本發(fā)明涉及裁剪加工設(shè)備，特別是涉及一種柔性材料裁剪機器人及其裁剪方法。
背景技術(shù)：
1、柔性材料是指那些在受力時容易發(fā)生形變，但通常不會斷裂或破碎的材料。它們具有易彎曲、易折疊、易拉伸、可壓縮等特性。與剛性材料(如金屬、硬塑料、木材)相比，它們更柔軟、更有彈性或更柔韌，主要包括棉、麻、絲、毛、化纖紡織品、薄膜、天然皮革、pu革、pvc革等，裁剪柔性材料的主要挑戰(zhàn)在于其易變形、易滑動、邊緣易磨損或卷曲。因此，裁剪方法與裁剪剛性材料有很大不同，更注重固定、精確引導和邊緣處理。
2、傳統(tǒng)柔性材料裁剪方式中，主要存在以下問題：1、材料利用率低下，人工排料或基礎(chǔ)排料算法在異形裁片間產(chǎn)生大量空隙；2、切割精度不足，材料變形導致單次切割誤差且批次間重復精度差；3、圖案套準易失控，人工對格誤差較大，自動化系統(tǒng)則無法適應(yīng)材料伸縮；4、柔性材料處理時送料褶皺會導致切割失真，多層切割邊界粘連；為此現(xiàn)提出一種柔性材料裁剪機器人及其裁剪方法，通過智能排料引擎、動態(tài)補償系統(tǒng)、多模態(tài)視覺定位模塊和自適應(yīng)切割系統(tǒng)，結(jié)合材料力學特性與深度學習，從根本上解決了柔性材料加工中的精度與利用率的矛盾，尤其適用于高端服裝定制、復合材料工業(yè)和汽車內(nèi)飾加工領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種柔性材料裁剪機器人及其裁剪方法，解決了傳統(tǒng)柔性材料切割過程中材料利用率較低、切割精度不足、圖案套準失控、柔性材料褶皺導致切割失真的問題。
2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方案如下：一種柔性材料裁剪機器人，包括切割系統(tǒng)、視覺定位模塊、送料平臺、質(zhì)量監(jiān)控模塊、智能嵌套排料系統(tǒng)，所述切割系統(tǒng)包括并聯(lián)機械臂和振動刀頭，所述視覺定位模塊包括多光譜工業(yè)相機、激光測距儀、數(shù)據(jù)分析模塊，所述送料平臺包括真空吸附平臺、全自動糾偏收卷機、全自動糾偏放卷機、激光測距儀，矩陣式電極陣列，所述質(zhì)量監(jiān)控模塊包括紅外熱像儀和線掃描相機；
3、裁剪方法包括如下步驟：
4、s1，柔性材料上料與預處理，人工將柔性材料卷裝至送料平臺，送料平臺對柔性材料進行糾偏調(diào)位并將柔性材料輸送至切割系統(tǒng)的加工位；
5、s2，柔性材料展平，真空吸附平臺可對加工位的柔性材料進行吸附，矩陣式電極陣列消除柔性材料褶皺并穩(wěn)定材料形態(tài)，使得柔性材料可展平；
6、s3，3d形變建模與特征提取，通過多光譜工業(yè)相機和激光測距儀采集數(shù)據(jù)生成3d形變拓撲圖；
7、s4，智能嵌套排料，智能嵌套排料系統(tǒng)載入裁片cad圖后經(jīng)過智能嵌套排料輸出排料方案；
8、s5，動態(tài)視覺伺服切割，排料方案輸入至切割系統(tǒng)，并聯(lián)機械臂即可帶動振動刀頭定位起點并通過排料方案進行切割；
9、s6，在線質(zhì)量監(jiān)控，線掃相機連續(xù)檢測對裁切料進行連續(xù)檢測，熱像儀實時監(jiān)測切割溫度；
10、s7，成品分揀與下料，機械臂完成切割后返回安全位置，真空吸附釋放壓力歸零，對裁切成品進行分揀下料。
11、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
12、進一步，所述并聯(lián)機械臂配置可控真空吸盤陣列對柔性材料進行壓料。
13、進一步，所述多光譜工業(yè)相機采集材料表面圖像，通過sift特征點匹配實現(xiàn)圖案定位，所述激光測距儀構(gòu)建厚度分布圖，結(jié)合應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)建立數(shù)字孿生模型，所述多光譜工業(yè)相機配置有環(huán)形led光源。
