一种拉拔试样飞边清理装置及方法
阅读说明：本技术 一种拉拔试样飞边清理装置及方法 (Drawing sample flash cleaning device and method ) 是由 张煜平 林少春 吴东武 廖怡姣 龙健焙 徐楚力 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种拉拔试样飞边清理装置及方法,通过不同区域内电磁线圈的磁场强度的改变来控制激光发生器的旋转角度,从而更有针对性的对拉拔试样的飞边进行清理。利用转盘进行拉拔试样的位置矫正,进一步提升了飞边清理的准确度。此外,根据飞边的清理需求,设置有点、线、面等多种清理模式,不仅针对性更强,而且清除效率也得以提高。(The invention provides a device and a method for cleaning drawn samples of flash, which control the rotation angle of a laser generator through the change of the magnetic field intensity of electromagnetic coils in different areas, thereby cleaning the flash of the drawn samples more pertinently. The position of drawing the sample is corrected by utilizing the rotary table, and the accuracy of flash cleaning is further improved. In addition, according to the clearance demand of overlap, set up multiple clearance modes such as a bit, line, face, not only the pertinence is stronger, clears away efficiency moreover and also can improve.)
技术领域
本发明涉及飞边清理领域，具体涉及一种拉拔试样飞边清理装置及方法。
背景技术
在钢铁企业里，生产出钢铁成品后，需要对钢铁成品进行物理性能测试，验证样品的物理性能，如端面收缩率，拉拔最大拉力等物理特性。综合考虑检验效率，企业都选择拉力试验机进行拉拔试验。拉拔试验完成后的试样断面呈现的状态，试样的边缘存在过多的毛刺及飞边，毛刺和飞边会极大的影响视觉识别装置对拉拔断面的识别，无法计算出准确的断面收缩率等物理特性。因此，拉拔后的试样需进行飞边清理，以便于视觉识别装置准确识别拉拔断面，从而获得准确的物理性质参数。
目前，处理毛刺、飞边的方案基本由早期的机械化操作向自动化方向发展，如滚筒研磨法、高温去毛刺法、机械刷去毛刺法、挤压研磨去毛刺等等。随着近年来的激光技术迅速发展，激光加工方法有环保、无接触等优点，已被广泛地应用于毛刺的去除。
现在激光去毛刺、飞边技术的基本原理是利用激光具有强度大、能级高、聚焦强、指向好等特点，从激光器发出激光束经过光学装置，使得激光束形成不同角度的光线，对物体上的毛刺进行扫描，从而使得毛刺、飞边熔化、气化，最终使得毛刺得以取出，具有效率高，适用范围广等优点。
然而针对不同规格的拉拔棒线材断面进行毛刺、飞边的清理，目前先有可参考的技术有两种，一是需要光学装置进行360°的旋转，这种方式对光学装置的旋转机构的精度要求较高，且光学装置较为容易受其他因素影响，如光学装置的污染情况，光线的质量等；二是在外部新增一个皮带机构，固定拉拔完成的试样并按照一定的角速度进行旋转，通过固定激光器发射的激光束对拉拔断面的一个扫描，从而使得拉拔断面的毛刺、飞边熔化，气化。这种方式虽然对皮带机构上固定拉拔试样的旋转机构精度要求不高，但属于流水作业，需要另外在拉拔完成后设立皮带机构，没有办法做到一个紧凑型的结构。
发明内容
本发明提供了一种拉拔试样飞边清理装置及方法，解决了使用激光清理拉拔试样飞边过程中激光质量不高，清理装置对拉拔试样飞边清理的精准度和集成度不高的问题。
本发明涉及一种拉拔试样飞边清理装置，包括清理机构、机械手和控制系统；
所述清理机构包括球体和激光发生器，所述球体包括上半球和下半球；所述下半球设有电磁区域，所述电磁区域内镶嵌有电磁线圈；
所述激光发生器表面材质为永磁材料，所述电磁线圈连通所述控制系统，通过所述控制系统控制所述电磁线圈的电流，并进一步控制所述激光发生器的运动路径。
