CN113953687A - 切割方法及切割装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种切割方法及切割装置，用于对待切割工件进行切割，切割方法包括以下步骤：在待切割工件的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量待切割工件表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc，其中，c点位于切割路径上，a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离，第一方向与第二方向垂直；计算Zc是否等于(Za+Zb)/2，若否，则同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，并重新测量a点、b点、c点与预设平面之间的距离；若是，则以a点与b点连线的法线方向作为截面内的切割方向对待切割工件进行切割。本申请的切割方法确保了切割方向与被切割表面垂直。

Description

切割方法及切割装置

技术领域

本申请涉及工件切割技术领域，特别是涉及一种切割方法及切割装置。

背景技术

在机械加工过程中，经常需要对工件进行切割加工，以改变工件的尺寸大小或表面形状等。在切割加工时，一般需要令切割方向垂直于工件的表面，以使工件在切割完成后具有平整的切口，从而便于后续的组装或使用。

而当待切割工件的表面为异形面时，目前的切割方法难以确保切割方向与被切割表面垂直。

发明内容

基于此，有必要针对当待切割工件的表面为异形面时，难以确保切割方向与被切割表面垂直的问题，提供一种切割方法及切割装置。

根据本申请的一个方面，本申请实施例提供了一种切割方法，用于对待切割工件进行切割，包括以下步骤：在待切割工件的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量待切割工件表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc，其中，c点位于切割路径上，a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离，第一方向与第二方向垂直；计算Zc是否等于(Za+Zb)/2，若否，则同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，并重新测量a点、b点、c点与预设平面之间的距离；若是，则以a点与b点连线的法线方向作为截面内的切割方向对待切割工件进行切割。

在其中一个实施例中，预设平面为水平面，第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向。

在其中一个实施例中，在同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离的步骤中，每次缩短的距离不大于1毫米。

根据本申请的第二个方面，本申请实施例提供了一种切割装置，采用如上述的切割方法对待切割工件进行切割。

在其中一个实施例中，切割装置包括：测距机构，用于在待切割工件的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量待切割工件表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc；数据处理组件，用于接收测距机构的测量数据，并计算Zc是否等于(Za+Zb)/2；切割机构，用于对待切割工件进行切割；以及控制器，分别与测距机构、数据处理组件和切割机构电连接；其中，当数据处理组件的计算结果为否时，控制器控制测距机构同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，并重新测量a点、b点、c点与预设平面之间的距离；当数据处理组件的计算结果为是时，控制器控制切割机构以a点与b点连线的法线方向作为截面内的切割方向对待切割工件进行切割。

在其中一个实施例中，切割机构包括安装座、切割头以及沿切割路径方向设置的机架，切割头安装于安装座，安装座与机架滑动连接，以带动切割头沿切割路径方向移动并对待切割工件进行切割。

在其中一个实施例中，切割头为激光切割头，激光切割头用于发射激光束以对待切割工件进行切割。

在其中一个实施例中，切割机构还包括光束调节件，光束调节件与安装座活动连接，且光束调节件设于激光束的照射路径上以反射激光束。

在其中一个实施例中，测距机构安装于安装座，以使测距机构能够随安装座同步移动。

在其中一个实施例中，测距机构包括及激光测距仪或超声波测距仪。

基于本申请实施例的切割方法及切割装置，通过在待切割工件的切割路径上取c点，同时取与c点在第二方向上的距离相等的a点和b点，测量a点、b点、c点在第一方向上与预设平面之间的距离，如此，经过几何分析可以得知，当满足Zc＝(Za+Zb)/2时，可知a点、b点、c点三者共线，故a点与b点连线的法线既垂直于线段ac，也垂直于线段bc，因此，以a点与b点连线的法线作为截面内的切割方向对待切割工件进行切割，确保了切割方向与被切割表面垂直。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的切割方法的流程图；

图2为本申请一个实施例提供的切割装置的简化结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的切割装置在另一个状态下的简化结构示意图。

