本发明属于特种加工技术领域，特别涉及一种应用ccd进行板材定位的激光切割机。本发明还涉及一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法。
背景技术
平面激光切割机通常是在一张矩形板材上使用激光进行图形切割工作。切割图形或加工路径是由提前使用cam软件生成的nc程序文件确定的。nc程序文件中加工路径的位置坐标都是相对于板材的零点坐标确定的，而激光切割机的位置坐标是相对与机器的零点坐标确定的。在实际使用中特别是对于较大或较厚的板料，如果期望人工上料实现每一块加工板料的零点及坐标与机床的零点及坐标重合费时费力。所以在激光切割机上通常需要采取方法确定板材零点相对于机器零点的相对位置和偏转角度反馈给数控系统，数控系统根据得到的数据进行运算处理将实际运动轨迹修正为期望值。从而实现加工程序文件中的相对位置坐标与机床绝对位置坐标的统一。
如图6所示为现有激光切割机的板材定位原理，目前在激光切割机中普遍使用的方法是利用激光切割头在板材内靠近机床零点位置由板材内向板材外移动，当经过板材边缘的时候，安装在切割头内的电容传感器信号发生跳变就可以确定板材边上某一点的位置坐标。利用上述原理重复3次分别确定矩形一条长边上两个点的位置坐标和一条相邻短边上的点坐标，由矩形板材的长边和短边所组成的角的位置（即板材零点位置）以及角的偏转角度就可以确定了。
技术实现要素：
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种应用ccd进行板材定位的激光切割机，目前使用电容传感器虽然能够解决自动识别板材零点位置以及板材偏转角度的问题但是目前还存在如下问题需要改进：
1、整体识别的时间比较长：首先使用电容传感器寻找板材边界需要切割头贴近板材表面缓慢移动以便在切割头移出板材范围时电容传感器有足够的反应时间确认板材边界，往往还需要在第一次移出板材范围后再次回到板材范围内以更慢的速度移出二次确认板材位置。再加上整个识别过程需要完成三个点的识别，耗时基本需要30秒以上；
2、识别精度不高：使用电容方式寻边时，电容传感器接收的数值来自切割头末端的圆形喷嘴体与板材表面的感应电容。往往需要切割头移动到板材边缘外一段距离时，变化值才足以被传感器检测到，因此寻边精度基本要在1mm以上；
3、容易收干扰：电容值的精确反馈需要板材通过与机床的接触最终实现与大地的可靠连接。从而实现切割头与板材之间的电容值实际反应的是切割头与大地之间的电容值。由于种种原因在板材与大地连接不好时，电容值变化不稳定，寻边精度也会收到影响。
激光切割机的加工时间特别是薄板的加工效率不断提高，原有电容寻边方式30秒的寻边时间已经不能满足高效生产的需要。从提升激光切割机整体效率的角度考虑，寻边时间需要缩短。另外传统电容寻边的加工精度在激光行业整体市场需求的提升的背景下，也逐步落伍。为了适应市场需求，识别精度需要提高。
技术方案：一种应用ccd进行板材定位的激光切割机，包括激光切割头和ccd识别装置，所述激光切割头和ccd识别装置分别安装在激光切割机上，并且ccd识别装置靠近激光切割头设置；其中，所述ccd识别装置上设有环形光源、防尘保护罩和气缸。本发明的应用ccd进行板材定位的激光切割机，使用ccd技术需要在切割头旁边安装ccd识别装置（主装置，用于进行板材识别）；环形光源（辅助装置，用于照亮被识别板材，避免光线不足时ccd装置无法识别的问题）；防尘保护罩及气缸（保护装置，只在识别时打开，避免ccd装置在长期的使用中收到金属熔渣或粉尘污染；安装固定架（保证ccd装置于切割头在切割平面的相对位置固定）。
本发明还提供一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，包括以下步骤：
1）在x/y平面内ccd识别装置的中心位置与激光切割头的中心位置之间的距离是保持不变；
2）ccd识别装置的中心位置与激光切割头的喷嘴在x方向的距离为xo，在y方向的距离为yo；
3）首先将激光切割头的喷嘴移动到板料范围内的板材零点附近，并且整体范围不超出ccd识别范围；
4）然后执行原点识别程序，数控系统将根据上面得到的xo，yo的值自动将ccd识别装置移动到边料原点上方附近并拍摄识别得到板材相对于ccd识别装置的放置位置在x轴方向的位置为xc，在y方向的位置为yc以及板材偏转角度a；
5）同时ccd识别装置拍摄时数控系统记录x轴实际位置为xa，y轴实际位置为ya；
6）数控系统可得到板材在x方向的的零点位置坐标xz以及y方向的零点位置坐标yz分别为：
xz=xa+xc-xo
yz=ya+yc-y0；
7）数控系统再控制激光切割头移动到零点坐标位置，整个原点识别过程完成。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
8）ccd识别装置在安装时保持与机床横梁的偏转角度固定，即ccd装置的坐标与机床坐标固定。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
9）ccd识别装置完成板材零点拍摄后使ccd识别装置沿板材一条边的方向移动一段距离捕捉板材该条边上的一点的位置，并且与第一次拍摄识别的角结合计算出该条边的偏转角度即边料的偏转角度a。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
10）在ccd识别装置最高像素确定的前提下，ccd识别装置缩小拍摄识别范围能够增加单位尺寸的像素点数从而提高识别精度。
11）ccd识别装置需要进行视频识别的范围根据批量工作时人工快速上料能够保证的板材零点偏移位置范围确定。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
