专利名称：泡块自动切割设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于泡块切割的机械设备，属于泡块切割技术领域。
背景技术：
泡块(如聚氨酯泡块等)用途广泛、需用量大，广泛应用于冷冻冷藏设备、工业设备保温、建筑材料、汽车顶篷内饰、吸音消震材料等方面。用途不同、应用条件不同对泡块的切割加工尺寸、方式也就不同，所需的切割设备种类也就较多。发泡的泡块表面不是完全平整，有的地方凸起，有的地方凹陷，凹凸不平。泡块切割就是切除凹凸不平之处，获得一个完整的平整平面，即切割刀具的位置应该处在凹凸平面的最低点，使切除量最少。泡块发泡后进行切割加工的首要工序是将泡块的各个侧面进行去毛边处理，使各侧面平整达到泡块进一步加工的要求。这个过程要求将不平整的侧面去除同时要尽量使去除量小，提高泡块的利用率，降低生产成本。以往的对泡块的切割加工过程是比较繁琐的，需要几台不同的设备将泡块的各个面分别加工，首先要将泡块装夹在切顶机上，对泡块的顶面进行切割，完成后，再将泡块转到另一台切边设备，对泡块的两侧边进行切割，两侧边完成后，再将泡块转动90度或者搬运到另一台切边设备，对另外的两侧边进行切割，各个边切割完成后，再将泡块搬运到另一台设备，对泡块进行切片加工。。这样要经过至少4次搬运装夹和3台或4 台设备加工才能完成这几个工序，费时费力，需要设备多，并且重复装夹加工精度也低。同时，现有的泡块切割设备上均没有检测装置，如中国专利文献CN201168983公开的《塑料泡块切割机》和CN201231508公开的一种泡块切割机，不能检测不平整顶面的去除量，达不到将不平整侧面去除量最小的要求。
发明内容针对现有泡块切割加工技术的不足，本实用新型提供一种能够自动检测泡块顶面形貌、能够一次装夹完成泡块多面切割和切片的泡块自动切割设备。本实用新型的泡块自动切割设备采用以下技术方案该泡块自动切割设备，包括工作平台、龙门塔架、顶部及前后边切割装置、左侧边切割装置、右侧边切割装置、3D视觉传感器、控制系统；龙门塔架横跨于工作平台左右两侧，工作平台的右侧边设置有定位装置，工作平台上安装有用于泡块前后方向移动时的零点定位检测装置，工作平台上安装有工件移动机构，工作平台与龙门塔架之间安装有前后移动距离检测装置；龙门塔架的顶部安装有3D视觉传感器；顶部及前后边切割装置通过升降传动机构安装在龙门塔架的前部，在升降传动机构的作用下顶部及前后边切割装置在龙门塔架上垂直升降，顶部及前后边切割装置包括刀具轮安装机构、安装在刀具轮安装机构上的动力电机、安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片，刀具轮安装机构包括一个支架和安装在支架上的转轴，支架安装在龙门塔架前部两侧的导轨上，并与升降传动机构连接，转轴的一端安装有旋转电机，转轴上安装动力电机，支架上安装有到位传感器，顶部及前后边切割装置具有90度的旋转功能，能够实现两个垂直面的切割；左侧边切割装置通过水平传动机构安装在龙门塔架的后部左侧，在水平传动机构的作用下左侧边切割装置水平移动，左侧边切割装置包括刀具轮安装架、安装在刀具轮安装架上的动力电机、 安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片，刀具轮安装架安装在龙门塔架后部上下侧的导轨上，并与水平传动机构连接；右侧边切割装置直接固定安装在龙门塔架的后部右侧，右侧边切割装置包括刀具轮安装座、安装在刀具轮安装座上的动力电机、安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片；龙门塔架的立柱上和顶部及前后边切割装置之间安装有升降距离检测装置；龙门塔架的横梁和左侧边切割装置之间安装有左右移动距离检测装置；所有电动部件及传感器均与控制系统连接。工件移动机构为安装在工作平台上的一系列输送辊，相邻输送辊通过链轮连接， 其中一个输送辊与伺服电机连接。前后移动距离检测装置由激光传感器和安装在工件移动机构伺服电机上的光栅盘构成，激光传感器检测到泡块移动到位后，由伺服电机确定移动的具体距离。