CN1143763C - 图像自动找准的数控冲孔机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像自动找准的数控冲孔机，它包括机体(1)、冲孔气缸(2)、冲孔杠杆(3)及其动力装置、冲头导向滑块(7)、冲头运动系统、杠杆式浮动支点调节机构、图像摄取系统(CCD)、斜向运动的散光系统；光源(41)通过散光片(15)均匀地透过工件(42)靶心，进入图像摄制系统(CCD)，并成象在显示器上，电脑自动识别出靶心误差，并将误差信号转换为进给信号送给步进电机，将工件(42)自动纠正到正确位置，开始并完成冲孔的工序。本发明的优点在于冲头与凹模永远在同一轴线上，使冲头及凹模的使用寿命长、冲制精度高；其次，本发明的斜向运动的散光系统是借助散光气缸将散光片贴紧工件，使图像摄制系统(CCD)的成像清晰度得以提高。

Description

图像自动找准的数控冲孔机

技术领域

本发明涉及一种冲孔机，特别是涉及一种对基准孔的图像能够进行自动找准的数控冲孔机，它适用于印刷电路板及标牌业的基准工艺孔冲制。

背景技术

目前印刷电路板及标牌的基准工艺孔一般采用传统的机械加工方法，如冲压、钻削等，其加工精确度依赖于传统的工作母机与操作人员的水平，难以达到较高的孔的位置精确度。近来日本有一种型号为PZ-DESK基准孔冲孔机，它利用图像摄制系统(CCD)实现自动找准与冲孔，其结构参见图7、8、9所示，在机体8前部装置有冲孔汽缸4，通过直线滚珠轴承7使汽缸4的活塞杆9带动冲头架5实现高精确度的上下冲孔运动，在冲头架5前侧嵌装有工件的冲头2，冲头2的下端是工件的凸模3，凸模3的下端并在同一轴线上是工件的凹模(未示出)；此外，在与凸模3同一轴线上还装置有图像摄制系统(CCD)1，它用于拍摄被冲孔位图像，并将该信号送至电脑进行图像处理，计算出图像的偏差并进行自动化纠正，以实现精确的定位冲孔。PZ-DESK基准孔冲孔机其特点是图像摄制系统(CCD)1与凹模在同一轴线上，而且图像摄制系统(CCD)1是不可移动的；而冲头架5由二个运动合成，即由汽缸4的活塞杆9带动冲头架5的上下冲孔运动及以冲孔汽缸4的活塞杆9为中心作旋转运动，当要摄像时，冲头架5在高精度往复移动机构6的拉动下，冲头架5离开凹模轴线而进入图像摄取状态20，当取景摄像结束后，开始自动化纠正发出控制信号程序，使冲头架5进入凹模轴线的位置而进入冲孔状态12，然后冲孔汽缸4完成冲孔的工序。

PZ-DESK基准孔冲孔机能实现高精度的定位冲孔，然而它的问题是冲头架5每冲一个孔均有一次以活塞杆9为中心作旋转运动，而且均要保证复位至与凹模在同一轴线上，这给制造工艺上带来很大的难度，而且长期使用后因运动摩擦势必造成冲头架5旋转运动的定位精度误差，从而影响冲头及凹模的使用寿命。其次，平移的散光系统面板10与工件必须具有一定的间隔δ，这对图像读取精确度会产生一定的影响；又因为凹模与冲头架5的固定是通过配合精度来实现，就存在一定的间隙影响冲孔的精确度。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术中的缺陷，提供一种利用图像摄制系统(CCD)实现自动找准的同时又能保证冲头与凹模永远在同一轴线上，以提高冲头及凹模的使用寿命的图像自动找准数控冲孔机。

