CN117381199A - 一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置及切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置及切割方法，包括工装夹具组件、测高组件、激光切割组件和底座；所述工装夹具组件包括气动夹头、中空转台、等高块、随动旋转轴以及支撑架，所述中空转台转动设置于支撑架上，所述气动夹头固定于中空转台上，所述等高块设置于随动旋转轴上；所述测高组件包括压板、伸缩气缸、测高板、激光测距仪、导轨气缸以及气缸安装板，所述压板固定于伸缩气缸的输出端，所述测高板固定于导轨气缸的输出端。该装置由于该切割工序对切后产品精度和对称度要求较高，而前端来料误差，该装置在工装设置激光测距仪，针对高度的差异性进行纠偏调整误差，从而提高了产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，具体为一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置及切割方法。
背景技术
不锈钢脚架是当前高端液晶显示器的主要配件之一，其制造工艺的每个环节均把控较为严苛，其中管材切角工序，两端切割对称度要求高，否则会影响电视机稳定性。
目前市场上有部分加工商采用砂轮切割装置，利用工装控制切割角度，这种切割方式粉尘较大，造成环境污染，危害工人健康，而且切割边缘存在毛刺，需要打磨倒角，因此费工费时；其他大部分加工商均采用线切割方式切角，该方式虽然精度高，切面平滑，但切割效率低（每根约6min），满足不了市场需求。上述两种方式均对切割前来料长度无法判定，废品率较高。
故而，提出了一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置及切割方法，通过采用双工位激光切割方式，将工件旋转加切割头直线移动的方式应用于该切角工艺，主要由于切割速度非常快（每根约4S），与接触式切割相比，几乎无需更换耗材，可连续工作。同时，由于激光切割时可利用计算机控制系统进行精确的测量和控制，因此，可以获得高质量的金属切缝，当工件被切断时，它会留下很细的切割面，可以切出非常细致的、光滑的表面，脚架被切割后无需打磨，省时省力。另外，该装置集测高、纠偏于一体，具有切割效率高，切割质量好，稳定性高等特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，包括工装夹具组件、测高组件、激光切割组件和底座；
所述工装夹具组件包括气动夹头、中空转台、等高块、随动旋转轴以及支撑架，所述中空转台转动设置于支撑架上，所述气动夹头固定于中空转台上，所述等高块设置于随动旋转轴上；
所述测高组件包括压板、伸缩气缸、测高板、激光测距仪、导轨气缸以及气缸安装板，所述压板固定于伸缩气缸的输出端，所述伸缩气缸固定于测高板上，所述激光测距仪和导轨气缸均固定于气缸安装板上，所述测高板固定于导轨气缸的输出端。
进一步，所述支撑架固定于底座上，所述随动旋转轴通过轴承转动设置于支撑架上。
进一步，所述等高块包括锥形头、平台以及调节孔，所述调节孔设于平台底部的中心，所述调节孔与随动旋转轴螺纹连接，所述锥形头设于平台的顶端。
进一步，所述气缸安装板固定于支撑架上。
进一步，所述激光切割组件包括Z轴模组、Y轴模组、激光切割头、X轴模组、安装底板以及纠偏模组。
进一步，所述激光切割头固定于纠偏模组的输出端上，所述纠偏模组固定于Y轴模组的输出端上，所述Y轴模组垂直安装于Z轴模组的输出端上，所述Z轴模组垂直安装于X轴模组的输出端上，所述X轴模组固定于安装底板上，所述安装底板固定于底座上。
一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置的切割方法，包括以下步骤：
1）每种型号长度工件在换型工装调试完毕后，用对应型号标准长度工件放入工装夹具组件中，将标准工件穿过气动夹头并放置于等高块上，气动夹头动作将标准工件夹紧；
2）通过测高组件标定标准工件的高度，具体的，伸缩气缸顶出，压板伸出，随后导轨气缸缩回，压板与工件上端部接触，此时标定激光测距仪的值为L1；
3）工作时，将切割工件放入工装夹具组件夹紧后，伸缩气缸和导轨气缸重复上述标定动作，此时读取激光测距仪的值L2，则工件误差值ΔL=L2-L1；
4）若ΔL＜0则报警显示来料异常，人工更换上料；
5）若ΔL≥0，Z轴模组移动至上起始点位，再利用纠偏模组带动激光切割头根据实际工件误差向上移动进行补偿移动，补偿移动距离为ΔL/2；
