缩套的加工效率，同时降低了出错率和劳动强度。

Description

一种铜排热缩套自动定位剪裁装置

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种铜排热缩套自动定位剪裁装置。

背景技术

热缩套管为电线、电缆和电线端子提供绝缘保护，并特别适用于铜排。其主要特性包括高温收缩、柔软性、阻燃性和绝缘防蚀，因而被广泛应用于线束、焊点、电感的绝缘保护以及金属管、棒的防锈和防蚀。

现有的铜排热缩套管加工大多依赖于全手工操作。操作员需要手动切割热缩套管至指定长度，接着将铜排插入热缩套管中，并进行烤箱加热。鉴于铜排表面需进行打孔以便安装螺栓，手动切割和打孔不仅增加了劳动力投入，也显著提高了工人的劳动强度。

更具体地说，铜排在手动插入热缩套管并经烤箱加热后，可呈现多种结构形态，如直型、L型、U型和S型，并根据需求进行折弯处理。铜排表面的打孔也有多种方式，如均匀或不均匀排列的圆孔和腰孔等，具体打孔方式取决于特定应用需求。加热收缩后的铜排需要手动使用小刀按照打孔位置进行裁切，此过程不仅耗时，且裁切位置可能不准确。

发明内容

本发明意在提供一种铜排热缩套自动定位剪裁装置，解决了传统手动操作下铜排热缩套加工效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种铜排热缩套自动定位剪裁装置，包括机架，机架上设置有：上料部、取料定位机械手、定位部、裁剪部以及下料结构；所述上料部设置在机架上，用于盛放待加工的铜排；所述取料定位机械手，设置有自适应夹持装置，所述取料定位机械手用于铜排进行夹取和转动；所述定位部，包括摄像头、激光发射器以及图像识别模块，所述摄像头用于拍摄取料定位机械手附近的图像数据，所述激光发射器用于向铜排上照射激光光线，图像识别模块用于根据拍摄的图像数据分析铜排的结构形态，同时根据激光光线照射后的铜排图像，分析铜排上存在的孔洞的位置和孔洞的大小和类型；所述裁剪部，包括激光刀头、刀头调整机构以及刀头控制机构，所述裁剪部用于激光裁剪；所述下料结构，用于盛放加工后的铜排。

本方案的原理及优点是：本发明提供的铜排热缩套自动定位剪裁装置，主要由上料部、取料定位机械手、定位部、裁剪部以及下料结构组成。这些组件都设在一个机架上，实现了铜排的全自动加工流程。上料部负责盛放待加工的铜排，然后取料定位机械手通过自适应夹持装置夹取并转动铜排。定位部包括摄像头、激光发射器和图像识别模块，摄像头拍摄取料定位机械手附近的图像数据，激光发射器向铜排上照射激光光线，图像识别模块根据这些数据来分析铜排的结构形态，同时根据激光光线照射后的铜排图像来分析铜排上存在的孔洞的位置、大小和类型。裁剪部包括激光刀头、刀头调整机构以及刀头控制机构，负责进行激光裁剪。最后，下料结构用于盛放加工后的铜排。

这种设备的主要优点是实现了铜排的全自动加工，提高了生产效率。自适应夹持装置可以适应不同形状、位置和状态的铜排，提高了设备的通用性和灵活性。图像识别模块和激光刀头的结合使得设备能够精确地识别和处理铜排上的孔洞，提高了加工精度。此外，全自动的工作流程减少了人工操作，降低了劳动强度和生产成本，提高了工作效率。

优选的，作为一种改进，所述取料定位机械手采用多轴机器人。

本方案的有益效果：多轴机器人具有高度的灵活性和可操作性，使得机械手能够在多个方向和角度进行精准的夹取、移动和旋转操作。这种设计不仅使得机器人可以轻松应对各种形态和结构的铜排，还保证了在复杂的加工环境中能够实现快速、准确的定位。此外，多轴的设计意味着机器人在执行任务时可以进行更为复杂的运动组合，从而实现更优的夹取和转动效果，避免了可能的碰撞或误操作。

