CN107957244A - 一种原木结构件自动化加工方法及自动化原木加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种材料利用率高、加工量小且可以提升产品的艺术审美价值的原木结构件自动化加工方法，重点是克服传统技术的偏见，将传统原木加工中的缺陷转变为优势加以合理利用，从而实现将原木的综合利用率提高到90％以上，产品制造成本降低10％以上，且使产品的艺术审美品位也得到大幅提升。本发明还公开了自动化原木加工设备，实现对原木的自动化测量、分析、规划和加工，将带有传统缺陷的原木直接制成高品质的结构件。

Description

一种原木结构件自动化加工方法及自动化原木加工设备

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体涉及一种效率高，安全，保证成品质量的原木结构件自动化加工方法及实施该方法的自动化原木加工设备。

背景技术

在当今大环境之下，尤其在中国加入WTO以后，企业越来越面临全球化竞争，为了在现代竞争市场环境中继续生存，企业一定要提高自己的竞争力。现在中国制造业的竞争主题进入产量、质量和成本等全面技术竞争时代。

传统技术中的木材加工普遍存在手工加工或半自动加工，其缺陷是生产效率低、生产周期长。随着自动化加工的普及，数控加工中心因此而诞生，机械自动化技术已经慢慢地代替了传统手工作业，但是这类设备，目前还不够完善，特别是在上料工序、工件夹持装配工序均需要操作人员进行操作，对于大型工件还需要用到多名人员合力搬抬，或通过起重机械转移至加工中心，由于工件过于庞大，找准工件水平夹持点的位置就变得相对复杂、繁琐，因夹持点不准导致工件损坏，更为严重的是损坏设备。

本发明需要解决的技术问题：随着时代的发展，人们生活水平的提高，对于各种木材制品的数量、质量要求越来越高，特别是审美要求越来越高。

一方面，木材的需求量大幅增长，而另一方面，基于环保等考虑，木材的砍伐量、供应量却快速下降，因此，必须改进传统木材加工技术，提高木材的利用率；

另一方面，一些名贵的木材产品供不应求，需求量也逐年攀升，而另一方面这些名贵木材的供应量也是快速下滑。这些名贵木材中，常见的包括红木、桃木、乌木、榆木、楠木、枣木、黄杨木、黄花梨、沉香木、檀木等20余种。这些天然名贵木材，都具有生长缓慢、结构细密、质地坚硬、纹理交错等特点，是制造高端家具、工艺品及其他产品的原材料，近年来价格屡创新高。

在天然木材(即原木)的加工过程中，使圆木经劈锯变成方形木材，一般的加工步骤都是先对原木进行干燥、切段，然后是裁板，即制成各种厚度、长宽规格的方木或木板，然后再进行进一步的制品加工。

然而，天然木材在自然生长过程中，其树干往往不是笔直的，而是具有偏离中心位置的左右弯曲，形成轮廓缺陷；同时，由于鼠、虫、鸟及风雨等外力作用，在其外部往往会形成结疤、凹陷、树洞等外部缺陷，而在其内部会形成虫洞、腐朽空洞、裂隙等内部缺陷。

采用现有木材的加工方法进行加工时，上述的缺陷均需要作为缺陷而加以消除，因此需要对弯曲的部分进行取直，对内部、外部缺陷均进行裁除，造成原木的有效利用率较低，据了解，由于我国木材加工技术的限制，使木材的综合利用率仅有50％左右。原木浪费现象严重，目前国内木材综合利用率远低于欧美、日本等发达国家，木材综合利用率亟待提高，木材加工技术也亟待提升。

由于社会大众对于木材制品造型、纹理等艺术审美需要的提升，木制品的各种结构件也变得越来越复杂，如果能有效的利用原木天然的形状、结构，特别是其弯曲、结疤及空洞等缺陷，使圆木无需再经劈锯、变成方形木材，将其直接制成结构件，就将可以使原木的综合利用率提高到90％以上。如，利用原木的自然弯曲，制成弯曲的椅子前腿、扶手，以及其他弯曲结构件；利用结疤部分制成雕花、浮雕，利用空洞部分制成凹槽、斜面等，一方面可以提供木材利用率，另一方面可以减少加工量，同时，还可以提升产品的艺术审美价值。

