CN104389151A - 自动裁剪机及其打孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动裁剪技术领域，公开了一种自动裁剪机及其打孔方法。本发明中，自动裁剪机通过获取打孔针末端与台面之间的距离，得到打孔针的调整量，若打孔针的调整量不为0，则调整打孔针的上下位置，直到打孔针的调整量为0。通过实时测量打孔针末端与台面之间的距离，并控制机头向下运动的量，可以使打孔针末端始终处于台面之上，从而提升打孔效果，也可以避免打孔针在打孔过程中接触台面而损伤，或避免刺入保护层而破坏保护层。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动裁剪技术领域，特别涉及自动裁剪机及其打孔方法。
背景技术
自动裁剪机是一种自动化裁剪面料的设备，最常见的面料是布料或皮革。目前，自动裁剪机的机头根据预先制成的裁剪数据，裁剪铺设在裁剪台上的面料。而且，自动裁剪机一般都是集成多工序的，其机头上安装有打孔针、打孔针、划线或压痕等加工装置，这些装置在使用过程中，由于裁剪台面不可能完全处于同一水平面，使得加工装置可能会接触裁剪台面而造成损伤，或者为避免接触台面而存在对材料的处理不完整的情形。
为了使面料铺设平整，裁剪台通常采用质地较硬的材料制成，比如，采用不锈钢制成。在对面料进行打孔的过程中，由于裁剪台面不可能做到完全处于同一水平面，不可避免地会出现机头上的打孔针接触裁剪台面的情况，但由于裁剪台的质地较硬，打孔针或多或少会受到损伤。或者为了避免打孔针接触台面，调整打孔针与裁剪台之间的距离，但这种调整总是没有办法兼顾裁剪台凹陷位置和突起位置。比如说，如果调整机头使打孔针能完全穿透裁剪台凹陷位置的面料，那么在突起位置，打孔针会接触裁剪台面；而如果调整机头使打孔针在突起位置不接触裁剪台面，那么在凹陷位置，无法完全穿透面料。
基于保护打孔针的考虑，可在裁剪台上先铺设一层质地较软而又比较平整的保护层(比如，毛毡)，然后再铺设面料，在对面料进行打孔的过程中，打孔针一般不会接触裁剪台面，避免了打孔针的损伤。此外，由于保护层的厚度也不可能做到完全一致，进一步导致面料的铺设平面随着裁剪台面和保护层突起或凹陷。为了保证完全穿透面料，打孔针在突起位置必然会刺入保护层甚至穿透保护层，保护层损坏到一定程度时，不能再使用，则需要更换该保护层，从而造成了成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动裁剪机及其打孔方法，使得机头跟随裁剪台面运动，避免对打孔针的损伤，或尽可能避免损伤保护层，从而节省成本。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种自动裁剪机的打孔方法，包含以下步骤：
获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量；
若打孔针的调整量不为0，则调整打孔针的上下位置，直到打孔针的调整量为0。
本发明的实施方式还提供了一种自动裁剪机，采用上述自动裁剪机的打孔方法对材料进行打孔。
本发明实施方式相对于现有技术而言，自动裁剪机通过获取打孔针末端与台面之间的距离，得到打孔针的调整量，若打孔针的调整量不为0，则调整打孔针的上下位置，直到打孔针的调整量为0。通过实时测量打孔针末端与台面之间的距离，可使打孔针末端始终处于台面之上，从而可以避免打孔针在打孔过程中接触台面而损伤，或避免刺入保护层而破坏保护层。
另外，所述台面为裁剪台的台面。
另外，在获取打孔针末端与台面之间的距离的步骤之前，还包含以下步骤：
预先扫描整个裁剪台，建立裁剪台的台面坐标数据库；其中，所述台面坐标数据库包含所述台面上各点的Z坐标。
另外，在扫描整个裁剪台，建立裁剪台的台面坐标数据库的步骤中，包含以下子步骤：
采用原点定位机构，确定台面坐标原点；
采用距离感应器获取其所处位置与所述台面之间的距离；
根据所述距离感应器获取的距离，以及原点定位机构与距离感应器之间的位置关系，计算得到台面上各点的Z坐标。
另外，在获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量的步骤中，包含以下子步骤：
采用距离感应器感应得到待打孔位置与其垂直下方待打孔材料之间的距离；
根据所述感应得到的距离，以及距离感应器与原点定位机构之间的位置关系，计算待打孔位置材料的上表面的Z坐标；
在所述坐标数据库中，查找待打孔位置垂直下方台面的Z坐标；
根据打孔针的尺寸及其与原点定位机构的位置关系，计算打孔针末端的Z坐标；
将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面；
旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动；
计算打孔针末端的Z坐标估计值与打孔针垂直下方台面的Z坐标之间的差值，得到打孔针的调整量。
另外，在获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量的步骤中，包含以下子步骤：
采用距离感应器感应得到当前所处位置与其垂直下方待打孔材料之间的距离；
根据所述感应得到的距离，以及距离感应器与原点定位机构之间的位置关系，计算待打孔位置材料的上表面的Z坐标；
在所述坐标数据库中，查找待打孔位置垂直下方裁剪台的台面的Z坐标，并加上保护层的厚度，得到待打孔位置垂直下方保护层表面的Z坐标；
根据打孔针的尺寸及其与原点定位机构的位置关系，计算打孔针末端的Z坐标；
将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面；
旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动；
计算打孔针末端的Z坐标与打孔针垂直下方保护层表面的Z坐标之间的差值，得到打孔针调整量。
另外，在裁剪台上铺设保护层之前，还可以包含以下步骤：
预先扫描整个裁剪台的台面，建立台面坐标数据库；
其中，所述台面坐标数据库包含所述保护层上各点的Z坐标。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的自动裁剪机的打孔方法中坐标示意图；
图2是根据本发明第一实施方式的自动裁剪机的打孔方法的流程图；
图3是根据本发明第一实施方式的打孔针末端、距离感应器和裁剪台面之间的位置关系示意图；
图4是根据本发明第二实施方式的自动裁剪机的打孔方法的流程图；
图5是根据本发明第二实施方式的打孔针末端、距离感应器、保护层和裁剪台面之间的位置关系示意图；
图6是根据本发明第三实施方式的自动裁剪机的机头示意图；
图7是根据本发明第三实施方式的自动裁剪机的上下运动机构示意图；
图8是根据本发明第三实施方式的自动裁剪机的原点定位机构示意图；
图9是根据本发明第三实施方式的自动裁剪机的上下运动机构以及辅助运动机构示意图；
图10是根据本发明第三实施方式的自动裁剪机的上下运动机构以及辅助运动机构上安装滑板的示意图。
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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种自动裁剪机的打孔方法，该方法通过获取打孔针末端与台面之间的距离，并根据打孔针末端与台面之间的距离，控制打孔针上下往复运动，使得打孔针的末端运动的最低点与台面处于同一水平面，从而可以避免打孔针在打孔过程中接触台面而损伤，或刺入保护层而破坏保护层。
在对待打孔面料进行打孔的过程中，控制机头上下运动的调整量，可通过距离感应器获取距离感应器与待打孔面料之间的距离，再加上待打孔面料的厚度，然后与预设距离相减，得到调整量，若调整量大于0，则说明机头还需要向下调整；若调整量为0，则机头不用调整；若调整量小于0，则机头需要向上调整。这里的预设距离为打孔针末端与距离感应器之间的垂直距离。
为了进一步精确确定打孔针上下运动的调整量，可以建立坐标系。建立坐标系之后，可确定打孔针末端、台面上各点的坐标，准确确定打孔针末端与台面之间的距离，从而控制打孔针的位置。
具体地说，可以预先扫描整个裁剪台或者裁剪台上方铺设的保护层，建立台面坐标数据库；其中，台面坐标数据库包含台面上各点的Z坐标。比如说，可以建立如图1所示的坐标系，图中，X轴正方向为裁剪台的宽度方向，Y轴正方向为裁剪台的长度方向，Z轴正方向为垂直于裁剪台面向上的方向，O为坐标原点。当机头处于X和Y的原点位置时，调整机头的上下位置，使其处于原点定位机构所确定的原点位置，采用安装在机头下部，打孔针附近的距离感应器获得其所处位置与其垂直下方台面之间的距离，以此时获得的距离为基准；机头沿X方向和Y方向移动，在每一个位置处采用距离感应器获得其所处位置与其垂直下方台面之间的距离，然后减去基准，得到每一个位置处的Z坐标，记录每一个位置的X、Y、Z坐标。由于台面坐标数据库包含台面上各点的Z坐标，因此，可以在打孔过程中，控制机头与台面之间的距离，实现机头跟随裁剪台面运动。又由于打孔针一般位于机头下部，且打孔针的位置相对固定，因此，在确定机头重心位置坐标的情况下，也可确定打孔针末端的位置。简单来说，可通过下述方法扫描整个台面，建立台面坐标数据库：
采用原点定位机构，确定台面坐标原点；
采用距离感应器获取其所处位置与台面之间的距离；