升降距离检测装置采用光栅尺，光栅尺的主尺固定在龙门塔架的立柱上，光栅尺的读数头安装在顶部及前后边切割装置上。左右移动距离检测装置采用光栅尺，光栅尺的主尺固定在龙门塔架的横梁上，光栅尺的读数头安装在左侧边切割装置上。泡块装夹在工作平台上，通过定位装置进行定位，在切割前，控制系统控制工件移动机构使泡块移动，3D视觉传感器获取泡块顶面的图像，计算顶面的凹凸深度，确定最少切除量。然后再切割。控制系统根据检测的结果并结合泡块的加工要求控制左侧边切割装置移动到要求位置，然后工作平台带动泡块移动，左侧边切割装置、右侧边切割装置首先开始切割泡块的左、右侧，泡块移动到顶部及前后边切割装置位置时，顶部及前后边切割装置旋转到立式位置对泡块的前侧面进行切割，然后顶部及前后边切割装置回位、旋转到水平位置对泡块的顶面进行切割，完成后顶部及前后边切割装置再次旋转到立式位置对泡块的后侧面进行切割。这样一次装夹加工就完成了泡块的5个面的切割加工工序。这5个面切割加工完成后，工作平台带动泡块移动回到零点位置，为泡块的切片做准备。顶部及前后边切割装置旋转到水平位置并根据切片的厚度要求升降到相应位置开始对泡块进行切片加工， 一片切割完成后，工作平台带动泡块移动回到零点位置，顶部及前后边切割装置降到下一片相应位置进行下一片的切割，重复这一过程直到切片完成。本实用新型结构紧凑合理，能够通过表面检测装置检测泡块的外侧形貌，实现需加工面的最小去除量，结合泡块的加工尺寸要求，自动完成尺寸的调节，一次安装，控制各方向的切割装置实现5个面的切割和泡块的切片加工，其中顶部及前后边切割装置具有90 度的旋转功能，可以实现两个垂直面的切割，自动化程度高，提高了加工精度和生产效率、 减少材料的浪费、降低生产成本、减少劳动强度和劳动力，实现了以往需4套不同设备4次装夹加工才能完成的加工要求。
图1是本实用新型的立体结构示意图。图2是本实用新型龙门塔架的结构示意图。图3是图2的左视图。[0016]图4是本实用新型的控制原理示意图。图中1、工作平台，2、顶部及前后边切割装置，3、龙门塔架，4、左侧边切割装置，5、 右侧边切割装置，6、零点定位检测装置，7、定位装置，8、动力电机，9、刀具轮，10、升降传动机构，11、刀具轮，12、动力电机，13、动力电机，14、旋转电机，15、刀具轮安装座，16、刀具轮， 17、刀具轮安装机构，18、水平传动机构，19、刀具轮安装架，20、人机交互操作系统，21、3D视觉传感器，22、控制系统，23、伺服电机，24、伺服电机，25、伺服电机，26、前后移动距离检测装置，27、到位传感器，28、升降距离检测装置，29、左右移动距离检测装置。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本实用新型的泡块自动切割设备包括工作平台1、龙门塔架3、顶部及前后边切割装置2、左侧边切割装置4和右侧边切割装置5。下面在叙述中以图 1的左边方向为前。龙门塔架3横跨于工作平台1的左右两侧，工作平台1穿过龙门塔架3 设置在地面上，工作平台1的右侧边设置有定位装置7，定位装置7调整好后固定在工作平台1上，用于切割时对泡块定位，泡块装夹在工作平台1上通过定位装置7进行左右方向的定位，即垂直工件运动方向的定位，该定位装置7可以是一块长的定位板，也可以是两个相隔一定距离的定位销，也可以是其它能够起到定位作用的部件。工作平台1上安装有用于泡块前后方向移动时的零点定位检测装置6，该零点定位检测装置可以采用触点式行程开关，泡块到达零点定位检测装置6位置后，压动触点式行程开关，泡块在切割过程中的移动距离从这个位置开始计算。工作平台1上安装有输送辊，相邻输送辊通过链轮连接，其中一个输送辊与伺服电机25 (参见图4)连接。工作平台1与龙门塔架3之间安装有前后移动距离检测装置沈，前后移动距离检测装置26可以由激光传感器和安装在伺服电机25上的光栅盘构成，激光传感器检测到泡块移动到位后，由伺服电机25确定移动的具体距离。龙门塔架3的顶部安装有3D视觉传感器21。