CN105068469A - 基于运动控制器的装饰材料自动裁切***及其裁切方法 - Google Patents

基于运动控制器的装饰材料自动裁切***及其裁切方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，包括依次连接的取料***、传输***、执行机构、分离***、控制***和传感器***；取料***取出所要裁切材料，通过传输***把获取到材料输送至执行机构进行裁切，执行机构裁切后的材料通过分离机构进行分离，传感器***包括若干图像采集单元、光电位置传感器和光敏电阻；控制***为基于运动控制器的控制***，包括处理模块，以及分别受处理模块控制的串行通讯接口模块、存储模块、电源时钟模块、调试接口和I/O接口模块。本发明自动化程度高，速度快生产效率高，节约原材料，安全性能好，操作方便；同时还能够极大程度的避免加工材料的浪费。

Description

基于运动控制器的装饰材料自动裁切***及其裁切方法
技术领域
本发明涉及装饰材料裁切加工技术，具体涉及一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***及其裁切方法。
背景技术
中国是非金属内装饰材料制品生产、消费和出口大国，改革开放以来，国内非金属内装饰材料业依托传统的产业基础，抓住机遇，通过政策引导和积极培育，已经成为中国经济的支柱产业之一，并且在国际上也产生了一定的影响。
但目前国内非金属内装饰材料制品加工企业基本都是靠人工或少量机械设备辅助的方式进行裁切，这种原始的裁切方法存在着诸如裁切质量不高、品种更新慢、需要大量的裁切模板以及非金属内装饰材料利用率低等缺点，这不仅增加了企业的生产成本，还在很大程度上制约了我国非金属内装饰材料制品在国际市场上的竞争力。
而在发达国家已经普遍采用自动化非金属内装饰材料裁切***，但是，国外自动化非金属内装饰材料裁切***价格普遍比较昂贵、且在国内维护极不方便。为此，国内企业及研究人员对裁切技术开展了深入的研究，并且随着计算机技术、自动控制技术以及高精度测微技术的进步，人们把信息技术与非金属内装饰材料制品加工工艺相结合，产生了裁切加工自动控制技术，在一定程度上克服了传统非金属内装饰材料裁切工艺的缺点，取得了巨大的进展。如郭乃宏等人提出的发明专利(申请号201410676415.0)，郭丰等人提出的发明专利(申请号201410651744.X)，他们采用采用四柱模切机做裁切运动，实现自动取料、成型、分离一次完成。这些技术具有一定的使用价值，但是，这些***的由于控制***及执行机构的自动化程度低的局限性，且***比较复杂，限制其在装饰材料裁切领域中的应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术存在的缺陷，提供过一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***及其裁切方法。
技术方案：本发明所述的一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，包括依次连接的取料***、传输***、执行机构、分离***、控制***和传感器***；所述取料***取出所要裁切材料，通过传输***把获取到材料输送至执行机构进行裁切，执行机构裁切后的材料通过分离机构进行分离，在上述过程中，控制***实时通过传感器***获得取料***、传输***、执行机构和分离***的控制信息；
所述传感器***包括若干图像采集单元、光电位置传感器和光敏电阻，图像采集单元安装在传输***的上方对传送的材料进行图像的采集；光电位置传感器和光敏电阻安装在传输***的表面，被传送的材料在光电位置传感器和光敏电阻组成的表面上传送时，光电位置传感器和光敏电阻采集被传送材料的尺寸及边沿位置数据信息，上述被采集到的信息经过数据线传送至控制***；
所述控制***为基于运动控制器的控制***，包括处理模块，以及分别受处理模块控制的串行通讯接口模块、存储模块、电源时钟模块、调试接口和I/O接口模块；处理器模块作为控制***的下位机，处理工作主要包括数据通信、处理数据、***控制及中断处理，同时，处理器模块对传送来的被裁切物料的图像信息数据进行解释，并把加工数据通过存储模块存储在外部存储器中用于调用；所述电源时钟模块被定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，这个主时钟再由其他定时器实现计数，获得所需脉冲，驱动电机工作，即：利用定时器的级联实现两轴联动。
进一步的，所述运动控制器为基于DSP的运动控制器和基于DSP结合ARM的运动控制器中的任意一种。