6）中空转台驱动工件转动一周，同时Z轴模组驱动激光切割头先向上移动然后向下移动，完成对工件上端切割；然后Z轴模组移动至下起始点位，纠偏模组保持不动，中空转台驱动工件转动一周的同时，Z轴模组驱动激光切割头先向上移动然后向下移动，完成对工件下端切割。
进一步，所述底座上有两个工装位，每个工装位均包括工装夹具组件和测高组件，当其中一个工装位的工件切割完成后，激光切割头移动至另一工装位处采用同样方式进行切割，在切割的同时，对空闲工位进行更换工件。
进一步，工件的两端为锥形部，步骤5）中，对补偿移动距离进行微调，微调后的补偿移动距离为，其中k为默认切割线斜率，/>，R1为标准工件锥形部的小头半径，R2为标准工件锥形部的大头半径，U为标准工件锥形部的长度。
与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：
该不锈钢电视脚架激光自动切割装置，该装置采用双工位激光切割方式，通过调整工装中等高块高度，可适配不同规格高度产品，较传统线切割方式相比，提高了切割质量和切割效率，节省了人力资源，降低了人工劳动成本；
由于该切割工序对切后产品精度和对称度要求较高，而前端来料误差，该装置在工装设置激光测距仪，针对高度的差异性进行纠偏调整误差，从而提高了产品良率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明工装夹具组件示意图；
图3为本发明等高块示意图；
图4为本发明测高组件示意图；
图5为本发明激光切割组件示意图；
图6为本发明结构纠偏原理图；
图7为纠偏微调示意图一；
图8为纠偏微调示意图二。
图中：1、工装夹具组件；1-1、气动夹头；1-2、中空转台；1-3、等高块；1-3-1、锥形头；1-3-2、平台；1-3-3、调节孔；1-4、随动旋转轴；1-5、支撑架；2、测高组件；2-1、压板；2-2、伸缩气缸；2-3、测高板；2-4、激光测距仪；2-5、导轨气缸；2-6、气缸安装板；3、激光切割组件；3-1、Z轴模组；3-2、Y轴模组；3-3、激光切割头；3-4、X轴模组；3-5、安装底板；3-6、纠偏模组；4、底座。
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。
请参阅图1-6，本实施例中的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，包括工装夹具组件1、测高组件2、激光切割组件3和底座4，其中，激光切割组件3和工装夹具组件1均安装在底座4上，测高组件2安装于工装夹具组件1上。
另外，工装夹具组件1设为两组，两组工装夹具组件1分别为工装A、工装B，激光切割组件3可依次对工装A和工装B上定位的工件进行切割加工，采用双工位的设置，有助于提高工件的加工效率。
工件通过工装夹具组件1进行定位，如图1-3所示，工装夹具组件1包括气动夹头1-1、中空转台1-2、等高块1-3、随动旋转轴1-4以及支撑架1-5。其中，支撑架1-5固定于底座4上，中空转台1-2转动设置于支撑架1-5上，中空转台1-2通过固定于支撑架1-5上的旋转驱动源进行驱动，气动夹头1-1固定于中空转台1-2上，等高块1-3设于随动旋转轴1-4上，随动旋转轴1-4通过轴承转动设置于支撑架1-5上，将工件穿过气动夹头1-1并放置于等高块1-3上，工件便可通过气动夹头1-1紧固并由中空转台1-2带动进行旋转，配合激光切割组件3实现端部斜角切割。
其中，等高块1-3包括锥形头1-3-1、平台1-3-2以及调节孔1-3-3，调节孔1-3-3设于平台1-3-2底部的中心，调节孔1-3-3与随动旋转轴1-4螺纹连接，拧动等高块1-3，可调节等高块1-3高度，便于产品换型，切割不同型号高度工件，同时锥形头1-3-1设于平台1-3-2的顶端，锥形头1-3-1的设置便于人工（机械手放料）初定位。
为了保证来料的精确性，测高组件2用于计算工件高度变化，便于后续激光切割组件3进行纠偏操作，保证工件的精准对称切割，如图1、图4所示，测高组件2包括压板2-1、伸缩气缸2-2、测高板2-3、激光测距仪2-4、导轨气缸2-5以及气缸安装板2-6。其中，压板2-1固定于伸缩气缸2-2的输出端，伸缩气缸2-2固定于测高板2-3上，激光测距仪2-4和导轨气缸2-5均固定于气缸安装板2-6上，测高板2-3则固定于导轨气缸2-5的输出端，气缸安装板2-6固定于支撑架1-5上，通过支撑架1-5对测高组件2稳固支撑。
其中，激光测距仪2-4用于测量测高板2-3的高度来计算工件高度变化，方便激光切割组件3进行纠偏操作，纠偏方法如图6所示。