主要元件符号说明：

10：切割装置 210：切割头

100：测距机构 220：光束调节件

200：切割机构 20：待切割工件

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在机械加工过程中，经常需要对工件进行切割加工，以改变工件的尺寸大小或表面形状等。因为待切割工件的表面不可能是理想的平面，或存在一些待切割工件的表面本身就是具有不同的高低起伏程度的异形面，在沿切割路径进行切割的过程中，难以保证切割方向与被切割表面垂直，如此，当切割加工完成后，工件的表面和切割面不垂直，一方面，会影响工件的外观以及后续进行工件组装时的准确度，另一方面，还会对下一次切割时的工件边缘识别造成干扰，影响工件边缘识别时的准确度。另外，如果该工件是光学元件，如镜片等，表面与切割面不垂直的光学元件的光学有效区的尺寸会受到影响，并且，不规则的切割边缘会造成透过边缘的光线产生干涉或衍射等现象，影响光学元件的光学性能，降低光学元件的光学成像品质。

图1示出了本申请一个实施例中的切割方式的流程图；图2示出了本申请一个实施例中的切割装置10的简化结构示意图；图3示出了本申请一个实施例中的切割装置10的在另一个状态下的简化结构示意图。

为了至少部分解决上述问题，请参阅图1至图3，本申请实施例提供了一种切割方法，用于对待切割工件20进行切割，该切割方法包括以下步骤：

S102、在待切割工件20的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量待切割工件20表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc，其中，c点位于切割路径上，a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离，第一方向与第二方向垂直。

S104、计算Zc是否等于(Za+Zb)/2。

S106、若否，则同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，并重新测量a点、b点、c点与预设平面之间的距离。

S108、若是，则以a点与b点连线的法线方向作为截面内的切割方向。

其中，图2和图3所示的是待切割工件20在垂直于切割路径方向上的一个截面，也就是说，切割路径方向是图2和图3中垂直于纸面的方向，c点是待切割工件20的表面上位于切割路径上的一点，在进行切割时，在c点位置处沿着垂直于纸面的方向将待切割工件20切开。在图2和图3所示的截面内，还需要确定从该平面内的哪个方向进行切割，才能使得切割方向与被切割表面垂直，亦即确定在c点位置处，待切割工件20表面的垂线是在哪个方向上的。因此，可以采用如上述的切割方法来进行确定。

在图2和图3中，a点和b点同样是待切割工件20表面上的点，但a点和b点并不位于切割路径上，它们只是为了便于后续计算而人为在待切割工件20表面上所取的点，其中，a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离，第二方向是在图2和图3的截面内的任意方向。即在图中，a点、b点、c点处的三条线段在第二方向上的间距相等，三条线段之间平行且相互间隔设置。a点和b点是在待切割工件20表面所取的，满足上述条件关系的点，即a点和b点在待切割工件20表面上成对设置，至于a点与c点在第二方向上的距离的具体数值，或者b点与c点在第二方向上的距离的具体数值，可以根据带切割工件的表面尺寸灵活设置，在此不作特别限定。

第一方向是在图2和图3的截面内与第二方向保持相互垂直的方向，沿第一方向测量待切割工件20表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，即测量a点、b点、c点处的三条线段的长度。其中，预设平面是在图中的截面内沿第一方向的任意一个平面。如果满足Zc＝(Za+Zb)/2，则可知a点与c点在第一方向上的距离，等于b点与c点在第一方向上的距离，由于a点、b点、c点之间原本满足以下条件：a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离。经过数学计算可知，此时，a点与c点的连线的斜率，等于c点与b点的连线的斜率，因此，a点、b点、c点三点共线。故a点与b点连线的法线既垂直于线段ac，也垂直于线段bc，因此，以a点与b点连线的法线作为截面内的切割方向对待切割工件20进行切割，确保了切割方向与被切割表面垂直。

如果不满足Zc＝(Za+Zb)/2，则a点、b点、c点三点不共线，此时，可以同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，也可以理解为在确保a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离的前提下，在带切割工件表面重新选取a点和b点，直至满足Zc＝(Za+Zb)/2。

本申请实施例的切割方法通过在待切割工件20的切割路径上取c点，同时取与c点在第二方向上的距离相等的a点和b点，测量a点、b点、c点在第一方向上与预设平面之间的距离，如此，经过几何分析可以得知，当满足Zc＝(Za+Zb)/2时，可知a点、b点、c点三者共线，故a点与b点连线的法线既垂直于线段ac，也垂直于线段bc，因此，以a点与b点连线的法线作为截面内的切割方向对待切割工件20进行切割，确保了切割方向与被切割表面垂直。

