一种新型水流切割装置的制作方法

本发明涉及一种新型水流切割装置，属于数控加工和精密加工领域，特别是属于数控加工和精密加工中的液体切割技术领域。

背景技术

在科技飞速发展的今天，无论什么工作都越来越追求效率，传统的人力切割加工零件也逐渐被淘汰，液体切割技术开始被广泛运用。在金属切割中，各种加工手段并存，包括刀具、激光、火焰切割、电火花、线切割、水切割等加工方式。各种切割手段各有优势，又都存在一定的局限性，各自占领了一部分市场。但在众多的切割手段中，只有水切割属于冷态切割，直接利用加磨料水射流的动能对金属进行切削而达到切割目的，切割过程中无化学变化，具有对切割材质理化性能无影响、无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁、清洁无污染等优点，可加工传统加工及其他加工方法无法加工或难于加工的材料，故水流切割技术则更加节约资源、节省成本也更加环保。本新型水流切割装置在传统水流切割装置的基础上加上液氮喷射器，在水流喷射的同时喷射出液氮使空气温度降低，水雾遇冷凝结成冰晶进行切割，运用摄像头、计算机、机械手、输送带等一系列装置的相互配合使切割流程无需人为操作，提高切割效率、更加智能化，优于传统水流切割装置。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：由计算机、水流喷射器、液氮喷射器、淋洗装置、托盘、输送带、成品台、摄像头、第一机械手、第二机械手组成一种新型水流切割装置。第一机械手将进料端的待切割物夹取至输送带上，输送带将其传送至托盘，水流喷射器与液氮喷射装置协调工作将高压水流凝结为冰晶，与第一机械手相配合对托盘上的待切割物进行切割处理，淋洗装置对切割物进行冲洗，切割处理完毕后第一机械手将托盘上的成品转移至输送带上，输送带将成品转移至成品台，整个工作过程实现全自动智能化，节省人力、减少失误，与液氮喷射器相配合，提高切割效率。

本发明采用的技术方案是：一种新型水流切割装置，其特征在于包括托盘、输送带、摄像头、第一机械手、第二机械手、单片机、计算机、成品台；进料端通过输送带与成品台连接；第一机械手上安装有淋洗装置；第二机械手上安装有液氮喷射器、水流喷射器；托盘、输送带、摄像头、第一机械手、第二机械手、水流喷射器、液氮喷射器、计算机、淋洗装置均与单片机连接；第一机械手自动将待切割物放置于进料端一侧的输送带上，摄像头实时监测运作流程，将信息实时传输至单片机，单片机控制传输送带将待切割物传送至托盘旁，随后又控制第一机械手将待切割物夹取至托盘上，单片机控制第二机械手操控水流喷射器进行多路径切割，单片机同时控制液氮喷射器喷射出液氮使空气中的温度降低，则喷射出的水流变成冰晶进行切割，同时控制淋洗装置开始冲洗切割物，控制第一机械手在切割过程中夹取、移动切割物；切割工作结束，单片机控制第一机械手将托盘上的成品夹取至输送带上，摄像头检测切割工作完成情况，切割未完毕单片机控制输送带将其输送至下一水流喷射器旁继续进行加工，直至切割完毕，单片机控制输送带将成品传送至成品台。

进一步的，第一机械手、第二机械手为现有装置，采用三个模块化的可控正反转电机，使第一机械手、第二机械手具有六个自由度，实现模拟手臂功能；其主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成，手部根据实际需求安装不同用途的装置，运动机构使手部完成各种转动、摆动、移动或复合运动来实现规定的动作，控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作；第一机械手用于夹取物品，手部为夹取装置，切割前第一机械手将待切割物夹取至进料端的输送带上，待切割物传送至托盘旁时将待切割物夹取至托盘上，在切割过程中夹取、移动切割物并协助第二机械手进行切割，并同时操控淋洗装置对切割物进行冲洗，并在切割结束后将托盘上的成品夹取转移至托盘旁的输送带上；第二机械手用于操控水流喷射器的切割路径，手部为水流喷射器和液氮喷射器。

进一步的，水流喷射器、液氮喷射器为现有装置，两装置一同安装于第二机械手上；水流喷射器内部安装有高压水枪和可控电机；高压水枪由加压泵、高压管组成，水射流从加压泵开始，通过高压管从水流喷射器射出来，形成可以加工物品的水刀，对待切割物进行切割；可控电机控制水刀切割的路径；液氮喷射器由受单片机控制的特制的喷射器和特制的容器构成；特制的喷射器的不同之处体现在喷射器的材质由可承受液氮流动的液氮运输罐材料制成，且喷射器阀门通过与单片机相连，实现单片机对喷射器的控制；特制的容器为常用的液氮静态贮存罐；切割工作开始，单片机控制喷射器阀门打开喷出液氮，使空气中的温度降低，水流喷射器喷出的水流遇冷凝结为冰晶，对待切割物进行切割。

