超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法
【专利摘要】本发明公开了超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法，通过CCD工业相机对板料剪切边缘进行拍照获得试剪切后板料的边缘曲线数据，检测快速准确，效率高；图像采集卡将数据，并发送给Sysmac自动化平台进行数据处理，得到板料的边缘曲线、下剪切刀具边缘调整曲线和各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数，并将控制信号发送给所述刀具变形量自动调节装置，通过所述调节螺栓总成改变所述下剪切刀具的变形量；本发明在解放手工调节的基础上能够大大的加快刀刃变形量的调节，同时检测快速准确，使得工作的效率和作业的精确度幅度的提高。
【专利说明】超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刀具变形量自动调节方法，具体涉及超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法，主要用于对超大型剪板机板料剪切边缘自动检测、刀具变形量自动调节，实现对板料剪切边缘变形量自动补偿。
技术背景
[0002]在船舶与海工装备、大型汽车与轨道交通、桥梁、集装箱、武器装备、钢铁制造、石油化工与能源装备、电力和通讯铁塔等领域，有大量的大型横梁和钢结构关键零件，需要完成厚度达10 mm以上、宽度达十米以上的宽厚板料毛坯的精密直线边缘剪切下料。与厚度几毫米宽度几米的普通薄板剪切相比，宽厚板料剪切工艺、运动状态检测与控制、液压剪切力和剪切刀具性能等方面区别很大，其中自动检测与控制技术尤为关键。
[0003]剪板机的工艺用途是剪切各种长度的板料。一般剪板机影响剪切质量的主要因素有:剪切角和剪切间隙不合适，倾斜剪切的刀具变形和板料的应力分布不均匀性等，导致板料的剪切边缘形状不符合要求。其中，板料剪切边缘曲线误差大是影响剪切质量的最主要因素。目前与板料剪切边缘曲线检测和调整相关的产品及专利主要有:江苏中威重工机械有限公司生产板宽12.5m、板厚20mm的Q11Y/K-20X 12500型数控闸式剪板机，其刀刃位置检测与变形量补偿方法简单，采用手工操作劳动强度大，误差大，严重影响剪切生产效率和生产质量；一种数控液压闸式剪板机(专利申请号201120154344.X)通过在CNC数控系统的操控面板上的按键输入相关工作参数，实现剪板机的自动剪切工作。其通过数控系统调节挡料装置的位置，矫正刀架角度，一定程度上排除了人工调整产生的较大误差，但是由于其仅调节板料的宽度，缺乏对板料剪切后边缘曲线自动检测，剪切后边缘曲线误差仍然较大，质量无法保证。
[0004]综上所述，现阶段超大型剪板机刀刃位置及板料剪切边缘在线检测与变形量预调整补偿技术，以人工检测和调节为主，存在板料剪切边缘和刀具位置手工检测费时、误差大，刀具刀刃位置手工补偿调整工作量大、效率低、误差大等不足，严重制约了超大型剪板机技术的发展和推广运用，急需研发超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供了超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统及方法，用于超大型剪板机板料剪切边缘自动检测，剪切刀具边缘的自动调整，实现对板料剪切边缘变形量的自动补偿。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现:超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统包括剪板机、刀具变形量自动调节装置、图像采集装置和自动化平台；所述剪板机包括下剪切刀具、控制柜、调节螺栓总成和动刀刀架；所述下剪切刀具变形量自动调节装置包括轨道小车、送进机构、车体驱动伺服电机、送进机构伺服电机、扳手伺服电机和套筒； 所述图像采集装置包括:工业相机和图像采集卡；所述工业相机安装在所述动刀刀架上；所述图像采集卡采集所述工业相机的图像并将信号传送到所述自动化平台；所述自动化平台和所述图像采集卡安装在所述控制柜内。