优选的，作为一种改进，所述裁剪部的激光刀头和定位部的激光发射器采用同一设备。

本方案的有益效果：本方案的设计简化了设备结构和配置，节省了额外的硬件成本和空间，减少了系统的复杂性，使得设备的安装、维护和故障诊断变得更为方便。同时，这种一物多用的设计使得激光设备的使用率得到了提高，优化了资源配置。此外，由于裁剪和定位共用同一激光设备，这也进一步保证了裁剪的精确性，因为定位和裁剪所用的激光光线源是一致的，避免了因设备差异可能导致的误差。

优选的，作为一种改进，所述刀头控制机构根据图像识别模块结果得到铜排孔洞的位置、大小和类型后，采用智能优化算法，生成控制策略，并根据控制策略发出指令；所述刀头调整机构根据所述刀头控制机构发出的指令调整刀头的位置和角度，并控制取料定位机械手进行动作。

本方案的有益效果：本方案能实现对铜排热缩套的精确剪裁和高效自动化处理。刀头控制机构通过图像识别模块获取铜排孔洞的位置、大小和类型信息，据此生成控制策略。刀头控制机构根据这一策略发出指令，刀头调整机构响应此指令调整刀头的位置和角度，同时控制取料定位机械手进行动作。这一流程提高了剪裁的精度和效率，减少了人工干预，同时也降低了可能的错误和浪费。此外，通过智能优化的控制策略，设备能够适应各种不同的铜排形状和孔洞类型，具有很高的通用性和灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例的铜排热缩套的自动定位剪裁装置控制框架示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

本发明涉及一种铜排热缩套的自动定位剪裁装置，如图1所示。该装置具备以下部分：

首先，装置具有一个机架。该机架的结构和材质选择确保其可以稳固地支撑整个装置的其他组件。机架采用高强度合金或其他结构钢材制作，具有良好的耐腐蚀、耐磨损性，并能够承受装置在运行过程中产生的各种应力和震动。

在机架上方设置了上料部，这是一个专门为放置未加工的铜排设计的区域。上料部的设计类似于一个浅盘的托盘，具有一定的深度和倾斜度，这样可以确保铜排自然地滑到机械手的工作范围内。此托盘内部还可以配有防滑的材料或凹槽，用以稳定放置的铜排，避免其在移动或振动时发生滑动或翻滚。

此外，上料部还配备有感应器或摄像头，这样在铜排数量减少或耗尽时，装置可以自动停止工作或发出警告，提示操作员及时补充材料。

取料定位机械手，作为本装置的组件之一，本实施例中是基于先进的八轴机器人技术实现的。每一个轴都是经过精密设计，使其具有高度的灵活性和稳定性，从而可以精准地定位和移动铜排。八轴结构赋予了机器人极高的运动自由度，使其能够在三维空间内进行复杂的运动轨迹。这种设计旨在确保机器人在夹取、旋转和转移铜排时，能够避免任何不必要的碰撞或摩擦，从而确保铜排的完整性。

机器人的末端，即夹具部分，配备了自适应夹持装置。这种夹持装置是根据铜排的多种可能形态设计的，其内部结构可以自动调整以适应不同的铜排形状。当机器人接触到铜排时，夹持装置的感应器会立即检测到铜排的尺寸和形态，并通过内部的机械结构自动调整夹持部位，使其与铜排的形态完美匹配。

这种自适应的夹持方式不仅确保了铜排在移动和裁剪过程中的稳定性，还确保了在夹持过程中不会对铜排造成任何损伤或变形。此外，夹持装置的表面采用了特殊的材料和涂层，进一步减少了与铜排之间的摩擦，保证了加工过程的平稳和高效。

与此同时，为确保铜排裁剪的精准性，本实施例的装置中还包括定位部，该部分主要由三大组件构成。

首先，彩色摄像头可以捕捉到铜排上的微小细节。其光学镜头经过特殊设计，确保在不同的工作距离和环境光线条件下，都能获得高清晰度、高对比度的图像。此摄像头还可能配备有自动对焦和调节曝光功能，确保即使在铜排颜色或表面光泽变化时，仍能获取清晰的图像。

接下来是激光发射器，本实施例中采用红外线激光发射器，该发射器发射的激光波长为650nm，这种红色激光在铜排上能够产生清晰可见的标记点，为图像识别模块提供一个参考。由于其快速响应的特点，该激光发射器能够在短时间内在铜排上标注多个参考点，进一步提高了定位的准确性。

