泡塊自動切割設備的製作方法
2023-06-01 20:03:36
專利名稱：泡塊自動切割設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於泡塊切割的機械設備，屬於泡塊切割技術領域。
背景技術：
泡塊(如聚氨酯泡塊等)用途廣泛、需用量大，廣泛應用於冷凍冷藏設備、工業設備保溫、建築材料、汽車頂篷內飾、吸音消震材料等方面。用途不同、應用條件不同對泡塊的切割加工尺寸、方式也就不同，所需的切割設備種類也就較多。發泡的泡塊表面不是完全平整，有的地方凸起，有的地方凹陷，凹凸不平。泡塊切割就是切除凹凸不平之處，獲得一個完整的平整平面，即切割刀具的位置應該處在凹凸平面的最低點，使切除量最少。泡塊發泡後進行切割加工的首要工序是將泡塊的各個側面進行去毛邊處理，使各側面平整達到泡塊進一步加工的要求。這個過程要求將不平整的側面去除同時要儘量使去除量小，提高泡塊的利用率，降低生產成本。以往的對泡塊的切割加工過程是比較繁瑣的，需要幾臺不同的設備將泡塊的各個面分別加工，首先要將泡塊裝夾在切頂機上，對泡塊的頂面進行切割，完成後，再將泡塊轉到另一臺切邊設備，對泡塊的兩側邊進行切割，兩側邊完成後，再將泡塊轉動90度或者搬運到另一臺切邊設備，對另外的兩側邊進行切割，各個邊切割完成後，再將泡塊搬運到另一臺設備，對泡塊進行切片加工。。這樣要經過至少4次搬運裝夾和3臺或4 臺設備加工才能完成這幾個工序，費時費力，需要設備多，並且重複裝夾加工精度也低。同時，現有的泡塊切割設備上均沒有檢測裝置，如中國專利文獻CN201168983公開的《塑料泡塊切割機》和CN201231508公開的一種泡塊切割機，不能檢測不平整頂面的去除量，達不到將不平整側面去除量最小的要求。
發明內容針對現有泡塊切割加工技術的不足，本實用新型提供一種能夠自動檢測泡塊頂面形貌、能夠一次裝夾完成泡塊多面切割和切片的泡塊自動切割設備。本實用新型的泡塊自動切割設備採用以下技術方案該泡塊自動切割設備，包括工作平臺、龍門塔架、頂部及前後邊切割裝置、左側邊切割裝置、右側邊切割裝置、3D視覺傳感器、控制系統；龍門塔架橫跨於工作平臺左右兩側，工作平臺的右側邊設置有定位裝置，工作平臺上安裝有用於泡塊前後方向移動時的零點定位檢測裝置，工作平臺上安裝有工件移動機構，工作平臺與龍門塔架之間安裝有前後移動距離檢測裝置；龍門塔架的頂部安裝有3D視覺傳感器；頂部及前後邊切割裝置通過升降傳動機構安裝在龍門塔架的前部，在升降傳動機構的作用下頂部及前後邊切割裝置在龍門塔架上垂直升降，頂部及前後邊切割裝置包括刀具輪安裝機構、安裝在刀具輪安裝機構上的動力電機、安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片，刀具輪安裝機構包括一個支架和安裝在支架上的轉軸，支架安裝在龍門塔架前部兩側的導軌上，並與升降傳動機構連接，轉軸的一端安裝有旋轉電機，轉軸上安裝動力電機，支架上安裝有到位傳感器，頂部及前後邊切割裝置具有90度的旋轉功能，能夠實現兩個垂直面的切割；左側邊切割裝置通過水平傳動機構安裝在龍門塔架的後部左側，在水平傳動機構的作用下左側邊切割裝置水平移動，左側邊切割裝置包括刀具輪安裝架、安裝在刀具輪安裝架上的動力電機、 安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片，刀具輪安裝架安裝在龍門塔架後部上下側的導軌上，並與水平傳動機構連接；右側邊切割裝置直接固定安裝在龍門塔架的後部右側，右側邊切割裝置包括刀具輪安裝座、安裝在刀具輪安裝座上的動力電機、安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片；龍門塔架的立柱上和頂部及前後邊切割裝置之間安裝有升降距離檢測裝置；龍門塔架的橫梁和左側邊切割裝置之間安裝有左右移動距離檢測裝置；所有電動部件及傳感器均與控制系統連接。