專利名稱：薄板激光切割焊接機(jī)工件定位光電測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄板激光切割焊接機(jī)，尤其涉及薄板激光切割焊接機(jī)的工件定位光電測控裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的薄板激光切割焊接機(jī)工作臺上工件的定位是靠操作人員用眼睛觀察工件是否對準(zhǔn)定位，手工移動工件以修正位置，然后用壓板和螺栓將工件手工壓緊。這種定位方式定位不準(zhǔn)確，精度無法控制，主要依靠操作人員的經(jīng)驗，每次定位都不一樣，因而每次切割下的廢料也不一樣，切割后的工件形狀也不一樣，由于每次切割時定位不一致，造成每次切割時的起點與終點都不一致，每次切割都要調(diào)整激光割刀的切割路徑，重新對準(zhǔn)激光切割(焊接)頭的位置，很麻煩，輔助調(diào)整工作的時間長，工作效率低，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)。另外由于夾緊方式不理想，造成工件局部翹曲，影響焊縫質(zhì)量，造成焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。且夾緊力大小不穩(wěn)定，效果受人為因素影響；夾緊處為細(xì)長的接觸面，且夾緊處為剛性接觸，這些原因造成工件的局部不能壓平。
美國專利第5098005號及5045668號也揭示了兩種用于激光焊接機(jī)中的工件固定夾緊裝置，但這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且無法實現(xiàn)自動化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄板激光切割焊接機(jī)的工件定位光電測控裝置，實現(xiàn)微機(jī)控制下對工件的自動精確定位，提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強(qiáng)度。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方法來實現(xiàn)的工件定位光電測控系統(tǒng)包括計算機(jī)系統(tǒng)，伺服電機(jī)，CCD攝像機(jī)和圖像卡。CCD攝像機(jī)和圖像卡分別攝取標(biāo)準(zhǔn)工件與待焊工件的位置圖像信號，并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)中，將待焊工件的位置圖像信號與標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號比較產(chǎn)生誤差值，計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)該誤差值控制伺服電機(jī)移動待焊工件達(dá)到預(yù)定位置。
本發(fā)明所公開的薄板激光切割焊接機(jī)工件定位光電測控系統(tǒng)，其優(yōu)點表現(xiàn)在被切割和焊接的工件定位準(zhǔn)確可靠，快速，大大提高了生產(chǎn)效率，提高切割和焊接質(zhì)量，有利于生產(chǎn)的自動化和半自動化。


圖1為本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)的側(cè)視圖；圖2為本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)的俯視示意圖；圖3為本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)另一方向的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)顯示定位銷的部分剖面圖；圖5為薄板激光切割焊接機(jī)工件定位光電測控裝置的組成示意圖；圖6為CCD攝像頭檢測工件邊線的示意圖；圖7為CCD攝像頭取得的圖像矩陣A和B。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
請參閱圖1至圖3，本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)包括激光焊接頭(未圖示)、底座4、安裝在底座4上的上工作臺2及下工作臺5，這兩個工作臺2、5于分別用于固定薄板工件3、6。底座4上安裝有精密滾珠絲杠(未圖示)，精密直線導(dǎo)軌8、9與上述絲杠相連，下工作臺5安裝于精密直線長導(dǎo)軌9上，精密直線短導(dǎo)軌8安裝于下工作臺5上，上工作臺2安裝于精密直線短導(dǎo)軌8上。由數(shù)控機(jī)床控制伺服電機(jī)帶動精密滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使工作臺2、5可沿導(dǎo)軌9、8移動。
