一种套切装置及套切方法

技术领域

本申请涉及材料切割技术领域，特别涉及一种套切方法。另外，本申请还提供一种实现上述套切方法的套切装置。

背景技术

在广告及包装的片状材料加工过程中，由于柔性切割机切割刀具所具有的特种特性，导致对较厚材料切割时，为避免带印刷品的面纸的过切，及对较厚瓦楞材料实现较规正的折合，在材料背向进行压痕及进行开槽等工艺，保证产品有较好的形态。

目前在反面套切时，主要采用的方式是，先进行正面标记点的切割，再对材料进行翻面，并采用已经切透的标记点作为二次定位，进行对标并实现切割的方法解决该问题。申请号为202211430558.4的中国发明专利公开了一种反面套切的方法，给出了桁架式上料装置解决自动上料及反面套切，是解决加大材料上料及实现反面套切的方法之一，并获得了较好的结果。但带来的问题是在进行高精度精细图像的反面套切时，精度不够高，对来料有一定的要求，当来料不准确时，需要采用人工对点的方式寻找标记点的位置，导致切割效率低。

因此，针对上述技术问题，如何提高套切精度以及套切效率是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种套切方法，该方法以基准板为参考坐标系，通过高精度相机确定印刷材料标记点的位置偏差以及角度偏差，并将偏差信息同步至数控切割机的控制软件，从而对排料图进行修正并输出切割图形，实现高精度套切以及高效率套切。

另外，本申请的另一目的是提供实现上述套切方法的套切装置。

为实现上述目的，本申请提供一种套切方法，包括：

采用标记点切透的基准板对定位板的位置与数控切割机上的位置进行映射标定；

以所述基准板的两个相邻直角边为x轴和y轴建立坐标系xoy，且所述数控切割机和所述定位板均以坐标系xoy为参考基准；

将印刷材料反面朝上放置在所述定位板上，并使所述印刷材料的两个相邻直角边与坐标系xoy的x轴和y轴重合；

以所述定位板上相机的采集视窗内一点为原点，建立子坐标系，通过采集视窗分别读取所述印刷材料上标记点相对于子坐标系原点位置偏差，以及两个标记点之间连线相对于两个子坐标原点之间连线的角度偏差；

将所述印刷材料抓取并放置在所述数控切割机上，且所述印刷材料以数控切割机上的坐标系xoy为基准放置；

所述数控切割机根据采样信号计算的位置偏差及角度偏差，对排料图进行变换并输出切割图形。

优选地，子坐标系的数量为三个，分别对应所述印刷材料的三个标记点，三个子坐标系分别记为x

三个子坐标系的原点在坐标系xoy的坐标记为o

三个所述标记点分别位于三个子坐标系中，且在三个子坐标系中的坐标记为P

优选地，所述相机移动设置在所述定位板上，所述相机的采集视窗与标记点和子坐标系存在三种位置关系：

所述标记点和所述子坐标系同时位于采集视窗内，所述相机读取两者位置坐标以及两者的位置偏差；

所述子坐标系位于采集视窗，所述标记点不在采集视窗内，移动所述相机并使所述标记点和所述子坐标系同时位于采集视窗内，读取位置坐标以及位置偏差；

所述子坐标系位于采集视窗，所述标记点不在采集视窗内，且移动所述相机后只有标记点位于采集视窗内，记录移动后的所述相机相对于所述子坐标系的偏差坐标(p’x

优选地，所述角度偏差θ满足：Tanθ＝(k2-k1)/(1+k1×k2)；

其中，k1为直线o

优选地，所述相机数量为三个，分别对应三个所述切透孔位置处，所述相机长边像素数为Lpix，相机视窗长边物体尺寸为Amm，每个像素为大小为(A/Lpix)mm。

优选地，所述映射标定包括：

将所述基准板放置在所述数控切割机的切割台面上，所述数控切割机的CCD相机以坐标系xoy为基准自动扫描所述切透孔，并精确读取三个所述切透孔的坐标，以及切割台面上抓取点V的坐标；