详细地，激光发生器为永磁材料，其下端为N极。当电磁线圈通电后，根据右手螺旋定则，电磁线圈形成上端为N极，下端为S极的磁场，与激光发生器下端N极磁场形成斥力，根据公式F＝NILB，其中，N是线圈匝数，I是通电电流强度，L为磁体长度，B为电磁感应强度，当N、L、B参数恒定时，通过调节I的大小，即可控制激光发生器与电磁线圈之间的斥力。
进一步地，在非使用状态下，激光发生器处于下半球底部，当需要使用时，电磁线圈通电，电磁线圈形成磁场，并与激光发生器之间形成斥力，逐渐增大电流，斥力增大，当电流增加至F斥＝G时，即电磁线圈与激光发生器之间的斥力F斥等于激光发生器的重力G时，激光发生器处于受力平衡状态，此时，激光发生器漂浮于球体内部。
进一步地，机械手将拉拔试样移至激光器上方，通过激光发生器发射的激光将飞边清除。电磁区域分布于下半球，通过调整电磁区域内不同电磁线圈的电流大小，即可实现对激光发生器运动路径的控制，从而实现对拉拔试样的飞边清理。
进一步地，所述清理装置还包括视觉识别装置和转盘，所述清理机构和所述视觉识别装置固定于所述转盘上。
详细地，视觉识别装置用于矫正拉拔试样与清理机构之间的相对位置，当机械手将拉拔试样抓取至清理机构上方时，拉拔试样的位置与清理机构之间的位置存在偏差，为了更精准的对拉拔试样的飞边清理，在激光清理之前，将视觉识别装置通过转盘旋转至主机位，移动机械手，使试样的中心点的位置与视觉识别装置的焦点重合，重合后，控制系统受到反馈指令，旋转转盘，将清理机构旋转至主机位，此时，激光发生器发射的激光点与视觉识别装置的焦点重合，即为拉拔试样的中心点位置。进行拉拔试样矫正后即可进一步对飞边进行清理。
进一步地，所述上半球顶部设有透镜。
详细地，为了避免清理的飞边碎屑落入清理机构内部，在下半球上安装有上半球，上半球顶部设有供激光穿过的透镜。透镜可以是平面透镜，凸透镜或凹透镜。当透镜为平面透镜时，激光光束的出射角不会发生改变，当透镜为凹透镜时，激光光束的的出射角发生改变，能有效的聚焦光线，提高激光的能量，达到更好的飞边清除效果。当使用凸透镜或凹透镜时，拉拔试样与透镜中间的距离由机械手进行调整。
进一步地，所述控制系统设有电流缓减的程序，所述下半球外部设有缓冲电路，所述缓冲电路为充电电容。
详细地，在飞边清理结束后，为了避免断电导致处于悬浮状态的激光发生器突然失力下落，造成磕碰损伤，在控制系统中设置电流缓减的程序，使电流强度逐渐减缓，激光发生器所受的斥力也逐渐减弱，在重力作用下，激光发生器缓慢落入下半球球底。但是，当出现故障、停电等突发事件致使电磁线圈在断电之前无法启动电流缓减程序时，激光发生器会突然下落，为了避免突然下落，设置在下半球外部的缓冲电路启动，充电电容对电磁线圈进行缓慢放电，且充电电容的电量会逐步下降，放电量也逐步下降，此时，激光发生器在充电电容的作用下缓慢下落至下半球底部。
进一步地，所述所述电磁线圈均匀分布于所述电磁区域内，数量为20-30个。
进一步地，所述电磁区域分为五个区域，所述五个区域包括中部电磁区域，以及围绕所述中部电磁区域平均分布的前部电磁区域，后部电磁区域，左部电磁区域和右部电磁区域。
详细地，对拉拔试样的飞边清理需要激光发生器进行旋转动作，通过对不同区域的电磁线圈的电流大小进行控制，使不同区域对激光发射器的产生的斥力大小不平衡，进而控制激光发生器的运动路径。其中，中部电磁区域的电磁线圈对激光发生器的斥力不变，保证激光发生器在球体内的高度不变。
本发明的另一个目的是提供一种拉拔试样飞边清理的方法，采用拉拔试样飞边清理装置对拉拔试样飞边进行清理，其步骤为：
S1：所述控制系统获取在试样拉拔过程中的需要去毛刺部位轮廓的图像信息；
S2：所述机械手将拉拔试样移动至所述透镜正上方；
S3：旋转所述转盘，将所述视觉识别装置旋转至主机位；
S4：通过所述控制系统调节所述机械手，矫正拉拔试样的位置，使试样的中心点与所述视觉识别装置的焦点位置重合；
S5：旋转所述转盘，将所述清理装置旋转至主机位，进行激光清理飞边操作；
S6：以所述激光发生器的初始位置为原点，建立X，Y，Z三维坐标轴，拉拔试样经矫正后，落入该坐标区域内，并根据S1步骤所获取的图像信息，控制系统获取需要进行飞边清理的位点的坐标，并根据图像信息分析判断清理类型；
S7：根据不同的清理匹配不同清理模式；
S8：清理结束后，所述电磁线圈失电，所述缓冲电路启动，所述激光发生器缓慢下落至所述下半球底部。
进一步地，所述清理类型包括点清理、线清理和面清理；
进一步地，当需要进行点清理时，所述控制系统控制所述电磁线圈的电流，进一步控制所述激光发生器对准待清理点的坐标，进行点清理；
当需要进行线清理时，所述清理路线为两坐标点之间的连线，所述控制系统控制所述电磁线圈的电流，进一步控制所述激光发生器按连线进行线清理；
当需要进行面清理时，以待清理区域内的距离最大的两个坐标点之间的距离为直径，中点为圆点画圆，得到清理圆，由所述控制系统控制所述电磁线圈的电流，进一步控制所述激光发生器按清理圆进行面清理。