进一步的，淋洗装置安装于第一机械手上，切割工作开始，单片机控制淋洗装置对切割物进行冲洗，将切割物碎屑冲洗干净。

进一步的，输送带为现有装置，一条输送带旁安装多台水流喷射器，输送带的内部结构为正转直流电动机；通过接收来自单片机的信息，做出正转动作；进料时，待切割物转移至输送带后，单片机控制正转直流电机工作，使输送带正转，将待切割物传送至第一个托盘旁，第一个水流喷射器切割结束且切割物由第一个托盘转移至输送带后，单片机控制输送带继续正转将切割物传送至下一个托盘旁进行再次切割，直至切割工作完全结束，单片机控制输送带正转将成品传送至成品台。

进一步的，计算机、摄像头为现有装置；计算机安装于后台控制中心；摄像头采用可进行360度旋转监测的高清摄像头，且摄像头的数量不低于1个，摄像头安装于整个切割装置侧边；摄像头实时监测切割工作进程并将监测信息实时传输至单片机，单片机通过通讯串口传输给计算机对数据进行深度处理，通再将控制信号发送给单片机，单片机根据计算机提供的信息判断切割工作所处阶段以及所需组件，再控制该组件执行相应的工作；整个切割过程在摄像头、计算机、单片机的监测、数据处理、控制下自动进行各项工作流程，无需人工操作，实现切割过程的全自动智能化。

进一步的，托盘为现有装置，安装于水流喷射器旁，采用电动旋转托盘；托盘用于切割过程中承载待切割物品，对进行切割的物品进行固定，且通过与单片机相连可使托盘达到自动旋转的效果，在切割过程中与其他构件相互配合进行切割工作。

进一步的，单片机设置有通信串口，通信串口和计算机连接，单片机仅用于连接传感器和接收传感信号，摄像头采集的图像数据信息经单片机接收后传给计算机，计算机进行深度处理，对数据进行分析计算，这样提高了处理效率，计算完成后再将指令信息传给单片机，经由单片机向各装置发出指令。

进一步的，淋洗装置所采用的淋洗液体为凝固点比水凝固点小的环保液体。

该新型水流切割装置系统电路中所用单片机型号为at89c51，为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。摄像头型号为ov6620，由八个开关分别与p1.0—p1.7相连，来模拟摄像头的八位输入。输送带的内部结构为正转直流电动机，通过接收来自单片机的信息，做出正转动作。水流切割机的内部结构为高压水枪和可控电机；高压水枪由加压泵和高压管组成，水射流从加压泵开始，通过高压管，然后从切割喷头射出来，形成可以加工物品的水刀；可控电机可以控制水刀进行切割的路径；水流切割属于冷加工，热效应好，且无污染，生产成本也相对较低。托盘由与单片机连接可受单片机控制的电动平台构成，托盘承载待切割物品，对进行加工的物品进行固定且通过与单片机相连可使托盘达到自动旋转的效果。液氮喷射器由受单片机控制的特制喷射器和特制存储容器构成，特制的喷射器的不同之处体现在喷射器的材质由可承受液氮流动的液氮运输罐材料制成，且喷射器阀门通过与单片机相连，实现单片机对喷射器的控制。特制容器为常用的液氮静态贮存罐。机械手由模块化的三个可正反转直流电动机构成。采用三个可控正反转电机，使机械手具有六个自由度，实现模拟手臂功能。串口通信电路常用于计算机获取远程采集的数据。max232是电平转换接口，compim即标准的电脑rs232接口。单片机发出的信号经max232转换电平之后通过rs232接口传输给电脑。

一种新型水流切割装置，其控制方法如以下步骤：

步骤1、摄像头监测到水流切割机处于未工作状态以及水流切割机数量并将信息实时传输至单片机，单片机控制第一机械手夹取相应数量的待切割物至进料端处的输送带上，随后又控制输送带正转将待切割物传送至托盘旁。

