蛋糕切割装置的制作方法

本实用新型是有关于一种切割装置，特别是指一种能够对蛋糕进行自动切割的蛋糕切割装置。

背景技术：

近年来蛋糕在人们的日常生活中俨然已扮演着不可或缺的角色，凡是家庭庆生、公司尾牙、各式各样的庆典，经常以五花八门的蛋糕来衬托庆祝的主题。因此对于蛋糕切制的要求便相对提升，为了让每片蛋糕有整齐精美的外观，舍弃传统的手工切割易造成刀具与被切割蛋糕之间的沾黏，影响切制质量，而改采机械化切割来替代，似乎已成为业界的趋势。

现有的具有超声波刀具的蛋糕切割机由于结构限制，无法提供圆形及方形不同形状的蛋糕进行切制，也就是针对圆形或方形的蛋糕需更换笨重的切割基板、甚至须两台不同的机器，且不论是圆形或方形的蛋糕为避免在切制时蛋糕偏移，常利用支架(fingers)来固定蛋糕的位置，但却造成蛋糕边缘装饰奶油的破坏，更且在切制前均必须将蛋糕摆放在机台所指定的位置，否则对于圆形蛋糕会因为圆心的偏离而导致蛋糕切出来会有大小片不均的现象，而对于方型蛋糕虽无圆心偏离的问题，但是，仍然存在切制时因为刀具本身的厚度造成蛋糕的偏移，而造成最后切割出的小蛋糕大小不均，这样将造成最终切割成品不佳，鉴于以上种种现有蛋糕切割机所存在的瑕疵，确有进一步改善必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种能对蛋糕进行自动切割的蛋糕切割装置。

为达到上述目的，本实用新型一种蛋糕切割装置，包括：

壳体，由基座及采光罩组成，基座包括工作台面，及位于工作台面下方的收纳箱，所述采光罩沿所述工作台面周边套设于所述基座上方，所述采光罩具有前侧的上开口、下开口及两侧开口，其中所述前侧的下开口提供蛋糕输送的路径，前侧的上开口和两侧开口则铺设采光玻璃，用于提供微量光线进入所述采光罩内部，所述前侧的下开口连接能做活动升降的盖体；

承载件，设于所述工作台面上，由切割板和背光灯箱堆叠组成，所述切割板提供待切的蛋糕放置，所述背光灯箱提供稳定的光源，其下方中央处设置以前后方向延伸的凹槽，所述工作台面设置能够滑动到所述凹槽的凸肋，用于使所述承载件在所述工作台面上作前后向的位移；

支撑架，呈ㄇ形，具有左支撑脚、右支撑脚及连接左支撑脚、右支撑脚的连接臂，所述左支撑脚、右支撑脚设于所述工作台面上分别与所述承载件的左、右两侧边相邻，所述连接臂表面设有横向延伸的沟槽；

视觉辨识单元，由摄像镜头及摄像机模块组成，摄像镜头设于所述采光罩内部并对所述承载件上放置的蛋糕进行拍摄以获取蛋糕影像，所述摄像机模块设于所述收纳箱，依据所述摄像镜头所获取的蛋糕影像产生以相素为单位的第一坐标参数；

切割单元，设于所述采光罩内部，包括第一滑动座、第二滑动座、旋转座；

以及切割刀具，第一滑动座具有相对的两侧面，其一侧面上设有能滑动于沟槽的第一滑动件，用于使第一滑动座于连接臂上作左右位移，第一滑动座的另一侧面则设有纵向延伸的第一滑轨，第二滑动座呈倒L 形，包括呈垂直设置的衔接板与呈水平设置的托板，衔接板设置能在第一滑轨的第二滑动件上滑动，托板设于衔接板顶部，其中央设有垂直贯通的凿孔；旋转座垂直穿设于凿孔，包含链轮、轴柱及固定架，其中轴柱穿设于凿孔并连接位于托板上方的链轮与托板下方的固定架，用于使链轮及固定架在托板内转动，固定架的一侧连接切割刀具上所设的柄部，柄部的下端接设朝承载件延伸设置的刀板；