最后，图像识别模块装备了一块高速处理器，可以迅速处理摄像头捕获的大量图像数据。而为了确保对铜排孔洞的准确分析，该模块内部预装了专业的图像识别算法。这些算法能够准确区分铜排的结构特征、识别其上的孔洞，然后计算出孔洞的准确位置、大小和类型。为了适应各种复杂的工作情境，该模块可能还支持实时学习和更新，以持续优化其识别性能。

装置中的裁剪部是整体工作流程中的核心环节，为确保裁剪效果达到工业级别的精度，其内部配置了半导体激光二极管制造的激光刀头。此类激光刀头具有独特的光束质量和稳定的功率输出，以满足对铜排进行精确裁剪的要求。同时，激光刀头上的多层涂层光学透镜设计为高透射率、低反射和高热稳定性，确保了裁剪过程中激光的聚焦效果和准确性。

为了进一步增强裁剪部的灵活性和精确性，装置中的刀头调整机构采用了先进的伺服电机和滑轨系统。这些伺服电机不仅响应速度快，而且具有高扭矩输出，能够在X、Y和Z三个方向上实现激光刀头的微米级精细移动。为了满足多角度裁剪的需求，该机构还加入了一个高精度旋转模块，配备有精密的齿轮和驱动系统，使得激光刀头可以在预定角度范围内进行连续或分段旋转。

为了实现裁剪的整体协调和精确控制，本实施例中还设置有刀头控制机构。刀头控制机构不仅仅是一套硬件系统，其内部还集成高性能微处理器，配合专门为铜排裁剪设计的控制算法。当这个机构接收到图像识别模块提供的铜排形态、孔洞位置、大小和类型等数据后，其内置的裁剪路径优化算法立即进行计算，生成最佳的裁剪策略。这些策略既包括激光刀头的实时裁剪路径，也涵盖了与取料定位机械手协同工作的动作控制轨迹。

最后，机架的另一端设有下料结构，它与上料部设计相似，用于放置已经加工完成的铜排，为下一步工序或者包装做好准备。

在工作流程中，未加工的铜排首先被放置在上料部。接着，八轴机器人从上料部夹取铜排，并根据定位部的指示进行裁剪。裁剪完成后，铜排被放置到下料结构中。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例公开了生成裁剪策略的一种优化算法，具体如下：

在初始化阶段，定义解是一个长度等于孔洞数量的数组，数组的每个元素是一个包含刀头操作和机械手操作的子数组。

首先，需要知道每个孔洞的位置、大小和类型，这是输入数据的一部分。然后，可以为每个孔洞随机生成一个刀头操作和一个机械手操作。这些操作可以基于孔洞的特性，也可以完全随机生成。

例如，对于刀头操作，可以随机生成一个位置（在孔洞的范围内）、一个角度（在0到360度之间）和一个速度（在合理的范围内）。对于机械手操作，可以随机生成一个移动路径（例如，从当前位置直线移动到孔洞的位置）和一个速度（在合理的范围内）。

然后，可以重复这个过程，为每个孔洞生成一个操作，然后将这些操作组合成一个解。这样，就得到了一个初始解。可以重复这个过程，生成多个初始解，形成初始种群。种群的大小可以根据问题的复杂性和计算资源来确定，一般可以从几十到几百。

实际的控制策略由这些编码转换所得。例如，如果解是[[刀头操作1, 机械手操作1]，[刀头操作2, 机械手操作2]，[刀头操作3, 机械手操作3]]，那么需要将刀头操作1解析为刀头的实际位置、角度和速度，将机械手操作1解析为机械手的实际移动路径和速度，以此类推。

使用计算机运行控制策略，模拟刀头和机械手的操作，并记录相应的精度、时间、能耗和磨损度。

使用适应度函数来对控制策略进行打分。适应度函数在运行步骤中测量的精度、时间、能耗和磨损度转换为一个分数。适应度函数：

其中是精度，/>是时间，/>是能耗，/>是磨损度，/>到/>是各项的权重。这个函数尽量优化精度，同时尽量减少时间、能耗和磨损度。

最大化精度（precision）：这是优化的主要目标，机器的操作尽可能精确。精度的权重w1通常会设得比其他权重大，以强调其重要性。

最小化时间（time）：机器尽快完成操作。使用来惩罚长时间的操作。对时间开平方根可以让时间的影响变得更弱（因为时间通常是一个大数），这样不会过分惩罚长时间的操作。

