CN105291213B - 一种木材表面缺陷的智能挖补装置 - Google Patents

Abstract

一种木材表面缺陷的智能挖补装置，其特征是：将直径相同、高度相等、涂好胶的木塞间隔地排放在可移动平台上，将待处理木板放置在输送链上，从摄像头下方通过，摄像头识别到待处理木板的表面缺陷后，系统将此信息传递给操作控制台的控制系统；控制系统根据输送链的运行速度，将待处理木板的缺陷位置输送至挖补机构支架下方，旋转刀盘组件中的钻孔刀具、吸附装置、打磨装置和烘干装置分别完成缺陷挖除、木塞填补、烘干和打磨工作，此处木材表面缺陷的智能挖补工作完成后；输送链带动待处理木板继续前行，进行下一处木材表面缺陷的智能挖补。与现有挖补工艺相比，本发明优化了木材挖补的工艺流程，自动化程度高，易操作，安全性能好，人工成本低。

Description

一种木材表面缺陷的智能挖补装置

技术领域

本发明属于木材加工检测技术领域，主要涉及一种板材表面缺陷的自动识别、挖取、填补、烘干、打磨的智能挖补装置。

背景技术

我国现行的木材标准将木材缺陷分为节子、腐朽、蛀孔、裂纹等八大类，其中最常见的缺陷是节子、蛀孔，这些缺陷会影响木材表面质量、改变木材正常性能、降低木材利用率和使用价值。

当前国内企业用于木材表面缺陷修补大多是一种人机结合的简易挖补设备，由一台手提挖掘机和一台木塞成型机组成。通过挖掘机将木材本身的烂木、发黑、死节或开裂等不雅部分挖走，重新填补上预先车削成型的木塞，重新涂胶补上，待干后重新打磨平滑。这一工艺流程除机器为电动外，其余均为人工操作，危险性大，人工成本高，缺陷需要人眼识别，结果易受人的主观影响。

木材表面的小面积缺陷(节子、蛀孔)是木材最常见的缺陷，表面修补可通过数字图像处理技术智能识别定位，并通过加工方法挖去，然后将直径相同、高度相等、涂好胶的木塞自动填补到待处理木材上，并烘干、打磨，实现木材表面缺陷的智能检测及挖补。它对优化木材挖补加工工序、提高自动化程度和安全性能具有重要意义。

发明内容

本发明设计的目的是提供一种用于木材表面缺陷的自动识别、挖取、填补、烘干、打磨的智能挖补装置。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种木材表面缺陷的智能挖补装置，包括可移动平台、挖补机构支架、木塞、圆柱导轨、丝杠、滑块螺母、菱形导轨、旋转刀盘组件、压板、内齿轮、吸附装置、钻孔刀具、外齿轮、烘干装置、打磨装置、内齿轮套、上盖、步进电机、转轴、调整垫片、检测装置支架、摄像头、待处理木板、输送链、支撑外链板、防松螺母、紧固螺母、带两圆柱销的夹紧板、弹簧、机架、操作控制台，其特征是：检测装置支架和挖补机构支架依次布置在输送链的垂直上方，检测装置支架上装有摄像头，挖补机构支架上设有旋转刀盘组件，旋转刀盘组件用螺栓与滑块螺母相连，可在丝杠的带动下与滑块螺母一起沿圆柱导轨和菱形导轨左右移动；安装在旋转刀盘组件中的内齿轮齿圈上的钻孔刀具、吸附装置、烘干装置和打磨装置可在步进电机驱动下绕内齿轮的轴线转动；直径相同、高度相等、涂好胶的木塞间隔地排放在可移动平台上，将待处理木板放置在输送链上，从摄像头下方通过，摄像头识别到待处理木板上的表面缺陷后，系统将此信息传递给操作控制台中的控制系统，控制系统根据输送链的运行速度，将待处理木板上的缺陷位置输送至挖补机构支架下方，旋转刀盘组件中的钻孔刀具转动至待处理木板的表面缺陷位置将其挖除，在待处理木板上留下一个小圆孔；丝杠带动滑块螺母和旋转刀盘组件移向可移动平台上方，旋转刀盘组件中的吸附装置吸住木塞后，再移动到待处理木板的小圆孔上方，将木塞填入小圆孔中；内齿轮顺时针旋转180°，将烘干装置旋转至待处理木板表面缺陷部位的垂直上方，对涂胶处进行烘干处理；烘干完毕后，内齿轮顺时针旋转90°，打磨装置对填补表面进行打磨处理，将干固的胶体及补合处毛刺磨平，此处木材表面缺陷的智能挖补工作完成；输送链带动待处理木板继续前行，进行下一处木材表面缺陷的智能挖补。