工件移動機構為安裝在工作平臺上的一系列輸送輥，相鄰輸送輥通過鏈輪連接， 其中一個輸送輥與伺服電機連接。前後移動距離檢測裝置由雷射傳感器和安裝在工件移動機構伺服電機上的光柵盤構成，雷射傳感器檢測到泡塊移動到位後，由伺服電機確定移動的具體距離。升降距離檢測裝置採用光柵尺，光柵尺的主尺固定在龍門塔架的立柱上，光柵尺的讀數頭安裝在頂部及前後邊切割裝置上。左右移動距離檢測裝置採用光柵尺，光柵尺的主尺固定在龍門塔架的橫梁上，光柵尺的讀數頭安裝在左側邊切割裝置上。泡塊裝夾在工作平臺上，通過定位裝置進行定位，在切割前，控制系統控制工件移動機構使泡塊移動，3D視覺傳感器獲取泡塊頂面的圖像，計算頂面的凹凸深度，確定最少切除量。然後再切割。控制系統根據檢測的結果並結合泡塊的加工要求控制左側邊切割裝置移動到要求位置，然後工作平臺帶動泡塊移動，左側邊切割裝置、右側邊切割裝置首先開始切割泡塊的左、右側，泡塊移動到頂部及前後邊切割裝置位置時，頂部及前後邊切割裝置旋轉到立式位置對泡塊的前側面進行切割，然後頂部及前後邊切割裝置回位、旋轉到水平位置對泡塊的頂面進行切割，完成後頂部及前後邊切割裝置再次旋轉到立式位置對泡塊的後側面進行切割。這樣一次裝夾加工就完成了泡塊的5個面的切割加工工序。這5個面切割加工完成後，工作平臺帶動泡塊移動回到零點位置，為泡塊的切片做準備。頂部及前後邊切割裝置旋轉到水平位置並根據切片的厚度要求升降到相應位置開始對泡塊進行切片加工， 一片切割完成後，工作平臺帶動泡塊移動回到零點位置，頂部及前後邊切割裝置降到下一片相應位置進行下一片的切割，重複這一過程直到切片完成。本實用新型結構緊湊合理，能夠通過表面檢測裝置檢測泡塊的外側形貌，實現需加工面的最小去除量，結合泡塊的加工尺寸要求，自動完成尺寸的調節，一次安裝，控制各方向的切割裝置實現5個面的切割和泡塊的切片加工，其中頂部及前後邊切割裝置具有90 度的旋轉功能，可以實現兩個垂直面的切割，自動化程度高，提高了加工精度和生產效率、 減少材料的浪費、降低生產成本、減少勞動強度和勞動力，實現了以往需4套不同設備4次裝夾加工才能完成的加工要求。
圖1是本實用新型的立體結構示意圖。圖2是本實用新型龍門塔架的結構示意圖。圖3是圖2的左視圖。[0016]圖4是本實用新型的控制原理示意圖。圖中1、工作平臺，2、頂部及前後邊切割裝置，3、龍門塔架，4、左側邊切割裝置，5、 右側邊切割裝置，6、零點定位檢測裝置，7、定位裝置，8、動力電機，9、刀具輪，10、升降傳動機構，11、刀具輪，12、動力電機，13、動力電機，14、旋轉電機，15、刀具輪安裝座，16、刀具輪， 17、刀具輪安裝機構，18、水平傳動機構，19、刀具輪安裝架，20、人機互動作業系統，21、3D視覺傳感器，22、控制系統，23、伺服電機，24、伺服電機，25、伺服電機，26、前後移動距離檢測裝置，27、到位傳感器，28、升降距離檢測裝置，29、左右移動距離檢測裝置。