CN106425106A - 3d物料雕切机及3d物料雕切方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D物料雕切机及一种3D物料雕切方法。3D物料雕切机，包括终端机、加工平台、激光发射接受器和运动控制装置，加工平台包括x轴滑台、y轴滑台、z轴滑台，终端机连接激光发射器和运动控制装置，终端机读取激光传感器所接受的反射的激光检测脉冲并计算被测物体的各项几何数据；通过三轴运动控制单元实时控制运动控制装置工作；运动控制装置驱动加工平台在x轴、y轴和z轴上直线运动。本发明将光学和运动控制系统和图像处理单元进行有机的结合，通过一维度空间内运动的有效叠加，实现了3D物料的运动切割，依靠高精度激光位移传感单元和步进电机大大提高产品的成品率、优化了运动曲线、降低了人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及物料雕切技术领域，具体来说涉及一种3D物料雕切机、以及一种3D物料雕切方法。
背景技术
目前，针对文胸、鞋面等涉及需要对3D物料进行切割加工的行业中，大部分工厂采用人工手持剪刀沿着裁剪线进行剪切。之所以依然采用这种耗时耗力、精度低、且无法保证尺寸规格统一的加工方法，其原因在于现阶段市场上的激光切割机，其机械机构、控制系统只能对物料进行平面切割运动，而无法对文胸、鞋面等立体3D材料进行切割。随着人们生活水平的不断提高、审美眼光不断提升：目前这种传统手工剪裁加工方式获得的产品已无法满足消费者的使用需求。为此，市场上迫切需要一款3D面料的智能裁剪设备。以便达到裁剪雕刻尺寸统一、省时省力、裁剪雕刻精度高的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种3D物料雕切机。
其采用的具体技术方案如下：
一种3D物料雕切机，包括终端机、加工平台、激光发射器和运动控制装置，所述加工平台包括x轴滑台、y轴滑台、z轴滑台，所述激光发射器包括二氧化碳激光器和激光位移传感器，所述二氧化碳激光器用于发射切割激光，所述激光位移传感器用于发射激光检测脉冲和接收反射的激光检测脉冲；所述终端机连接激光发射器和运动控制装置，所述终端机包括激光位移传感单元和三轴运动控制单元，所述激光位移传感单元用于读取所述激光位移传感器所接受的反射的激光检测脉冲并根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据；所述三轴运动控制单元实时控制运动控制装置工作；所述运动控制装置分别驱动 x轴滑台在x轴上作直线运动、y轴滑台在y轴上作直线运动、z轴滑台在z轴上作直线运动。
通过采用这种技术方案：首先以激光位移传感器发射激光检测脉冲，同时以三轴运动控制单元调整加工平台的相对距离，激光位移传感单元根据激光位移传感器所接受到的反射的激光检测脉冲回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动等实时几何数据。实践中，激光位移传感器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并反射返回，激光位移传感单元通过计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出，故激光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。由此得到曲面加工轮廓路径规划图。以激光发射器发射切割激光，根据曲面加工轮廓路径规划图实现对3D物料的立体切割。
优选的是上述3D物料雕切机中：所述终端机还包括振镜控制单元，所述激光发射器还包括扩束镜、第一旋转轴镜、第二旋转轴镜和激光场镜；所述振镜控制单元实时控制第一旋转轴镜和第二旋转轴镜作旋转运动，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次经扩束镜扩束、第一旋转轴镜第一次折射、和第二旋转轴镜第二次折射至激光场镜，由激光场镜发射至加工平台上。
通过采用这种技术方案：利用振镜控制单元控制第一旋转轴镜、第二旋转轴镜绕自身旋转运动。实现二氧化碳激光器射出的激光光束方向的调整改变。
更优选的是，上述3D物料雕切机中：所述二氧化碳激光器的功率为80~150W；所述激光发射器包括水冷装置、所述水冷装置用于对所述二氧化碳激光器实时水冷。所述运动装置包括步进电机、丝杆和滑块，所述丝杆和滑块设置于x轴滑台、y轴滑台、z轴滑台的底部，所述步进电机用于驱动丝杆和滑块运动。
而进一步优选的方案是：所述激光场镜位于加工平台的正上方。
之所以采用这种方案：是因为z轴是作垂直升降的功能，保证激光场镜位于加工平台正上方，可以使从激光场镜射出的激光始终处于焦点处，保证了激光束形成均匀大小的聚焦光斑，保证切割雕刻的质量。
本发明还提供了一种3D物料雕切方法，基于上述3D物料雕切机实现。
其采用的具体技术方案如下：
一种3D物料雕切方法，包括如下步骤：
S1：将待加工的3D物料放置在加工平台上；
S2：3D物料雕切机自检，各部件归零复位；