[0007]上述方案中，所述图像采集装置还包括LED灯管，所述LED灯管安装在所述动刀刀架上，若干所述工业相机等距排布在所述LED灯管上。
[0008]上述方案中，所述工业相机为CXD工业相机；所述自动化平台为Sysmac自动化平台。
[0009]上述方案中，所述自动化平台包括机器控制器、伺服驱动器1、伺服驱动器II和伺服驱动器III ;所述机器控制器控制所述伺服驱动器1、伺服驱动器II和伺服驱动器III。
[0010]本发明还提供超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿方法，包括如下步骤: 步骤I)所述剪板机剪切前准备工作完成后，对待剪切板料进行试剪切；
步骤2)打开所述LED灯管进行照明；
步骤3)所述工业相机对板料剪切边缘进行拍照；获得步骤I)试剪切后板料的边缘曲线数据；
步骤4)所述图像采集卡采集所述步骤3)取得的边缘曲线数据，并发送给所述自动化平台；
步骤5)所述自动化平台进行数据处理，得到板料的边缘曲线；
步骤6)所述自动化平台计算出所述下剪切刀具边缘调整曲线；
步骤7)所述自动化平台依据步骤6)计算出的所述边缘调整曲线，按照各调整点坐标位置确定所述下剪切刀具各调整点需要预调节的调整量，计算求出各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数；
步骤8)所述自动化平台将控制信号发送给所述刀具变形量自动调节装置，通过所述调节螺栓总成预调节改变所述下剪切刀具的变形量；
步骤9)所述刀具变形量自动调节装置完成所有调整点调整作业后复位。
[0011]进一步的，所述步骤7)中的下剪切刀具各调整点预调节的调整量为正值时，则各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数为正值，对应进行所述调节螺栓总成中拉刀调节螺栓正转调节。
[0012]进一步的，所述步骤7)中的下剪切刀具各调整点预调节的调整量为负值时，则各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数为负值，对应进行所述所述调节螺栓总成中顶刀调节螺栓反转调节。
[0013]进一步的，所述步骤8)还包括如下步骤:
步骤a)所述自动化平台通过所述机器控制器发送数据给所述伺服驱动器I (2102)，所述伺服驱动器I (2102)先驱动所述车体驱动伺服电机(104)，带动所述轨道小车(I)到所述下剪切刀具(9)指定位置；
步骤b)所述机器控制器控制所述伺服驱动器II (2103)驱动所述送进机构伺服电机(204)送进所述送进机构(2)；
步骤c)所述机器控制器发送转角控制信号给所述伺服驱动器111(2104)，所述伺服驱动器111(2104)驱动所述扳手伺服电机(501)带动套筒(502)转动指定角度。
[0014]有益效果:本发明技术方案与现有技术方案相比，通过安装线阵排布CCD工业相机和LED灯管采集图像，能够一次性获取整个板料边缘图像，快速获得边缘的曲线，检测快速准确，效率高；通过安装刀具变形量自动调节装置，依据待剪切板料剪切后的边缘基准曲线，试剪切后板料的边缘曲线，自动计算下剪切刀具的边缘调整量，通过Sysmac自动化平台自动控制实现对下剪切刀具的边缘曲线的预调整，达到对板料的剪切边缘曲线变形量自动补偿目的，下剪切刀具的边缘曲线的预调整快速准确，效率高，剪切边缘曲线变形量补偿自动化程度高。本发明在解放手工调节的基础上能够大大的加快刀刃变形量的调节，使得工作的效率大和作业的精确度幅度的提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的机械结构示意图；
图2为本发明组成结构示意图；
图3为本发明刀具变形量自动调节装置的结构示意图；
图4为图3中轨道小车I的结构示意图；