所述输送链由二条滚子链组成，在每条滚子链的外侧对称安装有多对支撑外链板；将带两圆柱销的夹紧板套上弹簧后安装在支撑外链板上，并用防松螺母和紧固螺母固定；将待处理木板放置于多对带两圆柱销的夹紧板形成的支撑平面上，多对带两圆柱销的夹紧板之间的间距L可通过压缩弹簧而改变，以适应待处理木板的宽度变化。

所述旋转刀盘组件中设有一对内啮合齿轮，外齿轮装在转轴上，由步进电机驱动，内齿轮的齿圈上每相隔90°安装有钻孔刀具、吸附装置、打磨装置和烘干装置；内齿轮齿圈外沿嵌套在压板和内齿轮套之间，内齿轮套与上盖之间用螺钉相连，压板和内齿轮套之间用螺钉相连，压板和内齿轮套之间设有调整垫片，安装时，通过调整垫片调整内齿轮与内齿轮套和压板之间的间隙，使内齿轮既转动灵活，又无轴向窜动。

内齿轮齿圈上安装的钻孔刀具、吸附装置、打磨装置和烘干装置沿顺时针方向布置，钻孔刀具和打磨装置布置在输送链的前进方向，吸附装置和烘干装置布置在滑块螺母的移动方向，并将此位置作为内齿轮安装的初始位置；当待处理木板的缺陷位置停在挖补机构支架下方后，伺服电机带动丝杠旋转，滑块螺母带动旋转刀盘组件沿着圆柱导轨和菱形导轨左右移动；步进电机带动转轴上的外齿轮，驱动内齿轮转动，通过控制步进电机的步距控制内齿轮的旋转角度，将钻孔刀具旋转至待处理木板的缺陷部位的垂直上方，钻孔刀具伸出，将缺陷挖除，在待处理木板上留下一个小圆孔；缺陷挖除完毕后，步进电机带动转轴上的外齿轮，驱动内齿轮转动，使得内齿轮回到初始位置，即吸附装置与可移动平台上的第一个木塞处在同一直线上；丝杠旋转，滑块螺母带动旋转刀盘组件沿着圆柱导轨和菱形导轨向可移动平台方向移动，使得吸附装置位于木塞的垂直上方；吸附装置向下伸出，吸盘吸住木塞；丝杠旋转，滑块螺母带动旋转刀盘组件沿着圆柱导轨和菱形导轨向待处理木板方向移动，步进电机带动转轴上的外齿轮，驱动内齿轮转动，使得吸附装置位于待处理木板的小圆孔的垂直上方，吸附装置将木塞压入小圆孔，完成缺陷的填补；步进电机带动转轴上的外齿轮，驱动内齿轮顺时针旋转180°，将烘干装置旋转至待处理木板的缺陷部位的垂直上方，对涂胶处进行烘干处理；烘干完毕后，步进电机带动转轴上的外齿轮，驱动内齿轮顺时针旋转90°，将打磨装置旋转至缺陷部位的垂直上方，打磨装置对填补表面进行打磨处理，将干固的胶体及补合处毛刺磨平，此处挖补工作完成。吸附装置在可移动平台上吸走一个木塞后，可移动平台向前移动一个间隔，以确保吸附装置下次的作业；输送链带动待处理木板继续前行，进行下一处木材表面缺陷的智能挖补。

所述机架的上表面设置有一个U型槽托件，输送链带着待处理木板从U型槽托件底面拖过，起着支撑输送链的作用；U型槽托件的两内侧之间的宽度刚好等于输送链两支撑外链板之间的宽度，使输送链带着待处理木板直线行走，并防止输送链在挖补木板表面缺陷过程中产生移动；U型槽两侧的高度低于输送链中的销轴高度。

所述操纵控制台的控制系统可检测并控制整个工作流程，实现摄像头与旋转刀盘组件的信息同步，确保切割精度及挖补质量；工作开始前，操作者根据所需挖补批次木板的材质、厚度、尺寸等参数进行编程，将编辑完毕的设备运行程序导入操作控制系统的计算机内，控制系统准备工作完成；待处理木板放置到位后，操作者按动开始键，控制系统开始工作，在伺服电机带动下，输送链带动待处理木板匀速向前运动，到达缺陷检测系统下方时，摄像头捕捉缺陷，控制系统记录缺陷位置，将后续操作指令发送至挖补机构；此系统将木板常见缺陷的最大尺寸设置为钻孔刀具的外径大小，木塞的直径与钻孔刀具的直径相同，木塞的高度与待处理木板的厚度相等；控制系统根据输送链的传输速度，控制待处理木板的缺陷位置停在挖补机构支架下方，控制系统协调控制输送链、丝杠、滑块螺母和旋转刀盘组件中的钻孔刀具、吸附装置、打磨装置和烘干装置的运动，实现完整的挖补过程；挖补完毕后，在操作系统控制下，输送链带动待处理木板继续前行，进行下一处木材表面缺陷的智能挖补。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种木材表面缺陷的智能挖补装置主要由摄像头与旋转刀盘组件共同作用，实现各种规格木板的智能挖补。它可完成缺陷的自动化检测，智能地挖料、补料、烘干、打磨，功能集成度高，优化了木材挖补的工艺流程，自动化程度高，易操作，安全性能好，人工成本低。

