CN114905587B - 一种智能自动化破竹工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及竹制品加工技术领域，具体涉及一种智能自动化破竹工艺及其装置，将长竹筒放置于上料机构，进行调试后完成上料；对上料的长竹筒进行测量，并记录测量数据，同时根据测量数据选取刀盘；待刀盘选好后，利用破竹机构进行破竹；破完一根竹筒后，破竹机构归位进行下一次破竹；该工艺大大提高了企业的工作效率，降低了人员安全隐患和劳动强度，造价成本降低，弥补了当前人工破竹的不足，为全自动化破竹机投入实际生产研发提供了有价值的科研依据，在竹具制造产业具有很高的科研价值和市场潜力。

Description

一种智能自动化破竹工艺及其装置

技术领域

本发明涉及竹制品加工技术领域，尤其涉及一种智能自动化破竹工艺及其装置。

背景技术

竹子是禾本科竹属植物的统称，枝杆挺拔，四季青翠，傲雪凌霜，与我国人民的生活息息相关，倍受中国人喜爱，不但制作一些生活用品，也可以用来制作价值较高的工艺品。

现有的竹加工破竹工艺一般都是采用半化破竹机，主要由人工操作来完成，人力生产成本昂贵，这严重限制了企业或竹农生产效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能自动化破竹工艺及其装置，解决了竹加工破竹工艺一般都是采用半化破竹机，主要由人工操作来完成，人力生产成本昂贵，这严重限制了企业或竹农生产效率的提高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能自动化破竹工艺，包括如下步骤：

将长竹筒放置于上料机构，进行调试后完成上料；

对上料的长竹筒进行测量，并记录测量数据，同时根据测量数据选取刀盘；

待刀盘选好后，利用破竹机构进行破竹；

破完一根竹筒后，破竹机构掉头进行下一次破竹。

其中，所述将长竹筒放置于上料机构，进行调试后完成上料的步骤包括：

将长竹筒放在上料机构的斜架上，用户开机后，PLC控制推盘电机使推盘回到初始位置，以防止推盘运作的过程中撞坏刀盘，同时送料机构启动；

按下原点回归按钮，刀盘回到初始位置后，PLC将控制伺服电机启动带动刀盘作圆周运动，当刀盘中的原点限位传感器触发时，PLC主控器逐渐停止发脉冲，刀盘逐渐减速至停止，停止点即为原点并传输到控制模块，PLC记录原点位置信号且设为一号刀具破竹；

原点位置确定之后，验证较零无误，利用触摸屏或者点动控制程序调试设备；

按下运行模式按钮，上料机构输送长竹筒进入直径测量区域，将长竹筒送到顶部，档杆接住长竹筒；当电感式接近开关检测到顶部有竹筒时上料机构停止。

其中，在对上料的长竹筒进行测量，并记录测量数据，同时根据测量数据选取刀盘的步骤中：

上料机构停止后进行直径测量，测量结束后控制刀盘电机，选取相应的刀盘；同时将竹筒送进冲槽且再送一根竹筒进行直径测量，同时夹持与对中机构的夹持臂夹紧竹筒与已选的刀盘中心对中。

其中，在待刀盘选好后，利用破竹机构进行破竹的步骤中：

待刀盘选好后，推盘电机打开；破竹机构前进，待破竹机构前进到一定位置后接触到中间限位接近开关，此时夹持与对中装置的夹持臂松开长竹筒，让推盘继续前进直至把竹筒冲到底，破完一根竹筒。