进一步地，在步骤S5中，所述清理机构启动时，给所述电磁线圈通电，所述激光发生器向上运动至悬浮于球体中心。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供一种拉拔试样飞边清理装置及方法，通过不同区域内电磁线圈的磁场强度的改变来控制激光发生器的旋转角度，从而更有针对性的对拉拔试样的飞边进行清理。利用转盘进行拉拔试样的位置矫正，进一步提升了飞边清理的准确度。此外，根据飞边的清理需求，设置有点、线、面等多种清理模式，不仅针对性更强，而且清除效率也得以提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明飞边清理装置示意图；
图2为本发明清理机构示意图；
图3为本发明电磁区域分布示意图；
1-激光发生器；2-上半球；3-透镜；4-电磁线圈；5-下半球；6-电源线；7-电磁区域；8-视觉识别装置；9-转盘；10-机械手；11-清理机构；A-中部电磁区域；B-前部电磁区域；C后部电磁区域；D左部电磁区域；E-右部电磁区域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“水平”、“竖直”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-3，下面对本申请实施例的一种拉拔试样飞边清理装置及方法进行具体说明。
一种拉拔试样飞边清理装置，其特征在于，包括清理机构11、机械手10、控制系统、视觉识别装置8和转盘9；
所述清理机构11包括球体和激光发生器1，所述球体包括上半球2和下半球5；所述上半球2顶部设有透镜3；所述下半球5设有电磁区域7，所述电磁区域7内镶嵌有电磁线圈4，所述所述电磁线圈4均匀分布于所述电磁区域7内，数量为20-30个；所述电磁区域7分为五个区域，所述五个区域包括中部电磁区域A，以及围绕所述中部电磁A区域平均分布的前部电磁区域B，后部电磁区域C，左部电磁区域D和右部电磁区域E。
进一步地，所述清理机构11和所述视觉识别装置8固定于所述转盘9上。
所述激光发生器1表面材质为永磁材料，所述电磁线圈4连通所述控制系统，通过所述控制系统控制所述电磁线圈4的电流，并进一步控制所述激光发生器1的运动路径。
当激光发生器1需要发生顺时针旋转运动来清理拉拔试样时，中部电磁区域A、前部电磁区域B、后部电磁区域C的电磁线圈4保持通电电流不变，左部电磁区域D的电磁线圈4通电电流减小，同时右部电磁区域E的电磁线圈4通电电流增大，使激光发生器1的平衡受力状态破坏，从而发生顺时针旋转运动。激光发生器1的旋转角度由电磁区域内不同电磁线圈4的通电电流大小进行控制。同理，激光发生器1可实现透镜3区域内任意角度的旋转运动。
所述控制系统设有电流缓减的程序，所述下半球5外部设有缓冲电路，所述缓冲电路为充电电容。
一种拉拔试样飞边清理的方法，使用拉拔试样飞边清理装置对拉拔试样飞边进行清理，其步骤为：
S1：所述控制系统获取在试样拉拔过程中的需要去毛刺部位轮廓的图像信息；
S2：所述机械手10将拉拔试样移动至所述透镜3正上方；
S3：旋转所述转盘9，将所述视觉识别装置8旋转至主机位；
S4：通过所述控制系统调节所述机械手10，矫正拉拔试样的位置，使试样的中心点与所述视觉识别装置8的焦点位置重合；
S5：旋转所述转盘9，将所述清理装置旋转至主机位，进行激光清理飞边操作；清理机构11启动，所述电磁线圈4通电，所述激光发生器1向上运动至悬浮于球体中心；
S6：以所述激光发生器1的初始位置为原点，建立X，Y，Z三维坐标轴，拉拔试样经矫正后，落入该坐标区域内，并根据S1步骤所获取的图像信息，控制系统获取需要进行飞边清理的位点的坐标，并根据图像信息分析判断清理类型；
S7：根据不同的清理匹配不同清理模式；
其中，所述清理类型包括点清理、线清理和面清理。
当需要进行点清理时，所述控制系统控制所述电磁线圈4的电流，进一步控制所述激光发生器1对准待清理点的坐标，进行点清理；
当需要进行线清理时，所述清理路线为两坐标点之间的连线，所述控制系统控制所述电磁线圈4的电流，进一步控制所述激光发生器1按连线进行线清理；
当需要进行面清理时，以待清理区域内的距离最大的两个坐标点之间的距离为直径，中点为圆点画圆，得到清理圆，由所述控制系统控制所述电磁线圈4的电流，进一步控制所述激光发生器1按清理圆进行面清理。
S8：清理结束后，所述电磁线圈4失电，所述缓冲电路启动，所述激光发生器1缓慢下落至所述下半球5底部。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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