附图说明

图1表示木材表面缺陷的智能挖补装置的整体结构示意图。

图2为图1中A-A的剖视图，表示装置中带两圆柱销的夹紧板夹紧待处理木板和输送链在U型槽中被支承的示意图。

图3表示装置中带两圆柱销的夹紧板固定在支撑外链板上的示意图。

图4表示装置中旋转刀盘组件内齿轮与外齿轮啮合三维立体图。

图5表示装置中旋转刀盘组件下方各装置的布置示意图。

图6表示图5中B-B剖面的示意图。

图中：1、可移动平台 2、挖补机构支架 3、木塞 4、圆柱导轨 5、丝杠 6、滑块螺母7、菱形导轨 8、旋转刀盘组件 9、检测装置支架 10、摄像头 11、待处理木板 12、输送链13、机架 14、操作控制台；12-1、支撑外链板 12-2、防松螺母 12-3、紧固螺母 12-4、带两圆柱销的夹紧板 12-5、弹簧；8-1、压板 8-2、内齿轮 8-3、吸附装置 8-4、钻孔刀具 8-5、外齿轮 8-6、烘干装置 8-7、打磨装置 8-8、内齿轮套 8-9、上盖 8-10、步进电机 8-11、转轴 8-12、调整垫片。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

将待处理木板(11)放置于输送链(12)起始端，由对称安装的带两圆柱销的夹紧板(12-4)压紧，固定在输送链(12)上；将直径相同、高度相等、涂好胶的木塞(3)间隔地排放在可移动平台(1)上；操作者按动开始键，控制系统开始工作，在伺服电机带动下，输送链(12)带动待处理木板(11)匀速从摄像头下方通过，摄像头识别到待处理木板的表面缺陷后，操作控制台(14)中的控制系统记录缺陷位置；操作控制台(14)中的控制系统根据输送链(12)的传输速度，控制待处理木板(11)的缺陷位置停在挖补机构支架下方；伺服电机带动丝杠(5)旋转，滑块螺母(6)带动旋转刀盘组件(8)沿着圆柱导轨(4)和菱形导轨(7)左右移动；安装在旋转刀盘组件(8)中内齿轮(8-2)齿圈上的钻孔刀具(8-4)、吸附装置(8-3)、烘干装置(8-6)和打磨装置(8-7)可在步进电机(8-10)驱动下绕内齿轮(8-2)的轴线转动；步进电机(8-10)带动转轴(8-11)上的外齿轮(8-5)，驱动内齿轮(8-2)转动，通过控制步进电机(8-10)的步距可控制内齿轮(8-2)的旋转角度；将钻孔刀具(8-4)旋转至待处理木板(11)的缺陷部位的垂直上方，钻孔刀具(8-4)伸出，将缺陷挖除，在待处理木板(11)上留下一个小圆孔；缺陷挖除完毕后，步进电机(8-10)带动转轴(8-11)上的外齿轮(8-5)，驱动内齿轮(8-2)转动，使得内齿轮(8-2)回到初始位置(如图5所示)，此时吸附装置(8-3)与可移动平台(1)上的第一个木塞(3)处在同一直线上；丝杠(5)旋转，滑块螺母(6)带动旋转刀盘组件(8)沿着圆柱导轨(4)和菱形导轨(7)向可移动平台(1)方向移动，使得吸附装置(8-3)位于木塞(3)的垂直上方；吸附装置(8-3)向下伸出，吸盘吸住木塞(3)；丝杠(5)旋转，滑块螺母(6)带动旋转刀盘组件(8)沿着圆柱导轨(4)和菱形导轨(7)向待处理木板(11)方向移动，步进电机(8-10)带动转轴(8-11)上的外齿轮(8-5)，驱动内齿轮(8-2)转动，使得吸附装置(8-3)位于待处理木板(11)的小圆孔的垂直上方，吸附装置(8-3)将涂胶完成的木塞(3)压入小圆孔中，完成缺陷的填补；步进电机(8-10)带动转轴(8-11)上的外齿轮(8-5)，驱动内齿轮(8-2)顺时针旋转180°，将烘干装置(8-6)旋转至待处理木板(11)的缺陷部位的垂直上方，对涂胶处进行烘干处理；烘干完毕后，步进电机(8-10)带动转轴(8-11)上的外齿轮(8-5)，驱动内齿轮(8-2)顺时针旋转90°，将打磨装置(8-7)旋转至缺陷部位的垂直上方，打磨装置(8-7)对填补表面进行打磨处理，将干固的胶体及补合处毛刺磨平，此处挖补工作完成；吸附装置(8-3)在可移动平台上吸走一个木塞(3)后，可移动平台(1)向前移动一个间隔，以确保吸附装置(8-3)下次的作业；输送链(12)带动待处理木板(11)继续前行，进行下一处木材表面缺陷的智能挖补。