但是，市场上尚无可实现此项木材生产技术及设备。

发明内容

本发明是针对现有技术的上述不足，提供一种材料利用率高、加工量小且可以提升产品的艺术审美价值的原木结构件自动化加工方法，重点是克服传统技术的偏见，将传统原木加工中的缺陷转变为优势加以合理利用，从而实现将原木的综合利用率提高到90％以上，产品制造成本降低10％以上，且使产品的艺术审美品位也得到大幅提升。

本发明的目的，还在于提供实施该方法的自动化原木加工设备，实现对原木的自动化测量、分析、规划和加工，将带有传统缺陷的原木直接制成高品质的结构件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种原木结构件自动化加工方法，包括以下步骤：

(1)备料：预备待加工工件即整段原木，设置一备料机构，该备料机构上设置有取收机构，将被加工件送至该取收机构上；

(2)设置结构件数据库：该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

(3)三维整体扫描：设置一可见光扫描及X光透视扫描装置，对转移至取收机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；

(4)生成加工方案：设置一生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案，该加工方案能有效利用被加工件的外形轮廓及外部缺陷(结疤结构)、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或内部结疤)，实现材料利用率的最大化和加工量最小化，并制成具有特定结构或外观效果的结构件；

(5)加工控制系统：设置一PLC加工控制系统及受该系统控制的加工机构，该加工机构的两侧设置有切削及切割机构，两侧切削及切割机构之间设置有旋转工作台和工件夹持机构；设置一视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置和检测装置，该摄像装置通过滑动机构设置在加工机构机架上，检测装置与摄像装置电连接；

(6)加工过程控制：接通电源使各设备启动，初始化PLC加工控制系统，使其与生成控制系统连接；生产控制系统将被加工件的加工方案传输给PLC加工控制系统；

PLC加工控制系统驱动备料机构上的取收机构启动并转移到备料机台上方，对被加工件做抓取动作并将其转移到加工机构上的旋转工作台上，加工机构上的工件夹持机构对到位后的被加工件做夹持固定动作，在对被加工件夹持固定动作的同时，视觉检测机构上的摄像装置不断采集工件夹持机构对被加工件夹持动作的图像信息并生成数据，将数据传送到检测装置，检测装置对接收到的被加工件以及工件夹持机构的每一帧透视影像进行分析与处理，智能判断工件夹持机构是否对被加工件夹持到位，同时将信号反馈到PLC加工控制系统，由PLC加工控制系统再发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正或调整，当被加工件夹持固定信号确认后，切削及切割机构启动，对被加工件进行切削、切割；切削及切割步骤完成后，制成结构件制成品；工件夹持机构送出该结构件，取收机构再次启动，将成品结构件从加工机构转移至存储区。

作为本发明进一步改进，所述的步骤(4)生成加工方案，还包括如下步骤：

(41)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如未发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则只根据被加工件进行外形轮廓数据与结构件数据库进行匹配，从而制定出生产方案；

(42)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则根据缺陷优先的原则、充分利用该缺陷，先与结构件数据库进行匹配，然后再与被加工件进行外形轮廓数据进行匹配，从而制定出加工方案；达到有效利用对被加工件进行外部、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙)，制成具有特定结构或外观效果的结构件。

作为本发明进一步改进，所述的步骤(42)生成加工方案，还包括如下步骤：

如同时发现被加工件具有外部缺陷和内部缺陷时，先以内外部缺陷中的空洞优先、加工量最小为原则进行匹配，生成初步加工方案，再以外观缺陷进行匹配，生成最终加工方案：

其中，所述的空洞优先原则算法为：首先计算空洞的原始空间和形状，与结构件数据库进行匹配，对该空洞进行切割加工后，使其局部直接形成结构件的一部分；再计算该空洞局部对结构件机械强度或外观的影响，如满足机械强度要求则生成加工方案；反之进行调整，直至能够满足机械强度或外观的要求。

作为本发明进一步改进，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整。

作为本发明进一步改进，所述加工机构包括加工机构底座，所述旋转工作台通过直线滑轨设置于加工机构底座上，所述旋转工作台的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构通过硬轨设置于加工机构底座上，所述切削及切割机构包括定位杆和定位缸，所述定位杆和定位缸分别设置于切削及切割机构的切削主轴上；所述工件夹持机构包括夹持治具和定位板，夹持治具处于旋转工作台的上方。

作为本发明进一步改进，所述备料机构包括备料机台底架、设置于备料机台底架上的备料机台；所述取收机构设置于备料机台内，所述取收机构包括升降机构、设置于升降机构上的第一滑台机构、滑动设置于第一滑台机构上的第二滑台机构、及设置于第二滑台机构端部的吸附机构，其中，所述升降机构与第一滑台机构之间通过谐波传动机构连接。

作为本发明进一步改进，所述摄像装置包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。

一种自动化原木加工设备，包括：

备料机构，该备料机构上设置有取收机构，该取收机构用于将待加工工件转移至加工机构，以及将成品工件从加工机构上转移至存储区；

结构件数据库，该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

可见光扫描及X光透视扫描装置，该装置对转移至加工机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；

生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案；

加工控制系统及受该系统控制的加工机构，该加工机构的两侧设置有切削及切割机构，两侧切削及切割机构之间设置有旋转工作台和工件夹持机构；

视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置和检测装置，该摄像装置通过滑动机构设置在加工机构机架上。

作为本发明进一步改进，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整；

所述加工机构包括加工机构底座，所述旋转工作台通过直线滑轨设置于加工机构底座上，所述旋转工作台的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构通过硬轨设置于加工机构底座上，所述切削及切割机构包括定位杆和定位缸，所述定位杆和定位缸分别设置于切削及切割机构的切削主轴上；所述工件夹持机构包括夹持治具和定位板，夹持治具处于旋转工作台的上方。

作为本发明进一步改进，所述备料机构包括备料机台底架、设置于备料机台底架上的备料机台；所述取收机构设置于备料机台内，所述取收机构包括升降机构、设置于升降机构上的第一滑台机构、滑动设置于第一滑台机构上的第二滑台机构、及设置于第二滑台机构端部的吸附机构，其中，所述升降机构与第一滑台机构之间通过谐波传动机构连接；

所述摄像装置包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。

与现有技术相比，本发明优点如下：

1、本发明提供材料利用率高、加工量小且可以提升产品的艺术审美价值的原木结构件自动化加工方法，重点是克服传统技术的偏见，将传统原木加工中的缺陷转变为优势加以合理利用，从而实现将原木的综合利用率提高到90％以上，产品制造成本降低10％以上，且使产品的艺术审美品位也得到大幅提升。本原木结构件自动化加工方法采用结构件数据库技术，该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；采用三维整体扫描技术，设置可见光扫描及X光透视扫描装置，对转移至加工机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；采用生产控制系统技术，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案，该加工方案能有效利用被加工件的外形轮廓及外部缺陷(结疤结构)、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或内部结疤)，实现材料利用率的最大化和加工量最小化，并制成具有特定结构或外观效果的结构件；

2、本发明自动化原木加工设备，实现对原木的自动化测量、分析、规划和加工，将带有传统缺陷的原木直接制成高品质的结构件。解决目前数控加工中心只能单面加工；同时解决或减少人手直接介入操作被加工件夹持装配工序，提升加工过程中机械化执行。本发明的加工机构，通过设置有切削及切割机构、和工件夹持机构；加工机构上的两侧的切削及切割机构同时加工，搭配精密旋转工作台，实现工件四面加工，解决目前数控加工中心只能单面加工；工件夹持机构在视觉检测机构配合下，解决人手介入搬运、工件夹持装配的同时，解决因工件过于庞大，找准工件水平夹持点的位置相对复杂、繁琐，提升机械化执行，提高找准工件水平夹持点的位置。

3.本发明自动化原木加工设备提供不受高度、角度、距离限制，实现360°角无死角移料操作，操作精准度高，自动化程度高，提高工作效率。本发明的备料机构，备料机构上设置有取收机构，取收机构通过谐波传动机构、升降机构、第一滑台机构与第二滑台机构的配合结构设计，带动吸附机构在全方位角度范围内旋转、升降、前后滑动，以通过吸附作用进行移料操作，实现360°无死角移料操作，操作精准度高，自动化程度高，提高工作效率，提高实用性。将机器视觉技术运用到本发明中，使得夹持机构对加工件夹持点的位置更精准度。视觉检测机构上设置摄像装置、检测装置；摄像装置不断采集工件夹持机构对被加工件夹持动作的图像信息并生成数据，将数据传送到检测装置，检测装置对接收到的被加工件以及工件夹持机构的每一帧透视影像进行分析与处理，智能判断工件夹持机构是否对被加工件夹持到位，同时将信号反馈到PLC控制系统，由PLC控制系统再发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1是本发明原木结构件自动化设备外部结构示意图；