采用机器人抓取所述基准板上V点并放置在所述定位板上，此时所述定位板上便具有了以坐标系xoy为参考基准的定位面；

所述印刷材料放置在所述定位板上，所述印刷材料的两个相邻直角边与坐标系xoy的x轴和y轴重合，机器人以V点的坐标对所述印刷材料进行抓取，并放置在切割台面上，所述印刷材料便以切割台面上的坐标系xoy为参考基准；

通过标记基板上切透孔的坐标与切割台面平面坐标建立等当量的对应关系；

通过机器人示教建立了切割平台上V点与定位板上的W点的对应位置。

优选地，套切方法还包括：

将所述印刷材料正面朝上放置在所述定位板上，并使所述印刷材料的两个相邻直角边与坐标系xoy的x轴和y轴重合；

通过机器人将所述印刷材料抓取并放置在所述数控切割机上，CCD自动扫描所述标记点，软件按定义输出切割图形切割。

一种实现所述套切方法的套切装置，包括：

翻板装置，包括上述任一项所述的定位板以及滑动设置在所述定位板上的所述相机，还包括转动设置的翻板，所述翻板用以将正面朝上的印刷材料反转并放置在所述定位板上；

数控切割机，为上述任一项所述的数控切割机，包括用于放置并切割所述印刷材料的切割台面以及扫描定位的CCD相机；

机器人，用于抓取所述印刷材料并放置在所述切割台面上。

优选地，所述定位板倾斜设置，并在侧边设置有定位挡板，所述定位板下侧设置有与所述印刷材料底边接触，并带动所述印刷材料运动至所述定位挡板处的输送件；

其中，所述定位挡板的限位面位于坐标系xoy的x轴上，所述输送件的输送面位于坐标系xoy的y轴上。

优选地，所述相机通过同步带轮系控制丝杆螺母带动其移动，且通过脉冲控制相机高精度移动定位。

相对于上述背景技术，本申请首先采用标记点切头的基准板对定位板的位置和数控切割机的位置进行映射标定，从而建立同一坐标系下的参考基准。在此基础上，该坐标系是以基准板的两个相邻直角边为x轴和y轴建立，当基准板位于数控切割机的切割台面上时，控制软件能够以该坐标系xoy为参考基准，而当该基准板通过超高精度机器人转移至定位板上时，同样该定位板也能够以该坐标系xoy为参考基准，从而实现同步映射标定。

当然，定位板以该坐标系xoy为参考基准时，印刷材料的两个相邻直角边需要与坐标系xoy的x轴和y轴重合，从而确保印刷材料能够以该坐标系为参考基准。同时，在定位板上设置有三个高精度相机，通过相机读取印刷材料上标记点相对于子坐标系的位置偏差，以及两个标记点之间连线相对于两个子坐标系原点之间连线的角度偏差；而切透孔的位置信息时通过CCD相机实现确定，即基准板位于切割台面上时，CCD相机能够对切透孔的位置坐标进行确定。

同样的，通过同一机器人的高精度控制，将印刷材料抓取并放置在数控切割机的切割台面上时，印刷材料自然能够位于切割台面的坐标系xoy内，并以该坐标系为参考基准。在此基础上，数控切割机根据采样信号计算的位置偏差及角度偏差，对排料图进行修正并输出切割图形，自动完成切割、压痕、开槽等工序，完成后移动切割台面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的反面套切方法示意图；

图2为本申请实施例所提供的正面套切方法示意图；

图3为本申请实施例所提供的坐标系xoy以及三个子坐标系示意图；

图4为本申请实施例所提供的翻板装置立体结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的翻板装置侧面结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的相机组件正面结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的相机组件背面结构示意图。

图中：1、印刷材料 2、标记点 3、切割平台 4、机器人5、机架 6、定位板 7、翻板 8、控制气缸 9、输送组件 10、定位挡板 11、位置传感器 12、第三相机组件 13、第一相机组件14、第二相机组件 15、固定板 16、控制电机 17、同步带轮系18、检测传感器 19、检测片20、移动板 21、丝杆螺母副 22、安装座 23、相机 24、相机光源。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本实施例中，“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