进一步的，所述取料***包括支撑框架、吸盘、调节高度的升降机构和光电位置传感器，支撑框架滑动设置于地面且可以上下垂直升降，在支撑框架底面安装多个吸盘，在支撑框架边框上安装传感器和调节高度的升降机构。进一步的，所述传输***包括输送框、传动轴、平行胶带、驱动传动轴的伺服电机和传感器，所述输送框设置于地面上且与支撑框架固定，在输送框顶部安置多根转轴，在转轴上安装平行胶带，伺服电机安装在输送框底面，光电位置传感器安装在输送框边上，光电位置传感器采集到被裁切材料的信息通过数据线送给控制***，控制***发送控制指令给伺服电机以驱动传送轴。
进一步的，所述分离***包括固定架、传送机构、提升机构，所述传送机构安装在固定架上且其安装高度低于传输***的安装高度，提升机构用于传送废料，提升机构安装在固定支架上，且固定架和传送机构相邻且二者之间设有5-10cm的间隔。
进一步的，所述执行机构由多面旋转体模头、激光器或者二者结合构成；从图像传感单元获得被裁材料的信息后经控制***分析后传递给执行机构，多面旋转体模头和激光器按照要求进行裁切运动，多面旋转体模头能六面自动旋转移位，红外十字光电保护，冲裁定位准确。进一步的，所述图像采集单元有三个，每个图像采集单元均包括第一主相机、第二主相机和从相机，第一主相机和第二主相机实时采集被裁切材料的尺寸和颜色等整体信息，从相机实时采集被裁切材料的图案、弯曲形状和对比度等细节信息。
进一步的，所述定时器包括总线时钟、第一定时器、第二定时器和第三定时器；所述总线时钟被第一定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，第二定时器和第三定时器分别作为第一定时器的计数器，实现对第一定时器产生的时钟进行计数，获得所需要脉冲进而驱动安装于执行机构底面的电机X轴和Y轴。
本发明还公开了一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***的裁切方法，包括以下步骤：
取料***中的吸盘抓取出所要裁切的装饰材料，然后利用传输***把获取到被裁切材料向执行机构进行输送，在传输***上方的图像采集单元对被裁切材料进行信息的采集，采集后的信息传送到控制***，由控制***进行分析处理，并且与预先设计的裁切要求进行对比，由控制***送给执行机构的裁切执行命令，执行机构执行裁切命令进行裁切，裁切后的材料通过分离机构进行分离，裁切废料通过分离***的提升机构进行分离，裁切后的有用的材料通过分离***的传送机构传送；
上述过程中，传感器***实时采集被裁切材料的位置以及图像信息，并传输至控制***，控制***在通过传感器***获得取料***、传输***、执行机构和分离***的控制信息后，分别实时控制各个***的工作过程。
有益效果：本发明结合运动控制器，利用传感器的信息采集***，以激光切割和智能旋转模头相结合的执行机构实现方法，获得高性能智能化裁切***；具体包括以下优点：
(1)本发明能够实现全自动裁切，无需人工过多干预操作，大大提高生产效率；同时，还能够解决加工多规格材料时需频繁更换执行机构如刀具的问题，提高模切效率；
(2)本发明中的控制***能够实现数据通信、数据处理、***控制及中断等处理功能。
综上所述，本发明自动化程度高，速度快生产效率高，节约原材料，安全性能好，操作方便；同时还能够极大程度的避免加工材料的浪费。
附图说明
图1为本发明的硬件结构框图；
图2为本发明实施例中整体裁切***结构示意图；
图3为本发明实施例中控制***的结构框图；
图4为本发明中定时器的结构框图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1至图4所示，本发明的一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，包括依次连接的取料***201、传输***202、执行机构203、分离***204、控制***205和传感器***206；取料***201取出所要裁切材料，通过传输***202把获取到材料输送至执行机构203进行裁切，执行机构203裁切后的材料通过分离机构进行分离，在上述过程中，控制***205实时通过传感器***206获得取料***201、传输***202、执行机构203和分离***204的控制信息；传感器***206包括若干图像采集单元、光电位置传感器和光敏电阻，图像采集单元安装在传输***202的上方对传送的材料进行图像的采集，光电位置传感器和光敏电阻安装在传输***202的表面，被传送的材料在光电位置传感器和光敏电阻组成的表面上传送，采集被传送材料的尺寸及边沿位置，因此，通过图像采集单元和光电位置传感器就可以获取被裁切材料的图像信息和位置信息，被采集到的