一种转雕雕刻机的制作方法

本实用新型属于工艺品雕刻技术领域，具体涉及一种转雕雕刻机。

背景技术：

目前，雕刻机在工艺品雕刻行业中得到了广泛的应用，市场上小型雕刻机大多针对平雕设计，在目前现有小型雕刻机工作平台加上旋转轴可实现对小型圆雕工艺品的雕刻加工，但由于工件表面形状不规则，现有雕刻机不能达到统一的雕刻深度，影响了圆雕雕刻成品的美观性。其次普通雕刻机主轴是垂直的，只能实现垂直于工件轴线雕刻，雕刻效果差。此为现有技术的不足之处。

因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供设计一种转雕雕刻机，以解决上述技术问题，是非常有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种转雕雕刻机，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型给出以下技术方案：

一种转雕雕刻机，包括底座和立柱I，所述立柱I安装于底座上；其特征在于：该雕刻机还包括旋转单元、分度盘、X向进给单元、Z向进给单元以及主轴单元，所述的旋转单元安装于底板上，底板安装于底座上，所述主轴单元上安装有视觉识别单元，主轴单元安装在Z向进给单元上，Z向进给单元安装在分度盘上，分度盘安装在X向进给单元上，X向进给单元安装在立柱I上；

所述的主轴单元包括机头，机头上固定设置有铰链和主轴单元驱动电机，铰链连接有视觉识别单元，主轴单元驱动电机的输出轴连接有刀具。

优选地，Z向进给单元包括立柱II，立柱II上设置有Z向进给驱动电机，Z向进给驱动电机通过Z向丝杆螺母机构连接有Z向工作板，Z向工作板上设置的Z向滑块与立柱II上设置的Z向滑轨相配合；所述的机头设置于Z向工作板上；Z向丝杆螺母机构通过联轴器连接Z向进给驱动电机。

优选地，所述的Z向丝杆螺母机构包括Z向丝杆，Z向丝杆通过Z向轴承座安装于立柱II上，Z向丝杆还连接有Z向螺母，Z向螺母与Z向工作板固定连接，Z向丝杆连接Z向进给驱动电机输出轴。或者所述的Z向丝杆螺母机构包括Z向丝杆，Z向丝杆通过Z向轴承座安装于立柱II上，Z向丝杆直接与Z向工作板螺纹连接，Z向丝杆连接Z向进给驱动电机输出轴。

优选地，所述的X向进给单元包括X向进给驱动电机，X向进给驱动电机连接有X向丝杆螺母机构，X向丝杆螺母机构连接有X向工作板，X向工作板上设置有X向滑块，所述X向滑块与设置在立柱I上的X向滑轨配合，X向工作板上设置有分度盘驱动电机，分度盘驱动电机驱动分度盘转动，分度盘通过分度盘螺母连接立柱II，带动立柱II旋转。

优选地，所述的旋转单元包括设置于底板上的旋转轴驱动电机，所述的旋转轴驱动电机通过减速器连接有旋转顶针，该旋转轴单元还包括设置于底座上的尾座，尾座包括尾座体，尾座体内设置有伸缩轴，伸缩轴的一端通过轴承连接有尾座顶针，尾座顶针与旋转顶针的轴线重合，伸缩轴另一端的内部螺纹连接有尾座螺杆，尾座螺杆固定连接有旋转手轮；当转动旋转手轮时，尾座螺杆与旋转手轮同步旋转，而不做直线进给，伸缩轴在尾座体内腔内只做直线进给，而不做旋转运动，实现通过转动旋转手轮来驱动伸缩轴的进给。

优选地，所述的视觉识别单元为视觉识别摄像头。

本实用新型还给出该转雕雕刻机的视觉识别方法，包括以下步骤：

步骤1）：视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面的距离，

步骤2）：摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值；

步骤3）：步骤2）获取的8位256阶的灰度图，由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定，所用的存储结构为正整形的二位数组。