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种木材表面缺陷的智能挖补装置，包括可移动平台(1)、挖补机构支架(2)、木塞(3)、圆柱导轨(4)、丝杠(5)、滑块螺母(6)、菱形导轨(7)、旋转刀盘组件(8)、压板(8-1)、内齿轮(8-2)、吸附装置(8-3)、钻孔刀具(8-4)、外齿轮(8-5)、烘干装置(8-6)、打磨装置(8-7)、内齿轮套(8-8)、上盖(8-9)、步进电机(8-10)、转轴(8-11)、调整垫片(8-12)、检测装置支架(9)、摄像头(10)、待处理木板(11)、输送链(12)、支撑外链板(12-1)、防松螺母(12-2)、紧固螺母(12-3)、带两圆柱销的夹紧板(12-4)、弹簧(12-5)、机架(13)、操作控制台(14)，其特征是：检测装置支架(9)和挖补机构支架(2)依次布置在输送链(12)的垂直上方，检测装置支架(9)上装有摄像头(10)，挖补机构支架(2)上设有旋转刀盘组件(8)，旋转刀盘组件(8)用螺栓与滑块螺母(6)相连，可在丝杠(5)的带动下与滑块螺母(6)一起沿圆柱导轨(4)和菱形导轨(7)左右移动；安装在旋转刀盘组件(8)中内齿轮(8-2)齿圈上的钻孔刀具(8-4)、吸附装置(8-3)、烘干装置(8-6)和打磨装置(8-7)可在步进电机(8-10)驱动下绕内齿轮(8-2)的轴线转动；直径相同、高度相等、涂好胶的木塞(3)间隔地排放在可移动平台(1)上；将待处理木板(11)放置在输送链(12)上，从摄像头(10)下方通过，摄像头(10)识别到待处理木板(11)上的表面缺陷后，系统将此信息传递给操作控制台(14)中的控制系统，控制系统根据输送链(12)的运行速度，将待处理木板(11)上的缺陷位置输送至挖补机构支架(2)下方，旋转刀盘组件(8)中的钻孔刀具(8-4)转动至待处理木板(11)的表面缺陷位置将其挖除，在待处理木板(11)上留下一个小圆孔；丝杠(5)带动滑块螺母(6)和旋转刀盘组件(8)移向可移动平台(1)上方，旋转刀盘组件(8)中的吸附装置(8-3)吸住木塞(3)后，再移动到待处理木板(11)的小圆孔上方，将木塞(3)填入小圆孔中；内齿轮(8-2)顺时针旋转180°，将烘干装置(8-6)旋转至待处理木板(11)表面缺陷部位的垂直上方，对涂胶处进行烘干处理；烘干完毕后，内齿轮(8-2)顺时针旋转90°，打磨装置(8-7)对填补表面进行打磨处理，此处木材表面缺陷的智能挖补工作完成。

2.根据权利要求1所述的一种木材表面缺陷的智能挖补装置，其特征是：输送链(12)由二条滚子链组成，在每条滚子链的外侧对称安装有多对支撑外链板(12-1)；将带两圆柱销的夹紧板(12-4)套上弹簧(12-5)后安装在支撑外链板(12-1)上，并用防松螺母(12-2)和紧固螺母(12-3)固定；将待处理木板(11)放置于多对带两圆柱销的夹紧板(12-4)形成的支撑平面上，多对带两圆柱销的夹紧板(12-4)之间的间距L可通过压缩弹簧(12-5)而改变，以适应待处理木板(11)的宽度变化。

3.根据权利要求1所述的一种木材表面缺陷的智能挖补装置，其特征是：旋转刀盘组件(8)中设有一对内啮合齿轮，外齿轮(8-5)装在转轴(8-11)上，由步进电机(8-10)驱动，内齿轮(8-2)的齿圈上每相隔90°安装有钻孔刀具(8-4)、吸附装置(8-3)、打磨装置(8-7)和烘干装置(8-6)；内齿轮(8-2)齿圈外沿嵌套在压板(8-1)和内齿轮套(8-8)之间，内齿轮套(8-8)与上盖(8-9)之间用螺钉相连，压板(8-1)和内齿轮套(8-8)之间用螺钉相连，压板(8-1)和内齿轮套(8-8)之间设有调整垫片(8-12)。