根据距离感应器获取的距离，以及原点定位机构与距离感应器之间的位置关系，计算得到台面上各点的Z坐标。
在打孔过程中，根据打孔针末端与台面之间的位置关系，使打孔针的末端运动的最低点与台面处于同一水平面，可采用安装在机头下部的距离感应器来确定材料的上表面坐标，然后查找对应的台面Z坐标，从而准确地得到打孔针向下打孔的深度。具体地说，距离感应器可跟随机头移动到待打孔位置，将距离感应器移动到待打孔位置，距离感应器可测量所处位置与待打孔材料上表面之间的距离，打孔针移动到该位置时，其末端的Z坐标应大于材料待打孔位置上表面的Z坐标，也就是说，以此来确定机头是否需要上下调整以及调整量大小。具体流程如图2所示，包含以下步骤：
步骤201，将距离感应器移动到待打孔位置，感应得到其与垂直下方待打孔材料之间的距离。
步骤202，根据感应得到的距离，以及距离感应器与原点定位机构之间的位置关系，计算待打孔位置材料的上表面的Z坐标；
具体地说，距离感应器在测量当前所处位置与材料之间的距离时，可将机头调整到测量Z原点的位置，这样测出的距离减去基准，得到的即为待打孔位置材料的上表面的Z坐标。
步骤203，在坐标数据库中，查找待打孔位置垂直下方台面的Z坐标。
步骤204，根据打孔针的尺寸及其与原点定位机构的位置关系，计算打孔针末端的Z坐标。
步骤205，将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面。
步骤206，旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动。
步骤207，计算打孔针末端的Z坐标与打孔针垂直下方台面的Z坐标之间的差值，得到打孔针末端与台面之间的距离。
步骤208，判断打孔针末端与台面之间的距离是否为0，若不为0，则返回执行步骤206；若为0，则结束本次打孔处理。
举例来说，如图3所示，图中阴影部分为待打孔材料，原点定位机构所在位置为A，当前打孔针末端为E，距离传感器所处位置为B，距离传感器垂直下方待打孔材料上表面为C，距离传感器垂直下方裁剪台面为D；打孔针末端需从A移动到C，然后向下打孔至D。在确定C的坐标时，可将机头移动到扫描裁剪台的状态，此时距离感应器测量到待打孔材料上表面的距离(即图中的T)，减去基准，得到的就是待打孔位置垂直下方材料上表面的Z坐标(ZC)。根据打孔针末端E与原点定位机构的位置关系，就是图中的L。也可确定打孔针末端E的Z坐标(ZE)。从台面数据库中，查找得到待打孔位置台面的Z坐标(ZD)。
将打孔针末端从E移到C之前，可以先算C与D之间的距离t＝ZC-ZD，以及E与D之间的距离t＝ZE-ZD，如果d>t，则需要向下移动机头(移动机头，相当于移动了打孔针)；如果d≤t，则需要向上移动机头。需要说明的是，若d＝t也是需要稍微向上调整机头的，因为相等就意味着打孔针末端与待打孔材料的上表面处于同一水平面，如果此时移动打孔针，很可能会损伤材料的表面，稍微向上调整机头，可避免这种损伤。
将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面之后，旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动。打孔针向下运动的深度，计算当前打孔针末端坐标ZE与裁剪台台面的坐标ZD之间的差值d决定；随着打孔针向下运动，d逐渐减小，直到d接近于0，则结束本次打孔处理。
本发明第二实施方式涉及一种自动裁剪机的打孔方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第一实施方式中，待打孔的材料铺直接设在裁剪台上。而在本发明第二实施方式中，裁剪台上铺设有保护层，待裁剪材料铺设在保护层之上。并且这一保护层可以固定不动，也可以传动。在保护层传动的情形下，不在裁剪区域铺设待裁剪材料，铺设好待裁剪材料之后，才传送到裁剪台上。在本实施方式中，可以约定保护层的厚度为一固定值。
由于保护层一般质地较软，而且表面不光滑，如果扫描保护层表面，并不能真实地反映裁剪台面的情况，所以需要在铺设保护层之前扫描裁剪台面，建立台面数据库。建立数据库的方法与第一实施方式中类似，在裁剪台上铺设保护层之前，预先扫描整个裁剪台的台面，建立裁剪台的台面坐标数据库；其中，台面坐标数据库包含裁剪台的台面上各点的Z坐标。
采用本实施方式的方法，在打孔过程中，根据打孔针末端与台面之间的位置关系，来调整打孔针的上下位置，具体流程如图5所示，包含以下步骤：
步骤501和502与第一实施方式中步骤201和202类似，在此不再赘述。
步骤503，在坐标数据库中，查找下一时刻待打孔位置垂直下方裁剪台的台面的Z坐标，并加上保护层的厚度，得到待打孔位置垂直下方保护层表面的Z坐标。