至于激光切割组件3如何实现补偿移动，如图1、图5所示，激光切割组件3包括Z轴模组3-1、Y轴模组3-2、激光切割头3-3、X轴模组3-4、安装底板3-5以及纠偏模组3-6。其中，激光切割头3-3固定于纠偏模组3-6的输出端上，纠偏模组3-6固定于Y轴模组3-2的输出端上，Y轴模组3-2垂直安装于Z轴模组3-1的输出端上，Z轴模组3-1垂直安装于X轴模组3-4的输出端上，X轴模组3-4固定于安装底板3-5上，安装底板3-5固定于底座4上。在工作时，X轴模组3-4、Y轴模组3-2和Z轴模组3-1用于驱动焊接头移动至切割工件标定位置，纠偏模组3-6则用于激光切割头3-3根据实际工件误差进行补偿移动，从而保证工件的精准对称切割。
通过采用上述不锈钢电视脚架激光自动切割装置，实现了切割工件的精准对称切割，其具体切割方法如下：
1）每种型号长度工件在换型工装调试完毕后，用对应型号标准长度工件放入工装夹具组件（1）中，将标准工件穿过气动夹头（1-1）并放置于等高块（1-3）上，气动夹头（1-1）动作将标准工件夹紧；
2）通过测高组件（2）标定标准工件的高度，具体的，伸缩气缸（2-2）顶出，压板（2-1）伸出，随后导轨气缸（2-5）缩回，压板（2-1）与工件上端部接触，此时标定激光测距仪（2-4）的值为L1，并根据预设的切割角度确定Z轴模组默认的上下起始点位；
Z轴模组在上下两个起始点位下，此时激光切割对准工件位置如图6座部分所示。
3）工作时，将切割工件放入工装夹具组件（1）夹紧后，伸缩气缸（2-2）和导轨气缸（2-5）重复上述标定动作，此时读取激光测距仪（2-4）的值L2，则工件误差值ΔL=L2-L1；
4）若ΔL＜0则报警显示来料异常，人工更换上料；
5）若ΔL≥0，Z轴模组（3-1）移动至上起始点位，再利用纠偏模组（3-6）带动激光切割头（3-3）根据实际工件误差向上移动进行补偿，补偿移动距离为ΔL/2；
由于来料工件可能会有误差，激光切割头需要向上移动补偿移动距离，通过计算可知为ΔL/2。Z轴模组不动作，通过纠偏模组驱动激光切割头向上移动，此时激光切割头位置如图6右部分所示。
6）中空转台（1-2）驱动工件转动一周，同时Z轴模组驱动激光切割头先向上移动然后向下移动，完成对工件上端切割；然后Z轴模组移动至下起始点位，纠偏模组保持不动，中空转台（1-2）驱动工件转动一周的同时，Z轴模组驱动激光切割头先向下移动然后向上移动，完成对工件下端切割。通过此切割方式，可以保证来料有误差的工件切割后长度基本相同。
另外，为了进一步提高精度。由于不锈钢电视脚架在切割前，中间是圆管，两端是锥形部，锥形部是通过模具缩口操作得到。即便是工件长度有误差，锥形部末端直径是不变的，这是由模具决定，但是缩口操作时工件进料速度有偏差，会使得锥形部的锥度发生变化，进而出现成型后料长出现误差。如图7、8所示，R1为标准工件锥形部的小头半径，R2为标准工件锥形部的大头半径，U为标准工件锥形部的长度。在标准情况下，激光切割头在上下移动切割时的移动距离为D，如果工件长度出现误差，激光切割头的移动距离仍未D，那会使得切割平面的角度发生变化，会变更更平缓，使得后续制作不锈钢电视脚架成品时放置不稳。
作为一种优选方式，本发明实施例对对补偿移动距离进一步进行微调。如图6所示建立坐标系，由于切割面的角度是不变的，即默认切割线P1的斜率是固定的，此时，P1可表示为，当x=R2时，y=U，可知/>。
假设线P2为当前工件的锥形部表面直线，表示为，将（R1,0）以及（R2，U+ΔL/2）两点代入，可得到/>，/>。
求P1、P2的交点的y坐标，联合两条直线的方程，可得到交点的y坐标为，因此可得到微调量/>，化简后可得到/>，由于/>可通过ΔL计算出，因此计算出微调量。
最后微调后的补偿移动距离为，切割时，激光切割头的移动距离为D’=D+2q。通过此方式，可以保证切割面的斜率。
另外，由于底座（4）上有两个工装位，每个工装位均包括工装夹具组件（1）和测高组件（2），对第一个工装位的工件进行切割时，需通过X轴模组（3-4）、Y轴模组（3-2）和Z轴模组（3-1）先驱动焊接头从等待位移动至上起始位，再通过纠偏模组（3-6）进行补偿纠偏，纠偏完成后，便可利用激光切割头（3-3）依次对第一个工装位的工件上下两端进行切割，当其中一个工装位的工件切割完成后，激光切割头（3-3）移动至另一工装位处采用同样方式进行切割，在切割的同时，对空闲工位进行更换工件，待所有工位完成切割后，激光切割头3-3可重新移动至等待位。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于，包括工装夹具组件（1）、测高组件（2）、激光切割组件（3）和底座（4）；
所述工装夹具组件（1）包括气动夹头（1-1）、中空转台（1-2）、等高块（1-3）、随动旋转轴（1-4）以及支撑架（1-5），所述中空转台（1-2）转动设置于支撑架（1-5）上，所述气动夹头（1-1）固定于中空转台（1-2）上，所述等高块（1-3）设置于随动旋转轴（1-4）上；