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的泡塊自動切割設備包括工作平臺1、龍門塔架3、頂部及前後邊切割裝置2、左側邊切割裝置4和右側邊切割裝置5。下面在敘述中以圖 1的左邊方向為前。龍門塔架3橫跨於工作平臺1的左右兩側，工作平臺1穿過龍門塔架3 設置在地面上，工作平臺1的右側邊設置有定位裝置7，定位裝置7調整好後固定在工作平臺1上，用於切割時對泡塊定位，泡塊裝夾在工作平臺1上通過定位裝置7進行左右方向的定位，即垂直工件運動方向的定位，該定位裝置7可以是一塊長的定位板，也可以是兩個相隔一定距離的定位銷，也可以是其它能夠起到定位作用的部件。工作平臺1上安裝有用於泡塊前後方向移動時的零點定位檢測裝置6，該零點定位檢測裝置可以採用觸點式行程開關，泡塊到達零點定位檢測裝置6位置後，壓動觸點式行程開關，泡塊在切割過程中的移動距離從這個位置開始計算。工作平臺1上安裝有輸送輥，相鄰輸送輥通過鏈輪連接，其中一個輸送輥與伺服電機25 (參見圖4)連接。工作平臺1與龍門塔架3之間安裝有前後移動距離檢測裝置沈，前後移動距離檢測裝置26可以由雷射傳感器和安裝在伺服電機25上的光柵盤構成，雷射傳感器檢測到泡塊移動到位後，由伺服電機25確定移動的具體距離。龍門塔架3的頂部安裝有3D視覺傳感器21。對泡塊頂面檢測時，首先是工作平臺 1上的工件移動機構帶動泡塊運行，經過龍門塔架3，3D視覺傳感器獲取泡塊頂面的圖像， 計算頂面的凹凸深度，確定最少切除量。完成後，泡塊退回到初始位置，再進行下步的切割加工工作。頂部及前後邊切割裝置2通過升降傳動機構10安裝在龍門塔架3的前部，在升降傳動機構10的作用下頂部及前後邊切割裝置2在龍門塔架3上垂直升降並能轉動。傳動機構10為豎向放置的絲槓螺母副移動機構，龍門塔架3的前部兩側各豎向安裝有一個絲槓， 兩絲槓之間設有一個光槓，兩絲槓的一端均裝有錐齒輪，光槓的兩端也安裝有錐齒輪，兩絲槓上的錐齒輪分別與光槓兩端的錐齒輪嚙合，其中一個絲槓與安裝在龍門塔架3上的伺服電機24 (參見圖4)連接。伺服電機M帶動光杆轉動，光杆通過錐齒輪傳遞動力到兩個絲槓，使兩個絲槓同時轉動。頂部及前後邊切割裝置2包括刀具輪安裝機構17、動力電機8、 刀具輪9和刀片，刀具輪安裝機構17通過螺母與兩個絲槓連接，刀具輪安裝機構17包括有一個支架和安裝在支架上的轉軸，支架安裝在龍門塔架3前部兩側的導軌上，並通過兩個螺母分別與兩個絲槓連接，轉軸的一端安裝有旋轉電機14，動力電機8通過一個電機座安裝在轉軸上，刀具輪9安裝在動力電機8的電機軸上，刀片安裝在刀具輪9上。支架上安裝有到位傳感器27 (參見圖4)，旋轉電機14帶動轉軸轉動，轉軸再帶動動力電機8轉動，轉軸旋轉到位時碰觸到位傳感器27停止轉動。可以將動力電機8上的刀片轉動到水平狀態或者立式狀態，然後啟動絲槓轉動，帶動整個頂部及前後邊切割刀具2升降，移動到所需位置；動力電機8帶動刀具輪9轉動，刀具輪9上的刀片隨之轉動，推動泡塊向前移動，對泡塊進行前後方向或頂部的切割。在龍門塔架3的立柱上和頂部及前後邊切割裝置2之間安裝有升降距離檢測裝置觀。升降距離檢測裝置觀可以採用光柵尺，將光柵尺的主尺固定在龍門塔架3的立柱上，將光柵尺的讀數頭安裝在頂部及前後邊切割裝置2上(具體可以安裝在刀具輪安裝機構17的支架上)，隨頂部及前後邊切割裝置2的升降而動。