下工作臺5包括兩部分，其中第一部分可伸入到上工作臺2的下面，另一部分與上工作臺2平齊，一排橫向并行排列的定位銷1設(shè)置于下工作臺5的第一部分上。請參閱圖4，定位銷1包括氣缸12，固定于氣缸上方的線性軸承13，安裝于線性軸承13中的圓柱體14及安裝于圓柱體14上方的軸承15，且軸承15可繞圓柱體14滾動。通過氣缸12的活塞運(yùn)動，可使圓柱體14帶動軸承15在垂直方向上運(yùn)動。工件3的切割邊抵靠在定位銷1的軸承15上以使該工件3定位；當(dāng)需要切割焊接時，定位銷1向下縮入到工作臺5中，移動工作臺2，使定位銷1與工件3產(chǎn)生水平方向的相對位移以使定位銷1遠(yuǎn)離工件3的切割焊接邊。
工作臺2，5上設(shè)有復(fù)數(shù)個電磁鐵7，電磁鐵7通電后會對工件產(chǎn)生吸引力以固定工件3、6。工作臺2，5上還設(shè)有復(fù)數(shù)個真空吸盤11，先使電磁鐵7通電對工件進(jìn)行初夾緊，在切割焊接時，用真空吸盤11夾緊工件后撤銷電磁鐵7，以確保電磁鐵7不影響其它電子裝置。真空吸盤11在鉛垂方向上可以微調(diào)，以補(bǔ)償由數(shù)個吸盤造成的安裝誤差。底座3相對工作臺2、5的兩橫向側(cè)設(shè)有定位銷10，以在橫向方向上固定工件3、6。
本發(fā)明工件定位光電測控裝置的原理是用攝像頭將工件3定位時的輪廓圖像攝入，并形成對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，通過對該圖像數(shù)據(jù)的分析處理，計算工件的定位誤差，然后作出相應(yīng)的指示和驅(qū)動對應(yīng)伺服電機(jī)的運(yùn)動，直到工件定位精度滿足要求。工件的定位誤差是通過攝入圖像中工件邊緣線位置數(shù)據(jù)與樣件(作為基準(zhǔn)的工件裝夾時的位置)定位數(shù)據(jù)對比后確定，如不滿足要求，則根據(jù)誤差的方向和大小來確定伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向和角位移的多少。請參閱圖5及圖6，光電檢測裝置光電定位系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)由CCD攝像頭、圖像卡、氣動閥電磁鐵、鎖緊電磁鐵、伺服電機(jī)及控制器、壓敏元件、I/O接口卡、A/D接口卡，真空泵和微機(jī)等組成，攝像頭由CCD點陣101及透鏡102組成。
工件外形的邊緣輪廓被攝像頭的光學(xué)系統(tǒng)攝入至CCD點陣表面形成圖像信號，并由圖像卡傳入微機(jī)；CCD點陣上的每一點光敏元件，受光的強(qiáng)弱分256等級。兩個攝像頭放在需要定位工件被測邊緣線的兩端。
工件圖像處理過程為(1)CCD有N×M個光敏元件，每個光敏元件可測得一點像素的光強(qiáng)度，則共可測得N×M個像素的圖像，每個像素有256灰度等級。按此數(shù)據(jù)生成矩陣A和B，矩陣中每個數(shù)據(jù)就是對應(yīng)圖像像素光強(qiáng)度的灰度等級數(shù)。如圖7中矩陣A，元素ai，j(i＝0，1，…N；j＝0，1，…M；ai，j∈
)，表示第I行，第j列像素的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
(2)用數(shù)字方法去除數(shù)據(jù)中直流電平的影響；再將矩陣元素二值化處理，形成二值的矩陣C和D。如圖7中矩陣C，元素ci，j(i＝0，1，…N；j＝0，1，…M；ci，j∈
)，1表示有工件的點，0表示對沒有鋼板的點。
(3)在圖像數(shù)據(jù)中(即，矩陣C和D中)找出鋼板圖像對應(yīng)點，得到工件邊緣線的位置。
(4)將測得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(經(jīng)精確測定，保存于磁盤的數(shù)據(jù))相比計算兩個垂直方向上的定位誤差。
工件定位控制過程為(1)標(biāo)準(zhǔn)工件由定位銷1定位后，兩個攝像頭放在標(biāo)準(zhǔn)工件被測邊緣線的兩端，標(biāo)準(zhǔn)工件的外形由兩個CCD攝像頭攝入形成圖像信號，并由圖像卡傳入微機(jī)，生成標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號；(2)需定位工件的外形由兩個CCD攝像頭攝入形成位置圖像信號，并由圖像卡傳入微機(jī)；(3)微機(jī)將工件圖像信號與標(biāo)準(zhǔn)工件的圖像信號比較，算出定位誤差；(4)微機(jī)按定位誤差的方向和大小，確定伺服電機(jī)驅(qū)動工件移動的方向和位移的大??；(5)重復(fù)(1)、(2)和(3)步，直至定位誤差達(dá)到定位精度的要求；(6)微機(jī)通過I/O接口使夾緊電磁鐵得電，將工件初步夾緊；(7)微機(jī)通過I/O接口使需要?dú)鈩訆A點的氣動夾緊機(jī)構(gòu)動作，將工件夾緊；(8)微機(jī)通過A/D接口檢測真空吸盤11內(nèi)的壓力，以確定夾緊過程是否完成；(9)夾緊過程完成后，微機(jī)通過I/O接口使鎖緊機(jī)構(gòu)動作，鎖定氣動夾緊機(jī)構(gòu)；(10)微機(jī)通過I/O接口使夾緊電磁鐵7失電，完成定位夾緊全部過程。