14、進一步，所述紅外熱像儀監(jiān)測柔性材料切割溫度防止熔邊，所述線掃描相機對柔性材料進行裁片輪廓在線檢測。
15、進一步，步驟s1中，材料卷兩端分別置于全自動糾偏收卷機和全自動糾偏放卷機，激光測距儀實時檢測柔性材料厚度，全自動糾偏收卷機和全自動糾偏放卷機的糾偏電機可調(diào)節(jié)卷料位置，使得柔性材料可輸送至送料平臺的加工位。
16、進一步，步驟s2中，矩陣式電極陣列可利用高壓靜電場使對加工位的柔性材料極化，產(chǎn)生庫侖力吸附效應(yīng)，消除褶皺并穩(wěn)定材料形態(tài)，所述矩陣式電極陣列包括電荷控制模塊、96針矩陣式電極、激光位移計，電荷控制模塊采用高壓放大器輸出0-±10kv電壓，96針矩陣式電極采用鍍金鎢絲，頻率50hz防電荷累積，采用激光位移計作為反饋傳感器使得電荷控制模塊和96針矩陣式電極自適應(yīng)調(diào)控。
17、進一步，步驟s3中，通過多光譜工業(yè)相機捕捉材料表面光譜特征，解析微觀形變與材質(zhì)特性，激光測距儀采集三維形變數(shù)據(jù)，高精度測量材料表面空間位移與厚度變化，數(shù)據(jù)分析模塊生成3d形變拓撲圖。
18、進一步，步驟s4中，智能嵌套排料過程中真空吸附平臺提升真空吸附至-90kpa，智能嵌套排料系統(tǒng)載入裁片cad圖后進行輪廓分類后通過遺傳算法進行全局優(yōu)化，通過模擬退火進行局部優(yōu)化，進行分形空隙填充，從而輸出排料方案。
19、進一步，步驟s5中，數(shù)字孿生模型的實時形變數(shù)據(jù)反饋至機械臂，實現(xiàn)切割路徑動態(tài)校正。
20、進一步，步驟s6中，若輪廓偏差大于閥值或溫度大于閥值則停止裁切進行校準，自動調(diào)用視覺系統(tǒng)重新掃描材料，并更新排料方案，減少人工干預。
21、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種柔性材料裁剪機器人及其裁剪方法，具有以下優(yōu)點：
22、1、解決了材料利用率低下，人工排料或基礎(chǔ)排料算法在異形裁片間產(chǎn)生大量空隙的問題，通過智能嵌套排料系統(tǒng)，遺傳算法全局優(yōu)化、模擬退火局部優(yōu)化、分形空隙填充技術(shù)、自動識別5mm以上空隙嵌入小零件，從而進一步提高材料利用率，從而減少邊角料；
23、2、解決了切割精度不足，材料變形導致單次切割誤差且批次間重復精度差的問題，通過動態(tài)補償系統(tǒng)的多光譜相機和激光測距儀構(gòu)建實時3d形變拓撲圖，通過數(shù)字孿生模型預測回彈率并修正切割路徑；
24、3、解決了圖案套準易失控，人工對格誤差較大，自動化系統(tǒng)則無法適應(yīng)材料伸縮的問題，通過多模態(tài)視覺定位的sift算法實現(xiàn)圖案亞像素級匹配，多光譜分析穿透表面紋理追蹤基底形變，從而可進一步提高對格精度，可解決提花布和格紋布的偏移問題，支持多層復合材料同步套準；
25、4、解決了傳統(tǒng)柔性材料處理時送料褶皺會導致切割失真，多層切割邊界粘連的問題，通過矩陣式電極陣列±10kv高壓靜電場產(chǎn)生分子級庫侖吸附力和96針電極分區(qū)調(diào)控消除局部褶皺；
26、5、以物理場控制替代機械強制約束解決形變根源，將材料特性轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型，實現(xiàn)預測性補償通過智能排料引擎、動態(tài)補償系統(tǒng)、多模態(tài)視覺定位模塊和自適應(yīng)切割系統(tǒng)，結(jié)合材料力學特性與深度學習，從根本上解決了柔性材料加工中的精度與利用率的矛盾，尤其適用于高端服裝定制、復合材料工業(yè)和汽車內(nèi)飾加工領(lǐng)域。