如图6所示，需要先查找台面数据库中D’点的Z坐标，然后加上保护层的厚度t1，从而得到D点的Z坐标。
步骤504至508与第一实施方式中步骤204和208类似，在此不再赘述。
此外，本领域技术人员可以根据本发明的实施方式进行具体实现的变换，比如，在铺设保护层的情形下，也可以在建立台面坐标时，考虑保护层的厚度。具体地说，确定Z坐标原点时，距离感应器感应得到的距离减去保护层的厚度，得到基准；计算台面上各点Z坐标时，采用距离感应器实测的距离除了减去基准之外，还需要减去保护层的厚度，从而得到各点的Z坐标。这样在后续打孔时，采用第一的方法计算打孔针的调整量即可。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种自动裁剪机。该自动裁剪机可以采用第一实施方式或第二实施方式的自动裁剪机的打孔方法对材料进行打孔。
为了实现自动裁剪机跟随台面打孔，自动裁剪机上可设有距离感应器21、控制器(未图示)和上下运动机构4，如图7至11所示，具体地说，在机头下部安装距离感应器21，控制器与距离感应器21连接，机头2通过上下运动机构4安装在行走机架3上，行走机架3架设在裁剪台1上方。机头2可在行走机架3上滑动，从而实现机头沿裁剪台的宽度方向运动(以下简称为X方向)，而裁剪台两侧安装有滑轨，行走机架可沿滑轨移动，从而带动机头沿裁剪台的长度方向运动(以下简称为Y方向)。
打孔针也位于机头下部，如图8中所示的7一般用于安装打孔针，一旦打孔针安装完成，其末端与距离感应器之间的垂直距离就确定了。在后续计算中，打孔针末端与距离感应器之间的垂直距离唯一确定的固定值。在实际应用中，安装打孔针的位置也可灵活选择，只要在安装打孔针之后，打孔针末端与距离感应器之间的垂直距离是一个确定的值。
上下运动机构进一步包含支撑板41、驱动装置42、丝杆43、滑块44和滑板45。驱动装置42和丝杆43固定在支撑板41上，滑块44套设在丝杆43上，驱动装置42驱动丝杆43旋转，带动滑块44在丝杆(43)上下运动。滑板45固定在滑块44上，机头2安装在滑板45上。可见，在机头2进行裁剪的过程中，根据驱动装置42的驱动，丝杆43会顺时针或逆时针旋转，带动滑块44向上或向下运动，同时带动机头2根据需要向上或向下运动。
为了设定机头上下运动的Z坐标原点，本实施方式的自动裁剪机设有原点定位机构5，可以根据距离感应器获取的距离与原点坐标，确定距离感应器所处位置垂直下方感应面的Z坐标。原点定位机构可进一步包含：限位传感器51和行程标杆52。限位传感器51固定在支撑板41上，行程标杆52固定在滑板45上；其中，当行程标杆接触限位传感器时，根据机头所处位置以及距离感应器的位置，确定Z坐标原点。
此外，为了更好地保持机头2工作时的稳定性。在本实施方式的上下运动机构中还可设置能够平行于丝杆43进行上下运动的辅助运动机构6。利用辅助运动机构6，增加机头2的固定点。具体的说，辅助运动机构6固定于支撑板41上，机头2还安装在辅助运动机构6上。
本实施方式中辅助运动机构6具体包含：辅助杆61、辅助滑块62和弹簧63；辅助杆61的两端固定在支撑板41上，并与丝杆43平行；辅助滑块62和弹簧63依次套设在辅助杆61上，弹簧63位于辅助滑块62下方，滑板45还固定在辅助滑块62上。本实施方式的辅助运动机构6，利用弹簧63缓冲机头2的上下运动趋势，利用与丝杆43平行的辅助杆61保持运动方向的稳定，进一步保证机头2在上下运动过程中的安全稳固。此外，机头2的固定位还增加了辅助滑块62，机头2的固定位增多，也就能被固定得更牢固。
在具体实现中，可以采用激光测距传感器、红外线测距传感器或超声波测距传感器作为距离感应器，这些传感器都是现有比较成熟的测距传感器，具有精度高的优点，非常适合用于本实施方式中精确控制机头的上下位置。
需要说明的是，本实施方式中的驱动装置42可以包含一气缸；气缸与丝杆43连接。也就是利用气缸驱动丝杆43，这样使得丝杆43的驱动更为精准。工作过程中，丝杆43将气缸的旋转运动方向转换为滑块44的上下运动方向，进一步精确地控制了机头2的上下运动。
在实际应用中，驱动装置42还可以利用伺服电机替代气缸，单纯采用伺服电机的扭矩模式来控制，压力非常稳定。当然，实际应用中还可以根据实际需要设计不同的组合，如：利用在伺服电机两边增设气缸起到辅助提升驱动力的作用，同时也可以减小伺服电机的功率，还可以利用气缸内气体的辅助缓冲能力减缓机头2的向下运动，比较好的防止了裁剪台1摔坏的危险。
此外，距离感应器的安装位置并不以图6中位置为限，还可以安装在机头上方，采用支架伸出机头之外；也可以安装在机头的侧面。距离感应器安装在不同的位置时，只需要能确定距离感应器与原点定位机构以及机头下方的加工装置之间的垂直距离即可实现本发明的目的，在此不再一一举例说明。