本发明的目的是通过提供一种具有以下结构的图像自动找准的数控冲孔机而实现的，该图像自动找准的数控冲孔机包括：冲头动力机构和运动系统，在“”型机体的右侧腔中立式装置着冲头动力机构的冲孔气缸，气缸中的活塞杆通过活动销与冲孔杠杆连接，并通过连杆带动冲头架在冲头导向滑块中实现上下冲孔运动；又在“”型机体的上侧装置着浮动支点调节螺丝钉、浮动支点滑块、浮动支点回复弹簧组成的杠杆式浮动支点调节机构，浮动支点滑块通过销钉与冲孔杠杆连接一起，用于调节冲头的上下高度，也即是调节冲头插入凹模的深度。利用冲头导向滑块和冲头导轨的滚珠直线运动的直线移动副，确保冲头架无间隙运动又轻便灵活，同时又确保了冲孔精度以及冲头的寿命。此外，冲头的夹紧装置设计成两半件(half)合成并由螺丝钉紧定的结构，从而使冲头架与冲头之间的间隙得以消除，增加传动刚性，并能克服反冲力而不使冲头后缩。在冲头下面装置有橡胶脱料装置，用以方便脱料并增加其冲头组件的结构可靠性。图像摄取系统(CCD)，它是这样设计的：在“”型机体的中部腔中斜式装置着取景气缸及其活塞杆，与所述的活塞杆的下端通过活动销连接着取景器及反光镜，当取景气缸的活塞杆沿着固定于“”型机体的取景导轨和滑块往复运动时，就带动取景器及反光镜向着工件台面往复运动；另一方面在“”型机体左侧与冲头导向滑块平行安装有摄像头，当取景器及反光镜向着工件面板运动至终端的工作位置时，摄像头开始取景拍摄孔位图像并发出控制信号，并自动化找准达到精确的定位冲孔，这是利用二块反光镜的取景系统实现了在凹模轴线外的图像摄取功能。摄取角度α可由0～60°变化。利用取景导轨和滑块直线运动的直线滚珠移动副，确保取景器无间隙运动轻便灵活，同时又确保了取景器的取景精确度。斜向运动的散光系统，为了确保图像摄制系统(CCD)的成像清晰，斜向运动的散光系统是借助散光气缸将散光片贴紧工件，从而纠正了上述现有技术中的平移散光系统面板与工件必须具有一定的间隔的缺陷。凹模上下运动系统，在凹模的下面，连接着凹模气缸，通过凹模导轨、凹模滑块能使凹模作精确的上下运动，这时下光源就能顺利通过散光片在图像摄制系统(CCD)上产生下光源照射的图像，利用调节螺母来调节凹模的高低位置，使之与工件面板相平，然后用锁紧螺丝锁紧。在冲头架的两侧各装置有一个吹气口，用于对图像读取区进行吹气，使工件边缘翘曲部分吹平，以提高边缘冲孔的精度，因为本发明的散光片与工件面板在同一平面上，才能实现这一功能，如若现有技术中的平移散光系统面板与工件具有一定的间隔，则吹气会使工件下凹。所述的吹气口的气源是工件面板吸气装置排泄的干净气体。

本发明的工作过程是这样的：初始状态时电源和气源接通，图像自动找准的数控冲孔机处于摄象工作状态。当工件放到工件面板上后，光源通过散光片均匀地透过工件靶心，光通过二块反光片的反射，进入图像摄制系统(CCD)，并成象在显示器上。用手移动工件将靶心移入显示器规定的范围内后，踩脚踏开关并通过一个特殊机构使工件与台面牢牢吸住，与此同时，电脑自动识别出靶心误差，并将这个误差信号转换为X、Y二个坐标的进给信号送给步进电机执行，即实现工件面板与工件一起作X、Y二个坐标的进给运动，并将工件自动纠正到正确位置，从而工件被精确定位。

当工件自动纠正到正确位置后取景器进给机构使取景器退回，此时散光片也同时退出并得到确认后，冲头架、冲头及凹模运动系统开始并完成冲孔的工序。冲孔动作结束，经延时，冲头及凹模恢复原位，取景器和散光片又各自回到初始状态，等待下一个冲孔的开始。

本发明的冲头导向滑块和冲头导轨的直线移动副、取景导轨和滑块的直线移动副、凹模导轨与凹模滑块的直线移动副均采用滚珠直线移动副的结构，而且它们均是由各自的滑块来实现滑动间隙的调节，以确保上述每一运动副的灵活与可靠性。

与现有技术相比，本发明的优点在于冲头与凹模永远在同一轴线上使冲头及凹模的使用寿命得以提高；其次本发明的斜向运动的散光成像系统是借助散光片进给机构将散光片贴紧工件，使图像摄制系统(CCD)的成像清晰度得以提高，冲制精确度高，设备使用寿命长。