所述测高组件（2）包括压板（2-1）、伸缩气缸（2-2）、测高板（2-3）、激光测距仪（2-4）、导轨气缸（2-5）以及气缸安装板（2-6），所述压板（2-1）固定于伸缩气缸（2-2）的输出端，所述伸缩气缸（2-2）固定于测高板（2-3）上，所述激光测距仪（2-4）和导轨气缸（2-5）均固定于气缸安装板（2-6）上，所述测高板（2-3）固定于导轨气缸（2-5）的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于：所述支撑架（1-5）固定于底座（4）上，所述随动旋转轴（1-4）通过轴承转动设置于支撑架（1-5）上。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于：所述等高块（1-3）包括锥形头（1-3-1）、平台（1-3-2）以及调节孔（1-3-3），所述调节孔（1-3-3）设于平台（1-3-2）底部的中心，所述调节孔（1-3-3）与随动旋转轴（1-4）螺纹连接，所述锥形头（1-3-1）设于平台（1-3-2）的顶端。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于：所述气缸安装板（2-6）固定于支撑架（1-5）上。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于：所述激光切割组件（3）包括Z轴模组（3-1）、Y轴模组（3-2）、激光切割头（3-3）、X轴模组（3-4）、安装底板（3-5）以及纠偏模组（3-6）。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置，其特征在于：所述激光切割头（3-3）固定于纠偏模组（3-6）的输出端上，所述纠偏模组（3-6）固定于Y轴模组（3-2）的输出端上，所述Y轴模组（3-2）垂直安装于Z轴模组（3-1）的输出端上，所述Z轴模组（3-1）垂直安装于X轴模组（3-4）的输出端上，所述X轴模组（3-4）固定于安装底板（3-5）上，所述安装底板（3-5）固定于底座（4）上。
7.一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置的切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）每种型号长度工件在换型工装调试完毕后，用对应型号标准长度工件放入工装夹具组件（1）中，将标准工件穿过气动夹头（1-1）并放置于等高块（1-3）上，气动夹头（1-1）动作将标准工件夹紧，所述工件即为不锈钢电视脚架；
2）通过测高组件（2）标定标准工件的高度，具体的，伸缩气缸（2-2）顶出，压板（2-1）伸出，随后导轨气缸（2-5）缩回，压板（2-1）与工件上端部接触，此时标定激光测距仪（2-4）的值为L1，并根据预设的切割角度确定Z轴模组默认的上下起始点位；
3）工作时，将切割工件放入工装夹具组件（1）夹紧后，伸缩气缸（2-2）和导轨气缸（2-5）重复上述标定动作，此时读取激光测距仪（2-4）的值L2，则工件误差值ΔL=L2-L1；
4）若ΔL＜0则报警显示来料异常，人工更换上料；
5）若ΔL≥0，Z轴模组（3-1）移动至上起始点位，再利用纠偏模组（3-6）带动激光切割头（3-3）根据实际工件误差向上移动进行补偿，补偿移动距离为ΔL/2；
6）中空转台（1-2）驱动工件转动一周，同时Z轴模组驱动激光切割头先向上移动然后向下移动，完成对工件上端切割；然后Z轴模组移动至下起始点位，纠偏模组保持不动，中空转台（1-2）驱动工件转动一周的同时，Z轴模组驱动激光切割头先向下移动然后向上移动，完成对工件下端切割。
8.根据权利要求7所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置的切割方法，其特征在于，所述底座（4）上有两个工装位，每个工装位均包括工装夹具组件（1）和测高组件（2），当其中一个工装位的工件切割完成后，激光切割头（3-3）移动至另一工装位处采用同样方式进行切割，在切割的同时，对空闲工位进行更换工件。
9.如权利要求7所述的一种不锈钢电视脚架激光自动切割装置的切割方法，其特征在于，工件的两端为锥形部，步骤5）中，对补偿移动距离进行微调，微调后的补偿移动距离为，其中k为默认切割线斜率，/>，R1为标准工件锥形部的小头半径，R2为标准工件锥形部的大头半径，U为标准工件锥形部的长度。
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