27、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。
1.一種柔性材料裁剪機器人，包括切割系統(tǒng)、視覺定位模塊、送料平臺、質(zhì)量監(jiān)控模塊、智能嵌套排料系統(tǒng)，其特征在于，所述切割系統(tǒng)包括并聯(lián)機械臂和振動刀頭，所述視覺定位模塊包括多光譜工業(yè)相機、激光測距儀、數(shù)據(jù)分析模塊，所述送料平臺包括真空吸附平臺、全自動糾偏收卷機、全自動糾偏放卷機、激光測距儀，矩陣式電極陣列，所述質(zhì)量監(jiān)控模塊包括紅外熱像儀和線掃描相機；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，所述并聯(lián)機械臂配置可控真空吸盤陣列對柔性材料進行壓料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，所述多光譜工業(yè)相機采集材料表面圖像，通過sift特征點匹配實現(xiàn)圖案定位，所述激光測距儀構(gòu)建厚度分布圖，結(jié)合應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)建立數(shù)字孿生模型，所述多光譜工業(yè)相機配置有環(huán)形led光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，所述紅外熱像儀監(jiān)測柔性材料切割溫度防止熔邊，所述線掃描相機對柔性材料進行裁片輪廓在線檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s1中，材料卷兩端分別置于全自動糾偏收卷機和全自動糾偏放卷機，激光測距儀實時檢測柔性材料厚度，全自動糾偏收卷機和全自動糾偏放卷機的糾偏電機可調(diào)節(jié)卷料位置，使得柔性材料可輸送至送料平臺的加工位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s2中，矩陣式電極陣列可利用高壓靜電場使對加工位的柔性材料極化，產(chǎn)生庫侖力吸附效應(yīng)，消除褶皺并穩(wěn)定材料形態(tài)，所述矩陣式電極陣列包括電荷控制模塊、96針矩陣式電極、激光位移計，電荷控制模塊采用高壓放大器輸出0-±10kv電壓，96針矩陣式電極采用鍍金鎢絲，頻率50hz防電荷累積，采用激光位移計作為反饋傳感器使得電荷控制模塊和96針矩陣式電極自適應(yīng)調(diào)控。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s3中，通過多光譜工業(yè)相機捕捉材料表面光譜特征，解析微觀形變與材質(zhì)特性，激光測距儀采集三維形變數(shù)據(jù)，高精度測量材料表面空間位移與厚度變化，數(shù)據(jù)分析模塊生成3d形變拓撲圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s4中，智能嵌套排料過程中真空吸附平臺提升真空吸附至-90kpa，智能嵌套排料系統(tǒng)載入裁片cad圖后進行輪廓分類后通過遺傳算法進行全局優(yōu)化，通過模擬退火進行局部優(yōu)化，進行分形空隙填充，從而輸出排料方案。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s5中，數(shù)字孿生模型的實時形變數(shù)據(jù)反饋至機械臂，實現(xiàn)切割路徑動態(tài)校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柔性材料裁剪機器人，其特征在于，步驟s6中，若輪廓偏差大于閥值或溫度大于閥值則停止裁切進行校準，自動調(diào)用視覺系統(tǒng)重新掃描材料，并更新排料方案，減少人工干預。