图2是本发明原木结构件自动化设备内部结构示意图；

图3是本发明的取收机构结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅附图1至附图3，本实施例提供的原木结构件自动化加工方法，包括以下步骤：

(1)备料：预备待加工工件即整段原木，设置一备料机构2，该备料机构2上设置有取收机构20，将被加工件送至该取收机构20上；

(2)设置结构件数据库：该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

(3)三维整体扫描：设置一可见光扫描及X光透视扫描装置，对转移至取收机构20上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(如虫洞、空洞、裂隙或结疤结构等)探测；

(4)生成加工方案：设置一生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案，该加工方案能有效利用被加工件的外形轮廓及外部缺陷(结疤结构)、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或内部结疤)，实现材料利用率的最大化和加工量最小化，并制成具有特定结构或外观效果的结构件；

(5)加工控制系统：设置一PLC加工控制系统及受该系统控制的加工机构1，该加工机构1的两侧设置有切削及切割机构10，两侧切削及切割机构10之间设置有旋转工作台11和工件夹持机构12；设置一视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置4和检测装置5，该摄像装置4通过滑动机构3设置在加工机构1机架上，检测装置5与摄像装置电连接4；

(6)加工过程控制：接通电源使各设备启动，初始化PLC加工控制系统，使其与生成控制系统连接；生产控制系统将被加工件的加工方案传输给PLC加工控制系统；

PLC加工控制系统驱动备料机构2上的取收机构20启动并转移到备料机台2上方，对被加工件做抓取动作并将其转移到加工机构1上的旋转工作台11上，加工机构1上的工件夹持机构12对到位后的被加工件做夹持固定动作，在对被加工件夹持固定动作的同时，视觉检测机构上的摄像装置4不断采集工件夹持机构12对被加工件夹持动作的图像信息并生成数据，将数据传送到检测装置5，检测装置5对接收到的被加工件以及工件夹持机构12的每一帧透视影像进行分析与处理，智能判断工件夹持机构12是否对被加工件夹持到位，同时将信号反馈到PLC加工控制系统，由PLC加工控制系统再发送命令对工件夹持机构12的夹持动作进行修正或调整，当被加工件夹持固定信号确认后，切削及切割机构10启动，对被加工件进行切削、切割；切削及切割步骤完成后，制成结构件制成品；工件夹持机构12送出该结构件，取收机构20再次启动，将成品结构件从加工机构转移至存储区。

作为本发明进一步改进，所述的步骤(4)生成加工方案，还包括如下步骤：

(41)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如未发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则只根据被加工件进行外形轮廓数据与结构件数据库进行匹配，从而制定出生产方案；

(42)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则根据缺陷优先的原则、充分利用该缺陷，先与结构件数据库进行匹配，然后再与被加工件进行外形轮廓数据进行匹配，从而制定出加工方案；达到有效利用对被加工件进行外部、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙)，制成具有特定结构或外观效果的结构件。

作为本发明进一步改进，所述的步骤(42)生成加工方案，还包括如下步骤：

如同时发现被加工件具有外部缺陷和内部缺陷时，先以内外部缺陷中的空洞优先、加工量最小为原则进行匹配，生成初步加工方案，再以外观缺陷进行匹配，生成最终加工方案：

其中，所述的空洞优先原则算法为：首先计算空洞的原始空间和形状，与结构件数据库进行匹配，对该空洞进行切割加工后，使其局部直接形成结构件的一部分；再计算该空洞局部对结构件机械强度或外观的影响，如满足机械强度要求则生成加工方案；反之进行调整，直至能够满足机械强度或外观的要求。

作为本发明进一步改进，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构(12)的夹持动作进行修正调整。

