CN101786202A - 壁流式蜂窝陶瓷滤芯激光切孔装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壁流式蜂窝陶瓷滤芯激光切孔装置及使用方法，用于制备柴油机颗粒捕集器用蜂窝陶瓷滤芯堵孔的先行工序——激光切孔。主要由激光系统、图像识别系统、转盘、电控系统以及软件系统等主要部分组成。其中工作台上可以同时放置多个陶瓷滤芯，并通过工作台的旋转使陶瓷滤芯依次置于激光切孔工作区域。切孔机工作时，先由夹具实现工件的粗定位，再由图像识别系统进行精定位，捕捉所有孔位的精确位置以及孔位形状及面积，由电控系统和软件系统快速地分析数据，判断出需要切孔的孔位，并进行高精度激光切孔。本发明提供的装置方便了加工的陶瓷滤芯的更替，从而可以实现激光切孔的自动化和连续化。

Description

壁流式蜂窝陶瓷滤芯激光切孔装置及使用方法

技术领域

本发明涉及的是一种激光切孔装置，更确切地说涉及一种用于壁流式蜂窝陶瓷滤芯生产过程中“堵孔”的先行工序——激光切孔的装置及使用方法。

背景技术

壁流式蜂窝陶瓷滤芯主要安装于柴油机尾气净化的过滤净化中、用于捕捉尾气中的碳微粒。壁流式蜂窝陶瓷滤芯通常为长方体形状，沿轴向有平行的方形孔道。滤芯的孔道不是直通式的通道，而是将其截面相邻孔道的两端交替堵住，使得柴油机尾气必须经过内部多孔薄壁到相邻的通道后才能排出。尾气在经过多孔薄壁时，因其中的碳微粒被截留而得到净化。堵孔的厚度及其与蜂窝体壁的粘接强度直接影响壁流式蜂窝陶瓷对于柴油机尾气的净化程度。

在“壁流式蜂窝陶瓷载体坯堵孔方法”(申请号200610106776.7)发明专利申请中提到了壁流式蜂窝陶瓷堵孔先行工序中几种不同的开孔方法，其中“激光开孔是指用激光器或激光管所产生的高能光束瞬间将位于壁流式蜂窝陶瓷滤芯两个截面包裹的薄膜或薄片上交叉开孔且轴向互不导通。”该专利申请主要论及了壁流式蜂窝陶瓷的堵孔方法及堵孔用的泥料配方，并未涉及激光开孔的具体方法。该申请中提及的激光开孔只是就一般激光打孔而言，即激光通过透镜聚焦形成高能光束，一次性照射在工件上，不具备精确的定位和软件操作系统，由此过程打出的孔形通常为一圆点。而且只能应用于定位要求不太精确的工件打孔，不适用于高性能蜂窝陶瓷滤芯这样的工件。蜂窝陶瓷滤芯的孔通常为方形孔，并且一个截面就有上百个小方孔，由于陶瓷生产工艺的特殊性决定了蜂窝陶瓷截面的方孔大小、位置并不完全一致，因此采用一般的激光光斑打孔方法首先是操作速度缓慢，再者更为主要的是激光束有可能不能对准蜂窝陶瓷的孔而打到蜂窝陶瓷的壁上、或者有可能漏打，使得该打孔的地方没有打孔。由此将严重影响该蜂窝陶瓷滤芯制备过程中的后续工序——堵孔的质量，特别是容易出现制品干燥和/或烧结后堵孔处的掉落和/或漏孔等现象，从而影响蜂窝陶瓷滤芯的产品质量，最终影响柴油机尾气的净化效果。