其中，所述破完一根竹筒后，破竹机构掉头进行下一次破竹的步骤中：

破竹机构掉头直至碰到中间限位接近开关时再送一根竹，同时再夹紧竹筒；

破竹机构继续后退碰到初始限位开关后，破竹机构停止即完成一个周期，然后重复循环破竹。

本发明提供一种智能自动化破竹机构，采用上述所述的智能自动化破竹工艺，包括上料机构、测量直径机构、夹持与对中机构、刀盘定位机构、破竹机构、送料机构和分拣机构，所述上料机构与所述测量直径机构连接，所述测量直径机构与所述上料机构连接，所述测量直径机构的底部与所述上料机构的顶端平齐，所述夹持与对中机构位于所述测量直径机构的一侧，所述刀盘定位机构与所述夹持与对中机构连接，并位于夹持与对中机构相邻所述测量直径机构的一侧，所述破竹机构与所述刀盘定位机构连接，并位于所述刀盘定位机构远离所述夹持与对中机构的一侧，所述送料机构与所述破竹机构连接，并位于所述破竹机构远离所述刀盘定位机构的一侧，所述分拣机构与所述送料机构连接，并位于所述送料机构远离所述破竹机构的一侧。

其中，所述智能自动化破竹机构还包括破竹控制系统，所述破竹控制系统通过PLC控制所述上料机构、所述测量直径机构、所述夹持与对中机构、所述刀盘定位机构、所述破竹机构、所述送料机构和所述分拣机构。

本发明的一种智能自动化破竹工艺及其装置，结合控制程序和传感器设计上料的链条传动装置来实现把形状不一样、长短弯曲程度不同、重量大小不一样的竹筒依次输送、持续间隔上料、保证竹筒上料的可靠性和稳定性，减少人力以及劳动强度；设计直径测量装置、AD转换装置，结合直径测量程序和上料机构的机械动作协同配合下快速、稳定、精准地测量出竹筒直径的大小且控制系统根据此信息判别切换哪一把刀盘，快速稳定地实现竹筒上料、直径测量、夹持定位与对中、换刀且精准定位、破竹、送料、分拣。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的一种智能自动化破竹工艺的具体步骤流程图。

图2是本发明的自动上竹控制流程图。

图3是本发明的自动测量直径控制流程图。

图4是本发明的自动破竹控制流程图。

图5是本发明的自动分拣控制流程图。

图6是本发明的自动刀盘定位控制流程图。

图7是本发明的最优控制程序流程图。

图8是本发明的总控制流程图。

图9是本发明的控制系统总体设计原理图。

图10是本发明的时序控制图。

图11是本发明的一种智能自动化破竹装置的结构示意图。

图12是本发明的上料机构的结构示意图。

图13是本发明的自动测量直径机构的结构示意图。

图14是本发明的夹持与对中机构的结构示意图。

图15是本发明的刀盘定位机构的结构示意图。

图16是本发明的刀具转动盘的结构图。

图17是本发明的转动盘定位装置的结构示意图。

图18是本发明的送料机构的结构示意图。

图19是本发明的自动分拣机构的结构图。

图20是本发明的竹片运输装置的结构图。

图21是本发明的夹料装置的结构图。

1-上料机构、2-测量直径机构、3-夹持与对中机构、4-刀盘定位机构、5-破竹机构、6-送料机构、7-分拣机构、11-上料导架、12-上料电机、13-输送链、14-传动轴、15-传动齿轮、16-上料架板、17-传动轴承、18-轴承座、21-导向装置、22-横向外径测量装置、23-内径测量装置、24-纵向外径测量装置、25-测量区区域调节装置、31-冲头规中板、32-规中板轴、33-规中板轴承座、34-气缸连接座、35-规中板联动气缸、36-板轴锥齿轮、37-规中板轴套、38-规中板斗、41-刀具转动盘、42-转动盘定位单元、43-减速机、44-减速机固定板、45-转动盘主转动轴、46-主转动轴轴承座、411-齿轮盘、412-定位套、421-双轴连接件、422-光杆伸缩气缸、423-后固定板、424-直线轴承、425-定位光杆、61-对中筒、62-导向筒、63-变速箱、64-大带轮、65-传动皮带、66-传动电机、67-变速箱底座、68-出料滚轮、69-十字轴万向联轴器、711-分拣接竹底座、712-左右联动气缸、713-辅助滑台架、714-上下联动气缸、715-竹片收集槽、716-滑动导轨、717-导轨挡板、721-料夹导轨、722-料夹滑块、723-料夹联动气缸、724-齿轮轴、725-轴套、726-料夹。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-图10，本发明提供一种智能自动化破竹工艺，包括如下步骤：