作为本发明进一步改进，所述加工机构1包括加工机构底座13，所述旋转工作台11通过直线滑轨设置于加工机构底座13上，所述旋转工作台11的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构10通过硬轨设置于加工机构底座13上，所述切削及切割机构10包括定位杆16和定位缸17，所述定位杆16和定位缸17分别设置于切削及切割机构10的切削主轴上；所述工件夹持机构12包括夹持治具14和定位板，夹持治具处于旋转工作台11的上方。

作为本发明进一步改进，所述备料机构2包括备料机台底架21、设置于备料机台底架21上的备料机台22；所述取收机构20设置于备料机台内，所述取收机构20包括升降机构23、设置于升降机构23上的第一滑台机构24、滑动设置于第一滑台机构24上的第二滑台机构25、及设置于第二滑台机构25端部的吸附机构26，其中，所述升降机构23与第一滑台机构24之间通过谐波传动机构27连接。

作为本发明进一步改进，所述摄像装置4包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。

一种自动化原木加工设备，包括：

备料机构2，该备料机构2上设置有取收机构20，该取收机构20用于将待加工工件转移至加工机构，以及将成品工件从加工机构1上转移至存储区；

结构件数据库，该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

可见光扫描及X光透视扫描装置，该装置对转移至加工机构1上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；

生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案；

加工控制系统及受该系统控制的加工机构1，该加工机构1的两侧设置有切削及切割机构10，两侧切削及切割机构10之间设置有旋转工作台11和工件夹持机构12；

视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置4和检测装置5，该摄像装置4通过滑动机构3设置在加工机构1机架上。

作为本发明进一步改进，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构12的夹持动作进行修正调整。

所述加工机构1包括加工机构底座13，所述旋转工作台11通过直线滑轨设置于加工机构底座13上，所述旋转工作台11的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构10通过硬轨设置于加工机构底座13上，所述切削及切割机构10包括定位杆16和定位缸17，所述定位杆16和定位缸17分别设置于切削及切割机构10的切削主轴上；所述工件夹持机构12包括夹持治具14和定位板，夹持治具处于旋转工作台11的上方。

作为本发明进一步改进，所述备料机构2包括备料机台底架21、设置于备料机台底架21上的备料机台22；所述取收机构20设置于备料机台内，所述取收机构20包括升降机构23、设置于升降机构23上的第一滑台机构24、滑动设置于第一滑台机构24上的第二滑台机构25、及设置于第二滑台机构25端部的吸附机构26，其中，所述升降机构23与第一滑台机构24之间通过谐波传动机构27连接；

所述摄像装置4包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。

与现有技术相比，本发明优点如下：

1、本发明提供材料利用率高、加工量小且可以提升产品的艺术审美价值的原木结构件自动化加工方法，重点是克服传统技术的偏见，将传统原木加工中的缺陷转变为优势加以合理利用，从而实现将原木的综合利用率提高到90％以上，产品制造成本降低10％以上，且使产品的艺术审美品位也得到大幅提升。本原木结构件自动化加工方法采用结构件数据库技术，该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；采用三维整体扫描技术，设置可见光扫描及X光透视扫描装置，对转移至加工机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；采用生产控制系统技术，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案，该加工方案能有效利用被加工件的外形轮廓及外部缺陷(结疤结构)、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或内部结疤)，实现材料利用率的最大化和加工量最小化，并制成具有特定结构或外观效果的结构件；

2、本发明自动化原木加工设备，实现对原木的自动化测量、分析、规划和加工，将带有传统缺陷的原木直接制成高品质的结构件。解决目前数控加工中心只能单面加工；同时解决或减少人手直接介入操作被加工件夹持装配工序，提升加工过程中机械化执行。本发明的加工机构，通过设置有切削及切割机构、和工件夹持机构；加工机构上的两侧的切削及切割机构同时加工，搭配精密旋转工作台，实现工件四面加工，解决目前数控加工中心只能单面加工；工件夹持机构在视觉检测机构配合下，解决人手介入搬运、工件夹持装配的同时，解决因工件过于庞大，找准工件水平夹持点的位置相对复杂、繁琐，提升机械化执行，提高找准工件水平夹持点的位置。