在一些实施例中，可选地，预设平面为水平面，第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向。

在本申请的实施例中，预设平面在图2和图3中的截面内沿第一方向的任意一个平面，而第二方向是在图中的截面内的任意方向，第一方向是在图中的截面内与第二方向保持相互垂直的方向，即预设平面的位置，第一方向和第二方向的具体方向均是不固定的，只需满足以上条件关系即可，因此，可以将预设平面设定为水平面，第一方向设定为竖直方向，第二方向设定为水平方向，以简化操作过程，便于进行计算。

在一些实施例中，可选地，在同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离的步骤中，每次缩短的距离不大于1毫米。

在步骤S106中，同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，也可以理解为在确保a点与c点在第二方向上的距离，等于b点与c点在第二方向上的距离的前提下，在带切割工件表面重新选取a点和b点，因此，每次缩短的距离不固定，可以根据带切割工件的表面尺寸灵活设置。例如，该距离可以是0.1毫米、0.2毫米、0.5毫米、1毫米等。为了确保计算精度，可以令每次缩短的距离不大于1毫米。

请参阅图2至图3，根据本申请的第二个方面，本申请实施例提供了一种切割装置10，该切割装置10采用如上述任一实施例中的切割方法对待切割工件20进行切割。

由于本申请实施例的切割装置10采用如上述任一实施例中的切割方法对待切割工件20进行切割，确保了切割方向与被切割表面垂直。

在一些实施例中，可选地，切割装置10包括：测距机构100、数据处理组件(图中未示出)、切割机构200以及控制器(图中未示出)，测距机构100用于在待切割工件20的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量待切割工件20表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc；数据处理组件用于接收测距机构100的测量数据，并计算Zc是否等于(Za+Zb)/2；切割机构200用于对待切割工件20进行切割；控制器分别与测距机构100、数据处理组件和切割机构200电连接；其中，当数据处理组件的计算结果为否时，控制器控制测距机构100同步缩短a点与c点、b点与c点在第二方向上的距离，并重新测量a点、b点、c点与预设平面之间的距离；当数据处理组件的计算结果为是时，控制器控制切割机构200以a点与b点连线的法线方向作为截面内的切割方向对待切割工件20进行切割。

测距机构100用于沿第一方向测量待切割工件20表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，因此，可以将测距机构100设置在预设平面位置处，并面向带切割工件设置，如此，就能够直接完成对a点、b点、c点与预设平面之间的距离的测量。

切割机构200用于对待切割工件20进行切割，切割机构200可以是火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水射流切割机等形式，它们所采用的切割介质不同，可以根据实际使用需求灵活选用。

在一些实施例中，可选地，切割机构200包括安装座(图中未示出)、切割头210以及沿切割路径方向设置的机架(图中未示出)，切割头210安装于安装座，安装座与机架滑动连接，以带动切割头210沿切割路径方向移动并对待切割工件20进行切割。

在一些实施例中，可选地，切割头210为激光切割头210，激光切割头210用于发射激光束以对待切割工件20进行切割。

由于在本申请实施例中，切割机的切割方向需要进行灵活调整，以满足切割方向与被切割表面垂直，因此，可以选用激光切割机来进行切割。在激光切割机中，其切割头210为激光切割头210，激光切割头210发射出的激光束，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走，激光切割机具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，同时，激光切割头210所发射的激光束方向也便于调节，能够很好地满足本申请中的使用需求。

在一些实施例中，可选地，切割机构200还包括光束调节件220，光束调节件220与安装座活动连接，且光束调节件220设于激光束的照射路径上以反射激光束。

为了对激光切割头210所发射的激光束方向进行灵活地调节，切割机构200还包括光束调节件220，光束调节件220设于激光束的照射路径上以反射激光束。光束调节件220也可以有多种形式，例如，可以采用反射镜作为光束调节件220，反射镜具有一个反射面，激光切割头210所发射的激光束照射至反射镜的反射面，经反射后射出。通过调节反射镜相对激光切割头210的设置角度，也就改变了激光切割头210所发射的激光束与发射镜的反射面之间的夹角，则激光束被反射后的出射方向也随之变化，如此，就可以调节激光束照射到工件表面的方向。在其它实施例中，还可以采用光导纤维作为光束调节件220，光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，激光切割头210所发射的激光束射入光导纤维时，激光束就沿着弯弯曲曲的光导纤维以全反射的方式前进，则利用光导纤维可以将激光束引导至待切割工件20表面对其进行切割，通过调节光导纤维相对待切割工件20表面的设置角度，就可以调节激光束照射到工件表面的方向。