驱动单元，驱动单元包括X轴驱动组件、Y轴驱动组件、Z轴驱动组件及R轴驱动组件，X轴驱动组件包括第一滚珠螺杆与第一伺服马达，第一滚珠螺杆具有相对两末端，其中一末端连接第一滑动座，另一末端连接第一伺服马达，用第一伺服马达驱动第一滚珠螺杆转动，使第一滑动座沿支撑架的连接臂作横向位移；Y轴驱动组件包括第二滚珠螺杆与第二伺服马达，第二滚珠螺杆设于凸肋的相对两侧，第二伺服马达电性连接第二滚珠螺杆并设于工作台面上，用第二伺服马达驱动第二滚珠螺杆转动；Z轴驱动组件包括第三滚珠螺杆与第三伺服马达，第三滚珠螺杆电性连接第三伺服马达并设于第一滑动座、第二滑动座之间，第三伺服马达设于第一滑动座顶端，用第三伺服马达驱动第三滚珠螺杆升降，让第二滑动座沿第一滑动座作上下位移；R轴驱动组件包括链轮皮带与第四伺服马达，链轮皮带绕设置轴轮并与第四伺服马达连接，用第四伺服马达驱动链轮皮带转动，让旋转座在第二滑动座内作水平转动；

控制单元，包括：电荷耦合组件、电路模块、CPU模块、I/O模块、电源模块，电源模块给电荷耦合组件、电路模块、CPU模块、I/O模块供电，电路模块主要包括与第一伺服马达、第二伺服马达、第三伺服马达、第四伺服马达、视觉辨识单元分别电性连接的集成电路，集成电路通过I/O模块将数据传输至CPU模块，CPU模块能够对第一伺服马达、第二伺服马达、第三伺服马达、第四伺服马达、视觉辨识单元进行控制。

可选地，所述切割单元还包括超声波组件，超声波组件包括震荡发生器、超声波传导件与超声波驱动件，震荡发生器设于所述收纳箱内，与超声波传导件及超声波驱动件电性连接，超声波驱动件设于刀具的柄部上端，能够将超声波能量经由超声波驱动件传导至刀具的柄部的刀板上。

可选地，所述刀板是采用硬度较高且质量较轻的钛合金作为材质的刀板。

可选地，所述摄像镜头可设于相对承载件左右方向的中心轴线上。

可选地，所述蛋糕切割装置包括LED警示装置，设于采光罩侧边。

可选地，所述Y轴驱动组件更包括辅助滚轮组，设于承载件下方的左右两侧，包括导轨与导轮。

本实用新型达到的技术效果是：蛋糕切割装置用内部设置的摄像镜头对蛋糕进行拍摄，以获取待切蛋糕影像，对蛋糕自动切割，提供操作便捷且切割质量精良的效果。

【附图说明】

图1为本实用新型蛋糕切割装置的正视图。

图2为本实用新型蛋糕切割装置的侧视图。

图3至图7为本实用新型蛋糕切割装置切割圆形蛋糕的动作示意图。

图8及图9为本实用新型蛋糕切割装置切割方形蛋糕的示意图。

图10为本实用新型蛋糕切割装置的控制单元的方块图。

图11a为本实用新型蛋糕切割装置主控Z轴驱动组件及R轴驱动组件的电路回路图。

图11b为本实用新型蛋糕切割装置主控X轴驱动组件、Y轴驱动组件的电路回路图。

图11c为本实用新型蛋糕切割装置主控超声波组件的电路回路图。

图11d为本实用新型蛋糕切割装置主控采光罩侧边开口启闭的电路回路图。

【具体实施方式】

如图1和图2所示，为本实用新型蛋糕切割装置的不同视角示意图，蛋糕切割装置1与外部电源连接，包括壳体2、承载件3、支撑架4、视觉辨识单元5、切割单元6、驱动单元7及控制单元8。壳体2由基座21及采光罩22组成，基座21包括工作台面210，及位于工作台面210下方可容置相关机件的收纳箱212。采光罩22呈矩形，沿工作台面210周边套设于基座21上方，具有前侧的上、下方开口221、222及两侧边开口223，其中前侧下方222的开口提供蛋糕10(如图4所示)输送的路径，前侧上方221与两侧边的开口223则铺设采光玻璃225，采光玻璃225可选用不同色系，用于提供微量光线进入采光罩22内部，前侧下方的开口222组接能作活动升降的盖体226，避免异物侵入。