S1：将长竹筒放在上料机构1的斜架上，用户开机后，PLC控制推盘电机使推盘回到初始位置，以防止推盘运作的过程中撞坏刀盘，同时送料机构6启动；

S2：按下原点回归按钮，刀盘回到初始位置后，PLC将控制伺服电机启动带动刀盘作圆周运动，当刀盘中的原点限位传感器触发时，PLC主控器逐渐停止发脉冲，刀盘逐渐减速至停止，停止点即为原点并传输到控制模块，PLC记录原点位置信号且设为一号刀具破竹；

S3：原点位置确定之后，验证较零无误，利用触摸屏或者点动控制程序调试设备；

S4：按下运行模式按钮，上料机构输送长竹筒进入直径测量区域，将长竹筒送到顶部，档杆接住长竹筒；当电感式接近开关检测到顶部有竹筒时上料机构1停止；

S5：上料机构1停止后，此时对直径进行测量，测量结束后控制刀盘电机，选取相应的刀盘；同时将竹筒送进冲槽且再送一根竹筒进行直径测量，同时夹持与对中机构3的夹持臂夹紧竹筒与已选的刀盘中心对中；

S6：待刀盘选好后，推盘电机打开；破竹机构5前进，待破竹机构5前进到一定位置后接触到中间限位接近开关，此时夹持与对中装置的夹持臂松开长竹筒，让推盘继续前进直至把竹筒冲到底，破完一根竹筒；

S7：破竹机构5掉头直至碰到中间限位接近开关时再送一根竹，同时再夹紧竹筒；

S8：破竹机构5继续后退碰到初始限位开关后，破竹机构5停止即完成一个周期，然后重复循环破竹。

在本实施方式中，所述最优同步控制系统包括5个工序同步控制、同时执行(T1-T5)。所述步骤T1：转移竹子到缓冲位、计算刀号与分拣位、A步骤同步进行(并不一定同时开始或同时结束，有一定的重合区)；所述步骤T2：落竹至冲槽、选刀同步进行；所述步骤T3：夹持装置松臂、压轮下压同步进行；所述步骤T4：夹持装置对中、压轮上升同步进行(并不一定同时开始或同时结束，有一定的重合区)；所述步骤T5：此处分拣时同步T1处的数据(为数据同步)。

请参阅图11至图15，本发明还提供一种智能自动化破竹其装置，包括上料机构1、测量直径机构2、夹持与对中机构3、刀盘定位机构4、破竹机构5、送料机构6和分拣机构7，所述上料机构1与所述测量直径机构2连接，所述测量直径机构2与所述上料机构1连接，所述测量直径机构2的底部与所述上料机构1的顶端平齐，所述夹持与对中机构3位于所述测量直径机构2的一侧，所述刀盘定位机构4与所述夹持与对中机构3连接，并位于夹持与对中机构3相邻所述测量直径机构2的一侧，所述破竹机构5与所述刀盘定位机构4连接，并位于所述刀盘定位机构4远离所述夹持与对中机构3的一侧，所述送料机构6与所述破竹机构5连接，并位于所述破竹机构5远离所述刀盘定位机构4的一侧，所述分拣机构7与所述送料机构6连接，并位于所述送料机构6远离所述破竹机构5的一侧；所述智能自动化破竹机构5还包括破竹控制系统，所述破竹控制系统通过PLC控制所述上料机构1、所述测量直径机构2、所述夹持与对中机构3、所述刀盘定位机构4、所述破竹机构5、所述送料机构6和所述分拣机构7。

上料机构1包括上料导架11、上料电机12、输送链13、传动轴14、传动齿轮15、上料架板16、传动轴承17、轴承座18，所述上料导架11是上料机构1的支撑装置。在上料电机12的带动下，输送链13通过传动轴14带动上料架板16将已经放入上料导架11的竹子输送到直径测量位置。