左側邊切割裝置4通過水平傳動機構18安裝在龍門塔架3的後部左側，在水平傳動機構18的作用下左側邊切割裝置4以左右水平運動。水平傳動機構18為水平放置的絲槓螺母副移動機構，龍門塔架3的後部上下各水平安裝有一個絲槓。兩絲槓之間設有一個光槓，兩絲槓的一端均裝有錐齒輪，光槓的兩端也安裝有錐齒輪，兩絲槓上的錐齒輪分別與光槓兩端的錐齒輪嚙合，其中一個絲槓與安裝在龍門塔架3上的伺服電機23 (參見圖4)連接，伺服電機23帶動光杆轉動，光杆通過錐齒輪傳遞動力到兩個絲槓，使兩個絲槓同時轉動。左側邊切割裝置4包括刀具輪安裝架19、動力電機12、安裝在動力電機12上的刀具輪 11和安裝在刀具輪11上的刀片。刀具輪安裝架19安裝在龍門塔架3後部上下側的導軌上，並通過兩個螺母分別與兩個水平絲槓連接，動力電機12安裝在刀具輪安裝架19上。通過絲槓轉動帶動左側邊切割裝置4水平移動到指定位置，動力電機12帶動刀具輪11轉動， 刀具輪11上的刀片隨之轉動，對泡塊進行左右方向的切割。在龍門塔架3的橫梁和左側邊切割裝置4之間安裝有左右移動距離檢測裝置四。左右移動距離檢測裝置四可以採用光柵尺，將光柵尺的主尺固定在龍門塔架3的橫梁上，將光柵尺的讀數頭安裝在左側邊切割裝置4上(具體可以安裝在刀具輪安裝架19上)，隨左側邊切割裝置4的水平移動而動。右側邊切割裝置5直接固定安裝在龍門塔架3的後部右側。右側邊切割裝置5固定安裝在龍門塔架3上，不能移動，工件右側邊切割量的調節是通過定位裝置7在初期進行調節的，加工過程是不能調節的。右側邊切割裝置5包括刀具輪安裝座15、動力電機13、安裝在動力電機13上的刀具輪16和安裝在刀具輪16上的刀片。刀具輪安裝座15上固定安裝在龍門塔架3上，動力電機13安裝在刀具輪安裝座15上。動力電機13帶動刀具輪16 轉動，刀具輪16上的刀片隨之轉動，對泡塊右側切割。如圖4所示，所有的電動部件及傳感器均與控制系統22連接，控制系統22採用可編程控制器(PLC)，控制系統22與一個人機互動作業系統20 (顯示屏)連接。工作人員首先通過與控制系統22連接的人機互動作業系統20將命令輸入到控制系統22使整個設備歸零復位，然後工作人員通過人機互動作業系統20將加工要求等參數輸入到控制系統22。工件裝夾定位完成後，龍門塔架3頂部的3D視覺傳感器21對泡塊頂面檢測，首先是工作平臺1上的工件移動機構帶動泡塊運行，經過龍門塔架3，3D視覺傳感器獲取泡塊頂面的圖像，計算頂面的凹凸深度，確定最少切除量。完成後，泡塊退回到初始位置，再進行下步的切割加工工作。3D視覺傳感器21將這些數據輸入控制系統22，控制系統22對人機互動作業系統20和3D視覺傳感器21這兩個系統產生的數據進行優化算法處理產生所需的控制命令。控制系統22將加工工件的寬度指令輸入伺服電機23，伺服電機 23帶動左側邊切割裝置4移動到指定位置，左右移動距離檢測裝置四檢測到位後將信號反饋給控制系統22，然後控制系統22發出工件運行指令到伺服電機25，伺服電機25帶動工作平臺1上的輸送輥運行，泡塊開始移動。當泡塊移動到零點定位檢測裝置6位置時，零點定位檢測裝置6檢測到信號並將信號反饋到控制系統22，控制系統22發出切割前側面的指令到旋轉電機14和伺服電機M，旋轉電機14首先動作將刀具輪9轉動到立式位置為切割前側面做準備，到位傳感器27檢測到位後，反饋信號到控制系統22，然後伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2開始移動，當泡塊運行到指定位置時，升降距離檢測裝置觀反饋信號到控制系統22，然後控制系統22發出指令到伺服電機25使工作平臺1的輸送輥停止運行，前後移動距離檢測裝置26檢測停止後將信號反饋給控制系統22，然後伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2運行做前側面的切割工序。