3.本发明自动化原木加工设备不受高度、角度、距离限制，实现360°角无死角移料操作，操作精准度高，自动化程度高，提高工作效率。本发明的备料机构，备料机构上设置有取收机构，取收机构通过谐波传动机构、升降机构、第一滑台机构与第二滑台机构的配合结构设计，带动吸附机构在全方位角度范围内旋转、升降、前后滑动，以通过吸附作用进行移料操作，实现360°无死角移料操作，操作精准度高，自动化程度高，提高工作效率，提高实用性。将机器视觉技术运用到本发明中，使得夹持机构对加工件夹持点的位置更精准度。视觉检测机构上设置摄像装置、检测装置；摄像装置不断采集工件夹持机构对被加工件夹持动作的图像信息并生成数据，将数据传送到检测装置，检测装置对接收到的被加工件以及工件夹持机构的每一帧透视影像进行分析与处理，智能判断工件夹持机构是否对被加工件夹持到位，同时将信号反馈到PLC控制系统，由PLC控制系统再发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种原木结构件自动化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)备料：预备待加工工件即整段原木，设置一备料机构，该备料机构上设置有取收机构，将被加工件送至该取收机构上；

(2)设置结构件数据库：该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

(3)三维整体扫描：设置一可见光扫描及X光透视扫描装置，对转移至取收机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；

(4)生成加工方案：设置一生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案，该加工方案能有效利用被加工件的外形轮廓及外部缺陷(结疤结构)、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或内部结疤)，实现材料利用率的最大化和加工量最小化，并制成具有特定结构或外观效果的结构件；

(5)加工控制系统：设置一PLC加工控制系统及受该系统控制的加工机构，该加工机构的两侧设置有切削及切割机构，两侧切削及切割机构之间设置有旋转工作台和工件夹持机构；设置一视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置和检测装置，该摄像装置通过滑动机构设置在加工机构机架上，检测装置与摄像装置电连接；

(6)加工过程控制：接通电源使各设备启动，初始化PLC加工控制系统，使其与生成控制系统连接；生产控制系统将被加工件的加工方案传输给PLC加工控制系统；

PLC加工控制系统驱动备料机构上的取收机构启动并转移到备料机台上方，对被加工件做抓取动作并将其转移到加工机构上的旋转工作台上，加工机构上的工件夹持机构对到位后的被加工件做夹持固定动作，在对被加工件夹持固定动作的同时，视觉检测机构上的摄像装置不断采集工件夹持机构对被加工件夹持动作的图像信息并生成数据，将数据传送到检测装置，检测装置对接收到的被加工件以及工件夹持机构的每一帧透视影像进行分析与处理，智能判断工件夹持机构是否对被加工件夹持到位，同时将信号反馈到PLC加工控制系统，由PLC加工控制系统再发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正或调整，当被加工件夹持固定信号确认后，切削及切割机构启动，对被加工件进行切削、切割；切削及切割步骤完成后，制成结构件制成品；工件夹持机构送出该结构件，取收机构再次启动，将成品结构件从加工机构转移至存储区。

2.根据权利要求1所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述的步骤(4)生成加工方案，还包括如下步骤：

(41)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如未发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则只根据被加工件进行外形轮廓数据与结构件数据库进行匹配，从而制定出生产方案；

(42)当生产控制系统接收并分析整体扫描装置获取的数据时，如发现被加工件具有外部或者内部缺陷时，则根据缺陷优先的原则、充分利用该缺陷，先与结构件数据库进行匹配，然后再与被加工件进行外形轮廓数据进行匹配，从而制定出加工方案；达到有效利用对被加工件进行外部、内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙)，制成具有特定结构或外观效果的结构件。

3.根据权利要求2所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述的步骤(42)生成加工方案，还包括如下步骤：

如同时发现被加工件具有外部缺陷和内部缺陷时，先以内外部缺陷中的空洞优先、加工量最小为原则进行匹配，生成初步加工方案，再以外观缺陷进行匹配，生成最终加工方案：

其中，所述的空洞优先原则算法为：首先计算空洞的原始空间和形状，与结构件数据库进行匹配，对该空洞进行切割加工后，使其局部直接形成结构件的一部分；再计算该空洞局部对结构件机械强度或外观的影响，如满足机械强度要求则生成加工方案；反之进行调整，直至能够满足机械强度或外观的要求。

