[发明专利]带有结构光检测的三割炬H型钢双端自动切割机

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术，具体涉及一种钢材自动切割装置。

背景技术

基于H型钢设计的大型结构框架，被广泛应用于各种建筑领域，如陆地或海上石油 钻井平台、大型超市和体育场馆、桥梁以及电视或通讯信号塔等。为方便施工，在框架 搭建前往往需要在H型钢端头切出适合焊接的接头，比如在H型钢的一个腹板和两个翼 板3个平面上完成：切割直线、曲线、圆弧、工艺孔、坡口等。由于H型钢在轧制过程 中存在尺寸或形位公差，因此需要对被切割的H型钢进行形状和位置检测。但是目前对 H型钢材兼具检测和切割的技术方法或装置尚未见到。

目前对于简单型材的切割技术较为普及，其中不乏已有用于生产的成品。大部分切 割机均采用火焰切割，将割炬固定在切割机构的末端。上海建设焊割机具厂生产的H型 钢切割机，是单车、单割炬切割，割炬自由度较低，一般用于切断操作。2003年欧洲公 开了一种3割炬切割机的发明专利申请(H Beam Style Auto Cutting Machine)，可以同时 对H型钢的腹板、翼板进行切割。但此设备的割炬自由度较低，很难完成复杂的操作。 上述提到的两种切割机均不能进行误差检测。由于H型钢在三个面以及长度方向均存在 弯曲或扭曲形变，这些形变将直接影响切割质量，甚至造成割炬和型钢碰撞致使设备损 坏。上海交通大学、江南造船(集团)有限责任公司提出了一种激光定距方法的专利申 请(型钢机器人切割与划线系统的激光定距方法)，属于单割炬切割。这种方法需要在 机器人末端安装激光检测设备，通过扫描的方式获取型钢的尺寸特征，然后根据所测数 据对割炬轨迹进行修正。激光扫描的方法，需要扫描多次才可获得H型钢详细的尺寸， 因此在一定程度上增加了辅助时间，更主要的是不具备三割炬切割技术。

发明内容

本发明的目的是将检测和切割容为一体，提供一种带有结构光检测的三割炬机器人 H型钢双端自动切割装置。

以下结合附图对发明的技术原理进行说明。本发明是一个带有结构光检测H型钢形 变、具有三个割炬(枪)对H型钢两端进行自动切割的装置。三个割炬操作均由三个切 割机器人完成，其中两个切割机器人具有四个自由度(3个平动1个转动)，即沿X、Y、 Z三个轴线的平动；绕各自复合丝杠轴线的转动；另一个切割机器人具有五个自由度(3 个平动2个转动)，即沿X、Y、Z三个轴线的平动；绕复合丝杠轴线的转动和绕联轴器 的转动。其中一号和三号切割机器人由大臂、小臂、复合丝杠和割炬组成，二号切割机 器人的组成结构与一号和三号基本相同，区别是在复合丝杠和割炬之间加装了一个联轴 器。结构光检测器由结构光发生器和图像采集器组成。

在结构上：加工平台平面固定设置两根导轨，导轨纵向(X轴方向)和加工平台纵 向一致，滑动平台置于导轨上并可沿导轨纵向移动。横梁通过立柱固定在滑动平台上， 横梁和立柱组成作为支撑三个切割机器人的托架，其前侧(X轴正方向)与加工平台纵 向平行，作为被切割加工的H型钢用夹具固定于滑动平台上面，H型钢纵向与加工平台 纵向平行。在横梁的前侧开有导轨凹槽，一号和三号大臂的一端安装在导轨凹槽内构成 移动副，臂梁可沿导轨凹槽左右滑移。一号和三号大臂的另一端均与各自小臂的一端活 动轴连接，小臂可分别绕其大臂的安装端水平转动。一号和三号小臂的另一端分别安装 各自的复合丝杠，复合丝杠既可以沿Z轴方向平动和绕其轴线转动又可以是上述两种运 动的合成，复合丝杠的下端固定连接各自的割炬，割炬与加工平台平行。

二号切割机器人组成结构与一号和三号基本相同。但二号大臂的一端与横梁的上端 面固定轴连接安装，大臂可绕轴沿横梁上端面水平转动。在其复合丝杠的下端与联轴器 连接，而且联轴器的旋转轴线与二号复合丝杠的轴线垂直；联轴器的另一端与二号割炬 活动轴连接。二号割炬可绕联轴器的旋转轴线转动，且二号切割机器人的复合丝杠的轴 线应在二号割炬转动所形成的平面内。

一号与三号切割机器人用来切割H型钢两侧的翼板；二号切割机器人用于切割H型 钢的腹板。机器人在切割机装置的设置上为：一号和三号两个切割机器人位于切割机横 梁的两端，二号切割机器人位于一、三号两个切割机器人之间。三个大臂的臂梁均与加 工平台平面平行。