最小化能耗（energy）：机器尽可能节能。使用来惩罚高能耗的操作。对能耗取对数可以让能耗的影响变得更弱（因为能耗通常是一个大数），这样不会过分惩罚高能耗的操作。

最小化磨损度（wear）：机器尽可能长寿。使用来惩罚高磨损度的操作。对磨损度平方可以让磨损度的影响变得更强（因为磨损度通常是一个小数），这样可以有效地惩罚高磨损度的操作。

在给出的适应度函数的基础上，轮盘赌选择法中每个个体被选中的概率/>表示为：/>

是个体/>被选中的概率，/>是个体/>的适应度值，/>是种群中所有个体的适应度之和。

对于选择的解s，使用模拟退火方法生成新解s'。

生成邻近的解s'可以通过对s进行微小扰动来实现，例如，随机更改其中一个刀头或机械手的操作。举例为：从当前解中随机选择一个刀头操作，并对其位置、角度或速度进行微小改变。

计算新解s'的适应度。

如果>/>（即新解更好），则接受新解。

如果≤/>，Metropolis准则以一定概率接受新解s'。接受概率为：

其中，k是一个常数；温度T随时间降低，以确保算法最终收敛。温度的降低策略可以有多种，本实施例中，使用指数降温，即，/>。

使用指数降温策略是因为：在算法的早期阶段允许更多的“坏”移动（即适应度降低的移动），从而更广泛地探索搜索空间。随着时间的推移，温度会快速降低，算法将更多地集中于当前解的邻域，从而更加强调解的利用。

如果达到预设的最大迭代次数，或者连续多次迭代中，解的改进程度小于预设的阈值，就停止迭代。

本实施例中优化算法的目标是找出一个最优的裁剪策略，该策略可以最大化孔洞裁剪的精度，同时最小化时间、能耗和磨损度。这个策略由一系列刀头操作和机械手操作组成，这些操作是针对每一个孔洞的。

总的来说：该优化算法通过优化刀头和机械手的操作来提高生产效率，减少裁剪时间，节省能源，降低生产成本，同时也能通过降低机器的磨损度来延长设备的使用寿命，减少维护和更换设备的成本。通过优化精度，能显著提高产品质量，满足更高的质量需求。这个优化算法对于提高生产效率、节省成本和提升产品质量都有着重要的价值。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种铜排热缩套自动定位剪裁装置，其特征在于：包括机架，机架上设置有：上料部、取料定位机械手、定位部、裁剪部以及下料结构；所述上料部设置在机架上，用于盛放待加工的铜排；所述取料定位机械手，设置有自适应夹持装置，所述自适应夹持装置用于铜排进行夹取和转动；所述定位部，包括摄像头、激光发射器以及图像识别模块；所述摄像头用于拍摄取料定位机械手附近的图像数据，所述激光发射器用于向铜排上照射激光光线，所述图像识别模块用于根据拍摄的图像数据分析铜排的结构形态，同时根据激光光线照射后的铜排图像，分析铜排上存在的孔洞的位置和孔洞的大小和类型；所述裁剪部，包括激光刀头、刀头调整机构以及刀头控制机构，所述裁剪部用于激光裁剪；所述下料结构，用于盛放加工后的铜排。

2. 根据权利要求1所述的铜排热缩套自动定位剪裁装置，其特征在于： 所述取料定位机械手采用多轴机器人实现。

3.根据权利要求1所述的铜排热缩套自动定位剪裁装置，其特征在于：所述裁剪部的激光刀头和所述定位部的激光发射器采用同一设备。

4.根据权利要求1所述的铜排热缩套自动定位剪裁装置，其特征在于：所述刀头控制机构根据图像识别模块结果得到铜排孔洞的位置、大小和类型后，采用智能优化算法，生成控制策略，并根据控制策略发出指令；所述刀头调整机构根据所述刀头控制机构发出的指令调整刀头的位置和角度，并控制取料定位机械手进行动作。