图5为图3中送进机构2的结构放大示意图；
图6为图3中扳手连接机构3和夹紧装置4的结构放大示意图；
图7为图1中调节螺栓总成16的结构示意图；
图8为本发明超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿方法流程图；
图9为超大型剪板机板料剪切边缘曲线、边缘基准曲线和理论调节曲线的局部示意图。
[0016]图中:1、轨道小车 101、车体 102、车轮 103、车体驱动齿条 104、车体伺服电机 105、车体驱动直齿轮 2、送进机构 201、送进机构齿条 202、送进机构直齿轮 203、凸台 204、送进机构伺服电机 205、燕尾槽送进平台206、梯形导轨 207、梯形导轨固定螺栓 208、齿条固定螺栓 3、扳手连接机构 301、连接件A 302、压缩弹簧 303、连接件B 4、夹紧装置 401、夹紧件A 402、夹紧件B
5、扳手机构 501、扳手伺服电机 502、套筒 6、刀具变形量自动调节装置 7、剪板机 8、动刀刀具 9、下剪切刀具 10、活动刀座 11、固定刀座 12、行程限位块 13、平台初始位置 14、送料平台 15、控制柜 1501、线孔 16、调节螺栓总成 1601、拉刀螺栓A 1602、拉刀螺栓B 1603、顶刀螺栓 17、动刀刀架 18、工业相机 1801、镜头 1802、CCD传感器 19、LED灯管 20、图像采集卡 21、自动化平台 2101、机器控制器 2102、伺服驱动器I 2103、伺服驱动器II 2104、伺服驱动器III 22、导轨 23、边缘曲线fl(x) 24、边缘基准曲线fO(x) 25、边缘调整曲线fs (X)。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1和图2所示,超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统,包括刀具变形量自动调节装置6、剪板机7、图像采集装置和自动化平台21 ;所述剪板机7包括动刀刀具8、下剪切刀具9、活动刀座10、固定刀座11、行程限位块12、平台初始位置13、送料平台14、控制柜15、调节螺栓总成16和动刀刀架17 ;所述下剪切刀具9通过螺栓与所述活动刀座10固定连接，所述活动刀座10使用螺栓与所述送料平台14连接；所述固定刀座11整体焊接在所述送料平台14上；所述固定刀座11与所述活动刀座10平行放置；所述动刀刀具8通过螺栓固定在所述动刀刀架17上；所述V型导轨22与所述固定刀座11相平行；所述控制柜15固定安装在所述剪板机7的侧面；所述控制柜15顶部设有线孔1501。
[0018]如图7所示，所述调节螺栓总成16包括拉刀螺栓A1601、拉刀螺栓B1602和顶刀螺栓1603 ;所述下剪切刀具9比所述活动刀座707高，所述活动刀座10的形变能带动所述下剪切刀具9形变，所述固定刀座11不能发生形变；所述固定刀座11上平行安装若干组所述调节螺栓总成16 ;所述拉刀螺栓A1601与拉刀螺栓B1602与所述活动刀座11通过螺纹连接，所述顶刀螺栓1603与所述活动刀座10只接触不连接，所述拉刀螺栓A1601、拉刀螺栓B1602和顶刀螺栓1603之间距离相等并轴心处于同一平面，且每一组之间距离也相等。
[0019]如图3所示，所述刀具变形量自动调节装置6包括轨道小车1、送进机构2、扳手连接机构3、夹紧装置4和扳手机构5。
[0020]如图4所示，所述轨道小车I包括车体101、4个V型槽轮102、2条V型导轨22、车体伺服电机104、车体驱动直齿轮105和车体驱动齿条103 ;所述车体(101)底部设有4个凸台，4个所述V型槽轮(102 )通过螺栓分别固定在4个所述凸台上，4个所述V型槽轮(102 )两两对称安装；所述V型槽轮102放置在所述V型导轨22上；所述车体101还设有沉台，所述车体伺服电机104固定在所述沉台上；所述车体伺服电机104与所述车体驱动直齿轮105通过平键固定连接；所述车体驱动直齿轮105与所述车体驱动齿条103啮合；所述V型导轨22与所述车体驱动齿条103平行安装在所述送料平台14上。