对泡块顶面检测时，首先是工作平台 1上的工件移动机构带动泡块运行，经过龙门塔架3，3D视觉传感器获取泡块顶面的图像， 计算顶面的凹凸深度，确定最少切除量。完成后，泡块退回到初始位置，再进行下步的切割加工工作。顶部及前后边切割装置2通过升降传动机构10安装在龙门塔架3的前部，在升降传动机构10的作用下顶部及前后边切割装置2在龙门塔架3上垂直升降并能转动。传动机构10为竖向放置的丝杠螺母副移动机构，龙门塔架3的前部两侧各竖向安装有一个丝杠， 两丝杠之间设有一个光杠，两丝杠的一端均装有锥齿轮，光杠的两端也安装有锥齿轮，两丝杠上的锥齿轮分别与光杠两端的锥齿轮啮合，其中一个丝杠与安装在龙门塔架3上的伺服电机24 (参见图4)连接。伺服电机M带动光杆转动，光杆通过锥齿轮传递动力到两个丝杠，使两个丝杠同时转动。顶部及前后边切割装置2包括刀具轮安装机构17、动力电机8、 刀具轮9和刀片，刀具轮安装机构17通过螺母与两个丝杠连接，刀具轮安装机构17包括有一个支架和安装在支架上的转轴，支架安装在龙门塔架3前部两侧的导轨上，并通过两个螺母分别与两个丝杠连接，转轴的一端安装有旋转电机14，动力电机8通过一个电机座安装在转轴上，刀具轮9安装在动力电机8的电机轴上，刀片安装在刀具轮9上。支架上安装有到位传感器27 (参见图4)，旋转电机14带动转轴转动，转轴再带动动力电机8转动，转轴旋转到位时碰触到位传感器27停止转动。可以将动力电机8上的刀片转动到水平状态或者立式状态，然后启动丝杠转动，带动整个顶部及前后边切割刀具2升降，移动到所需位置；动力电机8带动刀具轮9转动，刀具轮9上的刀片随之转动，推动泡块向前移动，对泡块进行前后方向或顶部的切割。在龙门塔架3的立柱上和顶部及前后边切割装置2之间安装有升降距离检测装置观。升降距离检测装置观可以采用光栅尺，将光栅尺的主尺固定在龙门塔架3的立柱上，将光栅尺的读数头安装在顶部及前后边切割装置2上(具体可以安装在刀具轮安装机构17的支架上)，随顶部及前后边切割装置2的升降而动。左侧边切割装置4通过水平传动机构18安装在龙门塔架3的后部左侧，在水平传动机构18的作用下左侧边切割装置4以左右水平运动。水平传动机构18为水平放置的丝杠螺母副移动机构，龙门塔架3的后部上下各水平安装有一个丝杠。两丝杠之间设有一个光杠，两丝杠的一端均装有锥齿轮，光杠的两端也安装有锥齿轮，两丝杠上的锥齿轮分别与光杠两端的锥齿轮啮合，其中一个丝杠与安装在龙门塔架3上的伺服电机23 (参见图4)连接，伺服电机23带动光杆转动，光杆通过锥齿轮传递动力到两个丝杠，使两个丝杠同时转动。左侧边切割装置4包括刀具轮安装架19、动力电机12、安装在动力电机12上的刀具轮 11和安装在刀具轮11上的刀片。刀具轮安装架19安装在龙门塔架3后部上下侧的导轨上，并通过两个螺母分别与两个水平丝杠连接，动力电机12安装在刀具轮安装架19上。通过丝杠转动带动左侧边切割装置4水平移动到指定位置，动力电机12带动刀具轮11转动， 刀具轮11上的刀片随之转动，对泡块进行左右方向的切割。在龙门塔架3的横梁和左侧边切割装置4之间安装有左右移动距离检测装置四。左右移动距离检测装置四可以采用光栅尺，将光栅尺的主尺固定在龙门塔架3的横梁上，将光栅尺的读数头安装在左侧边切割装置4上(具体可以安装在刀具轮安装架19上)，随左侧边切割装置4的水平移动而动。右侧边切割装置5直接固定安装在龙门塔架3的后部右侧。右侧边切割装置5固定安装在龙门塔架3上，不能移动，工件右侧边切割量的调节是通过定位装置7在初期进行调节的，加工过程是不能调节的。右侧边切割装置5包括刀具轮安装座15、动力电机13、安装在动力电机13上的刀具轮16和安装在刀具轮16上的刀片。刀具轮安装座15上固定安装在龙门塔架3上，动力电机13安装在刀具轮安装座15上。动力电机13带动刀具轮16 转动，刀具轮16上的刀片随之转动，对泡块右侧切割。如图4所示，所有的电动部件及传感器均与控制系统22连接，控制系统22采用可编程控制器(PLC)，控制系统22与一个人机交互操作系统20 (显示屏)连接。工作人员首先通过与控制系统22连接的人机交互操作系统20将命令输入到控制系统22使整个设备归零复位，然后工作人员通过人机交互操作系统20将加工要求等参数输入到控制系统22。