S3：驱动x轴滑台在x轴方向运动至x轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在x轴向的长短尺寸；
S4：x轴滑台复位，驱动y轴滑台在y轴方向运动至y轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在y轴向的长短尺寸；
S5：y轴滑台复位，激光场镜与加工平台的相对位置向y轴一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜平移到3D物料的y轴一端边沿；y轴滑台复位，激光场镜与加工平台的相对位置向y轴另一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜平移到3D物料的y轴另一端的边沿；
S6：以激光位移传感单元根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据，得到3D物体物料的网状轮廓曲线，根据曲线拟合算法，得到拟合曲面，并进一步计算得曲面加工轮廓路径规划图；
S7：根据S6所得曲面加工轮廓路径规划图，以三轴运动控制单元实时控制运动控制装置工作、分别驱动 x轴滑台在x轴上作直线运动、y轴滑台在y轴上作直线运动、z轴滑台在z轴上作直线运动；以振镜控制单元控制第一旋转轴镜和第二旋转轴镜实时旋转运动，激光场镜输出切割激光执行加工切割。
与现有技术相比，本发明将光学和运动控制系统和图像处理单元进行有机的结合，通过一维度空间内运动的有效叠加，实现了3D物料的运动切割，依靠高精度激光位移传感单元和步进电机大大提高产品的成品率、优化了运动曲线、降低了人工成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图，其中，二氧化碳激光器和水冷装置皆内置于激光发射器，所述激光位移传感器因所处视角未示出；
图2为图1中A区域的局部放大示意图；
图3为图1中加工平台部分的局部侧视放大示意图。
上述附图中各部件与附图标记的对应关系如下：
1、终端机；2、加工平台；3、激光发射器；4、运动控制装置；21、x轴滑台；22、y轴滑台；23、z轴滑台；31、扩束镜；32、第一旋转轴镜；33、第二旋转轴镜；34、激光场镜；41、步进电机；42、丝杆；43、滑块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步描述。
如图1-3所示的本发明实施例1：
一种3D物料雕切机，包括终端机1、加工平台2、激光发射器3和运动控制装置4，所述激光场镜34位于加工平台2的正上方。所述加工平台2包括x轴滑台21、y轴滑台22、z轴滑台23，所述激光发射器3包括二氧化碳激光器、激光位移传感器、水冷装置、扩束镜31、第一旋转轴镜32、第二旋转轴镜33和激光场镜34，所述二氧化碳激光器用于发射切割激光、其功率为80~150W。所述水冷装置用于对所述二氧化碳激光器实时水冷。所述激光位移传感器用于发射激光检测脉冲和接收反射的激光检测脉冲；所述终端机1连接激光发射器3和运动控制装置4，所述终端机1包括激光位移传感单元、三轴运动控制单元和振镜控制单元，所述激光位移传感单元用于读取所述激光位移传感器所接受的反射的激光检测脉冲并根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据；所述三轴运动控制单元实时控制运动控制装置4工作；所述运动控制装置4分别驱动 x轴滑台21在x轴上作直线运动、y轴滑台22在y轴上作直线运动、z轴滑台23在z轴上作直线运动。所述振镜控制单元实时控制第一旋转轴镜32和第二旋转轴镜33作旋转运动，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次经扩束镜31扩束、经第一旋转轴镜32第一次折射、和经第二旋转轴镜33第二次折射至激光场镜34，由激光场镜（34）发射至加工平台2上。所述运动装置4包括步进电机41、丝杆42和滑块43，所述丝杆42和滑块43设置于x轴滑台21、y轴滑台22、z轴滑台23的底部，所述步进电机41用于驱动丝杆42和滑块43运动。
实践中，具体加工过程如下：
首先，工人将待加工的3D物料放置在加工平台2上。
接着，工人接通电源，启动终端机1，令3D物料雕切机整体自检，令各部件自动归零复位。
接着，终端机1控制所述运动控制装置4、运动控制装置4驱动x轴滑台在x轴方向运动至x轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在x轴向的长短尺寸；
接着，x轴滑台21复位，运动控制装置4驱动y轴滑台22在y轴方向运动至y轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在y轴向的长短尺寸；
接着，y轴滑台22复位，运动控制装置4驱动加工平台2，令激光场镜34与加工平台2的相对位置向y轴一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜34平移到3D物料的y轴一端边沿；y轴滑台复位，通过运动控制装置4令激光场镜34与加工平台2的相对位置向y轴另一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜34平移到3D物料的y轴另一端的边沿；
