3D摄像机在三和四个辊的弯曲机上的型材弯曲过程的应用的制作方法

所讨论的本发明从广义上说是型材弯曲领域的一部分，从狭义上说是自动化型材弯曲过程的一部分，其中3d摄像机应用于具有三个辊和四个辊的型材弯曲机。3d摄像机的应用能够在弯曲过程中检测型材，从而实时地提供弯曲过程的受控管理、控制调节以及校正。3d摄像机的应用在控制弯曲过程的计算机和正在机器上弯曲的型材之间建立了反馈回路，最终目的是在弯曲过程结束时产生期望的输出，即，被弯曲到预定角度、半径或直径的型材。

根据国际专利分类，该专利的ipc标记为：b29c5308；g05b19/19。

技术问题

本发明解决的技术问题是：如何使用3d摄像机在具有三个辊和四个辊的弯曲机上的弯曲过程中检测型材，从而实现控制该过程的计算机和在机器上弯曲的型材之间的反馈回路。3d摄像机提供了弯曲过程的三维视图，其中机器上的和型材上的每个兴趣点在尺寸和空间上被定义。3d摄像机定义了所有三个轴上型材的位置以及在机器周围的区域中设定的所有兴趣点和感兴趣对象的位置。3d摄像机的应用建立了一个向计算机提供关于正在机器上弯曲的型材的实时信息的反馈回路，该信息是正在与所预期的状态，即预定状态进行比较的当前测量状态。将3d摄像机应用在具有三个辊和四个辊的弯曲机上提供了弯曲过程的受控管理、控制调节以及校正，其中，在初始弯曲15°角时，如果不按预期执行，则对初始的弯曲过程进行校正，目的是在受控弯曲过程完成时实现被弯曲型材的预定角度、半径或直径。

背景技术：

专利号为rs964u的铝和pvc型材弯曲机不使用3d摄像机，因为它没有实现3d摄像机所必需的微处理器控制系统。使用本机器，型材弯曲过程半自动化地完成，其中在此过程中操作员仅使用按钮手动地控制弯曲过程。这种类型的机器控制不提供反馈回路，这会导致当确定拱形的期望半径或直径时操作者的错误以及在弯曲期间定位型材时的错误。

专利wo2009/101649a2中所示的弯曲程序使用编码器来测量机器上型材的移动，其中示出了一种检测和控制按可变曲率半径连续地弯曲伸长工件的辊式弯曲机的方法和如此控制的机器。该方法还采用非接触式装置来测量在一点处的距离，用于向计算机发送关于传感器本身与伸长型材上的预定点之间的距离的信息。基于在几次通过中对所述长度的测量以及所计算出的拱形的半径与所述弯曲部分中期望的拱形的半径的比较，计算机利用该信息以计算所述弯曲部分的半径。与所讨论的反馈回路包括3d摄像机的发明不同，在上述方法中，反馈回路包括用于在一点处测量所述长度的非接触式装置。在上述方法中使用的用于测量一点处的长度的非接触式装置与所讨论的本发明不同，因为前者既不具有相同的选项，也不能像使用3d摄像机所能提供的那样向计算机提供相同的反馈。首先，用于测量一点处的长度的非接触式装置测量传感器与型材上的固定预定义点之间的距离，而3d摄像机向计算机实时地提供弯曲过程的三维视图。基于该信息，如果弯曲不按照预定义的计划执行，则在对初始的过程进行校正，目的是在弯曲过程完成时实现弯曲型材的预先确定的角度、半径或直径。与上述方法中使用的装置不同，应用于具有三个辊的机器的3d摄像机能够定义所有三个轴上的型材的位置以及机器周围的区域内的所有点，即感兴趣对象的位置。与上述方法中的装置相比，与计算机连接的3d摄像机能够提供的是：检测型材的外线和内线，确定拱形的左右两侧之间形成的当前角度以及检测拱形中点的位置。与上述方法中的装置不同，与计算机连接的3d摄像机能够确定弯曲过程的开始和结束，以便在弯曲过程结束时使得拱形的直线部分平行（如果要求的话）。此外，3d摄像机能够确定拱形是否弯曲到预定角度、半径或直径，这是所讨论的本发明的目的。应该强调的是，用于测量一点处的长度的非接触式装置仅能够提供传感器与型材上的点之间的距离的测量，并且由此导致无法在弯曲过程中计算拱形的左右两侧之间形成的当前角度，并因此不能预测该角度，即拱形的直线部分的平行位置。

上述专利的改进在专利文献ep2248611a1中示出，后者描述了使用2d激光传感器以预定半径连续弯曲伸长工件的弯曲机。2d激光传感器可以被描述为用于测量一点处的长度的非接触式装置的高级版本，区别在于2d激光传感器在型材和所提到的装置之间的若干个不同点（通常为8个点）处进行测量。与专利文献wo2009/101649a2类似，将2d激光传感器应用于该机器以便检测型材上的点与传感器之间的距离，并且该信息正由计算机处理并转换成拱形的半径，这是所提到的机器的目的。如上所述，测长器或编码器的目的是测量伸长型材的长度，即弯曲期间型材的位置。与上述机器中所使用的装置不同，所讨论的本发明中的3d摄像机的应用向计算机提供弯曲过程的三维视图，其中型材上的和机器上的每个兴趣点在尺寸和空间上被定义。与上述机器中使用的装置不同，应用于具有三个辊的弯曲机的3d摄像机能够定义所有三个轴上的型材的位置以及机器周围的区域中的所有兴趣点和感兴趣对象的位置。为此目的，使用高横向分辨率的3d摄像机，提供超过30万个测量点。为了测量机器周围的兴趣点，3d摄像机与正在机器上弯曲的型材之间的距离是在尺寸上被定义。测量机器周围的区域内的兴趣点的可能性提供了计算机为了确定弯曲期间型材的位置以及在拱形的左右两侧之间形成的当前角度所需的信息。与专利wo2009/101649a2和ep2248611a1不同，3d摄像机能够提供型材的外线和内线的检测、确定拱形的左右两侧之间形成的当前角度、检测拱形的中点以及（如果需要）预测拱形的直线部分的平行位置。与上述机器上使用的装置不同，3d摄像机和计算机之间形成的反馈回路能够确定弯曲过程的开始和结束，以此保持拱形的直线部分平行（如果要求的话），则同时达到预定角度、半径或直径，这是所讨论的本发明的目的。

专利文献rs53431中提出的将用于检测拱形的中点的激光装置应用于弯曲机介绍了激光装置在具有三个辊的弯曲机上的应用方式。激光装置在型材弯曲过程中的应用仅提供了拱形的中点，即拱形部分的中点上的标记点的检测。在专利文献rs53431中使用的激光装置和在具有三个辊或四个辊的弯曲机上使用的3d摄像机在它们的操作方式或测量值上没有相似之处，因此每个装置的可能性是不同的。所讨论的本发明为计算机为了实时地管理、控制和校正弯曲过程所使用的上述信息提供了反馈回路，而激光装置专门用于检测拱形的中点，即在弯曲过程中拱形部分中间的标记点。

技术实现要素：

本发明所讨论的实质内容在于3d摄像机在具有三个辊和四个辊的型材弯曲机中的应用，用于在弯曲过程中检测型材，从而实现在计算机、控制弯曲过程的系统和型材之间形成的反馈回路，其中输出在机器上被弯曲。基于通过反馈回路接收到的信息，计算机能够管理该过程，如果弯曲程序没有按照预定的计划执行，则对其进行控制并进行纠正。利用3d摄像机检测到的型材表示通过计算机正与预期状态，即预定状态进行比较的测量状态，并且基于该比较，计算机对初始的弯曲过程进行调节。通过3d摄像机获得的信息被转发到计算机，从而实时地提供弯曲过程的受控管理、控制调节以及校正。3d摄像机的应用提供了弯曲过程的三维视图，其中机器上的每个兴趣点都在尺寸和空间上被定义。通过3d摄像机，可定义所有三个轴上的型材的位置以及定义机器周围的区域中所有兴趣点和感兴趣对象的位置。3d摄像机在与计算机的反馈回路中的应用提供了弯曲过程的预测，以便在需要的情况下使得拱形的直线部分平行，并且当弯曲过程完成时被弯曲到预定角度、半径或直径，这是所讨论的本发明的目的。与现有技术相比，本发明的创新在于将3d摄像机应用于具有三个辊和四个辊的弯曲机，其中所有三个轴上的型材的检测建立了计算机用于实时控制弯曲过程的反馈回路，以便在弯曲过程结束时获得期望的输出，即弯曲到预定角度、半径或直径的型材。现有的机器、过程和方法在型材弯曲过程中既不利用也不应用3d摄像机。

