纸箱自动切割与压痕机的制作方法

本发明属于纸箱加工技术领域，尤其涉及一种纸箱自动切割与压痕机。

背景技术

互联网的发展带动了电商行业的兴起，对于纸箱的包装行业需求也日益剧增。市场对产品和服务的及时性与个性化要求日益提高，加之信息网络技术的进步与普及。包装与物流的关系比与生产的关系要密切的多，作为物流始点的意义比作为生产终点的意义大得多。因此，包装地位在现代物流中越来越被重视。而纸箱包装的前期工作便显得更加重要，柔性的纸皮裁剪成型，根据当下电子商务包装对包装多样化、个性化的市场需求，是物流包装业中吸引顾客的一大重要条件。目前，现有的包装纸箱都是商家向厂商定制几种规格的，然后再根据订单物品的形状、大小选择合适规格的包装纸箱进行包装，然而实际情况中物品的形状、大小各不一样，因此经常需要选择略大一些的包装纸箱进行包装，这一定程度上造成了浪费，同时空间有盈余的包装会有可能在运输途中对物品造成损伤。因此，为了更适合个性化的包装需求，市面上也出现了小型的纸箱压痕、切割装置，方便使用者根据包装物品的形状、大小裁切出较为匹配的包装纸箱。但是，这些压痕、切割装置结构较为复杂，操作不方便，并且需要操作者先计算出裁剪尺寸，再标注出压痕、裁剪线条，再是使用装置切割出所需的包装纸箱，这明显不够智能，而且较为繁琐。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种纸箱自动切割与压痕机，它具有结构简单、操作方便、自动识别物体的三维尺寸、自动控制纸皮的压痕与切割等优点。

纸箱自动切割与压痕机，包括识别机构、压痕与切割机构、控制机构；识别机构包括识别平台、识别输送带、识别电机、kinect摄像头，识别输送带安装于识别平台上，识别电机和识别输送带连接，kinect摄像头设于识别输送带的外侧并和控制机构电连接；压痕与切割机构和控制机构电连接；压痕与切割机构包括主平台、平台二、切割组件、压痕组件、输送带，两个平台二对称设于主平台上，输送带安装于两个平台二之间，切割组件、压痕组件安装于平台二上。采用此结构，能通过识别机构扫描物体形状，并获得物体的三维尺寸再将三维尺寸数据传递给控制机构，控制机构根据数据计算分析并控制压痕与切割机构对纸皮进行切割、压痕，完成纸箱的初加工。

优选的，还包括滚轮组件，滚轮组件包括滚轮、滚轮固定件，滚轮固定件设于切割组件、压痕组件之间，且安装于平台二上，多个滚轮平行安装在滚轮固定件的内端。采用此结构，能通过滚轮对纸皮进行滚压、固定，避免切割或压痕时的纸皮卷起，使得加工顺利进行。

优选的，还包括顶层支架，顶层支架两端分别安装于两个平台二上；在顶层支架的中部设有竖梁，竖梁下端和滚轮固定件连接。采用此结构，顶层支架将主平台、滚轮固定件压住，能减少平台二在工作过程中晃动，使得加工稳定进行。

优选的，还包括限位组件，限位组件包括轴、固定件、轮轴连接件、限位片；平台一安装于主平台上，且平台一和输送带相邻接；固定件固定于平台一的两侧，限位片对称设于两固定件之间，轴穿过限位片固定在两固定件上，轮轴连接件一端铰接于轴上，轮轴连接件另一端置于平台一上。采用此结构，能通过限位片将纸皮限制在两限位片之间；并能通过轮轴连接件压住纸皮的末端，防止入料时的纸皮卷起。

优选的，平台二的两端设有凹槽，平台二的内侧设有凸起，输送带通过两侧平台二的凸起安装；切割组件对称设于平台二内端的凹槽处，压痕组件对称设于平台二外端的凹槽处。采用此结构，平台二内侧的凸起便于安装输送带，平台二上的凹槽便于切割组件、压痕组件的安装以及两组件对纸皮实施切割、压痕动作。

优选的，切割组件包括切割滑台电机、切割气缸、刀片连接件、刀片；切割滑台电机安装于主平台上，切割气缸和切割滑台电机的滑块连接，刀片连接件安装于凹槽内，刀片连接件下端和切割气缸连接，刀片连接件上端安装刀片。采用此结构，能通过对刀片的高度方向、沿凹槽方向的运动控制，实现对纸皮的切割。

优选的，压痕组件包括压痕滑台电机、压痕气缸、压轮、压轮连接件；压痕滑台电机安装于主平台上，压痕气缸和压痕滑台电机的滑块连接，压轮连接件安装于凹槽内，压轮连接件下端和压痕气缸连接，压轮连接件上端安装压轮。采用此结构，能通过对压轮的高度方向、沿凹槽方向的运动控制，实现对纸皮的压痕。