本發(fā)明薄板激光切割焊接機(jī)工件定位光電測控制裝置的優(yōu)點為被切割和焊接的工件定位準(zhǔn)確可靠，快速，實現(xiàn)了自動化，大大提高了生產(chǎn)效率，提高切割和焊接質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種用于激光薄板切割焊接機(jī)的工件定位光電測控系統(tǒng)，包括計算機(jī)系統(tǒng)，圖像信號攝取裝置，該圖像信號攝取裝置分別攝取標(biāo)準(zhǔn)工件與待焊工件的位置圖像信號，并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)中，將待焊工件的位置圖像信號與標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號比較產(chǎn)生誤差值，計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)該誤差值控制伺服電機(jī)移動待焊工件達(dá)到預(yù)定位置。
2.如權(quán)利要求1所述的工件定位光電設(shè)控制系統(tǒng)其特征在于所述的圖像信號攝取裝置為CCD攝像機(jī)和圖像卡。
3.如權(quán)利要求2所述的工件定位光電設(shè)控制系統(tǒng)其特征在于CCD攝像機(jī)有N×M個光敏元件，每個光敏元件可測得一點像素的光強(qiáng)度，則共可測得N×M個像素的圖像，每個像素有256灰度等級，按此數(shù)據(jù)生成代表工件邊緣線兩端的矩陣A和B，矩陣中每個數(shù)據(jù)就是對應(yīng)圖像像素光強(qiáng)度的灰度等級數(shù)，再將矩陣元素二值化處理，形成二值的矩陣C和D。
4.如權(quán)利要求1所述的工件定位光電設(shè)控制系統(tǒng)其特征在于還包括將工件定位的電磁鐵及真空吸盤裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的工件定位光電設(shè)控制系統(tǒng)其特征在于標(biāo)準(zhǔn)工件的定位是依靠數(shù)個可以上下伸縮的定位銷完成。
6.一種工件定位的方法，其特征在于包括如下步驟(1)標(biāo)準(zhǔn)工件定位后，兩個攝像頭放在標(biāo)準(zhǔn)工件被測邊緣線的兩端，標(biāo)準(zhǔn)工件的外形由兩個CCD攝像頭攝入形成圖像信號，并由圖像卡傳入微機(jī)；生成標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號；(2)需定位工件的外形由兩個CCD攝像頭攝入形成位置圖像信號，并由圖像卡傳入微機(jī)；(3)微機(jī)將工件圖像信號與標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號比較，算出定位誤差；(4)微機(jī)按定位誤差的方向和大小，確定伺服電機(jī)驅(qū)動工件移動的方向和位移的大?。?5)重復(fù)(1)、(2)和(3)步，直至定位誤差達(dá)到定位精度的要求。
7.如權(quán)利要求6所述的工件定位光電設(shè)控制系統(tǒng)其特征在于標(biāo)準(zhǔn)工件的定位是依靠數(shù)個可以上下伸縮的定位銷完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄板激光切割焊接機(jī)的工件定位光電測控系統(tǒng)，包括計算機(jī)系統(tǒng)，伺服電機(jī)，CCD攝像機(jī)和圖像卡。CCD攝像機(jī)和圖像卡分別攝取標(biāo)準(zhǔn)工件與待焊工件的位置圖像信號，并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)中，將待焊工件的位置圖像信號與標(biāo)準(zhǔn)工件的位置圖像信號比較產(chǎn)生誤差值，計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)該誤差值控制伺服電機(jī)移動待焊工件達(dá)到預(yù)定位置。
文檔編號B23K26/00GK1640607SQ20041001561
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月2日
發(fā)明者施海鋒, 吳江柳 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)