如图1至图3所示，在本实施例中提供一种套切方法，该方法包括：

采用标记点2切透的基准板对定位板的位置与数控切割机上的位置进行映射标定，从而建立同一坐标系下的参考基准；

映射标定包括：

将基准板放置在数控切割机的切割台面上，数控切割机的CCD相机以坐标系xoy为基准自动扫描所述切透孔，并精确读取三个切透孔的坐标，以及切割台面上抓取点V的坐标；

采用机器人4抓取所述基准板上V点并放置在定位板上，此时所述定位板上便具有了以坐标系xoy为参考基准的定位面以及定位板上抓取点W的坐标；

当印刷材料1放置在定位板上时，印刷材料1的两个相邻直角边与坐标系xoy的x轴和y轴重合，机器人4以V点的坐标(V点坐标与W点坐标相同)对印刷材料1进行精确抓取，并放置在切割台面上，印刷材料1便以切割台面上的坐标系xoy为参考基准。

需要说明的是，通过标记基准板上切透孔的坐标与切割台面平面坐标建立等当量的对应关系，定位板上的印刷材料1和切割台面上的印刷材料1处于同一参考坐标系内，因此在坐标确定的情况下，能够实现精确的抓取与定位。

在上述实施例的基础上，数控切割机根据采样信号计算的位置偏差及角度偏差，对排料图进行修正并输出切割图形，获得准确的切割图像，从而进行高精度切割。

综合上述实施例，本申请首先采用标记点2切头的基准板对定位板的位置和数控切割机的位置进行映射标定，从而建立同一坐标系下的参考基准。在此基础上，该坐标系是以基准板的两个相邻直角边为x轴和y轴建立，当基准板位于数控切割机的切割台面上时，控制软件能够以该坐标系xoy为参考基准，而当该基准板通过超高精度机器人4转移至定位板上时，同样该定位板也能够以该坐标系xoy为参考基准，从而实现同步映射标定。

而定位板以该坐标系xoy为参考基准时，印刷材料1的两个相邻直角边需要与坐标系xoy的x轴和y轴重合，从而确保印刷材料1能够以该坐标系为参考基准。同时，在定位板上设置有三个高精度相机，通过相机读取印刷材料1上标记点2相对于子坐标系的位置偏差，以及两个标记点2之间连线相对于两个子坐标系之间连线的角度偏差；而切透孔的位置信息是通过CCD相机实现确定，即基准板位于切割台面上时，CCD相机能够对切透孔的位置坐标进行确定。

通过同一机器人4的高精度控制，将印刷材料1抓取并放置在数控切割机的切割台面上时，印刷材料1自然能够位于切割台面的坐标系xoy内，并以该坐标系为参考基准。在此基础上，数控切割机根据采样信号计算的位置偏差及角度偏差，对排料图进行修正并输出切割图形，自动完成切割、压痕、开槽等工序，完成后移动切割台面。

需要说明的是，本申请的定位板实际上是确定印刷材料1的参考基准，通过基准板在CCD相机的高精度读取校准下，确定基准板的坐标系xoy以及切透孔和抓取点的位置坐标，从而同步映射标定至定位板上。另外，切透孔为空心圆孔，抓取点W及数控切割机上的抓取点V通过协作机器人4示教方式，即借助数控切割机上的CCD相机进行精切读取校准后获得。

并且本申请分别以以定位板上相机的采集视窗内一点为原点，建立位于坐标系xoy内的三个子坐标系x

而o

在此基础上，可以在坐标系xoy中计算出角度偏差θ的值，即Tanθ＝(k2-k1)/(1+k1×k2)；其中，k1为直线o

此外，本申请的相机数量为三个，分别对应三个切透孔位置处，相机长边像素数为Lpix，相机视窗长边物体尺寸为Amm，每个像素为大小为(A/Lpix)mm。这里的相机像素为2592×1960或大于该参数，相机视窗长13mm，每个像素为13/2592＝0.0050mm。这里的相机视窗是指，每个相机所能拍摄的视窗物体区域。

需要说明的是，由于不同批料的印刷材料1，其标记点2的位置可能差异较大，因此相机的采集视窗与标记点2和切透孔存在三种位置关系，具体如下：

第一种，标记点2和子坐标系同时位于采集视窗内，此时相机可以直接读取两者位置坐标以及两者的位置偏差，从而依靠上述特征完成标记点2位置偏差和角度偏差的检测；

第二种，初始状态下，子坐标系位于采集视窗，而标记点2不在采集视窗内，此时可以移动相机并使标记点2和子坐标系同时位于采集视窗内，读取位置坐标以及位置偏差，并完成位置偏差和角度偏差的检测；

