[01164403]柔性材料高速振动切割加工智能测控关键技术与应用

1. 课题来源与背景 项目来源于广东工业大学、广东瑞洲科技有限公司和佛山市南海区永正制鞋机械设备有限公司的长期产学研合作,在多项国家、省部级及企业横向课题的支持下,开展柔性材料切割装备、数控切割加工系统研制工作。尤其是广东省科技计划项目“紧凑型柔性材料高频振动切割模组关键技术研发”（项目编号：2014A010104012）的课题。 2. 技术原理和性能指标 本项目面向皮革、服装、纸张、复合材料等加工领域,以提高柔性材料加工自动化、智能化、准确度和生产效率为目标,综合机械、控制、信息、电子等学科理论及技术,创新地结合加工材料特性和环保需求研发利用高速振动方式实现柔性材料切割加工的刀头模组,设计了转角机构带动切割刀片微小转动,以保证刀刃始终与轨迹相切,实现复杂形状轨迹切割加工切向跟随;基于切割台面高度测量数据,研究刀头升降伺服控制方法;研发柔性材料高速加工视觉识别定位技术,实现有印刷图案的材料的自动定位切割,在材料放置有小范围偏移、旋转的情况下,不需要人工干预,仍然可以沿着预定轨迹切割。研究柔性材料加工台面高度测量补偿技术,采用平面插值算法计算出载物台各局部平面高度,根据等高图即可进行柔性材料切割载物台面高度补偿;并基于性能、成本优势的考虑,采用嵌入式设计方法,开发一套具有加工补偿等功能的加工测量与控制系统。通过加工控制智能化算法,优化原料使用率,降低成本,节能环保。 3. 技术创造性和先进性 （1）创新性研究根据加工轨迹路径信息和速度信息进行路径判断的方法,加工过程中智能地将复杂曲线分为直线和曲线插补,设计带动振动切割刀片微小转动机械机构及其智能调速方法,从而实现高精度的切向跟随切割的功能具有先进性。 （2）创造性研究带机器视觉在线测量的的新型紧凑型振动切割刀头模组,研究将边缘与区域信息相结合主动轮廓提取模型（Region Snake,R-S）用于提取柔性材料加工轨迹轮廓,解决了柔性材料高速加工过程轨迹图像采集与在线测量的问题。 （3）柔性材料切割加工载物台面高度在线测量补偿控制技术的创新,通过嵌入式硬件中断方式快速捕获台面单点高度,根据等高图进行柔性材料切割载物台面高度补偿,实现了边切割边测量,解决了多层材料切割不断,延长了载物台软性垫板的寿命。 （4）创造性的研究带测量反馈的柔性材料高速振动加工智能控制器,设计以双32位软处理器为核心、加工轨迹图像小波变换、台面高度测量计算等专用IP核为辅助的嵌入式系统,通过机器视觉测量加工轨迹加工偏差,结合高度传感器测量的台面高度数据,经PID调节后对数控切割加工系统的轨迹预补偿值、刀具进给量修正,解决了柔性材料轨迹加工精度受工件厚度、进给速度、台面高度、加工轨迹图案变化而受影响等问题。 4. 应用技术成熟度 承担单位与参与单位投入大量的资金与智力开展成果转化,已实现产业化。项目技术运用至实际生产中,其项目成果“柔性材料高速振动切割加工智能测控关键技术”已在广东瑞洲科技有限公司的多个系列数控皮革切割机设备、佛山市南海区永正制鞋机械设备有限公司的多系列的制鞋设备上应用。 5. 应用情况及存在的问题 项目为多家企业提供产品和技术服务,包括星期六股份、欣威皮革制品公司、葛洛伯时皮革公司等。与珠三角多家智能装备企业建立了良好的合作关系,建立起了完善的企业应用实践平台。项目成果已在多个系列裁床上应用,取得了理想的效果,大量销往国内外各类柔性材料制品企业。 通过项目的成果应用和转化,瑞洲科技和永正制鞋都取得了可观的直接经济效益。其中瑞洲科技本项目产品销售收入合计11975.78万元,永正制鞋本项目产品销售收入合计1825.75万元,项目相关技术产品成功应用于星期六股份有限公司自动化裁剪车间,本项目相关产品销售收入合计40031.09万元, 项目的本土化量产,促进了行业采用信息化技术改造和提升传统装备技术、提高产品的自动化生产控制能力、提升产品质量,实现产品上档次,创名牌。项目涉及高转速以及高精度两方面技术难点,为高校、企业人才的培养提供了绝佳的机会,将促进高校及企业业务水平向更高层次发展,创造更多的社会财富。通过对高速振动切割技术的创新,不仅对技术水平以及工艺水平的飞跃起到引导性作用,同时带动国内皮革切割机行业的升级换代,推动机械精加工技术的创新发展。 6. 历年获奖情况 无