薄板激光切割焊接机工件夹紧装置.pdf

本发明涉及一种用于激光薄板切割焊接机的工件夹紧装置，包括复数个电磁铁和复数个气动夹紧机构，首先由电磁铁对工件进行初夹紧，之后由气动夹紧机构对工件进行夹紧，并使电磁铁停止工作。本发明薄板激光切割焊接机工件夹紧装置的优点为：被切割和焊接的工件夹持稳定可靠，快速，实现了自动化，大大提高了生产效率，提高切割和焊接质量，且不会影响其它电子装置的正常工作。

权利要求书
1.  一种用于激光薄板切割焊接机的工件夹紧装置，其特征在于包括复数个电磁铁和复数个气动夹紧机构，夹紧工件时，首先由电磁铁对工件进行初夹紧，之后由气动夹紧机构对工件进行夹紧，并使电磁铁停止工作。

2.  如权利要求1所述的工件夹紧装置，其特征在于：气动夹紧机构包括真空吸盘，电磁锁紧机构，电磁阀及真空阀相连接，当电磁阀打开，真空吸盘工作，工件被吸住；电磁锁紧机构可以锁定吸盘的垂直位置。

3.  如权利要求2所述的工件夹紧装置，其特征在于：气动夹紧机构还包括压敏元件，检测真空吸盘内的压力，当该压力低于设定值后，微机控制使电磁铁夹紧装置失电停止工作。

4.  一种用于激光薄板切割焊接机的工件夹紧方法，包括如下步骤：
(1)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁得电，将工件初步夹紧；
(2)微机通过I/O接口使需要气动夹的气动夹紧紧机构动作，将工件夹紧；
(3)微机通过A/D接口检测真空吸盘内的压力，当压力小于预定值时，确定夹紧过程已完成；
(4)微机通过I/O接口使锁紧机构动作，锁定气动夹紧机构；
(5)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁失电，完成定位夹紧全部过程。

5.  如权利要求4所述的工件夹紧方法，其特征在于采用压敏元件检测真空吸盘内的压力。

6.  一种用于激光薄板切割焊接机的工件夹紧方法，包括如下步骤：
(1)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁得电，将工件初步夹紧；
(2)微机通过I/O接口使需要气动夹的气动夹紧紧机构动作，将工件夹紧；
(3)微机通过A/D接口检测真空吸盘内的压力，当压力小于预定值时，确定夹紧过程已完成；
(4)微机通过I/O接口使锁紧机构动作，锁定气动夹紧机构；
(5)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁失电，完成定位夹紧全部过程。