在一些实施例中，可选地，测距机构100安装于安装座，以使测距机构100能够随安装座同步移动。

由于测距机构100可以设置在预设平面位置处，并面向带切割工件设置，因此，在一些实施例中，还可以将测距机构100安装于安装座，以使测距机构100能够与切割头210一起随安装座同步移动，对待切割工件20的表面进行实时的测距。

测距机构100包括及激光测距仪或超声波测距仪，激光测距仪是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器，根据测试原理的不同，激光测距仪还可以分为相位法测距仪和脉冲法测距仪，脉冲式激光测距仪是在工作时向目标射出一束或一序列短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。相位法激光测距仪是利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离的。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。超声波测距仪是通过声速测量距离的仪器，超声波在气体、液体及固体中以不同速度传播，定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强。超声波能以一定速度定向传播、遇障碍物后形成反射，利用这一特性，通过测定超声波往返所用时间就可计算出实际距离，从而实现无接触测量物体距离。超声波测距迅速、方便，且不受光线等因素影响。

采用本申请实施例的切割装置10，通过在待切割工件20的切割路径上取c点，同时取与c点在第二方向上的距离相等的a点和b点，测量a点、b点、c点在第一方向上与预设平面之间的距离，如此，经过几何分析可以得知，当满足Zc＝(Za+Zb)/2时，可知a点、b点、c点三者共线，故a点与b点连线的法线既垂直于线段ac，也垂直于线段bc，因此，以a点与b点连线的法线作为截面内的切割方向对待切割工件20进行切割，确保了切割方向与被切割表面垂直。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种切割方法，用于对待切割工件进行切割，其特征在于，包括以下步骤：

在所述待切割工件的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量所述待切割工件表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc，其中，所述c点位于所述切割路径上，所述a点与所述c点在第二方向上的距离，等于所述b点与所述c点在所述第二方向上的距离，所述第一方向与所述第二方向垂直；

计算Zc是否等于(Za+Zb)/2；

若否，则同步缩短所述a点与所述c点、所述b点与所述c点在所述第二方向上的距离，并重新测量所述a点、所述b点、所述c点与所述预设平面之间的距离；

若是，则以所述a点与所述b点连线的法线方向作为所述截面内的切割方向对所述待切割工件进行切割。

2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述预设平面为水平面，所述第一方向为竖直方向，所述第二方向为水平方向。

3.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述同步缩短所述a点与所述c点、所述b点与所述c点在所述第二方向上的距离的步骤中，每次缩短的距离不大于1毫米。

4.一种切割装置，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的切割方法对所述待切割工件进行切割。

5.根据权利要求4所述的切割装置，其特征在于，所述切割装置包括：

测距机构，用于在所述待切割工件的垂直于切割路径方向上的截面内，沿第一方向测量所述待切割工件表面的a点、b点、c点与预设平面之间的距离，分别记为Za、Zb、Zc；

数据处理组件，用于接收所述测距机构的测量数据，并计算Zc是否等于(Za+Zb)/2；

切割机构，用于对所述待切割工件进行切割；以及

控制器，分别与所述测距机构、所述数据处理组件和所述切割机构电连接；

其中，当所述数据处理组件的计算结果为否时，所述控制器控制所述测距机构同步缩短所述a点与所述c点、所述b点与所述c点在所述第二方向上的距离，并重新测量所述a点、所述b点、所述c点与所述预设平面之间的距离；

当所述数据处理组件的计算结果为是时，所述控制器控制所述切割机构以所述a点与所述b点连线的法线方向作为所述截面内的切割方向对所述待切割工件进行切割。

6.根据权利要求5所述的切割装置，其特征在于，所述切割机构包括安装座、切割头以及沿所述切割路径方向设置的机架，所述切割头安装于所述安装座，所述安装座与所述机架滑动连接，以带动所述切割头沿所述切割路径方向移动并对所述待切割工件进行切割。

7.根据权利要求6所述的切割装置，其特征在于，所述切割头为激光切割头，所述激光切割头用于发射激光束以对所述待切割工件进行切割。

8.根据权利要求7所述的切割装置，其特征在于，所述切割机构还包括光束调节件，所述光束调节件与所述安装座活动连接，且所述光束调节件设于所述激光束的照射路径上以反射所述激光束。

9.根据权利要求6所述的切割装置，其特征在于，所述测距机构安装于所述安装座，以使所述测距机构能够随所述安装座同步移动。

10.根据权利要求5所述的切割装置，其特征在于，所述测距机构包括及激光测距仪或超声波测距仪。

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