优选地，摄像头视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600]，每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心，点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于预设阈值＆，继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行；运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0；H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

优选地，所述预设阈值＆为20。

本实施类中工件旋转方向必须为图3所示方向N，来保证视觉识别单元能获取的刀具图像的刀尖部分被遮掩。

本技术方案中，雕刻机工作时，通过转动旋转手轮控制伸缩轴将待雕刻工件固定在旋转顶针与尾座顶针之间，选择合适的刀具装夹在主轴单元驱动电机上，视觉识别单元安装在铰链上，铰链安装在主轴装置单元上，视觉识别单元对刀具的切入量进行识别，从而时时控制下刀深度，通过控制装置控制工件旋转，主轴单元、X向进给单元和Z向进给单元沿导轨直线往复运动，分度盘转动，来完成圆雕工艺品工件的自动雕刻加工。

雕刻机在工作时，将加工对象固定在旋转顶针与尾座顶针之间，选择合适的刀具装夹在主轴单元上，由可编程序控制器实现X、Z 两个线轴、一个绕X旋转的转动轴和一个绕X旋转的自动进给运动，完成圆雕工艺品工件表面的自动雕刻加工。

控制装置控制各个动作的完成属于现有技术，在此不再赘述。

本实用新型的有益效果在于，实现X、Z 两个线轴、一个绕X旋转的转动轴和一个绕X旋转的自动进给运动，完成圆雕工艺品工件表面的自动雕刻加工。本雕刻机主轴单元在相对X轴为正负90°的面上沿导轨直线往复运动，以保证刀具垂直于工件表面切入，提高了加工精度。

此外，本实用新型设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种转雕雕刻机的结构示意图。

图2是图1中尾座的结构示意图。

图3是视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面距离的示意图。

图4a是未切削时识别的刀具总长，图4b是切削时识别的长度。

图5是刀具在摄像头获取图像中的颜色值的示意图。

图6是像素的颜色值确定示意图。

其中，1-底座，2-立柱I，4-分度盘，8-底板，9-视觉识别单元，3.1-旋转轴驱动电机，3.2-减速器，3.3-旋转顶针，3.4-尾座，3.41-尾座体，3.42-伸缩轴，3.43-轴承，3.44-尾座顶针，3.45-尾座螺杆，3.46-旋转手轮，4.1-分度盘驱动电机，5.1-X向进给驱动电机，5.2-X向丝杆螺母机构，5.3-X向工作板，5.4-X向滑块，5.5-X向滑轨，6.1-立柱II，6.2-Z向进给驱动电机，6.3-Z向丝杆螺母机构，6.4-Z向工作板，6.5-Z向滑块，6.6-Z向滑轨，6.7-联轴器，7.1-机头，7.2-铰链，7.3-主轴单元驱动电机，7.4-刀具。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型进行详细阐述，以下实施例是对本实用新型的解释，而本实用新型并不局限于以下实施方式。

如图1和2所示，本实用新型提供的一种转雕雕刻机，包括底座1和立柱I 2，所述立柱I 2安装于底座1上；该雕刻机还包括旋转单元、分度盘4、X向进给单元、Z向进给单元以及主轴单元，所述的旋转单元安装于底板8上，底板8安装于底座1上，所述主轴单元上安装有视觉识别单元9，主轴单元安装在Z向进给单元上，Z向进给单元安装在分度盘4上，分度盘4安装在X向进给单元上，X向进给单元安装在立柱I 2上；

所述的主轴单元包括机头7.1，机头7.1上固定设置有铰链7.2和主轴单元驱动电机7.3，铰链7.2连接有视觉识别单元9，主轴单元驱动电机7.3的输出轴连接有刀具7.4。

本实施例中，Z向进给单元包括立柱II 6.1，立柱II 6.1上设置有Z向进给驱动电机6.2，Z向进给驱动电机通过Z向丝杆螺母机构6.3连接有Z向工作板6.4，Z向工作板上设置的Z向滑块6.5与立柱II 6.1上设置的Z向滑轨6.6相配合；所述的机头7.1设置于Z向工作板6.4上；Z向丝杆螺母机构6.3通过联轴器6.7连接Z向进给驱动电机6.2。