第三种，子坐标系位于采集视窗，标记点2不在采集视窗内，且移动相机后只有标记点2位于采集视窗内，记录移动后的相机相对于子坐标系的偏差坐标(p’x

请参照图2，该方法还包括：

将印刷材料1正面朝上放置在定位板上，使印刷材料1的两个相邻直角边与坐标系xoy的x轴和y轴重合；

通过机器人4将印刷材料1抓取并放置在数控切割机上，CCD自动扫描所述标记点2，软件按定义输出切割图形切割，这里不再详述。

需要强调的是，本申请是以基准板建立两个直角平面系，将切割平台3上的坐标系数据映射到定位板的坐标系中，并通过机器人4的机械臂，实现切割材料在两个坐标平面内的同步移动。如果存在偏差，通过相机实现高精度偏差检测，并将偏差信息同步传输至数控切割机的控制软件中，从而依靠采样信号计算的位置偏差及角度偏差，对排料图进行修正并输出切割图形，获得准确的切割图像，从而进行高精度切割。

另外，本申请还提供一种实现上述套切方法的套切装置，该装置包括翻板装置、数控切割机和机器人4，翻板装置包括上述任一项定位板6以及滑动设置在定位板6上的相机23，该翻板装置还包括转动设置的翻板7，翻板7能够将正面朝上的印刷材料1反转并放置在定位板6上。

数控切割机为上述任一项的数控切割机，包括用于放置并切割印刷材料1的切割台面以及扫描定位的CCD相机，这里不再详述。而机器人4为六轴机械臂，六轴机械臂利用其超高精度的控制能力，将该装置上的印刷材料1精确的放置在数控切割机的切割平台3上。

其中，定位板6倾斜设置，并在侧边设置有定位挡板10，定位板6下侧设置有与印刷材料1底边接触，并带动印刷材料1运动至定位挡板10处的输送件；定位挡板10的限位面位于坐标系xoy的x轴上，输送件的输送面位于坐标系xoy的y轴上。

具体地说，翻板装置包括机架5、定位板6、翻板7、输送组件9和相机组件，机架5作为该装置的主要承载部件，其具有良好的承重能力以及稳定性，可以在机架5下部的四个支脚处设置可调节的螺栓底座，以调节其高度和水平度，这里不再详述，可以参照现有技术。

定位板6呈倾斜式设置在机架5上，且倾斜程度接近90°，确保印刷材料1放置在倾斜面上时能够具有一定的稳定性。由图4可知，定位板6具有平整的上斜面，能够稳定放置印刷材料1；并且在定位板6的侧边设置有定位挡板10，当印刷材料1侧边与定位挡板10抵持时，印刷材料1便能够具有稳定的参考基准，具体地说，这里的参考基准便为坐标系xoy，后续的参考基准均为坐标系xoy，这里不再赘述，便于后续高精度套切。

翻板7转动设置在机架5上，并位于定位板6对面，具体请参照图4和图5，通过转动将印刷材料1翻面并平稳放置在定位板6的上斜面上。换句话说，由于来料可能为正面朝上或反面朝上，根据不同的套切方式选择不同的放置模式；即如果选择正面套切方式，则直接将正面朝上的来料放置在定位板6上即可，反面来料时，首先将其放置在翻板7上，通过翻板7转动进行反面同时将翻面后的印刷材料1放置在定位板6上，实现正面套切。当然，选择反面套切的方式也可参考上述过程，这里不再赘述。

由于标记点2位于印刷材料1的正面，因此对于不同的套切方式，确定标记点2位置信息的方式不同。正面套切时，可以直接通过数控切割机CCD相机自动扫描点，从而根据数控切割机的控制软件按定义输出切割图形切割，切割完成后移动切割台面。而对于反面套切而言，本申请通过三个相机组件实现标记点2位置信息的确定，三个相机组件均包括用于确定印刷材料1的标记点2位置信息并相对定位板6滑动的相机23，相机23滑动设置能够满足不同位置标记点2的信息确认，适用范围更广。相机23将位置信息同步至数控切割机的控制软件，数控切割机根据位置信息对切割图形进行旋转及移动，获得准确的切割图像。