步骤2、摄像头监测到待切割物到达托盘旁并将信息传输至单片机再传输至计算机，计算机分析处理数据后将信息传输至单片机，单片机控制第一机械手将待切割物夹取至托盘上，又控制第二机械手开始操控水流喷射器进行切割工作，切割过程中单片机与计算机、摄像头进行信息交流，从而控制液氮喷射器喷出液氮，使喷出的水遇冷凝结为冰晶进行切割，同时控制淋洗装置对切割物进行冲洗，第二机械手操控淋洗装置的冲洗路径。切割过程中，摄像头实时监测切割工作进行情况，单片机根据所需形状控制第一机械手夹取、移动切割物与第二机械手所操控的水流喷射器以及自动旋转的托盘相配合，对切割物进行切割。

步骤3、第一台水流切割机切割结束后，单片机控制水流切割机停止运行，随后控制第一机械手将切割物夹取至输送带上，同时控制输送带正转，将切割物传送至下一台水流喷射器进行切割。

步骤4、摄像头监测到所有切割工作完全结束，并将信息传输至单片机，单片机控制第一机械手将成品从托盘上夹取至输送带上，又控制输送带正转将成品传送至成品台。

本发明的工作原理是：本发明涉及一种水流切割装置，属于液体切割技术领域。该发明旨在由计算机、水流喷射器、液氮喷射器、淋洗装置、托盘、输送带、成品台、摄像头、第一机械手、第二机械手组成一种新型水流切割装置。第一机械手将进料端的待切割物夹取至输送带上，输送带将其传送至托盘，水流喷射器与液氮喷射装置协调工作将高压水流凝结为冰晶，与第一机械手相配合对托盘上的待切割物进行切割处理，淋洗装置对切割物进行冲洗，切割处理完毕后第一机械手将托盘上的成品转移至输送带上，输送带将成品转移至成品台，整个工作过程实现全自动智能化，节省人力、减少失误，与液氮喷射器相配合，提高切割效率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、该装置采用水流技术进行切割，运用绿色资源，节能环保。2、该装置中摄像头压力传感器实时监测工作进程，与计算机、单片机相配合使整个切割过程实现全自动智能化，无需人为监测处理，提高了效率、节省了大量人力资源。3、该装置在水流切割的基础上运用液氮制冷原理使水凝结为冰晶进行切割，提高加工效率。4、该装置设有淋洗装置，对切割碎屑进行冲洗，使切割过程更加清洁。

附图说明

图1为该发明的整体结构示意图；

图2为该发明的第一机械手结构示意图；

图3为该发明的第二机械手结构示意图；

图4为该发明的供电设备系统电路图；

图5为该发明的工作流程图；

图中各个标号为：1-托盘；2-输送带；3-摄像头；4-第一机械手、5-第二机械手；501-水流喷射器；502-液氮喷射器；6-单片机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1、图2、图3、图4，一种新型水流切割装置，其特征在于包括：托盘1、输送带2、摄像头3、第一机械手4、第二机械手5、单片机6、计算机、成品台；进料端通过输送带2与成品台连接；第一机械手4上安装有淋洗装置；第二机械手5上安装有液氮喷射器502、水流喷射器501；托盘1、输送带2、摄像头3、第一机械手4、第二机械手5、水流喷射器501、液氮喷射器502、计算机、淋洗装置均与单片机6连接；第一机械手4自动将待切割物放置于进料端一侧的输送带2上，摄像头3实时监测运作流程，将信息实时传输至单片机6，单片机6控制传输送带将待切割物传送至托盘1旁，随后又控制第一机械手4将待切割物夹取至托盘1上，单片机6控制第二机械手5操控水流喷射器501进行多路径切割，单片机6同时控制液氮喷射器502喷射出液氮使空气中的温度降低，则喷射出的水流变成冰晶进行切割，同时控制淋洗装置开始冲洗切割物，控制第一机械手4在切割过程中夹取、移动切割物；切割工作结束，单片机6控制第一机械手4将托盘1上的成品夹取至输送带2上，摄像头3检测切割工作完成情况，切割未完毕单片机6控制输送带2将其输送至下一水流喷射器501旁继续进行加工，直至切割完毕，单片机6控制输送带2将成品传送至成品台。

第一机械手4、第二机械手5为现有装置，采用三个模块化的可控正反转电机，使第一机械手4、第二机械手5具有六个自由度，实现模拟手臂功能；其主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成，手部根据实际需求安装不同用途的装置，运动机构使手部完成各种转动、摆动、移动或复合运动来实现规定的动作，控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作；第一机械手4用于夹取物品，手部为夹取装置，切割前第一机械手4将待切割物夹取至进料端的输送带2上，待切割物传送至托盘1旁时将待切割物夹取至托盘1上，在切割过程中夹取、移动切割物并协助第二机械手5进行切割，并同时操控淋洗装置对切割物进行冲洗，并在切割结束后将托盘1上的成品夹取转移至托盘1旁的输送带2上；第二机械手5用于操控水流喷射器501的切割路径，手部为水流喷射器501和液氮喷射器502。