[0021]如图5所示，所述送进机构2包括送进机构齿条201、送进机构直齿轮202、送进机构伺服电机204、燕尾槽送进平台205和梯形导轨206 ;所述梯形导轨206与小车前进方向垂直安装在所述车体101上，所述燕尾槽送进平台205与所述梯形导轨206滑动连接；所述燕尾槽送进平台205尾部设有凸台203，所述送进机构伺服电机204与所述凸台203通过螺栓固定连接；所述凸台203中间设有圆形通孔，所述送进机构伺服电机204的输出轴穿过所述圆形通孔与所述送进机构直齿轮202通过平键固定连接；所述送进机构直齿轮202与所述送进机构齿条201啮合；所述送进机构齿条201与所述梯形导轨206平行安装在所述车体101上。
[0022]如图6所示，所述扳手连接机构3包括同轴连接的连接件A301、压缩弹簧302和连接件B303 ;所述连接件A301通过所述压缩弹簧302与所述连接件B303连接；所述连接件A301与所述燕尾槽送进平台205固定连接，所述连接件B303与夹紧装置4固定连接；所述扳手连接机构3为两个，两个所述扳手连接机构3水平对称安装；所述夹紧装置4包括夹紧件A401和夹紧件B402 ;所述夹紧件A401和夹紧件B402通过螺栓连接；所述扳手机构5安装在所述夹紧装置4内；所述扳手机构5包括扳手伺服电机501和套筒502 ;所述扳手伺服电机501的输出轴通过锥齿轮和所述套筒502连接；所述套筒502为梅花型套筒，使得所述套筒502在所述扳手伺服电机501点动时能够以比较小的转动来和顶、拉调节螺栓啮合。
[0023]所述图像采集装置包括个工业相机18、LED灯管19和图像采集卡20 ;所述工业相机18为CXD工业相机，所述工业相机18包括镜头1801和CXD传感器1802 ;所述LED灯管19安装在所述动刀刀架17上；所述工业相机18线阵排布在所述LED灯管19上；当所述剪板机7长为15米时，所述工业相机18配备广角镜头视角为146°，安置在所述动刀刀架上Im左右处能够拍摄5m的长度，考虑到重合区域的判定机制，在此实施例中安置4个所述相机工业相机18最为合理。
[0024]所述自动化平台21为Sysmac自动化平台，所述自动化平台21与所述图像采集卡20集成安装在所述控制柜15内；所述图像采集卡20通过数据线经过线孔1501与所述工业相机18连接；所述自动化平台21包括机器控制器2101、伺服驱动器I 2102、伺服驱动器
II2103和伺服驱动器III 2104 ;所述机器控制器2101为NJ机器控制器；制器2101控制所述伺服驱动器I 2102、伺服驱动器II 2103和伺服驱动器III 2104;所述伺服驱动器I 2102控制所述车体伺服电机104 ;所述伺服驱动器II 2103控制所述送进机构伺服电机204 ;所述伺服驱动器III 2104控制所述扳手伺服电机501。
[0025]所述轨道小车I用于对所述扳手机构5的运载和沿刀具方向定位；所述送进机构2用作所述扳手机构5的送进和回退，通过所述扳手连接机构3实现所述套筒6与刀具变形量顶、拉调节螺栓的啮合或者松开；所述扳手机构5负责转动顶、拉调节螺栓；顶、拉调节螺栓的移动直接调节刀具前、后变形量。
[0026]如图8和图9所示，所述超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿方法，包括如下步骤:
步骤I)所述剪板机7剪切前准备工作完成后，对待剪切板料进行试剪切；
步骤2)打开所述LED灯管19进行照明；
步骤3)所述工业相机对板料剪切边缘进行拍照；获得步骤I)试剪切后板料的边缘曲线数据，关掉LED灯管19 ；
步骤4)所述图像采集卡20采集所述步骤3)取得的边缘曲线数据，并发送给所述自动化平台21 ；
步骤5)所述自动化平台21进行数据处理，得到板料的边缘曲线fl (x)23，X为沿剪切刀具方向坐标位置；
步骤6)所述自动化平台21在输入待剪切板料剪切后的边缘基准曲线f0 (X) 24基础上，利用曲线反构法计算求出下剪切刀具9边缘调整曲线fs 0025，其计算式为:
fs (X) = f0 (X) -fl (X)(I)
步骤7)所述自动化平台21依据计算出的所述边缘调整曲线fs (x) 25，按照各调整点坐标位置xi确定下剪切刀具各调整点xi需要预调节的调整量fs (xi)，计算求出各调整点xi每个顶、拉调节螺栓需要转动圈数ni，其计算式为:ni= fs(xi)/Ph(2)
其中，Ph为螺旋导程；若预调节的调整量fs(xi)为正值，则ni为正值，对应进行拉调节螺栓正转调节；反之，预调节的调整量fs(xi)为负值，则ni为负值，对应进行顶调节螺栓反转调节；
步骤8)所述自动化平台21通过所述机器控制器2101发送数据给所述伺服驱动器I 2102，所述伺服驱动器I 2102先驱动所述车体驱动伺服电机104，带动所述轨道小车I到所述下剪切刀具9指定位置；
步骤9)所述机器控制器2101控制所述伺服驱动器II 2103驱动所述送进机构伺服电机204送进所述送进机构2 ；
步骤10)所述机器控制器2101发送转角控制信号给所述伺服驱动器III2104，所述伺服驱动器III 2104驱动所述扳手伺服电机501带动所述套筒502转动指定角度；
步骤11)所述扳手伺服电机501转动指定角度后停转，所述机器控制器2101发送回退控制信号给所述伺服驱动器II 2103，所述伺服驱动器II 2103驱动所述送进机构伺服电机204回退，所述送进机构2带动所述扳手机构5复位；
步骤12)所述自动化平台4控制所述刀具变形量自动调节装置进行下一步调节；
步骤13)所述刀具变形量自动调节装置6完成所有调整点调整作业后，所述机器控制器2101发送信号给所述伺服驱动器I 2102，所述伺服驱动器I 2102驱动所述车体驱动伺服电机104，带动所述轨道小车I复位到平台初始位置13，由所述行程限位块12定位。所述刀具变形量自动调节装置6完成所有调整点调整作业复位后，进行下一次剪板机剪切作业，返回步骤2)处理，比较判断剪切后得到的板料的新边缘曲线Π(χ)与所述边缘基准曲线f0(x) 24之间的误差是否在允许范围内；
如I fs(x) I ( Λ，则调整结束，可以进行连续剪切生产；
否则，返回步骤6)开始继续进行测试、计算和调整处理；
其中，Δ为剪切后得到的板料的边缘曲线fl(x)23与所述边缘基准曲线f0(x)24之间最大允许误差，如0.5mm。
[0027]如图9所示，所述边缘基准曲线f0(x)24 —般要求的加工曲线都为直线；所述边缘调整曲线fs(x)25是利用曲线反构法计算求出的，所述边缘调整曲线fs(x)25与所述边缘曲线f I(X) 23呈反相。
[0028]本发明虽然已经在此处描述了【具体实施方式】，但是本发明的覆盖范围不限于此，在相反，本发明涵盖所有在字面上或在等效形式的教导下实质上落在权利要求的范围内的所有技术方案，本发明的保护范围以权利要求书为准。
【权利要求】
1.超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统，其特征在于，包括剪板机(了)、 刀具变形量自动调节装置(6 )、图像采集装置和自动化平台(21)； 所述剪板机(7)包括下剪切刀具(幻、控制柜(巧)、调节螺栓总成(16)和动刀刀架(17)； 所述下剪切刀具变形量自动调节装置(6)包括轨道小车〔0、送进机构口)、车体驱动伺服电机(104^送进机构伺服电机(204)4^^^^^^(501)^^^(502)； 所述图像采集装置包括:工业相机(18)和图像采集卡(20),所述工业相机(18)安装在所述动刀刀架(17)上；所述图像采集卡(20)采集所述工业相机(18)的图像并将信号传送到所述自动化平台(21)；所述自动化平台(21)和所述图像采集卡(20)安装在所述控制柜(15)内。
2.根据权利要求1所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统，其特征在于，所述图像采集装置还包括120灯管(19),所述120灯管(19)安装在所述动刀刀架(17)上，若干所述工业相机(18)等距排布在所述120灯管(19)上。