所述测量直径机构2包括导向装置21、横向外径测量装置22、内径测量装置23、纵向外径测量装置24和测量区区域调节装置25，所述横向外径测量装置22于所述导向装置21的一端，所述测量区区域调节装置25设置于所述导向装置21的另一端，所述内径测量装置23设置于所述导向装置21的上方，所述纵向外径测量装置24设置于所述导向装置21的上方

夹持与对中机构3包括冲头规中板31、规中板轴32、规中板轴承座33、气缸连接座34、规中板联动气缸35、板轴锥齿轮36、规中板轴套37、规中板斗38。所述规中板轴32连接冲头规中板31，在规中板联动气缸35的驱动下带动规中板斗38张开和合拢，实现竹子与刀具的对中。

所述刀盘定位机构4包括刀具转动盘41、转动盘定位装置42、减速机43、减速机固定板44、转动盘主转动轴45和主转动轴轴承座46，所述刀具转动盘41的一侧设置有所述转动盘定位装置42，所述刀具转动盘41的另一侧设置有所述减速机固定板44和所述主转动轴轴承座46，所述减速机固定板44的上方安装有所述减速机43，所述减速机43通过齿轮与所述刀具转动盘41传动，所述转动盘转动轴通过所述转动盘主转动轴45与所述主转动轴轴承座46连接；所述刀具转动盘41由齿轮盘411和定位套412组成，所述转动盘定位装置42与所述定位套412同心配合，实现所述齿轮盘411的急停；所述转动盘定位装置42包括双轴连接件421、光杆伸缩气缸422、后固定板612423、直线轴承424和定位光杆425，所述直线轴承424和所述光杆伸缩气缸422设置于所述后固定板612423的同一侧，所述光杆伸缩气缸422的输出端通过所述双轴连接件421与所述定位光杆425固定连接，所述定位光杆425与所述直线轴承424活动连接，所述定位光杆425在刀具作业时与所述刀具转动盘41上的定位套412同心配合

送料机构6包括对中筒61、导向筒62、变速箱63、大带轮64、传动皮带65、传动电机66、变速箱底座67、出料滚轮68、十字轴万向联轴器69、出料滚轮联动气缸610、出料口611、固定板612、出料滚轮轴座613。破竹完毕的竹子依次后经过中筒61和导向筒62到达出料滚轮69，中筒61保证竹子保持对中状态进入导向筒62；出料滚轮68在出料滚轮联动气缸610带动下将破开的竹子进行碾平，切割好的竹片可以从四轴齿滚轮的中间的槽输出。

所述分拣机构7包括竹片运输装置71、夹料装置72和集料箱73，所述夹料装置72设置于所述竹片运输装置71的上方，所述集料箱73设置于所述竹片运输装置71的一侧；所述竹片运输装置71包括分拣接竹底座711、左右联动气缸712、辅助滑台架713、上下联动气缸714、竹片收集槽715、滑动导轨716和导轨挡板717，多个所述左右联动气缸712间隔均匀设置于所述分拣接竹底座711的内部，所述辅助滑台架713分别与所述左右联动气缸712的输出端滑动连接，并位于所述分拣接竹底座711的上方，多个所述竹片收集槽715均设置于所述辅助滑台架713的上方，所述滑动导轨716设置于所述辅助滑台架713的内部，所述导轨挡板717设置于所述分拣接竹底座711的上方。

所述夹料装置72包括料夹726导轨721、料夹726滑块722、料夹726联动气缸723、齿轮轴724、轴套725和料夹726，所述料夹726滑块722设置于所述料夹726导轨721的上方，所述料夹726联动气缸723设置于所述料夹726滑块722的上方，所述齿轮轴724与所述料夹726联动气缸723的输出端活动连接，所述齿轮轴724通过轴套725与所述料夹726连接。

在本实施方式中，结合控制程序和传感器设计自动上料的链条传动装置来实现把形状不一样、长短弯曲程度不同、重量大小不一样的竹筒依次输送、持续间隔上料、保证竹筒上料的可靠性和稳定性，减少一个人力以及劳动强度；设计直径测量装置、AD转换装置，结合直径测量程序和上料机构1的机械动作协同配合下快速、稳定、精准地测量出竹筒直径的大小且控制系统根据此信息判别切换相应的刀盘。利用伺服电机控制技术设计了刀盘定位控制策略，结合伺服控制以及插补策略大大减小了减速器与伺服电机主轴以及减速器和大圆盘主轴之间的间隙所造成的不可避免的累积误差，实现刀盘的快速切换且精准定位；开发了夹持定位与对中技术。