工件装夹定位完成后，龙门塔架3顶部的3D视觉传感器21对泡块顶面检测，首先是工作平台1上的工件移动机构带动泡块运行，经过龙门塔架3，3D视觉传感器获取泡块顶面的图像，计算顶面的凹凸深度，确定最少切除量。完成后，泡块退回到初始位置，再进行下步的切割加工工作。3D视觉传感器21将这些数据输入控制系统22，控制系统22对人机交互操作系统20和3D视觉传感器21这两个系统产生的数据进行优化算法处理产生所需的控制命令。控制系统22将加工工件的宽度指令输入伺服电机23，伺服电机 23带动左侧边切割装置4移动到指定位置，左右移动距离检测装置四检测到位后将信号反馈给控制系统22，然后控制系统22发出工件运行指令到伺服电机25，伺服电机25带动工作平台1上的输送辊运行，泡块开始移动。当泡块移动到零点定位检测装置6位置时，零点定位检测装置6检测到信号并将信号反馈到控制系统22，控制系统22发出切割前侧面的指令到旋转电机14和伺服电机M，旋转电机14首先动作将刀具轮9转动到立式位置为切割前侧面做准备，到位传感器27检测到位后，反馈信号到控制系统22，然后伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2开始移动，当泡块运行到指定位置时，升降距离检测装置观反馈信号到控制系统22，然后控制系统22发出指令到伺服电机25使工作平台1的输送辊停止运行，前后移动距离检测装置26检测停止后将信号反馈给控制系统22，然后伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2运行做前侧面的切割工序。切割完成后，伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2回位，升降距离检测装置观检测到位后，控制系统22发出指令到旋转电机14，旋转电机14带动刀具轮9旋转到水平位置，到位传感器27检测到位后，控制系统 22发出指令到伺服电机24，伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2到切割泡块的高度位置开始对顶面切割做准备，升降距离检测装置观检测到位后，伺服电机25开始带动工作平台1的输送辊运行，使泡块移动，泡块的顶面和左右侧面开始切割。根据控制系统22的发出的工件长度要求和前后移动距离检测装置沈的到位检测信号，在切割完成后，伺服电机25停止运行，泡块停止在指定位置，伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2回位，旋转电机14带动刀具轮9旋转到立式状态，到位传感器27检测到位后，伺服电机M带动带动顶部及前后边切割装置2开始切割泡块件的后侧面，切割完成后，升降距离检测装置观检测到位后，控制系统22发出指令，伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2回位，升降距离检测装置观检测到位后停止，伺服电机23带动左侧边切割装置4回位，左右移动距离检测装置四检测到位后停止，伺服电机25带动工作平台1的输送辊继续运行，将泡块移出， 前后移动距离检测装置26检测到位后停止。完成后，泡块再次退回到初始位置，再进行下步的切片加工工作。控制系统22发出指令到旋转电机14，旋转电机14带动刀具轮9旋转到水平位置，到位传感器27检测到位后，控制系统22发出指令到伺服电机24，伺服电机M带动顶部及前后边切割装置2到泡块切片的高度位置开始对泡块切片做准备，升降距离检测装置观检测到位后，伺服电机25开始带动工作平台1的输送辊运行，使泡块移动，泡块的第一片切片开始切割。根据控制系统 22的发出的工件长度指令和前后移动距离检测装置沈的到位检测信号，在切割完成后，泡块又一次退回到初始位置，进行下一片的切片加工工作，如此往复，直到泡块切片完成。本实用新型具有以下特点1. 一次装夹加工能够实现5个泡块面的切割加工和泡块的切片加工，实现了以往需4套不同设备4次装夹加工才能完成的加工要求；2.装有表面检测装置，可以对泡块表面状况进行检测，以实现最少材料去除，节约成本；3.对泡块的顶面和前后侧面的切割加工以及泡块切片加工共用一套刀具系统，使设备更加紧凑合理，提高加工精度，减少设备成本；4.只需靠右侧定位，前后侧通过传感检测装置来检测，装夹简单、便于操作；5.通过控制系统、伺服电机和传感检测装置实现了自动化的切割加工。