承载件3设于工作台面210上，由切割板31与背光灯箱32堆叠组成，切割板31提供待切的蛋糕10放置，背光灯箱32提供稳定的光源，其下方约略中央处设置以前后方向延伸的凹槽33，工作台面210设置能够滑动于凹槽33的凸肋23，用于使承载件3于工作台面210上作前后向的位移。

支撑架4呈ㄇ形，具有左支撑脚41、右支撑脚42及连接左、右支撑脚41、42的连接臂43，左、右支撑脚41、42设于工作台面210上分别与承载件3的左、右两侧边相邻，连接臂43表面设有横向延伸的沟槽431。

视觉辨识单元5，由摄像镜头51及摄像机模块52组成。摄像镜头51设于采光罩22内部并对承载件3上放置的蛋糕10进行拍摄以获取蛋糕影像。其中，摄像镜头51可设于相对承载件3左右方向的中心轴线，用于达到获取较佳影像的效果。摄像机模块52设于收纳箱212，可依据摄像镜头51所获取的蛋糕影像产生以相素(pixel)为单位的第一坐标参数(影像数据)。

切割单元6设于采光罩22内部，包括第一滑动座61、第二滑动座62、旋转座63、超声波组件65以及切割刀具66，第一滑动座61具有相对的两侧面，一侧面上设有能在第一沟槽431滑动的第一滑动件610，用于使第一滑动座61在连接臂43上作左右位移，第一滑动座61的另一侧面则设有纵向延伸的第一滑轨612。第二滑动座62呈倒L形，包括呈垂直设置的衔接板621与呈水平设置的托板622，衔接板621设置能在第一滑轨612滑动的第二滑动件620，托板622设于衔接板621顶部，其中央设有垂直贯通的凿孔623。旋转座63垂直穿设于凿孔623，包括链轮631、轴柱632及固定架633，其中轴柱632穿设于凿孔623并连接位于托板622上方的链轮631与托板622下方的固定架633，用于使链轮631及固定架633在托板622内转动。固定架633的一侧连接切割刀具66的柄部661，柄部661的下端接设朝承载件3延伸设置的刀板662。超声波组件65包括震荡发生器651、超声波传导件652与超声波驱动件653，震荡发生器651设于收纳箱212内，与超声波传导件652及超声波驱动件653电性连接，超声驱动件653设于刀具的柄部661上端，能够将超声波能量经由超声波驱动件653传导至刀具的柄部661的刀板662上，使刀板662产生急速震动让所裁切的蛋糕切口或切面保持平整，蛋糕表面装饰奶油也不会沾黏在刀板662上，用来提升切割质量。为配合超声波使用，本实用新型的刀板662是采用硬度较高且质量较轻的钛合金作为材质，具有可避免能量传递不稳定及刀板破损等情形发生。

驱动单元7包括X轴驱动组件71、Y轴驱动组件72、Z轴驱动组件73及R轴驱动组件74，X轴驱动组件71包括第一滚珠螺杆711与第一伺服马达712，第一滚珠螺杆711具有相对的两末端，其中一末端连接第一滑动座61，另一末端连接第一伺服马达712，用第一伺服马达712驱动第一滚珠螺杆711转动，使第一滑动座61沿支撑架4的连接臂43作横向位移。Y轴驱动组件72包括第二滚珠螺杆721与第二伺服马达722，以及辅助滚轮组723，第二滚珠螺杆721设于背光灯箱32下方，位于凸肋23的相对两侧，第二伺服马达722电性连接第二滚珠螺杆721并设于工作台面210上，用第二伺服马达722驱动第二滚珠螺杆721转动，让承载件3沿工作台面210作前后位移，辅助滚轮组723设于承载件3下方的左右两侧，包括导轨7231与导轮7232，用于辅助承载件3在蛋糕切割时的平衡作用。Z轴驱动组件73包括第三滚珠螺杆731与第三伺服马达732，第三滚珠螺杆731电性连接第三伺服马达732并设于第一滑动座61、第二滑动座62之间，第三伺服马达732设于第一滑动座61顶端，用第三伺服马达732驱动第三滚珠螺杆731升降，使第二滑动座62沿第一滑动座61作上下位移。R轴驱动组件74包括链轮皮带741与第四伺服马达742，链轮皮带741绕设于链轮631并与第四伺服马达742连接，用第四伺服马达742驱动链轮皮带741转动，使旋转座63在第二滑动座62内作水平转动。