水流喷射器501、液氮喷射器502为现有装置，两装置一同安装于第二机械手5上；水流喷射器501内部安装有高压水枪和可控电机；高压水枪由加压泵、高压管组成，水射流从加压泵开始，通过高压管从水流喷射器501射出来，形成可以加工物品的水刀，对待切割物进行切割；可控电机控制水刀切割的路径；液氮喷射器502由受单片机6控制的特制的喷射器和特制的容器构成；特制的喷射器的不同之处体现在喷射器的材质由可承受液氮流动的液氮运输罐材料制成，且喷射器阀门通过与单片机6相连，实现单片机6对喷射器的控制；特制的容器为常用的液氮静态贮存罐；切割工作开始，单片机6控制喷射器阀门打开喷出液氮，使空气中的温度降低，水流喷射器501喷出的水流遇冷凝结为冰晶，对待切割物进行切割。

淋洗装置安装于第一机械手5上，切割工作开始，单片机6控制淋洗装置对切割物进行冲洗，将切割物碎屑冲洗干净。

输送带2为现有装置，一条输送带2旁安装多台水流喷射器501，输送带2的内部结构为正转直流电动机；通过接收来自单片机6的信息，做出正转动作；进料时，待切割物转移至输送带2后，单片机6控制正转直流电机工作，使输送带2正转，将待切割物传送至第一个托盘1旁，第一个水流喷射器501切割结束且切割物由第一个托盘1转移至输送带2后，单片机6控制输送带2继续正转将切割物传送至下一个托盘1旁进行再次切割，直至切割工作完全结束，单片机6控制输送带2正转将成品传送至成品台。

计算机、摄像头3为现有装置；计算机安装于后台控制中心；摄像头3采用可进行360度旋转监测的高清摄像头，且数量不低于1个，摄像头3安装于整个切割装置侧边；摄像头3实时监测切割工作进程并将监测信息实时传输至单片机6，单片机6判断切割工作所处阶段以及所需组件，再控制该组件执行相应的工作；整个切割过程在摄像头3、计算机、单片机6的监测、数据处理、控制下自动进行各项工作流程，无需人工操作，实现切割过程的全自动智能化。

托盘1为现有装置，安装于水流喷射器501旁，采用电动旋转托盘1；托盘1用于切割过程中承载待切割物品，对进行切割的物品进行固定，且通过与单片机6相连可使托盘1达到自动旋转的效果，在切割过程中与其他构件相互配合进行切割工作。

单片机6设置有通信串口，通信串口和计算机连接，单片机6仅用于连接传感器和接收传感信号，摄像头采集的图像数据信息经单片机6接收后传给计算机，计算机进行深度处理，对数据进行分析计算，这样提高了处理效率，计算完成后再将指令信息传给单片机6，经由单片机6向各装置发出指令。

请参阅图3，该新型水流切割装置的系统电路中所用单片机型号为at89c51，为了保障单片机运行，给单片机增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复；同步内外的时钟信号；电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定；当程序出错时通过复位电路使单片机恢复正常运行状态。摄像头型号为ov6620，由八个开关分别与p1.0—p1.7相连，来模拟摄像头的八位输入。输送带的内部结构为正转直流电动机，通过接收来自单片机的信息，做出正转动作。水流切割机的内部结构为高压水枪和可控电机；高压水枪由加压泵和高压管组成，水射流从加压泵开始，通过高压管，然后从切割喷头射出来，形成可以加工物品的水刀；可控电机可以控制水刀进行切割的路径；水流切割属于冷加工，热效应好，且无污染，生产成本也相对较低。托盘由与单片机连接可受单片机控制的电动平台构成，托盘承载待切割物品，对进行加工的物品进行固定，且通过与单片机相连可使托盘达到自动旋转的效果。液氮喷射器由受单片机控制的特制喷射器和特制存储容器构成，特制的喷射器的不同之处体现在喷射器的材质由可承受液氮流动的液氮运输罐材料制成，且喷射器阀门通过与单片机相连，实现单片机对喷射器的控制。特制容器为常用的液氮静态贮存罐。机械手由模块化的三个可正反转直流电动机构成。采用三个可控正反转电机，使机械手具有六个自由度，实现模拟手臂功能。串口通信电路常用于计算机获取远程采集的数据。max232是电平转换接口，compim即标准的电脑rs232接口。单片机发出的信号经max232转换电平之后通过rs232接口传输给电脑。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。