权利要求1.一种泡块自动切割设备，包括工作平台、龙门塔架、顶部及前后边切割装置、左侧边切割装置、右侧边切割装置、3D视觉传感器、控制系统；其特征是龙门塔架横跨于工作平台左右两侧，工作平台的右侧边设置有定位装置，工作平台上安装有用于泡块前后方向移动时的零点定位检测装置，工作平台上安装有工件移动机构，工作平台与龙门塔架之间安装有前后移动距离检测装置；龙门塔架的顶部安装有3D视觉传感器；顶部及前后边切割装置通过升降传动机构安装在龙门塔架的前部，在升降传动机构的作用下顶部及前后边切割装置在龙门塔架上垂直升降，顶部及前后边切割装置包括刀具轮安装机构、安装在刀具轮安装机构上的动力电机、安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片，刀具轮安装机构包括一个支架和安装在支架上的转轴，支架安装在龙门塔架前部两侧的导轨上，并与升降传动机构连接，转轴的一端安装有旋转电机，转轴上安装动力电机，支架上安装有到位传感器，顶部及前后边切割装置具有90度的旋转功能，能够实现两个垂直面的切割；左侧边切割装置通过水平传动机构安装在龙门塔架的后部左侧，在水平传动机构的作用下左侧边切割装置水平移动，左侧边切割装置包括刀具轮安装架、安装在刀具轮安装架上的动力电机、安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片，刀具轮安装架安装在龙门塔架后部上下侧的导轨上，并与水平传动机构连接；右侧边切割装置直接固定安装在龙门塔架的后部右侧，右侧边切割装置包括刀具轮安装座、安装在刀具轮安装座上的动力电机、 安装在动力电机上的刀具轮和安装在刀具轮上的刀片；龙门塔架的立柱上和顶部及前后边切割装置之间安装有升降距离检测装置；龙门塔架的横梁和左侧边切割装置之间安装有左右移动距离检测装置；所有电动部件及传感器均与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的泡块自动切割设备，其特征是所述工件移动机构为安装在工作平台上的一系列输送辊，相邻输送辊通过链轮连接，其中一个输送辊与伺服电机连接。
3.根据权利要求1所述的泡块自动切割设备，其特征是所述前后移动距离检测装置由激光传感器和安装在工件移动机构伺服电机上的光栅盘构成，激光传感器检测到泡块移动到位后，由伺服电机确定移动的具体距离。
4.根据权利要求1所述的泡块自动切割设备，其特征是所述升降距离检测装置采用光栅尺，光栅尺的主尺固定在龙门塔架的立柱上，光栅尺的读数头安装在顶部及前后边切割装置上。
5.根据权利要求1所述的泡块自动切割设备，其特征是所述左右移动距离检测装置采用光栅尺，光栅尺的主尺固定在龙门塔架的横梁上，光栅尺的读数头安装在左侧边切割
专利摘要本实用新型公开了一种泡块自动切割设备，包括工作平台、龙门塔架、顶部及前后边切割装置、左侧边切割装置、右侧边切割装置、3D视觉传感器和控制系统；工作平台上安装有工件移动机构，工作平台与龙门塔架之间安装有前后移动距离检测装置；龙门塔架的顶部安装有3D视觉传感器，顶部及前后边切割装置通过升降传动机构安装在龙门塔架的前部，左侧边切割装置通过水平传动机构安装在龙门塔架的后部左侧，右侧边切割装置直接固定安装在龙门塔架的后部右侧，所有电动部件及传感器均与控制系统连接。本实用新型实现了一次装夹完成5个面的自动化切割加工和泡块切片加工过程，实现了自动化加工，提高了加工精度和生产效率、减少材料的浪费、降低生产成本。
文档编号B26D7/27GK202212988SQ20112031624
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者李永, 林明星 申请人:山东大学