如图1、图2和图10所示，控制单元8包括：可编程逻辑控制器80(Programmable Logic Controller，以下简称PLC)、集线器81(以下简称HUB)、及人机接口82(以下简称HMI)，以及电荷耦合组件83(Charge-coupled Device，以下简称CCD)，其中PLC 80设置在收纳箱212底部，包括：电路模块801、CPU模块802、I/O模块803、电源模块804，电路模块801主要包括与第一伺服马达712、第二伺服马达722、第三伺服马达732、第四伺服马达742、视觉辨识单元5及超声波组件65，以及采光罩侧边开口启闭等作电性连接的集成电路，如图11a至图11d所示，集成电路包括各电路回路，可以依序的控制X轴驱动组件71、Y轴驱动组件72、Z轴驱动组件73及R轴驱动组件74及超声波组件65，以及采光罩22侧边开口启闭等的相互作动，而通过I/O模块803将电路模块801的个别动作信息传输至CPU模块802。

CPU模块802用于管理所有的运作程序，能够对第一伺服马达712、第二伺服马达722、第三伺服马达732、第四伺服马达742、视觉辨识单元5及超声波组件65等运作的先后顺序进行运算与处理，并设置多组沟通指令与数据，包括：语言切换、初始化、参数设定、单动切制、全自动切制、模拟演示切制设定、方形(含长方形)切割、圆形切割、方形(含长方形)切割尺寸历史记录、圆形切割尺寸历史记录、手动模式、异常信息、异常信息历史记录等，通过CPU模块802能够经设定后控制X轴驱动组件71、Y轴驱动组件72、Z轴驱动组件73及R轴驱动组件74及超声波组件65，以及采光罩22等在一定的运作顺序下进行，例如：控制采光罩22侧边开口启闭、控制第一伺服马达712、第二伺服马达722、第三伺服马达732、第四伺服马达742作不同时间的相互的运作处理，或是控制摄像单元5获取蛋糕影像、辨识蛋糕的尺寸及位置设定，或是设定方形蛋糕的长宽及每切一刀之后所增加补偿值、设定圆形蛋糕圆心的自动判定等，以及将所建置多组运作程序的各项功能提供操作选项，经过CPU模块802所设置多组运作程序及运算与处理后信息，通过I/O模块803传输至HUB81。值得一提的是，CPU模块补偿值的设定，是依据第二坐标参数(数字信号)配合刀具厚度进行设定，用补偿值增加切割刀具66移动的距离，以减少蛋糕切割时所产生偏移的误差。

HUB 81再将PLC 80运算处理的数据分别传输至HMI 82与CCD 83；HMI 82包括硬件部分的处理器821、显示单元822、数据存储单元823及I/O单元824，以及画面组态软件(图未示；为Windows操作系统或兼容系统)，由PLC 80运算处理的数据传入后，先经画面组态软件制作“画面档”，再下载到HMI 80的处理器821中执行，并由显示单元822显示出所获取方形蛋糕、圆形蛋糕的大小、位置及圆形蛋糕的圆心的影像。另外，I/O模块803设有一紧急停止开关92，用于操作失误或异常时终止所有动作，用于避免机件损坏。

CCD 83包括复数电容(图未示)，能将PLC 80运算处理的影像数据转变成数字信号传输并同步显示在HMI 82另一显示单元825，将摄像机模块52的摄像镜头51接收的第一坐标参数(影像数据)，转换为以毫米为单位的第二坐标参数(数字信号)，并能够用于显示单元825上的触控屏幕，对CPU模块802所设置多组沟通指令与数据报含：语言切换、初始化、参数设定、单动切制、全自动切制、模拟演示切制设定、方形(含长方形)切割、圆形切割、方形(含长方形)切割尺寸历史记录、圆形切割尺寸历史记录、手动模式、异常信息、异常信息历史记录等，进行切割操作提供多元的操作选择，用由本实用新型控制单元8配合承载件3、支撑架4、视觉辨识单元5、切割单元6、驱动单元7等，即可以将准备切割的蛋糕经由HMI 80的显示单元822,825分别显示，并以显示单元825上触控屏幕将CCD 83所获取的蛋糕影像的数字信号作为切割蛋糕的调整参考，再输入准备切割的蛋糕的相关参数例如：切割蛋糕片数、补偿值…等，即能够配合前述PLC 80自动判定蛋糕的位置/圆心并自动进行切割。