接着，激光位移传感单元根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据，得到3D物体物料的网状轮廓曲线，根据曲线拟合算法，得到拟合曲面，并进一步计算得曲面加工轮廓路径规划图；
最后，终端机1根据所得曲面加工轮廓路径规划图，以三轴运动控制单元实时控制运动控制装置工作、分别驱动 x轴滑台在x轴上作直线运动、y轴滑台在y轴上作直线运动、z轴滑台在z轴上作直线运动；以振镜控制单元控制第一旋转轴镜和第二旋转轴镜实时旋转运动，调整二氧化碳激光器输出的切割激光的方向执行加工切割。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种3D物料雕切机，其特征在于：包括终端机（1）、加工平台（2）、激光发射器（3）和运动控制装置（4），所述加工平台（2）包括x轴滑台（21）、y轴滑台（22）、z轴滑台（23），所述激光发射器（3）包括二氧化碳激光器和激光位移传感器，所述二氧化碳激光器用于发射切割激光，所述激光位移传感器用于发射激光检测脉冲和接收反射的激光检测脉冲；所述终端机（1）连接激光发射器（3）和运动控制装置（4），所述终端机（1）包括激光位移传感单元和三轴运动控制单元，所述激光位移传感单元用于读取所述激光位移传感器所接受的反射的激光检测脉冲，根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据；所述三轴运动控制单元实时控制运动控制装置（4）工作；所述运动控制装置（4）分别驱动
x轴滑台（21）在x轴上作直线运动、y轴滑台（22）在y轴上作直线运动、z轴滑台（23）在z轴上作直线运动。
2.如权利要求1所述一种3D物料雕切机，其特征在于：所述终端机（1）还包括振镜控制单元，所述激光发射器（3）还包括扩束镜（31）、第一旋转轴镜（32）、第二旋转轴镜（33）和激光场镜（34）；所述振镜控制单元实时控制第一旋转轴镜（32）和第二旋转轴镜（33）作旋转运动，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次经扩束镜（31）扩束、第一旋转轴镜（32）第一次折射、和第二旋转轴镜（33）第二次折射至激光场镜（34），由激光场镜（34）发射至加工平台（2）上。
3.如权利要求2所述一种3D物料雕切机，其特征在于：所述二氧化碳激光器的功率为80~150W。
4.如权利要求3所述一种3D物料雕切机，其特征在于：所述激光发射器（3）包括水冷装置、所述水冷装置用于对所述二氧化碳激光器实时水冷。
5.如权利要求4所述一种3D物料雕切机，其特征在于：所述运动装置（4）包括步进电机（41）、丝杆（42）和滑块（43），所述丝杆（42）和滑块（43）设置于x轴滑台（21)、y轴滑台（22）、z轴滑台（23）的底部，所述步进电机（41）用于驱动丝杆（42）和滑块（43）运动。
6.如权利要求5所述一种3D物料雕切机，其特征在于：所述激光场镜（34）位于加工平台（2）的正上方。
7.使用如权利要求6所述3D物料雕切机实现的一种3D物料雕切方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：将待加工的3D物料放置在加工平台（2）上；
S2：3D物料雕切机自检，各部件归零复位；
S3：驱动x轴滑台（21）在x轴方向运动至x轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在x轴向的长短尺寸；
S4：x轴滑台（21）复位，驱动y轴滑台（22）在y轴方向运动至y轴两端的极限位置，同时启动激光位移传感单元，激光位移传感单元控制激光位移传感器输出激光检测脉冲，并通过激光位移传感器所接受的反馈激光检测脉冲获得各项数据，测得3D物料在y轴向的长短尺寸；
S5：y轴滑台（22）复位，激光场镜（34）与加工平台（2）的相对位置向y轴一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜（34）平移到3D物料的y轴一端边沿；y轴滑台（22）复位，激光场镜（34）与加工平台（2）的相对位置向y轴另一端平移设定的单位距离，重复S3-S4的步骤直至激光场镜（34）平移到3D物料的y轴另一端的边沿；
S6：以激光位移传感单元根据回波分析原理计算被测物体的距离、直径、位移、厚度、振动的几何数据，得到3D物体物料的网状轮廓曲线，根据曲线拟合算法，得到拟合曲面，并进一步计算得曲面加工轮廓路径规划图；
S7：根据S6所得曲面加工轮廓路径规划图，以三轴运动控制单元实时控制运动控制装置（4）工作、分别驱动 x轴滑台（21）在x轴上作直线运动、y轴滑台（22）在y轴上作直线运动、z轴滑台（23）在z轴上作直线运动；以振镜控制单元控制第一旋转轴镜（32）和第二旋转轴镜（33）实时旋转运动，激光场镜（34）输出切割激光执行加工切割。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |