CN110238539B - 全自动物料切割机器人 - Google Patents

Abstract

本发明申请属于自动化切割设备技术领域，具体公开了全自动物料切割机器人，包括工作台，工作台上方设有切割单元，切割单元包括激光切割头和驱动激光切割头的动力机构，工作台的两侧分别设有第一传送单元和用于限制物料切割长度的限位单元，限位单元一侧设有第二传送单元，限位单元的另一侧设有用于推动切割后的物料进入第二传送单元的推动机构，第一传送单元、切割单元和推动机构均电连接有控制器；切割单元下方设有除渣单元，除渣单元包括集渣箱，集渣箱内设有用于清理碎屑的刮板和驱动刮板运动的驱动机构。本发明能够实现自动传送物料、自动切割物料以及自动收集切割后的物料，且能及时对集渣箱内的碎屑进行清理，便于后续对碎屑的收集。

Description

全自动物料切割机器人

技术领域

本发明申请属于自动化切割设备技术领域，具体公开了一种全自动物料切割机器人。

背景技术

在机加工领域，物料(特别是板材类的物料)切割加工是常见的工件加工工序，传统的切割都采用机械切割，工作劳动强度大，并且切割精度低，切口粗糙，后续要进行打磨，并且板材的变形大，毛刺多。随着大功率激光器的出现，激光切割应用也越来越广泛，激光切割机利用激光发生器作为光源，其经光路系统聚焦成高功率密度的激光束，进而激光束照射物料或工件表面，使得物料或工件形成切缝，从而达到切割目的。激光切割采用不可见光代替传统的机械刀，变形小，重复性能好。

但是对于现有激光切割来说，其存在的问题为：对物料切割后不能自动进行收集，需要人工将切割后的物料从工作台上取出，非常的费时费力，效率也低；另外，在其切割作业进行时，往往会在工作现场飞溅物料碎屑，而且激光切割产生的碎屑温度都是比较高的，高温的碎屑可能会粘附在收集箱内壁上，不利于后期碎屑的清理收集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动物料切割机器人，旨在实现自动完成输送物料、切割物料和自动收集切割后的物料，同时避免碎屑粘附在收集箱内壁。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：全自动物料切割机器人，包括工作台，所述工作台上方设有切割单元，所述切割单元包括激光切割头以及驱动激光切割头的动力机构，所述工作台的两侧分别设有第一传送单元和用于限制物料切割长度的限位单元，所述限位单元一侧设有第二传送单元，限位单元的另一侧设有用于推动切割后的物料进入第二传送单元的推动机构，所述第一传送单元、切割单元和推动机构均电连接有控制器；所述切割单元下方设有除渣单元，所述除渣单元包括集渣箱，所述集渣箱内设有用于清理碎屑的刮板和驱动刮板运动的驱动机构。

本基础方案的工作原理和有益效果在于：

1.本技术方案中通过控制器能够控制第一传送单元、切割单元和推动机构的自动化操作，第一传送单元能够自动传送物料，切割单元能够自动对物料进行切割，而推动机构能够自动将切割后的物料推至第二传送单元使物料被收集。

2.本技术方案中通过设置限位单元，能够根据实际需要，合理调节物料的切割长度，扩大了使用的范围，且在一台机器上就能够实现对物料的不同尺寸要求进行切割目的。

3.本技术方案中设置的推动机构能够将切割后的物料自动推送到第二传送单元中进行收集，从而实现自动收集切割后的物料的效果，避免需要人工将切割后的物料进行卸料操作，进而节省了人力，提高自动化程度。

进一步，所述第一传送单元包括机架、主动辊和从动辊，所述主动辊和从动辊均与机架转动连接，主动辊与从动辊的端部均固接有曲柄，且主动辊与从动辊上的曲柄朝向相同，主动辊与从动辊上的曲柄之间铰接有连杆。

如此设置，通过主动辊、曲柄和连杆就可带动其他从动辊转动，有利于物料的传送。

进一步，所述驱动机构包括滑块，所述滑块与刮板竖直滑动连接，所述集渣箱靠近第一传送单元的一侧侧壁上开设有竖向的条形开口，连杆靠近集渣箱的一端穿过条形开口并与滑块固定连接。

通过连杆的运动可以使滑块带动刮板往复运动，实现了对集渣箱侧壁的碎屑进行及时清理。

进一步，所述限位单元包括限位框，所述限位框与工作台固定连接，所述限位框内水平滑动连接有活动板，限位框内设有用于固定活动板的限位块，活动板上沿竖直方向滑动安装有挡板，所述挡板与活动板底部之间设有弹簧。

本技术方案中能够调整挡板与激光切割头之间的距离为所需物料的长度，然后通过调整活动板的位置即可实现长度的改变，有利于切割工作的进行。

进一步，所述挡板呈楔形。

当物料切割完成后，需要将切割后的物料继续往前传送，使切割后的物料远离激光切割头，本技术方案中挡板呈楔形状，更加便于挡板向活动板底部滑动，减小对物料输送的阻碍。

进一步，所述活动板底部设有接近开关，当挡板的顶端与限位框的顶端平齐时挡板底部与接近开关接触，所述接近开关与控制器电连接。

本技术方案中可以通过接近开关来自动判断物料与挡板接触与否，当物料对挡板挤压使挡板滑动到与接近开关相接触时，控制器能够控制第一传送单元停止对物料进行传送，并控制推动机构推动切割后的物料进入第二传送单元，这样，通过挡板与接近开关接触和断开能够准确的实现对物料进行的相关的操作，非常的自动化且结构简单。

进一步，所述动力机构包括由电机、滑轨和滚珠丝杠副组成的水平驱动结构以及升降气缸构成的升降驱动结构，所述升降气缸和电机均与控制器电连接。

本技术方案有利于激光切割头的进行水平移动和竖直移动，从而实现对物料的切割动作。

进一步，所述推动机构包括推板和推动气缸，所述推动气缸的输出端与推板固定连接，所述推板的底端与限位框的顶端平齐，推板位于限位框远离第二传送单元的一侧。

本技术方案中，推板通过推动气缸使推板往复运动，从而实现对切割后的物料进行推动，其结构简单，制造成本低。

进一步，所述工作台上还设有防护罩，所述防护罩罩设在切割单元上。

本技术方案可以避免烟尘污染工作环境，并且能够起到保护作用，避免激光切割头受到外界的碰撞而损坏。

进一步，所述防护罩内设有压紧机构，所述压紧机构包括固定在防护罩内的压紧气缸，压紧气缸位于激光切割头的一侧，压紧气缸的活塞杆朝下设置且端部固定连接有压板，所述压紧气缸与控制器电连接。

本技术方案中压紧气缸能够控制压板对物料进行固定，避免在切割过程中物料出现晃动等情况。

附图说明

图1为本发明全自动物料切割机器人实施例一的纵截面剖视图；

图2为动力机构、工作台、第二传送单元、限位单元以及推动单元的俯视图；

图3为本发明全自动物料切割机器人实施例一的右视图；

图4为本发明全自动物料切割机器人实施例一中挡板顶部与活动块顶部平齐时的状态示意图；

图5为本发明全自动物料切割机器人实施例一中水平驱动结构的结构示意图；

图6为本发明全自动物料切割机器人实施例二的纵截面剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：工作台1、防护罩2、通孔201、安装座3、第二电机301、丝杠302、滑轨303、升降气缸4、激光切割头5、主动辊6、机架601、第一电机602、曲柄7、连杆8、限位框9、滑槽901、活动板10、挡板11、弹簧12、接近开关13、压紧气缸14、压板15、集渣箱16、出渣口161、条形腔17、刮板18、滑块19、条形开口20、物料21、传送导轨22、传送辊23、推板24、底座25、推动气缸26、吸尘风机27。

实施例一

实施例基本如附图1和图2所示：全自动物料切割机器人，包括工作台1，工作台1的上方设有切割单元，工作台1的左侧设有第一传送单元，工作台1的右侧设有用于限制物料切割长度的限位单元。

第一传送单元包括机架601、主动辊6和若干从动辊，本实施例中从动辊的数量为两个，主动辊6和从动辊均转动安装于机架601上，本实施例中从动辊的数量为两个，主动辊6与从动辊横向并排设置，且主动辊6与从动辊的顶点与工作台1的上表面平齐。结合图2所示，主动辊6一端连接有第一电机602，主动辊6通过第一电机602进行驱动而转动，主动辊6与从动辊远离第一电机602的一端均固定连接有曲柄7，且主动辊6上的曲柄7与从动辊上的曲柄7朝向和角度都相同，主动辊6上的曲柄7与从动辊上的曲柄7之间铰接有连杆8。

如图1所示，切割单元包括激光切割头5以及驱动激光切割头5的动力机构，工作台1上固定安装有防护罩2，结合图3所示，防护罩2上开设有通孔201，本实施例中通孔201呈矩形，设置该通孔201的目的在于确保物料21(本实施例中的物料为钢板)顺利通过。

动力机构包括水平驱动结构和升降驱动结构，如图5所示，水平驱动结构由第二电机301、滑轨303和滚珠丝杠副组成，第二电机301、滑轨303和滚珠丝杠副均安装于防护罩2的顶壁上，升降驱动结构为升降气缸4，升降气缸4通过螺栓固定安装有安装座3，安装座3与滑轨303滑动连接，安装座3与滚珠丝杠副的丝杠302螺纹连接。升降气缸4通过安装座3滑动连接在滑轨303上并可由第二电机301和滚珠丝杠副驱动而进行水平移动，本实施例中升降气缸4的水平移动方向为从前至后往复的水平移动，升降气缸4的输出端向下设置，激光切割头5安装在升降气缸4的输出端上。

如图1所示，工作台1内设有空腔，切割单元下方设有除渣单元，除渣单元包括集渣箱16，集渣箱16位于工作台1内部，集渣箱16上端设有出渣口161，出渣口161贯穿于工作台1上表面，出渣口161与激光切割头5上下正对设置。

集渣箱16内设有用于清理碎屑的刮板18和驱动刮板18运动的驱动机构。集渣箱16前后内壁上均开设有条形腔17，集渣箱16的两个条形腔17之间横向滑动安装刮板18，刮板18前后两侧分别与集渣箱16前后内壁接触，刮板18下侧边与集渣箱16的底壁接触。驱动机构包括滑块19，刮板18的中部开设有竖向的滑腔(图中未画出)，滑腔贯穿刮板18的左右两侧面，滑块19通过滑腔与刮板18竖直滑动连接。

集渣箱16的左侧壁上开设有竖向的条形开口20，连杆8的右端穿过条形开口20延伸至集渣箱16内，且连杆8右端与滑块19的左端固定连接，条形开口20的长度大于曲柄7长度的两倍，使条形开口20不会干扰连杆8的运动。

限位单元包括限位框9，限位框9与工作台1的右侧焊接固定，限位框9顶端敞口，底端为封闭结构，且限位框9的顶端与工作台1的上表面平齐。限位框9底部设有滑槽901，滑槽901上横向滑动连接有活动板10，活动板10的顶端与限位框9顶端平齐，活动板10呈凹槽结构。

限位框9内还设有与滑槽901卡合的限位块(图中未画出)，限位块用于固定活动板10的位置，活动板10沿竖直方向滑动安装有挡板11，挡板11与活动板10底部之间设有弹簧12。挡板11呈楔形，活动板10底部安装有接近开关13，弹簧12在自然状态下，挡板11的顶端位于活动板10上方，当挡板11的顶端与限位框9的顶端平齐时挡板11底部与接近开关13接触。挡板11左侧安装有位置传感器(图中未画出)，本实施例中采用型号为DR13-FTS1-W103的位置传感器。本实施例中还包括控制器，本实施例中采用型号为FP-XC14T松下可编程控制器，控制器用来控制第一传送单元和切割单元的运动。接近开关13、第一电机602和位置传感器均与控制器电连接。

结合图2所示，限位框9的前侧设有第二传送单元，限位框9的后侧设有推动机构。第二传送单元包括传送导轨22，传送导轨22与限位框9焊接，传送导轨22上转动连接有多组传送辊23。

结合图3所示，推动机构包括推板24和推动气缸26，推动气缸26的输出端与推板24的后侧通过螺栓固定连接，推板24的底端与限位框9的上表面平齐，推动气缸26与限位框9相垂直设置，且推动气缸26下方设有底座25，底座25一端与地面通过螺栓固定连接，底座25的另一端与推动气缸26通过螺栓固定连接。推动气缸26与控制器电连接。

具体实施过程如下：使用时，预先调节活动板在滑槽901内的位置，使挡板11与激光切割头5之间的距离为所需物料的长度，然后通过限位块将活动板10卡合在滑槽901内，对活动板10的位置进行限定，此时挡板11在弹簧12的作用下，挡板11的顶部位于活动板10的上方使挡板11能够与物料21相接触。

将物料21放在主动辊6与从动辊上，通过第一电机602驱动主动辊6转动，主动辊6转动时，通过曲柄7和连杆8带动两个从动辊转动，从而主动辊6和从动辊共同转动将物料向右传送。

在传送的过程中，当物料21与挡板11的左侧接触时，位置传感器接受到信号，并将信号传递给控制器，控制器将控制第一电机602停止转动，同时控制升降气缸4的输出端向物料21方向伸出，同时控制器还控制第二电机301运作，使激光切割头5对物料21从前至后进行切割，激光切割头5往复运动一次即能够切断物料21，切割过程中产生的碎屑从出渣口161落入集渣箱16内。

切割完成后，控制器使激光切割头5复位，并控制第一电机602驱动主动辊6转动，使主动辊6与从动辊再次对物料21进行传送，物料21向右传送的过程中，位置传感器将不再接收信息，只有当物料21的端部与挡板11的左侧接触时，位置传感器传递的信息才会使控制器再次控制第一电机602停止转动。

在对物料21进行传送的过程中，连杆8的运动轨迹为往复的左右和上下运动，而连杆8端部与滑块19相连接，因此连杆8运动过程中会带动滑块19往复的左右和上下运动，同时滑块19会带动刮板18往复的左右运动，刮板18将粘附在集渣箱16侧壁上的碎屑及时进行清理；同时未进行切割的物料21将推动已经切断的物料向前移动，结合图4所示，当切断的物料被推出防护罩2外侧时，切断的物料完全位于限位框9顶端，而且未进行切割的物料21在不断向前行进的过程中，将推动已经切断的物料使得挡板11向活动板10底部滑动，直到挡板11的顶部与活动板10顶部平齐，这时挡板11的底部将与接近开关13接触，这时控制器将控制第一电机602停止转动，从而停止对物料21进行传送，同时控制器还控制推动气缸26的输出端往复运动，推动气缸26的输出端伸出时，将带动与其固定连接的推板24推动切割后的物料进入传送辊23表面。

当推板24将切断的物料推出限位框9上方后，挡板11顶端由于没有压力，挡板11在弹簧12的作用下将复位，同时挡板11的底端脱离与接近开关13的接触，这时控制器将控制第一电机602启动，第一电机602再次驱动主动辊6转动，使主动辊6和从动辊再次对物料进行传送，然后继续重复上述的切割的过程、输送物料的过程和收集切断的物料的过程。

实施例二

如图6所示，全自动物料切割机器人，与实施例一的区别在于：防护罩2内设有吸尘机构和压紧机构，吸尘机构为吸尘风机27，且吸尘风机27安装在防护罩2左侧壁上。压紧机构包括压紧气缸14，压紧气缸14固定在防护罩2的右侧壁上，压紧气缸14的输出端朝下设置且端部通过螺栓固定连接有压板15，压紧气缸14与控制器电连接。

使用时，当物料与挡板11接触后，位置传感器传递信号给控制器，控制器将控制第一电机602停止转动，同时将控制压紧气缸14的输出端向物料21方向伸出，驱动压板15将物料21压紧，再通过控制升降气缸4运动，从而驱动激光切割头5下降到相应的位置，以及控制第二电机301启动，从而驱动激光切割头5前后往复运动对物料21进行切割，压板15和压紧气缸14的设置使激光切割头5在对物料进行切割的时候更加稳定，不易出现晃动。当激光切割头5往复运动一次而完成切割操作后，控制器将控制压紧气缸14的输出端缩回，从而带动压板15脱离与物料21的接触。在切割过程中，吸尘风机27将对防护罩2内的烟尘进行吸收。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.全自动物料切割机器人，包括工作台，所述工作台上方设有切割单元，所述切割单元包括激光切割头以及驱动激光切割头的动力机构，其特征在于，所述工作台的两侧分别设有第一传送单元和用于限制物料切割长度的限位单元，所述限位单元一侧设有第二传送单元，限位单元的另一侧设有用于推动切割后的物料进入第二传送单元的推动机构，所述第一传送单元、切割单元和推动机构均电连接有控制器；所述切割单元下方设有除渣单元，所述除渣单元包括集渣箱，所述集渣箱内设有用于清理碎屑的刮板和驱动刮板运动的驱动机构；所述限位单元包括限位框，所述限位框与工作台固定连接，所述限位框内水平滑动连接有活动板，限位框内设有用于固定活动板的限位块，活动板上沿竖直方向滑动安装有挡板，所述挡板与活动板底部之间设有弹簧，所述挡板呈楔形，所述活动板底部设有接近开关，当挡板的顶端与限位框的顶端平齐时挡板底部与接近开关接触，所述接近开关与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述第一传送单元包括机架、主动辊和从动辊，所述主动辊和从动辊均与机架转动连接，主动辊与从动辊的端部均固接有曲柄，且主动辊与从动辊上的曲柄朝向相同，主动辊与从动辊上的曲柄之间铰接有连杆。

3.根据权利要求2所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述驱动机构包括滑块，所述滑块与刮板竖直滑动连接，所述集渣箱靠近第一传送单元的一侧侧壁上开设有竖向的条形开口，连杆靠近集渣箱的一端穿过条形开口并与滑块固定连接。

4.根据权利要求1所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述动力机构包括由电机、滑轨和滚珠丝杠副组成的水平驱动结构以及升降气缸构成的升降驱动结构，所述升降气缸和电机均与控制器电连接。

5.根据权利要求1或4所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述推动机构包括推板和推动气缸，所述推动气缸的输出端与推板固定连接，所述推板的底端与限位框的顶端平齐，推板位于限位框远离第二传送单元的一侧。

6.根据权利要求1所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述工作台上还设有防护罩，所述防护罩罩设在切割单元上。

7.根据权利要求6所述的全自动物料切割机器人，其特征在于，所述防护罩内设有压紧机构，所述压紧机构包括固定在防护罩内的压紧气缸，压紧气缸位于激光切割头的一侧，压紧气缸的活塞杆朝下设置且端部固定连接有压板，所述压紧气缸与控制器电连接。

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