发明内容

为避免背景技术中提到的不足之处，本发明的目的在于提供一种具有智能识别能力和精确定位、适用于壁流式蜂窝陶瓷切孔的激光切孔装置。

为了实现上述发明目的，本发明所提供的壁流式蜂窝陶瓷切孔的激光切孔装置包括激光系统、图像识别系统、转盘、电控系统和软件系统。

现分述如下：

1、激光系统

由激光发生器、棱镜和支架等部分组成。激光器发射的激光束可以通过棱镜的转动而改变方向。

2、图像识别系统

包括CCD感光元件、图像处理电路等部分组成。可以精确捕捉工件的位置，并反馈到计算机上，通过软件系统对打标图形的位置进行修正。

3、转盘上有4个工位，依次为上料工位，安装薄膜工位、CCD摄像工位和切孔工位，每个工位相距90°；

1)先将欲切孔的陶瓷滤芯工件固定在上料工位的夹具底板的凹槽中；

2)按动“启动”按钮，转盘旋转至安装薄膜工位，安装薄膜；

3)转盘旋转至CCD摄像工位，CCD开始捕捉工件孔位数据，CCD捕捉完毕；

4)工件移动到切孔工位后，开始切孔打标；

5)打标完成后，转盘回到初始上料工位位置，下料。

转盘、激光系统和图像识别系统安放在工作台上。

4、电控系统：

接收图像识别系统中CCD感光元件接收的CCD摄像工位的信息后，通过电控系统输入软件系统进行精定位，同时在转盘转至切孔工位后控制激光系统开始切孔打标。

5、软件系统：

接收电控系统的信息，捕捉所有孔位的精确位置以及孔位形状和面积，快速分析数据，判断出需切孔的孔位，通过电控系统指挥给激光系统进行高精度激光切孔。

综上所述，本发明提供的切孔装置使用时首先将蜂窝陶瓷滤芯放置在上料工位1，通过转盘以顺时针方向旋转至安装薄膜工位2，将滤芯一端面用薄膜封住，薄膜安装完成后再经转盘沿顺时针方向转至摄像工位3，通过CCD摄像装置为加工滤芯拍照，一方面根据所拍图像判断端面上孔的大小及分布状况，另一方面根据图像编制打孔图案，设计打孔途径，最后将所取得的信息通过电控系统反馈软件系统，对打孔图形的位置作进一步修正，分辨出需激光切孔或不必激光切孔的孔。最后转盘5将滤芯旋转至切孔工位4，通过软件系统指挥激光系统完成激光束沿着方形孔边切孔的动作，并且实现对滤芯的高准确度、高精度交错进行的切孔操作。

本发明提供的切孔装置可以拍照并捕捉每个孔口内侧四条边的中点A1/A2/B1/B2的坐标(四个角呈现90度的扇形)，如图2所示是个比较极端的孔形状，图像识别系统将四个中心的位置坐标告知电控系统，电控系统分析处理数据后，将线段A1、A2左右延伸至B1点以及B2点，将线段B1、B2上下延伸至A1点和A2点，形成四边形CDEF，即所要切孔的形状和大小，并以此引导激光束进行切割。

本发明提供的切孔装置通过软件系统能根据图像识别系统得到的信息智能、快速地分析数据，分辨出需激光切孔或不必激光切孔的孔。

本发明提供的切孔装置的电控系统采用减速电机通过同步带带动转盘，实现蜂窝陶瓷滤芯在上料工位、薄膜安装工位、CCD捕捉工位和激光切孔工位之间的循环操作的控制，实现高精度定位，完成对工件的多工位精密打标要求。

附图说明

图1为本发明提供的切孔装置示意图；

图2为本发明提供的切孔装置使用时切孔方法示意图；

图中，1上料工位；2安装薄膜工位；3摄像工位；4切孔工位；5工作台；6图像识别系统；7激光发生器；8转盘。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明提供的切孔装置及使用方法，以进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步。