12）激光切割头和ccd识别装置悬空设置于板材上方。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机，所述ccd识别装置的寻边精度大于等于0.01mm。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
13）当进行板材位置识别时，由气缸驱动防尘保护罩打开，ccd识别装置工作；
14）当板材位置识别完毕，进行板材加工时，保护ccd识别装置的防尘保护罩恢复闭合状态。
由于进行板材加工时，产生的金属粉尘容易污染ccd装置。当板材位置识别完毕，保护ccd装置的防尘盖恢复闭合状态。
进一步的，一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，还包括以下步骤：
15）光线不足时，环形光源打开进行板材照明。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的应用ccd进行板材定位的激光切割机具有如下优点：
1、本申请提升了寻边效率。在激光切割机领域，随着大功率激光器的逐步普及，切割机的切割效率也不断提升。在批量加工中，每一次板料加工前都需要首先完成寻边工作。因此寻边效率的提升对激光切割机整体切割效率的提升至关重要。使用新的ccd技术进行寻边可以把寻边时间从电容寻边的30秒左右缩短到3至5秒，极大的缩短切割前的准备时间。
2、使用ccd技术能够提升寻边精度。为了最大化利用板材，机床使用者通常情况下在板材上排布的切割图形都比较紧凑，或者有二次寻边再切割需求。传统电容传感器毫米级的寻边精度已经不能满足目前不断提升的精度需求。使用ccd技术进行寻边可以把寻边精度提升至0.01mm级别甚至更高。
3.使用ccd技术能够避免干扰的影响。使用ccd技术寻边时，切割头无需贴近板材表面，只需保持ccd与板材表面保持固定距离即可。采用视觉成像对板材接地无要求。
附图说明
图1、2为本发明所述的应用ccd进行板材定位的激光切割机的结构示意图；
图3为本发明所述的ccd识别装置的结构示意图；
图4为本发明所述的激光切割头和ccd识别装置的位置关系图；
图5为本发明所述的应用ccd进行板材定位的激光切割机的工作原理示意图；
图6为本发明所述的目前现有激光切割机定位的工作原理示意图。
图中：1激光切割头、2ccd识别装置、3环形光源、4防尘保护罩、5气缸。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例
如图1-4所示的应用ccd进行板材定位的激光切割机，包括激光切割头1和ccd识别装置2，所述激光切割头1和ccd识别装置2分别安装在激光切割机上，并且ccd识别装置2位于激光切割头1旁边；其中，所述ccd识别装置2上设有环形光源3、防尘保护罩4和气缸5。其中，所述ccd识别装置2的寻边精度大于等于0.01mm。要实现使用ccd技术进行板材定位，需要将ccd识别装置2安装在激光切割头1旁边的固定位置，当激光切割头1在x/y平面内移动时，ccd识别装置2与激光切割头1之间的相对位置与角度总是不变的。
基于上述结构的基础上，如图5所示的一种应用ccd进行板材定位的激光切割机的实现方法，包括以下步骤：
1）在x/y平面内ccd识别装置2的中心位置与激光切割头1的中心位置之间的距离是保持不变；
2）ccd识别装置2的中心位置与激光切割头1的喷嘴在x方向的距离为xo，在y方向的距离为yo；
3）首先将激光切割头1的喷嘴移动到板料范围内的板材零点附近，并且整体范围不超出ccd识别范围；
4）然后执行原点识别程序，数控系统将根据上面得到的xo,yo的值自动将ccd识别装置2移动到边料原点上方附近并拍摄识别得到板材相对于ccd识别装置2的放置位置在x轴方向的位置为xc，在y方向的位置为yc以及板材偏转角度a；
5）同时ccd识别装置2拍摄时数控系统记录x轴实际位置为xa，y轴实际位置为ya；
6）数控系统可得到板材在x方向的的零点位置坐标xz以及y方向的零点位置坐标yz分别为：
xz=xa+xc-xo
yz=ya+yc-y0；
7）数控系统再控制激光切割头1移动到零点坐标位置，整个原点识别过程完成；
8）ccd识别装置2在安装时保持与机床横梁的偏转角度固定，即ccd装置的坐标与机床坐标固定；
9）ccd识别装置2完成板材零点拍摄后使ccd识别装置2沿板材一条边的方向移动一段距离捕捉板材该条边上的一点的位置，并且与第一次拍摄识别的角结合计算出该条边的偏转角度即边料的偏转角度a；
10）在ccd识别装置2最高像素确定的前提下，ccd识别装置2缩小拍摄识别范围能够增加单位尺寸的像素点数从而提高识别精度；
11）ccd识别装置2需要进行视频识别的范围根据批量工作时人工快速上料能够保证的板材零点偏移位置范围确定；
12）激光切割头1和ccd识别装置2悬空设置于板材上方；
13）当进行板材位置识别时，由气缸5驱动防尘保护罩4打开，ccd识别装置2工作；
14）当板材位置识别完毕，进行板材加工时，保护ccd识别装置2的防尘保护罩4恢复闭合状态；
15）光线不足时，环形光源3打开进行板材照明。
本申请通过ccd拍摄识别板料零点位置和偏转的方法。通过移动切割头喷嘴到板材零点附近然后运行识别程序来确定ccd拍摄识别位置的方法。于完成寻边功能的整套ccd装置结构，包括：ccd装置本体，专用工业镜头，环形光源，能打开闭合的ccd保护装置。本申请主要是信息处理技术中的图像识别和处理技术在传统加工机床上的应用；原有技术主要应用电气技术识别电容值的变化。本发明依赖增加的带防护功能的ccd装置实现，不依赖与切割头厂家；原有技术依赖内置于切割头的电容传感器实现，受限于切割头厂家。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。