优选的，控制系统采用plc控制系统。采用此结构，plc控制系统简单、实施操作简便。

优选的，识别机构还包括入口槽，入口槽设于识别输送带前侧。采用此结构，从入口槽放入待识别物体，便于将物体输送至识别输送带。

切割滑台电机包括滑台，滑台上设有可在滑台上滑动的滑块，滑台通过电机驱动，滑台、电机、滑块组装于一体，在本发明中称为切割滑台电机。压痕滑台电机同理。

本发明的有益效果：本发明采取kinect物体三维识别结合plc自动控制与纸皮的加工相结合控制设备的的动作以及运动时间等，能实现在物体外形检测出来情况下，通过控制机构将三维尺寸信息转换为切割与压痕机构的执行信号，从而实现对纸皮的自动切割与压痕；本发明通过在平台二的侧壁上设置凸起，因此便于安装输送带；在平台二上设置凹槽，便于安装切割组件、压痕组件，并且通过切割组件、压痕组件控制刀片、压轮在高度方向和凹槽方向的运动，实现对纸皮的切割和压痕；本发明设有滚轮组件，滚轮组件对纸皮滚压、固定，避免切割或压痕时的纸皮卷起。

附图说明

图1为kinect测量示意图。

图2为本发明的工作流程图。

图3为本发明中切割与压根机构一个视角的轴测图。

图4为本发明中切割与压根机构另一个视角的轴测图。

图5为本发明中识别机构的结构示意图。

其中，1-物体，2-kinect摄像头，3-轮轴连接件，4-平台一，5-限位片，6-轴，7-固定件，8-顶层支架，9-滚轮，10-压轮连接件，11-凹槽，12-平台二，13-压痕滑台电机，14-压轮，15-压痕气缸，16-输送带，17-切割滑台电机，18-切割气缸，19-刀片连接件，20-主平台，21-滚轮固定件，22-刀片，23-入口槽，24-识别平台，25-识别输送带，26-识别电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

纸箱自动切割与压痕机，包括识别机构、切割与压根机构、控制机构。控制系统采用plc控制系统。

识别机构包括识别平台、识别电机、识别输送带、入口槽、kinect摄像头。在识别平台上依次设置入口槽、识别输送带，在识别输送带旁边安装识别电机，识别电机和识别输送带连接，识别电机驱动识别输送带向前传送。kinect摄像头安装于识别平台上，且位于识别输送带的一侧。物体经由入口槽推送入识别输送带上，经识别电机的驱动，物体被识别输送带缓缓输送过去，并经过一旁的kinect摄像头。物体经由识别输送带输送时，kinect摄像头对物体进行三维扫描识别，并将三维扫描识别结果传送给控制机构，控制机构和kinect摄像头电连接。

切割与压根机构包括工作台、输送带、顶层支架、滚轮组件、限位组件、切割组件、压痕组件；工作台包括主平台、平台一、平台二；限位组件包括轴、固定件、轮轴连接件、限位片；切割组件包括切割滑台电机、切割气缸、刀片连接件、刀片；压痕组件包括压痕滑台电机、压痕气缸、压轮、压轮连接件；滚轮组件包括滚轮、滚轮固定件。

搭建时，将主平台置于地面，平台一和平台二分别安装于主平台的两侧，平台二两个，两个平台二对称设于主平台的一侧；且平台一和两个平台二均相连接。在两个平台二之间设置输送带，输送带通过平台二内侧的凸起安装。一对压痕滑台电机对称设于两平台二的外端的下方，且压痕滑台电机固定于主平台上。压痕气缸安装于压痕滑台电机的滑块上。一对切割滑台电机对称设于两平台二的内端的下方，且切割滑台电机固定于主平台上。切割气缸安装于切割滑台电机的滑块上。压痕滑台电机与切割滑台电机型号、规格一致。压痕气缸与切割气缸型号、规格一致。在平台二的内端和外端均设置用凹槽，凹槽用于滑动切割组件、压痕组件。压痕气缸和压轮连接件连接，压轮连接件下端穿过凹槽和压痕气缸连接；压轮连接件上端安装压轮。刀片连接件下端和切割气缸连接，刀片连接件上端安装刀片。切割组件和压痕组件均可以通过滑台电机、气缸实现沿着凹槽方向的水平运动及沿着高度方向的上下运动，进而实现对纸皮的压痕和裁剪。在切割组件和压痕组件之间安装滚轮组件，滚轮固定件固定在其中一个平台二上，多个滚轮安装在滚轮固定件上，且安装后的滚轮位于输送带上方，加工纸皮时，滚轮对纸皮起到压紧、舒展的作用。在切割组件和压痕组件之间，且位于滚轮组件的外侧，安装顶层支架；顶层支架两端分别安装于两个平台二上；在顶层支架的中部设有竖梁，竖梁下端和滚轮固定件连接；通过顶层支架可以将平台二、滚轮固定件更好的压住，使得装置更稳定。在平台一的两外侧安装固定件，并在两固定件之间对称安装限位片，轴的两端穿过限位片后和固定件连接。轮轴连接件一端和轴连接，轮轴连接件另一端置于平台一上。加工时，轮轴连接件将纸皮压紧，防止纸皮松动，传送到输送带上不平整。