附图说明

以下附图详细说明了所讨论的本发明。

图1示出了型材弯曲过程开始前具有三个辊的弯曲机的俯视图。

图2示出了型材弯曲过程中具有三个辊的弯曲机的俯视图。

图3示出了型材弯曲过程结束时具有三个辊的弯曲机的俯视图。

图4示出了具有三个辊的弯曲机的正视图。

图5示出了具有三个辊的弯曲机的侧视图。

图6示出了型材上的标记和兴趣点。

图7显示了具有三个辊的弯曲机的俯视图，其中弯曲区域内具有检测到的障碍物。

图8示出了型材弯曲过程中具有四个辊的弯曲机的俯视图。

图9示出了计算机、3d摄像机和型材弯曲过程之间的反馈回路的框图。

具体实施方式

3d摄像机1和2表示传感器，所述传感器提供由其视野覆盖的机器3周围的区域的三维视图。不同于为每个像素分配颜色的常规2d摄像机，或为每个像素分配温度的热像仪，3d摄像机1和2将摄像机和该像素所看到的对象之间的距离分配给每个像素。换句话说，3d摄像机1和2可用于可靠地检测在其视野内对象的尺寸和形状以及用于检测对象与摄像机之间的距离。3d摄像机1和2具有横向分辨率，即矩阵（类似于常规摄像机）中的像素数；以及深度分辨率，即摄像机确定摄像机和对于矩阵中每个像素的对象之间的距离的能力。到目前为止，已经发布了使用3d摄像机的几种技术，最可靠的是飞行时间（time-of-flight）方法，用于通过发送调制的光信号并测量信号被对象反射并返回到传感器所需的时间来检测摄像机和对象之间的距离。第二种方法利用三角测量，即包括使用从2d摄像机移开的准直光源的几何方法。2d摄像机在空间中检测光信号的位置，并根据检测到的位置确定对象与摄像机之间的距离。第三种方法包括使用由常规2d摄像机检测到的空间编码光学方案对场景进行照明，检测编码光学方案的“偏差”，并且基于该检测，间接地计算对象和摄像机之间的距离。实现3d摄像机的第四种方法意味着利用在空间中移动的两台常规2d摄像机，其中复杂的计算机算法能够基于左右摄像机之间的像素位移和阴影来确定摄像机视野中的对象的距离（该方法通常被称为立体视觉）。所有上述方法都能够用于在具有三个辊和四个辊的型材弯曲机上实现3d摄像机1和2，其中就这些方法的详细描述超过了本专利的框架。根据上述架构之一实现的3d摄像机1和2被设置在保持器5和6上，保持器5和6牢固地固定到具有三个辊或四个辊的弯曲机3上。3d摄像机1和2与型材4之间的距离取决于视野和必须检测的型材4的期望长度。通常，对于具有60°水平视野和40°垂直视野的摄像机，3d摄像机1和2垂直设置到机器3上（机器3上方1.8米到2米的位置），从那里它们监视型材4弯曲过程，从而实现控制的调节，即基于计算机7与在机器3上弯曲的型材4之间形成的反馈回路来校正弯曲过程的可能性。3d摄像机1和2也可以与机器3水平或成一定角度地设置，目的是增加视野，即，与使用垂直结构提供的检测相比，能够检测长的型材。对于具有广阔视野的3d摄像机，也可以使用仅一台3d摄像机，这将降低系统的复杂度。计算机7使用电子连接件连接到plc装置28，其目的是控制推进辊8、9、10和25的发动机。利用这种方式对齐的3d摄像机1和2检测到的型材4的最大长度约为4米，不排除在必要时添加额外的3d摄像机的可能性。取决于机器3的位置，3d摄像机1和2可以垂直和/或水平地设置到机器3上。也可以仅使用一台或多台3d摄像机来实现弯曲过程的控制和校正，其中需要考虑摄像机的视野和必须检测的型材的最大长度。设置在机器3上方的3d摄像机1和2利用专利us20100118123a1中解释的光学编码原理，此外，基于tof的摄像机和基于三角测量或立体视觉的摄像机都可以同样成功地使用。因此，所讨论的本发明不排除使用不是基于光学编码原理的其他类型的3d摄像机的可能性。随着3d摄像机1和2应用于机器3，实现了对自动化弯曲过程的控制的调节，其中计算机7接收由3d摄像机1和2观察到的完整区域的三维视图，并且计算机7区分关于型材4所在的区域的信息。假设型材4和3d摄像机1和2之间的距离是已知的，则可以利用3d摄像机1和2来区分该信息。该信息的进一步处理实时计算型材4的弯曲。3d摄像机1和2向计算机7提供三维视图，并且使用该数据可以接收并确定3d摄像机1和2与在机器3和型材4上观察到的兴趣点之间的所有必要距离。