切割完成後，伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2回位，升降距離檢測裝置觀檢測到位後，控制系統22發出指令到旋轉電機14，旋轉電機14帶動刀具輪9旋轉到水平位置，到位傳感器27檢測到位後，控制系統 22發出指令到伺服電機24，伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2到切割泡塊的高度位置開始對頂面切割做準備，升降距離檢測裝置觀檢測到位後，伺服電機25開始帶動工作平臺1的輸送輥運行，使泡塊移動，泡塊的頂面和左右側面開始切割。根據控制系統22的發出的工件長度要求和前後移動距離檢測裝置沈的到位檢測信號，在切割完成後，伺服電機25停止運行，泡塊停止在指定位置，伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2回位，旋轉電機14帶動刀具輪9旋轉到立式狀態，到位傳感器27檢測到位後，伺服電機M帶動帶動頂部及前後邊切割裝置2開始切割泡塊件的後側面，切割完成後，升降距離檢測裝置觀檢測到位後，控制系統22發出指令，伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2回位，升降距離檢測裝置觀檢測到位後停止，伺服電機23帶動左側邊切割裝置4回位，左右移動距離檢測裝置四檢測到位後停止，伺服電機25帶動工作平臺1的輸送輥繼續運行，將泡塊移出， 前後移動距離檢測裝置26檢測到位後停止。完成後，泡塊再次退回到初始位置，再進行下步的切片加工工作。控制系統22發出指令到旋轉電機14，旋轉電機14帶動刀具輪9旋轉到水平位置，到位傳感器27檢測到位後，控制系統22發出指令到伺服電機24，伺服電機M帶動頂部及前後邊切割裝置2到泡塊切片的高度位置開始對泡塊切片做準備，升降距離檢測裝置觀檢測到位後，伺服電機25開始帶動工作平臺1的輸送輥運行，使泡塊移動，泡塊的第一片切片開始切割。根據控制系統 22的發出的工件長度指令和前後移動距離檢測裝置沈的到位檢測信號，在切割完成後，泡塊又一次退回到初始位置，進行下一片的切片加工工作，如此往復，直到泡塊切片完成。本實用新型具有以下特點1. 一次裝夾加工能夠實現5個泡塊面的切割加工和泡塊的切片加工，實現了以往需4套不同設備4次裝夾加工才能完成的加工要求；2.裝有表面檢測裝置，可以對泡塊表面狀況進行檢測，以實現最少材料去除，節約成本；3.對泡塊的頂面和前後側面的切割加工以及泡塊切片加工共用一套刀具系統，使設備更加緊湊合理，提高加工精度，減少設備成本；4.只需靠右側定位，前後側通過傳感檢測裝置來檢測，裝夾簡單、便於操作；5.通過控制系統、伺服電機和傳感檢測裝置實現了自動化的切割加工。