说明书薄板激光切割焊接机工件夹紧装置
技术领域
本发明涉及一种薄板激光切割焊接机，尤其涉及薄板激光切割焊接机的工件夹紧装置。
背景技术
现有的薄板激光切割焊接机工作台上工件的定位是靠操作人员用眼睛观察工件是否对准定位，手工移动工件以修正位置，然后用压板和螺栓将工件手工压紧。由于夹紧方式不理想，夹紧力大小不稳定，效果受人为因素影响；夹紧处为细长的接触面，且夹紧处为刚性接触，这些原因造成工件的局部不能压平，影响焊缝质量，造成焊接质量不稳定。而且这种定位方式不准确，精度无法控制，主要依靠操作人员的经验，每次定位都不一样，因而每次切割下的废料也不一样，切割后的工件形状也不一样，由于每次切割时定位不一致，造成每次切割时的起点与终点都不一致，每次切割都要调整激光割刀的切割路径，重新对准激光切割(焊接)头的位置，很麻烦，辅助调整工作的时间长，工作效率低，不适应大批量生产。
美国专利第5023427号揭示了一种用于激光焊接机中的采用电磁铁的工件固定夹紧装置，但这些装置结构复杂，且在工件切割焊接过程中电磁铁产生的磁力会最影响其它电子装置的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄板激光切割焊接机的工件夹紧装置，实现微机控制下对工件的自动夹紧定位，且工件夹紧后不会翘曲变形。
本发明的目的是通过以下技术方法来实现地：用于激光薄板切割焊接机的工件夹紧装置，包括复数个电磁铁和复数个气动夹紧机构，首先由电磁铁对工件进行初夹紧，之后由气动夹紧机构对工件进行夹紧，并使电磁铁停止工作。
本发明所公开的薄板激光切割焊接机，其优点表现在：被切割和焊接的工件夹紧可靠，快速，大大提高了生产效率，提高切割和焊接质量，且不会影响其它电子装置的正常工作。
图1为本发明薄板激光切割焊接机的侧视图；
图2为本发明薄板激光切割焊接机的俯视示意图；
图3为本发明薄板激光切割焊接机另一方向的侧视图；
图4为本发明薄板激光切割焊接机显示定位销的部分剖面图；
图5为薄板激光切割焊接机工件定位及夹紧装置的组成示意图；
图6为CCD摄像头检测工件边线的示意图；
图7为CCD摄像头取得的图像矩阵A和C；
图8为气动夹紧机构的示意图；
图9为本发明第二实施例的真空吸盘的剖面示意图；
图10为采用如图9所示的真空吸盘后的工件定位及夹紧装置的组成示意图。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
请参阅图1至图3，本发明薄板激光切割焊接机包括激光焊接头(未图示)、底座4、安装在底座4上的上工作台2及下工作台5，这两个工作台2、5于分别用于固定薄板工件3、6。底座4上安装有精密滚珠丝杠(未图示)，精密直线导轨8、9与上述丝杠相连，下工作台5安装于精密直线长导轨9上，精密直线短导轨8安装于下工作台5上，上工作台2安装于精密直线短导轨8上。由数控机床控制伺服电机带动精密滚珠丝杠运动，进而使工作台2、5可沿导轨9、8滑动。
下工作台5包括两部分，其中第一部分可伸入到上工作台2的下面，另一部分与上工作台2平齐，一排横向并行排列的定位销1设置于下工作台5的第一部分上。请参阅图4，定位销1包括气缸12，固定于气缸上方的线性轴承13，安装于线性轴承13中的圆柱体14及安装于圆柱体14上方的轴承15，且轴承15可绕圆柱体14滚动。通过气缸12的活塞运动，可使圆柱体14带动轴承15在垂直方向上运动。工件3的切割边抵靠在定位销1的轴承15上以使该工件3定位；当需要切割焊接时，定位销1向下缩入到工作台5中，移动工作台2，使定位销1与工件3产生水平方向的相对位移以使定位销1远离工件3的切割焊接边。
请续参阅图8，工作台2，5上设有复数个电磁铁7，电磁铁7通电后会对工件产生吸引力以固定工件3、6。工作台2，5上还设有复数个气动夹紧机构11，先使电磁铁7通电对工件进行被夹紧，在切割焊接时，用气动夹紧机构11夹紧工件后撤销电磁铁7，以确保电磁铁7不影响其它电子装置。