4.根据权利要求1所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整。

5.根据权利要求1所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述加工机构包括加工机构底座，所述旋转工作台通过直线滑轨设置于加工机构底座上，所述旋转工作台的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构通过硬轨设置于加工机构底座上，所述切削及切割机构包括定位杆和定位缸，所述定位杆和定位缸分别设置于切削及切割机构的切削主轴上；所述工件夹持机构包括夹持治具和定位板，夹持治具处于旋转工作台的上方。

6.根据权利要求1所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述备料机构包括备料机台底架、设置于备料机台底架上的备料机台；所述取收机构设置于备料机台内，所述取收机构包括升降机构、设置于升降机构上的第一滑台机构、滑动设置于第一滑台机构上的第二滑台机构、及设置于第二滑台机构端部的吸附机构，其中，所述升降机构与第一滑台机构之间通过谐波传动机构连接。

7.根据权利要求1所述的原木结构件自动化加工方法，其特征在于，所述摄像装置包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。

8.一种根据权利要求1至7之一所述方法的自动化原木加工设备，其特征在于，包括：

备料机构，该备料机构上设置有取收机构，该取收机构用于将待加工工件转移至加工机构，以及将成品工件从加工机构上转移至存储区；

结构件数据库，该数据库包括结构件的实体结构与加工工艺数据，加工工艺数据中包括空洞加工数据和表面特性加工数据；

可见光扫描及X光透视扫描装置，该装置对转移至加工机构上的被加工件进行外形轮廓、外部结疤结构扫描，同时进行内部缺陷(虫洞、空洞、裂隙或结疤结构)探测；

生产控制系统，该系统根据整体扫描装置获得的数据，对被加工件进行三维建模；根据结构件数据库中的结构件结构及加工数据，以整体扫描装置获得的外形轮廓及内部缺陷数据为基础，与结构件数据库中的空洞加工数据和表面特性加工数据进行匹配，并选取可匹配的结构件集合，对被加工件进行结构及加工工艺规划，生成该被加工件的加工方案；

加工控制系统及受该系统控制的加工机构，该加工机构的两侧设置有切削及切割机构，两侧切削及切割机构之间设置有旋转工作台和工件夹持机构；

视觉检测机构，该视觉检测机构上设置有摄像装置和检测装置，该摄像装置通过滑动机构设置在加工机构机架上。

9.根据权利要求8所述的自动化原木加工设备，其特征在于，所述视觉检测机构还包括长度测量器、宽度测量器、厚度测量器，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器分别与加工控制系统电连接，所述长度测量器、宽度测量器、厚度测量器检测被加工件的长度、宽度及厚度并将数据经过处理后传送到加工控制系统；加工控制系统再根据被加工件的长度、宽度及厚度，生成对当前被加工件的夹持压力力度数据以及最佳夹持位置数据的夹持信号，再由控制系统发送命令对工件夹持机构的夹持动作进行修正调整；

所述加工机构包括加工机构底座，所述旋转工作台通过直线滑轨设置于加工机构底座上，所述旋转工作台的底部通过转盘设置于直线滑轨上，所述切削及切割机构通过硬轨设置于加工机构底座上，所述切削及切割机构包括定位杆和定位缸，所述定位杆和定位缸分别设置于切削及切割机构的切削主轴上；所述工件夹持机构包括夹持治具和定位板，夹持治具处于旋转工作台的上方。

10.根据权利要求8所述的自动化原木加工设备，其特征在于，所述备料机构包括备料机台底架、设置于备料机台底架上的备料机台；所述取收机构设置于备料机台内，所述取收机构包括升降机构、设置于升降机构上的第一滑台机构、滑动设置于第一滑台机构上的第二滑台机构、及设置于第二滑台机构端部的吸附机构，其中，所述升降机构与第一滑台机构之间通过谐波传动机构连接；

所述摄像装置包括依次连接的镜头、光电转换模块、A/D转换器，所述光电转换模块，其包括多个光电耦合器，所述A/D转换器与所述检测装置连接；所述检测装置包括图像处理芯片、信号输出模块、I/O接口，所述数字I/O接口分别与外部的显示装置、报警装置连接。