本发明的工作原理：先通过识别机构扫描物体形状，识别物体三维尺寸，并将三维尺寸信息传递给控制机构；控制机构根据接收的三维尺寸信息，控制压痕与切割机构对纸皮进行自动裁剪和切割，完成纸皮加工成纸箱的初加工；具体的压痕、切割时，通过控制切割滑台电机和切割气缸的运动，从而控制刀片在预定位置切割；通过控制压痕滑台电机和压痕气缸的运动，从而控制压轮在预定位置进行下压。

使用本装置的加工过程：

(1)识别物体三维尺寸，机器进行预加工：物体(如矩形体，尺寸规格为90×80×50mm)从入口槽进入识别传送带，经由识别传动带时，kinect摄像头检测物体外形，识别出其三维尺寸后，传递给控制系统，控制系统进行参数保存、计算后，得出物体包装成盒平展之后的切口大小，并控制切割与压根机构调整至预加工位置，为后续纸皮进行切割、压痕做准备。

(2)纸皮裁剪：纸皮由输送带传送过来，限位组件将纸皮调整到合适的位置后传动带停止，纸皮到达待定切割的位置；滚轮滚压、固定纸皮，防止纸皮在切割时发生偏移；切割刀片下压，此时切割滑台电机带动滑块、切割气缸在凹槽方向滑动，进而带动切割刀片向外侧滑动，切割刀片将纸皮切割，切割指定的长度后停止。

(3)纸皮裁剪后续位置：传送带启动，纸皮随输送带运行到一段距离后停止，滚轮滚压纸皮、固定纸皮，防止纸皮在切割时发生偏移；重复多次步骤(2)的操作，完成纸皮的切割工作；切割完成后，切割组件抬起，返回待操作状态。

(4)纸皮压痕：输送带启动，将纸皮传送到一定的距离到达压痕的位置后停止；滚轮固定纸皮，防止纸皮在切割时发生偏移；压轮下压，此时压痕滑台电机带动压轮向后滑动，压轮将纸皮进行碾压，滑过的距离在纸皮上形成一道压痕；压痕能让包装机更加轻松地折叠纸皮，使纸皮更加规整；输送带启动传送，完成纸皮初加工，最后输送带将纸皮传送给包装机。

采用kinect和几何知识，对物体进行测量，每一个摄像机都有视场，焦距的长度和相机传感器的大小决定了视场角。kinect中相机的水平视场角(θ)和垂直视场角(β)分别为57°和43°。θ和β的计算原理一样。既然我们知道了深度值，利用三角几何知识，就可以计算出物体的实际宽度。示意图如图1所示：b＝opposite，即对立面；d＝depth，即深度；wp＝playerpixelwidth，即物体/人的像素宽度；wr＝playerrealwidth，即物体/人真正的宽度；例：我们在计算机中得出等腰三角形底边的宽度为1500mm，物体或人所占有的总象元的宽度为100，深度影像数据的总象元宽度为320。

即：由几何关系得：

b＝d×tan28.5°-------式(1)

由以上式(1)(2)(3)可得，物体/人实际的宽度为

摄像头的视场角是一个以人体深度位置为底的一个等腰三角形。人体的实际深度值是这个等腰三角形的高。可以将这个等腰三角形以人所在的位置分为两个直角三角形，这样就可以计算出底边的长度。一旦知道了底边的长度，我们就可以将像素的宽度转换为现实中的宽度。

本实施例中采用kinect2.0摄像头，并使用kinect2.0sdk。kinect2.0sdk能够把摄像头实时采集的画面实时到指定的图片，能够完成帧数显示、时间显示、重置功能。利用kinect深度图像生成三维点，代码开源，开发简便。kinect2.0sdk中有函数原型如下的映射机制，可得到1920×1080的rgb图像中各个像素点对应的相机坐标系下的三维坐标，由此得到物体的三维数据。得到物体的三维数据之后，通过用于传递信号的rs485连接线，将所得数据传送至控制机构，控制机构转换数据写入控制机构的地址存储器中，控制机构运行程序调整对应的pwm信号驱动滑台电机等电机，最终切割成指定规格的纸皮。

kinect2.0模块能够较为精准地读取出物体的三维尺寸，通过控制系统搭建联系。结合物体的外形尺寸从而设定相对应的纸皮切割尺寸，通过控制系统控制输送带电机前进距离，配合切割组件与压痕组件在纸皮适合位置进行切割与压痕，完成纸皮包装的初加工。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。