使用3d摄像机1和2可以测量被观察对象的位置，即所有三个轴上的点，从而在尺寸和空间上定义机器3周围的每个兴趣点的距离。3d摄像机1和2的应用使得能够为计算机7所需的大量信息提供反馈回路，以便控制和随后（如果型材4的弯曲程序不按照预定计划执行）校正弯曲过程。通过测量机器3周围的区域中的兴趣点，3d摄像机1和2在弯曲过程对型材4进行检测作为当前测量状态，所述当前测量状态通过计算机7与期望状态进行比较。之后，计算机7使用常规的控制律（比例-积分-微分—pid调节）来确定所需的校正。计算机7对弯曲过程303进行校正，以便在弯曲过程结束时实现预定的输出，即弯曲到预定角度、半径或直径的型材4。通过终端13输入预定参数、角度、半径或直径。应用3d摄像机1和2的目的之一在于计算机7预测拱形的直线部分的平行位置的可能性，同时在弯曲过程结束时达到预定角度、半径或直径。直线部分的平行位置通过计算机7的以下操作来实现：在初始弯曲15°时使用实施的控制律对初始弯曲过程进行校正，并且将dx20的值设置为在x区14的中间处获得在弯曲过程结束时所需的总预定角度的一半所必须的值。使用调节dx20的值的同一方法来实现拱形的直线部分的平行位置，将x区14的中点处的半径调节为弯曲过程结束时所需的总预定半径的半值。利用表示弯曲过程中的反馈回路的3d摄像机1和2，基于型材4与机器3上的辊8、9、10和25和固定点之间的距离变化，计算机7确定弯曲过程中型材4沿着x轴的当前位置。利用3d摄像机1和2，基于对点18和19（即型材4的起始弯曲点）的位置的检测，计算机7对拱形的左右两侧的直线部分之间形成的角度进行计算。利用3d摄像机1和2，基于在初始弯曲15°时拱形的直线部分之间实现的角度与拱形的预定角度的比较，计算机7确定在机器3上弯曲何种材料。使用该信息，计算机7确定由在机器3上弯曲的材料的类型限定的弹性校正参数。利用3d摄像机1和2，基于拱形部分12的计算长度与由型材4上的点18和19限定的拱形部分12的当前测量长度之间的差，计算机7对弯曲过程中型材4的伸长率进行测量。利用3d摄像机1和2，基于设置在辊8、9、10和25的顶部边缘上的辅助辊15、16、17和26的旋转和直接移动的检测，计算机7确定在机器3上旋转的辊8、9、10和25的位置。利用3d摄像机1和2，基于对型材4的每一端部设定的点22和23的检测，计算机7确定表示型材4的中点的点24。利用3d摄像机1和2，在该过程开始时，型材4被自动定位到由计算机7定义为型材4的中点的点24。利用3d摄像机1和2，基于检测到设定在拱形部分12的两端上的作为型材4的弯曲过程的起始点的点18和19的位置，计算机7定义也表示拱形的中点的点24。3d摄像机1和2用于检测型材4的应用使得计算机7能够基于设定在拱形部分12的端部上的点18和19的角度和位置，来计算弯曲过程中拱形的半径。利用3d摄像机1和2，基于由3d摄像机1和2测量的型材4行进的距离与由编码器11测量的型材4行进的距离之间的差，计算机7对与编码器11相比型材4滑动的量进行计算。通过比较这两个值，可以计算出与编码器11相比，型材4是否滑动以及滑动的量。3d摄像机1和2的应用使得计算机7能够基于由3d摄像机1和2测量的型材4行进的距离与弯曲过程中辅助辊15、16、17和26与辊8、9、10和25一起行进的距离的差，来确定与辊8、9、10和25相比弯曲过程中型材4滑动的量。通过这种方式，利用反馈回路，如果与辊8、9、10和25相比在该过程中型材4滑动，则对型材4通过机器3的移动进行确定和校正。利用3d摄像机1和2，计算机7获取关于辊8、9、10和25周围的区域中的障碍物27的信息，从而为弯曲过程和管理机器3的操作者提供安全措施。通过这种方式，每当操作者的手部或非机器3或弯曲过程的整体部分的对象被检测到位于辊8、9、10和25的周围的关键区域内、与所述辊位于同一高度时，弯曲过程可以暂时停止。这里重要的是强调，如果检测到的障碍物27处于感兴趣的高度，即如果检测到的人或物体表示操作者的安全性问题和/或型材4弯曲过程，则只有利用3d摄像机才能提供明确的信息。利用3d摄像机1和2，计算机7接收与型材4位于同一高度或高于型材4的型材4周围的障碍物27的信息。