所述的Z向丝杆螺母机构包括Z向丝杆，Z向丝杆通过Z向轴承座安装于立柱II上，Z向丝杆还连接有Z向螺母，Z向螺母与Z向工作板固定连接，Z向丝杆连接Z向进给驱动电机输出轴。或者所述的Z向丝杆螺母机构包括Z向丝杆，Z向丝杆通过Z向轴承座安装于立柱II上，Z向丝杆直接与Z向工作板螺纹连接，Z向丝杆连接Z向进给驱动电机输出轴。

所述的X向进给单元包括X向进给驱动电机5.1，X向进给驱动电机连接有X向丝杆螺母机构25.，X向丝杆螺母机构连接有X向工作板5.3，X向工作板上设置有X向滑块5.4，所述X向滑块与设置在立柱I上的X向滑轨5.5配合，X向工作板上设置有分度盘驱动电机4.1，分度盘驱动电机驱动分度盘4转动，分度盘通过分度盘螺母连接立柱II，带动立柱II旋转。

所述的旋转单元包括设置于底板上的旋转轴驱动电机3.1，所述的旋转轴驱动电机通过减速器3.2连接有旋转3顶针3.，该旋转轴单元还包括设置于底座上的尾座3.4，尾座包括尾座体3.41，尾座体内设置有伸缩轴3.42，伸缩轴的一端通过轴承3.43连接有尾座顶针3.44，尾座顶针3.44与旋转顶针3.3的轴线重合，伸缩轴3.42另一端的内部螺纹连接有尾座螺杆3.45，尾座螺杆固定连接有旋转手轮3.46；当转动旋转手轮时，尾座螺杆与旋转手轮同步旋转，而不做直线进给，伸缩轴在尾座体内腔内只做直线进给，而不做旋转运动，实现通过转动旋转手轮来驱动伸缩轴的进给。

所述的视觉识别单元9为视觉识别摄像头。

本实施例还给出该转雕雕刻机的视觉识别方法，包括以下步骤：

步骤1）：视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面的距离，

步骤2）：摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值；

步骤3）：步骤2）获取的8位256阶的灰度图，由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定，所用的存储结构为正整形的二位数组。

本实施例中，摄像头视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600]，每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心，点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于预设阈值＆，继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行；运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0；H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

本实施例中，所述预设阈值＆为20。

本技术方案，通过视觉识别单元采集到机头最底部至工件切入表面的距离，如图3所示切入前已知刀具长度L，待刀具切入工件后,视觉识别单元跟踪采集机头最底部至工件切入表面的距离b，刀具总长度L减去b即可计算出下刀深度a，根据下刀深度a调整Z向进给，达到雕刻深度随工件表面起伏变化而起伏变化的效果。

其中视觉识别原理如图4a和图4b所示，由于摄像头与刀具的相对位置固定不变，刀具图像在摄像头获取的视场中的位置相对不变，通过颜色识别获取刀具在视场垂直方向所占的像素行数，可在未切削时获得刀具的总厂L，切削时的外露长度b。

本实施例中颜色识别的具体实现方法如下，摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，刀具的颜色与主轴底部、工件及刀具周边的背景色有明显的区分，本实施类中刀具的颜色为银白色，主轴底部、工件及刀具周边背景色选择为黑色或灰色，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，从而获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值，如图5所示。

本实施例中获取的8位256阶的灰度图,图片由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定（如图6），所用的存储结构为正整形的二位数组，如视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600],每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心,点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆（＆为预设阈值，实施例中设为20），继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行。运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0。H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

本实施类中工件旋转方向必须为图3所示方向N，来保证视觉识别单元能获取的刀具图像的刀尖部分被遮掩。

以上公开的仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本实用新型原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本实用新型的保护范围内。