气动夹紧机构11包括真空吸盘113，电磁锁紧机构110，电磁阀111及真空阀112相连接，电磁阀111打开，吸盘工作，工件被吸住；当真空达到规定值时，电磁锁紧机构110动作，锁定真空吸盘11的垂直位置。从而使真空吸盘113在铅垂方向上可以微调。底座3相对工作台2、5的两横向侧设有定位销10，以在横向方向上固定工件3、6。气动夹紧的效果要用压敏元件(未图示)检测气管内压力来确定，只有该压力低于设定值后，电磁铁7夹紧装置才失电。气动夹紧机构11有多个，每个气动夹紧机构是否工作，均可任意设置，每个均由微机独立可控；每个气动夹紧机构均有一个电磁铁锁紧机构110，锁定气动夹紧机构。锁紧机构10的锁定还是浮动，由微机通过I/O接口控制。
工件定位光电测控装置的原理是用摄像头将工件3定位时的轮廓图像摄入，并形成对应的图像数据，通过对该图像数据的分析处理，计算工件的定位误差，然后作出相应的指示和驱动对应伺服电机的运动，直到工件定位精度满足要求。工件3的定位误差是通过摄入图像中工件边缘线位置数据与样件(作为基准的工件装夹时的位置)定位数据对比后确定，如不满足要求，则根据误差的方向和大小来确定伺服电机的转向和角位移的多少。请参阅图5及图6，光电检测定位系统的电气系统由CCD摄像头、图像卡、气动阀电磁铁、锁紧电磁铁、伺服电机及控制器、压敏元件、I/O接口卡、A/D接口卡，真空泵和微机等组成，摄像头包括CCD点阵101和透镜102组成。
工件外形的边缘轮廓被摄像头的光学系统摄入至CCD点阵101表面形成图像信号，并由图像卡传入微机；CCD点阵101上的每一点光敏元件，受光的强弱分256等级。两个摄像头放在需要定位工件被测边缘线的两端。
工件图像处理过程为：
(1)CCD点阵101有N×M个光敏元件，每个光敏元件可测得一点像素的光强度，则共可测得N×M个像素的图像，每个像素有256灰度等级。按此数据生成矩阵A和B，矩阵中每个数据就是对应图像像素光强度的灰度等级数。如图7中矩阵A，元素ai，j(i＝0，1，…N；j＝0，1，…M；ai，j∈[0，1，…255])，表示第I行，第j列像素的光强度数据。
(2)用数字方法去除数据中直流电平的影响；再将矩阵元素二值化处理，形成二值的矩阵C和D。如图7中矩阵C，元素ci，j(i＝0，1，…N；j＝0，1，…M；ci，j∈[0，1])，1表示有工件的点，0表示对没有钢板的点。
(3)在图像数据中(即，矩阵C和D中)找出钢板图像对应点，得到工件边缘线的位置。
(4)将测得的数据与标准数据(经精确测定，保存于磁盘的数据)相比计算两个垂直方向上的定位误差。
工件定位控制过程为：
(1)标准工件放置到预定位置后，将两个摄像头放在标准工件被测边缘线的两端，标准工件的外形由两个CCD摄像头摄入形成图像信号，并由图像卡传入微机，生成标准工件的图像信号；
(2)需定位工件3的外形由两个CCD摄像头摄入形成图像信号，并由图像卡传入微机；
(3)微机将工件图像信号与标准工件的图像信号比较，算出定位误差；
(4)微机按定位误差的方向和大小，确定伺服电机驱动工件移动的方向和位移的大小；
(5)重复(1)、(2)和(3)步，直至定位误差达到定位精度的要求；
(6)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁7得电，将工件初步夹紧；
(7)微机通过I/O接口使需要气动夹的气动夹紧机构11动作，将工件夹紧；
(8)微机通过A/D接口检测真空吸盘113内的压力，以确定夹紧过程是否完成。
(9)气动夹紧过程完成后，微机通过I/O接口使锁紧机构110动作，锁定气动夹紧机构11；
(10)微机通过I/O接口使夹紧电磁铁7失电，完成定位夹紧全部过程。
本发明薄板激光切割焊接机工件夹紧装置的优点为：被切割和焊接的工件夹持稳定可靠，快速，实现了自动化，大大提高了生产效率，提高切割和焊接质量，且不会影响其它电子装置的正常工作。
本发明第二实施方式请参阅图9及图10，本实施例采用高精密度的真空吸盘代替第一实施方式中的真空吸盘。该真空吸盘包括吸盘112，空芯棒113，固定套114使空芯棒113固定在工件台2上，固定套114内设有弹簧115，以抵靠在空芯棒113下方并固定真空吸盘。弹簧垫圈117及螺母118用于固定空芯棒113与固定套114。采用上述真空吸盘后，在定位过程中，就可省去用第一实施例中的电磁锁紧结构对气动夹紧机构进行锁紧的步骤(9)。