如果3d摄像机1和2在距型材4的临界距离内检测到障碍物27或对象，假设型材4可能与未知对象碰撞，导致型材4长度和位置的检测误差，从而潜在地危及型材4弯曲过程并给周围区域带来安全隐患，则机器3暂时停止弯曲过程。利用3d摄像机1和2，计算机7对拱形或弦的宽度和高度以及圆形截面或圆弧段的高度进行计算。拱形的宽度和高度由计算机7基于关于拱形实现角度、拱形半径和点18和19的位置的信息来计算。利用3d摄像机1和2，基于关于拱形的实现角度和拱形部分12上的一个半径结束而另一个半径开始的点的位置的信息，计算机7对一个拱形内的各种半径进行检测。利用3d摄像机1和2，基于型材4上的点18和19的检测，计算机7对弯曲过程中拱形部分12的当前长度进行检测。点18和19表示型材4的起始弯曲点，即型材4的直线部分结束而拱形部分开始的点。利用3d摄像机1和2，基于型材4的直线部分之间的角度变化的检测，计算机7确定弯曲过程开始之前型材4的初始位置。型材4的直线部分之间的角度变化的时刻表示型材4弯曲的起点。一旦型材4弯曲2°，则辊10将后退导致角度变化的相同距离，从而确定零点，即型材4的初始位置。利用3d摄像机1和2，基于由计算机7执行的当前检测到的拱形的角度、半径或直径与拱形的预定角度或半径的比较，当达到拱形的预定角度、半径或直径时，计算机7结束弯曲过程。利用3d摄像机1和2，基于型材4上的端点22和23的检测，计算机7确定在弯曲过程开始之前型材4的总长度。利用3d摄像机1和2并且在计算机7的辅助下，如果由于任何原因已经在机器上使用了编码器11，即用于测量型材4的长度的装置，则对编码器11进行校准。通过将型材4从一端移动到另一端以及使用计算机7将由3d摄像机1和2检测到的型材4的移动与由编码器11测量到的型材4的移动进行比较，来执行编码器11的校准，并且基于该比较，计算机7定义了这两个装置之间的关系，即修正参数。3d摄像机1和2的应用消除了对仅用于在弯曲过程中测量型材4的长度的编码器11利用的需求。在激活机器3时立即对3d摄像机1和2进行校准，以便确定它们的确切位置和它们与机器3和型材4之间的定位和角度。当3d摄像机1和2的校准完成时，型材4设置在辊8、9、10和25之间。3d摄像机1和2在弯曲过程中形成反馈回路，其中，基于设置在辊8、9、10和25的边缘上的辅助辊15、16、17和26行进的距离的检测，计算机7对辊8、9、10和25的转速进行计算。利用3d摄像机1和2，基于型材4的外缘和内缘上的点之间的距离的检测，计算机7对机器3上弯曲的型材的宽度进行计算。利用3d摄像机1和2，基于检测型材4在其端部上的形状和轮廓的三维视图，计算机7限定在机器3上弯曲的型材的形状。基于上述利用3d摄像机1和2接收的数据，如果弯曲过程没有根据预定计划发展，则计算机7能够在初始弯曲15°时预测和校正初始型材4弯曲过程，目的是获得弯曲到预定角度、半径或直径的型材4作为弯曲过程的最终结果。3d摄像机1和2根据通过终端13在弯曲过程之前输入的参数控制弯曲过程。当给出参数时，根据定义的迭代方式启动自动化弯曲过程，所述定义的迭代方式意味着型材4必须经过弯曲辊8、9、10和25预定次数，其中辊10和25逐渐朝向型材4移动dy21步，因此与剩余的两个辊10和25一起导致型材4逐渐弯曲。如果在初始弯曲15°时，弯曲过程没有按照预定的计划发展，则计算机7通过常规的控制律（比例-积分-微分—pid调节）利用拱形的左右两侧之间15°角的当前值对弯曲过程进行校正，以便校正dx20的值，dx20的值表示每当型材4从左向右移动时，拱形部分12内的型材4的移动被缩短的距离，反之亦然。计算机7对dx20进行计算并校正，使得在x区14的中点处达到拱形的预定角度，即预期角度的绝对值的一半。通过相同的方式，基于在弯曲过程开始时拱形的半径的检测，可以通过计算机7来计算dx20值的校正。x区14对称地设定在拱形部分12的两端。在x区14内，辊10在型材4的左右两侧对称地朝着型材4执行dy21值的移动。x区14的长度范围为150mm至200mm。x区14的长度取决于材料的类型和在机器3上弯曲的型材4的宽度。3d摄像机在具有三个和四个辊8、9、10和25的弯曲机3上的应用实现了本发明的目的，该目的是从开始到结束自动控制该过程，其中型材4被弯曲到预定角度、半径或直径。