对每一个工作过程利用PLC模拟仿真系统进行仿真，验证程序的正确性后，再对新型自动化破竹机投入生产试验，破竹过程是按照控制流程定时完成，快速稳定地实现竹筒自动上料、直径测量、夹持定位与对中、换刀且精准定位、自动破竹、自动送料、自动分拣。为了保证破竹效率和安全，同时融入最优控制策略，使各个加工过程的协同配合以实现整机最优的工作效率

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种智能自动化破竹机构，其特征在于，

包括上料机构、测量直径机构、夹持与对中机构、刀盘定位机构、破竹机构、送料机构和分拣机构，所述上料机构与所述测量直径机构连接，所述测量直径机构与所述上料机构连接，所述测量直径机构的底部与所述上料机构的顶端平齐，所述夹持与对中机构位于所述测量直径机构的一侧，所述刀盘定位机构与所述夹持与对中机构连接，并位于夹持与对中机构相邻所述测量直径机构的一侧，所述破竹机构与所述刀盘定位机构连接，并位于所述刀盘定位机构远离所述夹持与对中机构的一侧，所述送料机构与所述破竹机构连接，并位于所述破竹机构远离所述刀盘定位机构的一侧，所述分拣机构与所述送料机构连接，并位于所述送料机构远离所述破竹机构的一侧；

所述智能自动化破竹机构还包括破竹控制系统，所述破竹控制系统通过PLC控制所述上料机构、所述测量直径机构、所述夹持与对中机构、所述刀盘定位机构、所述破竹机构、所述送料机构和所述分拣机构；

上料机构包括上料导架、上料电机、输送链、传动轴、传动齿轮、上料架板、传动轴承、轴承座，所述上料导架是上料机构的支撑装置；在上料电机的带动下，输送链通过传动轴带动上料架板将已经放入上料导架的竹子输送到直径测量位置；

所述测量直径机构包括导向装置、横向外径测量装置、内径测量装置、纵向外径测量装置和测量区区域调节装置，所述横向外径测量装置于所述导向装置的一端，所述测量区区域调节装置设置于所述导向装置的另一端，所述内径测量装置设置于所述导向装置的上方，所述纵向外径测量装置设置于所述导向装置的上方；

夹持与对中机构包括冲头规中板、规中板轴、规中板轴承座、气缸连接座、规中板联动气缸、板轴锥齿轮、规中板轴套、规中板斗，所述规中板轴连接冲头规中板，在规中板联动气缸的驱动下带动规中板斗张开和合拢，实现竹子与刀具的对中；

所述刀盘定位机构包括刀具转动盘、转动盘定位装置、减速机、减速机固定板、转动盘主转动轴和主转动轴轴承座，所述刀具转动盘的一侧设置有所述转动盘定位装置，所述刀具转动盘的另一侧设置有所述减速机固定板和所述主转动轴轴承座，所述减速机固定板的上方安装有所述减速机，所述减速机通过齿轮与所述刀具转动盘传动，所述刀具转动盘通过所述转动盘主转动轴与所述主转动轴轴承座连接；所述刀具转动盘由齿轮盘和定位套组成，所述转动盘定位装置与所述定位套同心配合，实现所述齿轮盘的急停；所述转动盘定位装置包括双轴连接件、光杆伸缩气缸、后固定板、直线轴承和定位光杆，所述直线轴承和所述光杆伸缩气缸设置于所述后固定板的同一侧，所述光杆伸缩气缸的输出端通过所述双轴连接件与所述定位光杆固定连接，所述定位光杆与所述直线轴承活动连接，所述定位光杆在刀具作业时与所述刀具转动盘上的定位套同心配合；