实施例1

正如前面所述，本发明提供的切孔装置包括激光系统、图像识别系统、转盘、电控系统和软件系统。

其中，激光系统是由激光发生器7、棱镜和支架等部分组成(图中未标出)。激光器发射的激光束可以通过棱镜的转动而改变方向。

2、图像识别系统

包括CCD感光元件、图像处理电路等部分组成。可以精确捕捉工件的位置，并反馈到计算机上，通过软件系统对打标图形的位置进行修正。

3、转盘：它有上料工位1、安装薄膜工位2、摄像工位3和切孔工位4组成，每个工位相距90°，以上3个部件安放在工作台上。

在摄像工位3时，通过图像识别系统中的CCD摄像装置为欲加工的壁流式蜂窝陶瓷滤芯拍照，判断端面上孔的大小和分布，编制出打孔图案，设计打孔途径，最后将信息通过电控系统反馈给软件系统和激光系统，对打孔图形的位置作进一步修改。

实施例2

1)将尺寸为35.62×35.78×255.50mm蜂窝陶瓷滤芯固定在上料工位的夹具底板的凹槽中。

2)按动“启动”按钮，使转盘以1.5秒/工位旋转至薄膜安装工位，安装薄膜；

3)转盘旋转至CCD摄像工位，CCD开始捕捉该蜂窝陶瓷滤芯孔位数据；

4)CCD捕捉完毕之后蜂窝陶瓷滤芯随转盘移动到切孔工位后，激光器开始在该滤芯端面间隔性地切孔打标。这样每个打通孔的四周紧邻的孔都是堵塞的，而每个堵塞的孔的四周紧邻的孔都是打通的，便于蜂窝陶瓷滤芯制备过程中堵孔工序的顺利进行；

5)打标完成后，转盘回到初始上料工位位置，下料。

重复以上操作步骤，进行下一个蜂窝陶瓷滤芯的激光切孔。

Claims (7)

1.一种壁流式蜂窝陶瓷滤芯激光切孔装置，其特征在于所述的切孔装置包括激光系统、图像识别系统、转盘、电控系统和软件系统，其中①激光系统由激光发生器、棱镜和支架组成；②图像识别系统是由CCD感光元件、图像处理电路组成；③转盘上有4个工位，分别为上料工位、安装薄膜工位、摄像工位和切孔工位，激光系统、图像识别系统和转盘安放在工作台上；电控系统接受图像识别系统中CCD感光元件对摄像工位中的工件拍照和图像处理电路处理后通过电控系统将信息反馈给软件系统，再由软件系统通过电控系统指挥激光系统。

2.按权利要求1所述的切孔装置，其特征在于转盘上的4个工位相距90^o。

3.按权利要求1所述的切孔装置，其特征在于激光系统中激光器发射的激光束通过棱镜的转动而改变方向。

4.按权利要求1所述的切孔装置，其特征在于切孔的工件固定在上料工位的夹具底板的凹槽中。

5.按权利要求1所述的切孔装置，其特征在于电控系统是采用减速电机通过同步带带动转盘，实现对转盘上4个工位的控制。

6.使用如权利要求1-5中任一项所述的切孔装置的方法，其特征在于首先将蜂窝陶瓷滤芯放置在上料工位(1)，通过转盘以顺时针方向旋转至安装薄膜工位(2)，将滤芯一端面用薄膜封住，薄膜安装完成后再经转盘沿顺时针方向转至摄像工位(3)，通过图像识别系统中CCD感光元件为欲加工的滤芯拍照，根据所拍图像判断端面上孔的大小及分布状况，同时根据图像编制打孔图案，设计打孔途径，最后将所取得的信息通过电控系统反馈软件系统，对打孔图形的位置作进一步修正，分辨出需激光切孔或不必激光切孔的孔；最后转盘(5)将滤芯旋转至切孔工位(4)，通过软件系统指挥激光系统完成后激光束沿方形孔边切孔的动过，并别实现对滤芯的高准确度、高精度交错进行的切孔操作。

7.按权利要求6所述的切孔装置的使用方法，其特征在于拍照以捕捉每个孔口内侧四条边的中点A1/A2/B1/B2的坐标，图像识别系统将四个中心的位置坐标告知电控系统，电控系统分析处理数据后，将线段A1、A2左右延伸至B1点以及B2点，将线段B1、B2上下延伸至A1点和A2点，形成四边形CDEF，即所要切孔的形状和大小，并以此引导激光束进行切割。

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