由于第一或第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第一或第二实施方式互相配合实施。第一或第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第一或第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一或第二实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，包含以下步骤：
获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量；
若打孔针的调整量不为0，则调整打孔针的上下位置，直到打孔针的调整量为0。
2.根据权利要求1所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，所述台面为裁剪台的台面。
3.根据权利要求2所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在获取打孔针末端与台面之间的距离的步骤之前，还包含以下步骤：
预先扫描整个裁剪台，建立裁剪台的台面坐标数据库；其中，所述台面坐标数据库包含所述台面上各点的Z坐标。
4.根据权利要求3所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在扫描整个裁剪台，建立裁剪台的台面坐标数据库的步骤中，包含以下子步骤：
采用原点定位机构，确定台面坐标原点；
采用距离感应器获取其所处位置与所述台面之间的距离；
根据所述距离感应器获取的距离，以及原点定位机构与距离感应器之间的位置关系，计算得到台面上各点的Z坐标。
5.根据权利要求3所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量的步骤中，包含以下子步骤：
将距离感应器移动到待打孔位置，感应得到其与垂直下方待打孔材料之间的距离；
根据所述感应得到的距离，以及距离感应器与原点定位机构之间的位置关系，计算待打孔位置材料的上表面的Z坐标；
在所述坐标数据库中，查找待打孔位置垂直下方台面的Z坐标；
根据打孔针的尺寸及其与原点定位机构的位置关系，计算打孔针末端的Z坐标；
将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面；
旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动；
计算打孔针末端的Z坐标与打孔针垂直下方台面的Z坐标之间的差值，得到打孔针的调整量。
6.根据权利要求1所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，所述裁剪台上铺设有保护层，所述台面为所述保护层的表面。
7.根据权利要求6所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在裁剪台上铺设保护层之前，还包含以下步骤：
预先扫描整个裁剪台的台面，建立裁剪台的台面坐标数据库；其中，所述台面坐标数据库包含所述裁剪台的台面上各点的Z坐标。
8.根据权利要求7所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在获取打孔针末端与台面之间的垂直距离，得到打孔针的调整量的步骤中，包含以下子步骤：
将距离感应器移动到待打孔位置，感应得到其与垂直下方待打孔材料之间的距离；
根据所述感应得到的距离，以及距离感应器与原点定位机构之间的位置关系，计算待打孔位置材料的上表面的Z坐标；
在所述坐标数据库中，查找待打孔位置垂直下方裁剪台的台面的Z坐标，加上保护层的厚度，得到待打孔位置垂直下方保护层表面的Z坐标；
根据打孔针的尺寸及其与原点定位机构的位置关系，计算打孔针末端的Z坐标；
将打孔针末端移动到待打孔材料的上表面；
旋转打孔针，同时控制打孔针向下运动；
计算打孔针末端的Z坐标与打孔针垂直下方保护层表面的Z坐标之间的差值，得到打孔针的调整量。
9.根据权利要求6所述的自动裁剪机的打孔方法，其特征在于，在裁剪台上铺设保护层之前，还包含以下步骤：
预先扫描整个裁剪台的台面，建立台面坐标数据库；
其中，所述台面坐标数据库包含所述保护层上各点的Z坐标。
10.一种自动裁剪机，其特征在于，采用如权利要求1至9所述的自动裁剪机的打孔方法对材料进行打孔。
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