附图说明

图1为本发明处于摄象工作状态的结构示意图；

图2为本发明的浮动支点调节机构示意图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图1的B-B剖视图；

图5为图1的C-C剖视图；

图6为本发明处于冲孔工作状态的结构示意图：

图7为一种现有技术结构示意图；

图8为现有技术冲孔状态示意图；

图9为现有技术取景状态示意图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1至图6示出了本发明图像自动找准的数控冲孔机的实施方式。冲头运动系统是这样设计的：在“”型机体1的右侧腔中立式装置着冲孔气缸2，气缸2中的活塞杆201通过活动销202与冲孔杠杆3连接，并通过连杆8带动冲头架9在冲头导向滑块7中实现上下冲孔运动；又在“”型机体1的上侧装置着浮动支点调节螺丝钉25、浮动支点滑块26、浮动支点回复弹簧27组成的杠杆式浮动支点调节机构，浮动支点滑块26通过销钉32与冲孔杠杆3连接一起，用于调节冲头11的上下高度，也即是调节冲头11插入凹模19的深度。利用冲头导向滑块7和冲头导轨10的直线运动的滚珠直线移动副30，确保冲头架9无间隙运动又轻便灵活，同时又确保了冲孔精确度以及冲头11的寿命。此外，冲头11的夹紧装置设计成两半件(half)29合成并由螺丝钉36紧定的结构，从而使冲头架9与冲头11之间的间隙得以消除，增加传动刚性，并能克服反冲力而不使冲头11后缩(见图4所示)。在冲头11下面装置有橡胶脱料装置12，用以方便脱料并增加其冲头11组件的结构可靠性。

图像摄取系统(CCD)是这样设计的：在“”型机体1的中部腔中斜式装置着取景气缸4及其活塞杆401，与所述的活塞杆401的下端通过活动销402连接着取景器13及反光镜14，当取景气缸4的活塞杆401沿着固定于“”型机体1的取景导轨6和滑块5往复运动时，就带动取景器13及反光镜14向着工件台面405往复运动；另一方面在“”型机体1左侧与冲头导向滑块7平行安装有摄像头28，当取景器13及反光镜14向着工件面板40运动至终端的工作位置时，即如图1示出的位置时，摄像头28开始取景拍摄孔位图像并发出控制信号，并自动化找准达到精确的定位冲孔，这是利用二块反光镜的取景系统实现了在凹模19轴线外的图像摄取功能。摄取角度α可由0～60°变化。利用取景导轨6和滑块5直线运动的滚珠直线移动副，确保取景器13无间隙运动轻便灵活，同时又确保了取景器13的取景精确度。

为了确保图像摄制系统(CCD)的成像清晰，斜向运动的散光系统是借助散光片进给气缸16将散光片15贴紧工件42，从而纠正了上述现有技术中的平移散光系统面板与工件必须具有一定的间隔δ的缺陷，这个间隔δ导致图象不清晰的缺陷；同时在凹模19的下面，连接着凹模气缸22，通过凹模导轨20、凹模滑块21能使凹模19作精确的上下运动，这时下光源41就能顺利通过散光片15在图像摄制系统(CCD)上产生下光源41照射的图像。利用调节螺母23来调节凹模19的高低位置，使之与工件面板40相平，然后用锁紧螺丝24锁紧。在冲头架9的两侧各装置有一个吹气口33(由图3中所示)，用于对图像读取区进行吹气，使工件42边缘翘曲部分吹平，以提高边缘冲孔的精度，因为本发明的散光片15与工件面板40在同一平面上，才能实现这一功能，如若现有技术中的平移散光系统面板与工件具有一定的间隔δ，则吹气会使工件下凹。所述的吹气口33的气源是工件面板40吸气装置(未示出)排泄的干净气体。

本发明的工作过程是这样的：初始状态时电源和气源接通，图像自动找准的数控冲孔机处于摄象工作状态。当工件42放到工件面板40上后，光源41通过散光片15均匀地透过工件42靶心，光通过二块反光片14的反射，进入图像摄制系统(CCD)，并成象在显示器(未示出)上。用手移动工件42，粗定位、将靶心移入显示器规定的范围内后，踩脚踏开关(未示出)并通过一个特殊机构(未示出)使工件42与台面牢牢吸住，与此同时电脑(未示出)自动识别出靶心误差，并将这个误差信号转换为X、Y二个坐标的进给信号送给步进电机(未示出)执行，即实现工件面板4与工件42一起作X、Y二个坐标的进给运动，并将工件42自动纠正到正确位置。