信息经过数据线传送给控制***进行分析，实现实时传输至控制***205；控制***205为基于运动控制器的控制***205，包括处理模块，以及分别受处理模块控制的串行通讯接口模块、存储模块、电源时钟模块、调试接口和I/O接口模块；处理器模块作为控制***205的下位机，处理工作主要包括数据通信、处理数据、***控制及中断处理，同时，处理器模块对传送来的被裁切物料的图像信息数据进行解释，并把加工数据通过存储模块存储在外部存储器中用于调用；利用定时器的级联实现两轴联动，具体是电源时钟模块被定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，这个主时钟再由其他定时器实现计数，获得所需脉冲，驱动电机工作。
运动控制器为基于DSP的运动控制器和基于DSP结合ARM的运动控制器中的任意一种。
取料***201包括支撑框架、设置于支撑框架内部的吸盘、调节高度的升降机构和传感器等，支撑框架可以滑动地设置于地面上，且可以上下垂直升降，在支撑框架底面安装多个吸盘，在支撑框架边上安装传感器和调节高度的升降机构。
传输***202包括传动轴、平行胶带、驱动传动轴的伺服电机和传感器。
分离***204包括固定架、传送机构、提升和下降机构等。
执行机构203由多面旋转体模头、激光器或者二者结合构成；从图像传感单元获得被裁材料的信息后经控制***205分析后传递给执行机构203，多面旋转体模头和激光器按照要求进行裁切运动，多面旋转体模头能六面自动旋转移位，红外十字光电保护，冲裁定位准确。
图像采集单元有三个，每个图像采集单元均包括第一主相机301、第二主相机302和从相机303，第一主相机301和第二主相机302(两个主相机可以使用佳能EOS-70D)实时采集被裁切材料的整体信息，分析针对全局图像要求确定的重点图像部分，从相机303(可以使用尼康D7000)实时采集被裁切材料的细节信息，获得被裁材料清晰的加工边缘数据，如图2所示，整体裁切***中的第一主相机301和第二主相机302与从相机303之间是相对垂直一上一下设置。
定时器包括总线时钟、第一定时器、第二定时器和第三定时器；所述总线时钟被第一定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，第二定时器和第三定时器分别作为第一定时器的计数器，实现对第一定时器产生的时钟进行计数，获得所需要脉冲进而驱动安装在执行机构203底面的电机X轴和Y轴。
本发明还公开了一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***的裁切方法，取料***201的输出端与传输***202的输入端相连，传输***202用于传送由取料***201获取的装饰材料；传输***202的输出端与执行机构203的输入端相连，执行机构203用于接收传输***202输送的装饰材料并进行裁切，从而形成成品料和废料，执行机构203的输出端与分离机构的输入端相连，分离机构用于接收执行机构203输送的装饰材料并将成品料、废料进行分离。包括以下步骤：
取料***201中的吸盘抓取出所要裁切的装饰材料，然后利用传输***202把获取到被裁切材料向执行机构203进行输送，在传送***上方的主从相机303对被裁切材料进行信息的采集，采集后的信息传送到控制***205，由控制***205进行分析处理，并且与预先设计的裁切要求进行对比，由控制***205送给执行机构203的裁切执行命令，执行机构203执行裁切命令进行裁切，裁切后的材料通过分离机构进行分离，裁切废料通过分离***204的提升机构进行分离，裁切后的有用的材料通过分离***204的传送机构传送。
上述过程中，传感器***206实时采集被裁切材料的位置以及图像信息，并传输至控制***205，控制***205在通过传感器***206获得取料***201、传输***202、执行机构203和分离***204的控制信息后，分别实时控制各个***的工作过程。

Claims (9)

1.一种基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：包括依次连接的取料***、传输***、执行机构、分离***、控制***和传感器***；
所述取料***取出所要裁切材料，通过传输***把获取到材料输送至执行机构进行裁切，执行机构裁切后的材料通过分离机构进行分离，在上述过程中，控制***实时通过传感器***获得取料***、传输***、执行机构和分离***的控制信息；
所述传感器***包括若干图像采集单元、光电位置传感器和光敏电阻，图像采集单元安装在传输***的上方对传送的材料进行图像的采集；光电位置传感器和光敏电阻安装在传输***的表面，被传送的材料在光电位置传感器和光敏电阻组成的表面上传送时，光电位置传感器和光敏电阻采集被传送材料的尺寸及边沿位置数据信息，上述被采集到的信息经过数据线传送至控制***；