權利要求1.一種泡塊自動切割設備，包括工作平臺、龍門塔架、頂部及前後邊切割裝置、左側邊切割裝置、右側邊切割裝置、3D視覺傳感器、控制系統；其特徵是龍門塔架橫跨於工作平臺左右兩側，工作平臺的右側邊設置有定位裝置，工作平臺上安裝有用於泡塊前後方向移動時的零點定位檢測裝置，工作平臺上安裝有工件移動機構，工作平臺與龍門塔架之間安裝有前後移動距離檢測裝置；龍門塔架的頂部安裝有3D視覺傳感器；頂部及前後邊切割裝置通過升降傳動機構安裝在龍門塔架的前部，在升降傳動機構的作用下頂部及前後邊切割裝置在龍門塔架上垂直升降，頂部及前後邊切割裝置包括刀具輪安裝機構、安裝在刀具輪安裝機構上的動力電機、安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片，刀具輪安裝機構包括一個支架和安裝在支架上的轉軸，支架安裝在龍門塔架前部兩側的導軌上，並與升降傳動機構連接，轉軸的一端安裝有旋轉電機，轉軸上安裝動力電機，支架上安裝有到位傳感器，頂部及前後邊切割裝置具有90度的旋轉功能，能夠實現兩個垂直面的切割；左側邊切割裝置通過水平傳動機構安裝在龍門塔架的後部左側，在水平傳動機構的作用下左側邊切割裝置水平移動，左側邊切割裝置包括刀具輪安裝架、安裝在刀具輪安裝架上的動力電機、安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片，刀具輪安裝架安裝在龍門塔架後部上下側的導軌上，並與水平傳動機構連接；右側邊切割裝置直接固定安裝在龍門塔架的後部右側，右側邊切割裝置包括刀具輪安裝座、安裝在刀具輪安裝座上的動力電機、 安裝在動力電機上的刀具輪和安裝在刀具輪上的刀片；龍門塔架的立柱上和頂部及前後邊切割裝置之間安裝有升降距離檢測裝置；龍門塔架的橫梁和左側邊切割裝置之間安裝有左右移動距離檢測裝置；所有電動部件及傳感器均與控制系統連接。
2.根據權利要求1所述的泡塊自動切割設備，其特徵是所述工件移動機構為安裝在工作平臺上的一系列輸送輥，相鄰輸送輥通過鏈輪連接，其中一個輸送輥與伺服電機連接。
3.根據權利要求1所述的泡塊自動切割設備，其特徵是所述前後移動距離檢測裝置由雷射傳感器和安裝在工件移動機構伺服電機上的光柵盤構成，雷射傳感器檢測到泡塊移動到位後，由伺服電機確定移動的具體距離。
4.根據權利要求1所述的泡塊自動切割設備，其特徵是所述升降距離檢測裝置採用光柵尺，光柵尺的主尺固定在龍門塔架的立柱上，光柵尺的讀數頭安裝在頂部及前後邊切割裝置上。
5.根據權利要求1所述的泡塊自動切割設備，其特徵是所述左右移動距離檢測裝置採用光柵尺，光柵尺的主尺固定在龍門塔架的橫梁上，光柵尺的讀數頭安裝在左側邊切割
專利摘要本實用新型公開了一種泡塊自動切割設備，包括工作平臺、龍門塔架、頂部及前後邊切割裝置、左側邊切割裝置、右側邊切割裝置、3D視覺傳感器和控制系統；工作平臺上安裝有工件移動機構，工作平臺與龍門塔架之間安裝有前後移動距離檢測裝置；龍門塔架的頂部安裝有3D視覺傳感器，頂部及前後邊切割裝置通過升降傳動機構安裝在龍門塔架的前部，左側邊切割裝置通過水平傳動機構安裝在龍門塔架的後部左側，右側邊切割裝置直接固定安裝在龍門塔架的後部右側，所有電動部件及傳感器均與控制系統連接。本實用新型實現了一次裝夾完成5個面的自動化切割加工和泡塊切片加工過程，實現了自動化加工，提高了加工精度和生產效率、減少材料的浪費、降低生產成本。
文檔編號B26D7/27GK202212988SQ20112031624
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者李永, 林明星 申請人:山東大學