当工件42自动纠正到正确位置后，取景器13退回(参见图6的状态)，此时散光片15也同时退出，上述两退出动作得到确认后，冲头架9、冲头11及凹模19运动系统开始并完成冲孔的工序。冲孔动作结束，经延时，冲头11及凹模19恢复原位，取景器13和散光片15又各自回到图1的初始状态，等待下一个冲孔的开始。

本发明的冲头导向滑块7和冲头导轨10的直线移动副、取景导轨6和滑块5的直线移动副、凹模导轨20与凹模滑块21的直线移动副均采用滚珠直线运动的直线移动副30的结构(参见图3中示出)，而且它们均是由各自的滑块来实现滑动间隙的调节，以确保上述每一运动副的灵活与可靠性。

Claims (10)

1.一种图像自动找准的数控冲孔机，它包括：“”型机体(1)、在所述的“”型机体(1)的右侧腔中立式装置着冲孔动力装置(2)、冲孔杠杆(3)、冲头架(9)、冲头(11)、导向滑块(7)、冲头导轨(10)、摄像头(28)以及在“”型机体(1)的中部腔中斜式装置着取景气缸(4)、取景器(13)、反光镜(14)、在冲头架(9)下面设置有散光片进给装置(16)、凹模(19)、凹模进给机构(22)，凹模导轨(20)、凹模滑块(21)、下光源(41)、散光片(15)；其特征在于：

a.所述的冲孔气缸(2)中设置有活塞杆(201)并通过枢支销(202)与冲孔杠杆(3)的一端枢支连接，所述的冲孔杠杆(3)的另一端又通过连杆(8)与冲头架(9)的冲头导向滑块(7)连接；

b.所述的冲孔杠杆(3)的中部借助销钉(32)与浮动支点滑块(26)相连接，浮动支点调节螺丝钉(25)装置在所述的浮动支点滑块(26)的上部，并固定在“”型机体(1)的上侧；

c.所述的浮动支点滑块(26)的下端设置有浮动支点回复弹簧(27)，并与冲头架(9)及摄像头(28)相连接；

d.所述的取景气缸(4)下端设置有活塞杆(401)并通过活动销(402)与取景器(13)及反光镜(14)相连接；

e.所述的散光片进给装置(16)斜向设置在工件面板(40)下方，所述的散光片进给装置(16)在其上方的活塞杆(161)的端部安装着与工件面板(40)平行的散光片(15)，所述的散光片(15)贴紧工件(42)；

f.所述的凹模(19)的下面，连接着凹模气缸(22)、凹模导轨(20)、凹模滑块(21)；

g.所述的下光源(41)装置在工件面板(40)与散光片(15)的下面，并紧靠着凹模(19)的周围。

2.如权利要求1所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的冲头导向滑块(7)和冲头导轨(10)的直线运动采用直线滚珠移动副(30)。

3.如权利要求1所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的取景导轨(6)和滑块(5)的直线运动采用直线滚珠移动副。

4.如权利要求1所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的凹模导轨(20)与凹模滑块(21)的直线运动采用直线滚珠移动副。

5.如权利要求1所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的冲头(11)的夹紧装置采用两半件(29)合成并由螺丝钉(36)紧定的结构。

6.如权利要求1或5所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的冲头(11)下面装置有橡胶脱料装置(12)。

7.如权利要求1或3所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的取景导轨(6)和滑块(5)构成的斜向运动的散光系统是借助散光气缸(16)将散光片(15)贴紧工件(42)；取景导轨(6)和滑块(5)的摄取角度α可由0～60°变化。

8.如权利要求1或5所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的冲头架(9)的两侧各装置有一个吹气口(33)，所述的吹气口(33)的气源是工件面板(40)吸气装置排泄的干净气体。

9.如权利要求1或7所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的反光镜(14)是利用二块反光镜的取景系统。

10.如权利要求1所述的图像自动找准的数控冲孔机，其特征在于：所述的冲孔动力装置(2)、取景气缸(4)、散光片进给装置(16)、凹模进给机构(22)是气动装置。

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