如图1至图6所示，在蛋糕切制前，控制盖体226上升，承载件3移出基座21供使用者将待切的蛋糕10放置于切割板31上后，承载件3移入定位，接着将切割单元6沿着连接臂43横移到一侧尽头以便让上方的摄像镜头51对蛋糕10进行拍摄定位后，PLC 80的CPU模块802会自动判定蛋糕的圆心，而承载件3则移动至切割单元6下方并开始切制，切制时，刀板662经控制可作X轴向的左右移动至承载件3上待切蛋糕的上方，并自动判定圆心，再配合Z轴向上下移动及R轴向旋转移动作下刀切割，使得每一切割都落到圆心，这样，能够自动依照所设定参数切制各种均匀角度的蛋糕；一旦切制完成，承载件3经Y轴向的控制自动移动至采光罩22前侧下方开口222处，同时将盖体226向上开启，即可将切制后均等大小的蛋糕10取出。

如图7至图9所示，电路装置的CPU模块802依据摄像单元获取的蛋糕影像，辨识蛋糕的尺寸及位置，例如方形蛋糕的长宽，以配合设定每切一刀之后所增加补偿值，以增加切割刀具66移动的距离，弥补因刀具的厚度造成蛋糕偏移的误差，如图8方形慕斯蛋糕整片的尺寸是:570mm*370mm，欲切制6个8吋慕斯蛋糕的尺寸是:180mm*180mm，可以设定两种切法，第一种切法适用于蛋糕体较软的戚风蛋糕、海绵蛋糕、长条形蛋糕卷，因移位较小，补偿值也越小，如图8所示，第1刀、第2刀先切边，将最左侧与最上缘的两个边先切整齐，然后再开始正式切制，切制时，刀板662经控制可作X轴向的左右移动配合Z轴向上下移动作下刀切割，每切一刀均会增加补偿值以弥补因刀具的厚度造成蛋糕偏移的误差，若补偿值为5mm,则自第三刀开始,钛合金刀板662移动的距离变成180+5＝185mm,以抵消因刀具的厚度造成蛋糕偏移的误差，以此类推；当左右切割完成后，刀板662经控制可作Y轴向的前后移位控制，并配合Z轴向上下移动的下刀切割，且每切一刀如前述均会增加补偿值以弥补因刀具的厚度造成蛋糕偏移的误差，这样，依照所设定参数在X轴驱动组件71、Y轴驱动组件72及Z轴驱动组件73的相互配合下能够自动切制成大小一致的蛋糕。第二种切法则适用于蛋糕体较硬的冷冻奶酪蛋糕、冷冻慕斯蛋糕等移位较大的产品，可尽量减少移位，如图9所示，下刀从中央开始，在X轴驱动组件71、Y轴驱动组件72及Z轴驱动组件73的相互配合下，往左右、上下顺序切制，同样可以设定补偿值。这样，操作者可视蛋糕的软硬程度来选择以上两种不同的切制方式以减少偏移的误差，可设定每切一刀都补偿，或是每切二刀、三刀才补偿一次，视移位的情况来决定。

此外，本实用新型蛋糕切割装置更包括LED警示装置93，设于采光罩22侧边位于紧急停止开关92上方，能够用声光效果警示任何操作过程中所发生的异常状况，例如未执行初始化、紧急停止开关92被按下、盖体226开启中切割单元6移动禁止、承载件3位置错误禁止关闭盖体226等等。

综上所述，本实用新型蛋糕切割装置具有以下优点：

1.具照相自动定位功能，通过视觉辨识单元辨识方形蛋糕(含长方形)的大小、圆形蛋糕的圆心，且若蛋糕放置偏离视觉辨识范围，则会发出警示，切割机不会执行切制任务。

2.X轴(刀板左右移动)、Y轴(承载件前后移动)、Z轴(刀板上下移动)及R轴(刀板旋转)，切制速度均可设定，且可单动切制、全自动切制，亦可模拟演示动作，方便操作者检视其设置是否正确。

3.对于方形蛋糕可以设定在每切一刀或数刀之后增加补偿值，以弥补因刀具的厚度造成蛋糕偏移的误差。而对于圆形蛋糕能够在承载件范围内自动判定圆心，并使每一刀切割时都在圆心上，而能够将蛋糕均等的切出所设定的片数及大小。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。