输送组件9位于定位板6下侧的机架5上，一方面能够起到确定印刷材料1基准位置的作用，另一方面能够带动印刷材料1朝向定位挡板10运动，当到达定位挡板10处时，输送组件9停止动作，从而确保印刷材料1处于较为稳定的基准位置处。

综合上述实施例，本申请利用定位板6以及定位板6上的定位挡板10对印刷材料1进行定位，并且配合翻板7实现来料的自动翻转，可以根据需要选择不同的套切方式。并且在定位板6下侧的机架5上设置有输送组件9，可将翻转后的印刷材料1自动输送至定位挡板10处，从而确定印刷材料1的基准位置。同时，通过相机组件确定印刷材料1标记点2的位置信息，并将位置信息同步至数控切割机的控制软件，数控切割机根据位置信息对切割图形进行旋转及移动，获得准确的切割图像，从而进行高精度切割。此外，通过该装置可以满足片状材料的正面套切及反面套切自动化小批量生产线，较好的解决印刷品的套切及反面套切精度低和效率低的问题。

三个所述相机组件分别为位于靠近所述印刷材料1下侧边一侧的第一相机组件13和第二相机组件14，以及位于印刷材料1靠近所述定位挡板10一侧上端的第三相机组件12，第一相机组件13和第二相机组件14上的相机沿水平运动，第三相机组件12上的相机沿定位板6倾斜方向倾斜运动，三个相机形成三点定位，且三个相机23分别与印刷材料1上的三个标记点2位置对应。

请参照图6和图7，任一相机组件包括固定板15、丝杆螺母副21、移动板20和相机光源24，固定板15固定在定位板6下斜面上：丝杆21转动设置在固定板15上，并沿固定板15的长度方向设置；移动板20与丝杆螺母副21形成丝杆滑块连接，相机23固定设置在移动板20上；相机光源24固定设置在移动板20上，用以为相机23提供光源。其中相机23为USB相机。

请参照图6，固定板15上设置有控制电机16，控制电机16可以为伺服电机或步进电机，通过PLC实现精确控制，从而可以精确记录相机23的移动参数。控制电机16通过同步带轮系17与丝杆螺母副21端部连接，用于带动丝杆螺母副21转动，并且丝杆螺母副21通过在其两端的安装座22转动设置在固定板15上。

同时，在安装座22上设置有检测传感器18，移动板20上设置有与检测传感器18配合的检测片19，用以检测移动板20的运动位置，并确保移动板20不会发生撞击等情况。

本申请的输送组件9以输送带为例，输送带整体呈水平设置，从而确保印刷材料1能够在输送组件9上水平运动，并始终保持水平状态。在此基础上，输送带的带面与定位板6的倾斜面垂直设置，从而确保印刷材料1的输送稳定性。当然上述输送组件9包括但不限于该方式，也可以采用其他水平运动的输送方式，确保其具有稳定的输送方式即可。

另外，为了确保印刷材料1具有稳定的参考基准，这里的定位挡板10具有竖直的阻挡面，能够与印刷材料1的侧边抵持，从而配合输送带使印刷材料1下侧边水平，左右侧边位于竖直平面内，保持印刷材料1具有稳定的参考基准。需要说明的是，上述提供的参考基准均是为了为相机23提供稳定的记录参数，从而提高标记点2和切透孔片偏差参数的精确度，以达到精确套切的目的。

在定位板6上还设置有位置传感器11，位置传感器11用以检测印刷材料1是否达到定位板6的阻挡面处，从而停止输送组件9的动作，使印刷材料1稳定停靠在定位挡板10处，并且使印刷材料1具有稳定的参考基准。

机架5上设置有控制气缸8，控制气缸8的动力端与翻板7铰接，用于控制翻板7的转动。控制气缸8可以通过PLC精确控制，从而提高翻板7的控制精度，可以控制丝杆螺母带动相机移动，且每个控制脉冲可实现相机移动0.0017mm位置精度。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。