所述控制***为基于运动控制器的控制***，包括处理模块，以及分别受处理模块控制的串行通讯接口模块、存储模块、电源时钟模块、调试接口和I/O接口模块；处理器模块作为控制***的下位机，处理工作主要包括数据通信、处理数据、***控制及中断处理，同时，处理器模块对传送来的被裁切物料的图像信息数据进行解释，并把加工数据通过存储模块存储在外部存储器中用于调用；所述电源时钟模块被定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，这个主时钟再由其他定时器实现计数，获得所需脉冲，驱动电机工作，即：利用定时器的级联实现两轴联动。
2.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述运动控制器为基于DSP的运动控制器和基于DSP结合ARM的运动控制器中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述取料***包括支撑框架、吸盘、调节高度的升降机构和光电位置传感器，支撑框架滑动设置于地面且可以上下垂直升降，在支撑框架底面安装多个吸盘，在支撑框架边框上安装光电传感器和调节高度的升降机构，光电位置传感器检测被裁切物料是否被抓取到，升降机构将抓取到物料输送到传输***。
4.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述传输***包括输送框、传动轴、平行胶带、驱动传动轴的伺服电机和传感器，所述输送框设置于地面上且与支撑框架固定，在输送框顶部安置多根转轴，在转轴上安装平行胶带，使得被裁切材料在平行胶带上传至执行机构，伺服电机安装在输送框底面，光电位置传感器安装在输送框边上，光电位置传感器采集到被裁切材料的信息通过数据线送给控制***，控制***发送控制指令给伺服电机以驱动传送轴。
5.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述分离***包括固定架、传送机构、提升机构，所述传送机构安装在固定架上且其安装高度低于传输***的安装高度，提升机构用于传送废料，提升机构安装在固定支架上，且固定架和传送机构相邻且二者之间设有5-10cm的间隔。
6.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述执行机构由多面旋转体模头、激光器或者二者结合构成；从图像传感单元获得被裁材料的信息后经控制***分析后传递给执行机构，多面旋转体模头和激光器按照要求进行裁切运动，多面旋转体模头能六面自动旋转移位，红外十字光电保护，冲裁定位准确。
7.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述图像采集单元有三个，每个图像采集单元均包括第一主相机、第二主相机和从相机，第一主相机和第二主相机实时采集被裁切材料的尺寸和颜色等整体信息，从相机实时采集被裁切材料的图案、弯曲形状和对比度等细节信息。
8.根据权利要求1所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***，其特征在于：所述定时器包括总线时钟、第一定时器、第二定时器和第三定时器；所述总线时钟被第一定时器进行分频，实现一个动态的主时钟，第二定时器和第三定时器分别作为第一定时器的计数器，实现对第一定时器产生的时钟进行计数，获得所需要脉冲进而驱动安装在执行机构底面的电机X轴和Y轴。
9.一种根据权利要求1～8任意一项所述的基于运动控制器的装饰材料自动裁切***的裁切方法，其特征在于：包括以下步骤：
取料***中的吸盘抓取出所要裁切的装饰材料，然后利用传输***把获取到被裁切材料向执行机构进行输送，在传输***上方的图像采集单元对被裁切材料进行信息的采集，采集后的信息传送到控制***，由控制***进行分析处理，并且与预先设计的裁切要求进行对比，由控制***送给执行机构的裁切执行命令，执行机构执行裁切命令进行裁切，裁切后的材料通过分离机构进行分离，裁切废料通过分离***的提升机构进行分离，裁切后的有用的材料通过分离***的传送机构传送；
上述过程中，传感器***实时采集被裁切材料的位置以及图像信息，并传输至控制***，控制***在通过传感器***获得取料***、传输***、执行机构和分离***的控制信息后，分别实时控制各个***的工作过程。
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