送料机构包括对中筒、导向筒、变速箱、大带轮、传动皮带、传动电机、变速箱底座、出料滚轮、十字轴万向联轴器、出料滚轮联动气缸、出料口、固定板、出料滚轮轴座，破竹完毕的竹子依次后经过中筒和导向筒到达出料滚轮，中筒保证竹子保持对中状态进入导向筒；出料滚轮在出料滚轮联动气缸带动下将破开的竹子进行碾平，切割好的竹片可以从四轴齿滚轮的中间的槽输出；

所述分拣机构包括竹片运输装置、夹料装置和集料箱，所述夹料装置设置于所述竹片运输装置的上方，所述集料箱设置于所述竹片运输装置的一侧；所述竹片运输装置包括分拣接竹底座、左右联动气缸、辅助滑台架、上下联动气缸、竹片收集槽、滑动导轨和导轨挡板，多个所述左右联动气缸间隔均匀设置于所述分拣接竹底座的内部，所述辅助滑台架分别与所述左右联动气缸的输出端滑动连接，并位于所述分拣接竹底座的上方，多个所述竹片收集槽均设置于所述辅助滑台架的上方，所述滑动导轨设置于所述辅助滑台架的内部，所述导轨挡板设置于所述分拣接竹底座的上方；

所述夹料装置包括料夹导轨、料夹滑块、料夹联动气缸、齿轮轴、轴套和料夹，所述料夹滑块设置于所述料夹导轨的上方，所述料夹联动气缸设置于所述料夹滑块的上方，所述齿轮轴与所述料夹联动气缸的输出端活动连接，所述齿轮轴通过轴套与所述料夹连接；

破竹机构的破竹工艺包括如下步骤：

将长竹筒放置于上料机构，进行调试后完成上料；

具体的，结合控制程序和传感器设计上料的链条传动装置来实现把形状不一样、长短弯曲程度不同、重量大小不一样的竹筒依次输送、持续间隔上料；

对上料的长竹筒进行测量，并记录测量数据，同时根据测量数据选取刀盘；

待刀盘选好后，利用破竹机构进行破竹；

破完一根竹筒后，破竹机构掉头进行下一次破竹；

所述将长竹筒放置于上料机构，进行调试后完成上料的步骤包括：

将长竹筒放在上料机构的斜架上，用户开机后，PLC控制推盘电机使推盘回到初始位置，防止推盘运作的过程中撞坏刀盘，同时送料机构启动；

按下原点回归按钮，刀盘复位后，PLC将控制伺服电机启动带动刀盘作圆周运动，当刀盘中的原点限位传感器触发时，PLC主控器逐渐停止发脉冲，刀盘逐渐减速至停止，停止点即为原点并传输到控制模块，PLC记录原点位置信号且设为一号刀具破竹；

原点位置确定之后，验证校零无误，利用触摸屏或者点动控制程序调试设备；

按下运行模式按钮，上料机构输送长竹筒进入直径测量区域，将长竹筒送到顶部，档杆接住长竹筒；当电感式接近开关检测到顶部有竹筒时上料机构停止；

对上料的长竹筒进行测量，并记录测量数据，同时根据测量数据选取刀盘步骤中：

上料机构停止后进行直径测量，测量结束后控制刀盘电机，选取相应的刀盘；同时将竹筒送进冲槽且再送一根竹筒进行直径测量，同时夹持与对中机构的夹持臂夹紧竹筒与已选的刀盘中心对中；

在待刀盘选好后，利用破竹机构进行破竹的步骤中：

待刀盘选好后，推盘电机打开；破竹机构前进，待破竹机构前进到一定位置后接触到中间限位接近开关，此时夹持与对中装置的夹持臂松开长竹筒，让推盘继续前进直至把竹筒冲到底，破完一根竹筒；

所述破完一根竹筒后，破竹机构掉头进行下一次破竹的步骤中：

破竹机构掉头直至碰到中间限位接近开关时再送一根竹，同时再夹紧竹筒；

破竹机构继续后退碰到初始限位开关后，破竹机构停止即完成一个周期，然后重复循环破竹。