3.根据权利要求1所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统，其特征在于，所述工业相机(18)为1X0工业相机；所述自动化平台(21)为378111%自动化平台。
4.根据权利要求1所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统，其特征在于，所述自动化平台(21)包括机器控制器〔2100、伺服驱动器I (2102^伺服驱动器II(2103)和伺服驱动器111(2104)； 所述机器控制器(2101)控制所述伺服驱动器I (2102^伺服驱动器II (2103)和伺服驱动器III (2104 ^
5.根据权利要求1所述超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统的补偿方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1)所述剪板机(7)对待剪切板料进行试剪切； 步骤2)打开所述120灯管(19)进行照明； 步骤3)所述工业相机(19)对板料剪切边缘进行拍照；获得步骤1)试剪切后板料的边缘曲线数据； 步骤4)所述图像采集卡(20)采集所述步骤3)取得的边缘曲线数据，并发送给所述自动化平台(21)； 步骤5)所述自动化平台(21)进行数据处理，得到板料的边缘曲线； 步骤6)所述自动化平台(21)计算出所述下剪切刀具(9)边缘调整曲线； 步骤7)所述自动化平台(21)依据步骤6)计算出的所述边缘调整曲线，按照各调整点坐标位置确定所述下剪切刀具(9)各调整点需要预调节的调整量，计算求出各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数； 步骤8 )所述自动化平台(21)将控制信号发送给所述刀具变形量自动调节装置(6),^过所述调节螺栓总成(16)预调节改变所述下剪切刀具(9)的变形量； 步骤9)所述刀具变形量自动调节装置(6)完成所有调整点调整作业后复位。
6.根据权利要求5所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统的补偿方法，其特征在于，所述步骤7)中的下剪切刀具(9)各调整点预调节的调整量为正值时，贝0各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数为正值，对应进行所述调节螺栓总成(16)中拉刀调节螺栓正转调节。
7.根据权利要求5所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统的补偿方法，其特征在于，所述步骤7)中的下剪切刀具(9)各调整点预调节的调整量为负值时，则各调整点每个顶、拉调节螺栓需要转动的圈数为负值，对应进行所述所述调节螺栓总成(16)中顶刀调节螺栓反转调节。
8.根据权利要求5所述的超大型剪板机板料剪切边缘变形量自动补偿系统的补偿方法，其特征在于，所述步骤8)还包括如下步骤: 步骤4所述自动化平台通过所述机器控制器发送数据给所述伺服驱动器I (2102),所述伺服驱动器I (2102)先驱动所述车体驱动伺服电机(104),带动所述轨道小车(1)到所述下剪切刀具(9)指定位置； 步骤0所述机器控制器控制所述伺服驱动器II (2103)驱动所述送进机构伺服电机(204)送进所述送进机构(2)； 步骤0)所述机器控制器发送转角控制信号给所述伺服驱动器111(2104),所述伺服驱动器111(2104)驱动所述扳手伺服电机(501)带动套筒(502)转动指定角度。
【文档编号】B23D15/06GK104384594SQ201410685174
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】张西良, 马昌媛, 史伟超, 李伯全, 许桢英, 李健康, 任乃飞, 任旭东, 王匀, 谢方伟, 王存堂 申请人:江苏大学