CN1948028A - 一种艺术瓷砖智能雕刻机 - Google Patents

Abstract

一种艺术瓷砖智能雕刻机，包括主机架，尤其是还包括：一刻刀总成，所述刻刀总成包括一第三马达、刻刀分部；所述刻刀分部包括第四马达、刻刀；所述第四马达联接驱动刻刀作弧形运动；所述第三马达联接刻刀分部，驱动刻刀分部在Z方向做往复运动；所述刻刀总成被承载于X－Y方向移动系统上；所述刻刀总成的下方是托盘工作卡位；系统内马达均连接电控系统，由电控系统控制驱动。刻刀直接或间接受至少一只马达的驱动，作出铲，挖，凿，刻的模仿手工雕刻的动作，可重复地大批量地加工出具有强烈立体感的书法、图画、图案的艺术瓷砖。

Description

一种艺术瓷砖智能雕刻机

技术领域  本发明涉及制作三维复制品的雕刻机械，特别涉及使用切槽滚刀或电动刻刀的制作三维复制品的雕刻机械。

背景技术  现有技术中，在瓷砖上加工图案有多种方式，比如采用在釉面上着彩后烧结的方法，该方法可以在瓷砖表面生成多种图案，但这些图案都是平面的，没有立体感。

为了增加艺术效果，中国发明专利申请第200410020430.2号，公开了名为“一种带细纹的陶瓷砖的制造方法”的技术方案，该方案包括在陶瓷瓷砖制造设备的送料部分中装上栅格，其中所述栅格中有多个想要的细纹形状的栅格板；将陶瓷瓷砖的面料粉料和/或细纹料通过所述送料部分供给压机，压机模具下模芯下降时，所述栅格将所述面料粉料分割形成细纹狭缝，所述细纹料填充这些细纹狭缝；通过压机压制成型，实现预先设定的细纹，制成具有预先设定细纹的陶瓷瓷砖。

可以看出，该方案虽然给瓷砖增加了模仿石纹的艺术效果，但还不是立体图案。

再如，第03139014.5号中国发明专利公开了名为“艺术瓷砖的加工方法”的技术方案，它含有如下步骤：原料筛选一研磨一压制成型一素烧一釉线工艺一釉烧一成型加工，其特征是：所述压制成型时是在带有阳文和/或阴文字体和/或图案的模具中采用三维多次加压法，即在多个方向，在尺差为正负40丝、且具有阳文和/或阴文文字和/或图案的模具中对料粉进行至少五次由轻到重逐渐加压再减压的方式进行压制成型。

可以看出，该方案并没有解决视觉反差小、艺术效果差的的问题。

再有，03126850.1号中国发明专利申请，公开了名为“一种自然凹凸面的陶瓷砖的生产方法”的技术方案，该方法包括以下下步骤：

a)、在干燥后的陶瓷砖生坯表面喷施适量的水；

b)、待水份渗入到坯体表面适当深度后，迅速对其表面进行高温炙烤，形成坯体表面剥离、崩裂；根据凹凸效果的要求，可进行一次或多次的施水和炙烤；

c)、将坯体表面脱落的坯泥清除；

d)、在陶瓷辊道窑内烧成，形成半成品砖；

e)、烧成后的半成品砖冷却后经浅抛光或亚抛光或不抛光，再经磨边、干燥、检选、包装，即得成品。

可以看出，该方案并不能刻出艺术图案，也没有解决视觉反差小、艺术效果差的问题。

为了加强瓷砖立体化图案效果，有一种方法如图25所示，是用手工刻刀在瓷砖生坯上雕刻，其图案可以是图画、书法，而且可以由多块瓷砖拼成大型艺术作品。图中展示的是刻于北魏永丰二年的《石门铭》，在本图中由第一瓷砖1、第二瓷砖2、第三瓷砖3、第四瓷砖4拼成，其书法笔画10是手工在生坯上刻出，然后再置入窑炉烧结的。其在雕刻过程中留下的刀痕增加了作品的艺术效果，使得该艺术瓷砖独具中国传统文化的特色，立体感强。但是，不足的是该艺术瓷砖不能机械化生产，产品一致性差，而且现有的与雕刻陶瓷有关的机械都不能满足要求。例如：

第02819438.1号中国发明专利申请，公开了一种名为“用于高温烧制的瓷砖的表面加工机”的技术方案，该方案包括：一个支承结构以及至少一对旋转辊的切削深度的结构，所述辊包括多个形成有金刚石作为尖端的切削齿盘件，以及一表面加工工位，该表面加工工位包括多个垂直轴磨削轮，所述诸轮具有耐磨金刚石作为尖端的工具，其特征在于，所述盘件在一组装有辊子的盘件中具有相同的工作直径，所述齿的切削边缘具有非常接近的相同周长，并且由适当的耐磨材料制成，以使一组装有辊子的盘件中的切削边缘均匀磨损；所述辊承载在一共用支承结构上，所述结构可调节高度，用于设定瓷砖中的工具切削深度。

通过分析可以看出，该方案只是在瓷砖表面刻出一条一条的槽来，并不能刻出艺术图案。

再如，中国实用新型专利第ZL 200420026281.X号，公开的“一种自动快速换刀电脑雕刻机”的技术方案，由三维电脑雕刻机本体，工作台面、刀座、雕刻头、气动夹头、固定套等组成。由计算机控制可以使雕刻头进行横向和纵向的移动，雕刻头通过气动夹头夹持刀具作旋转运动，刀座用于放置多个刀具。执行预设程序后，雕刻头气动夹头可以从刀座中更换所需的刀具。

通过分析可以看出，该方案强调的是自动快速换刀，通过分析还可以看出该方案中的刀具都是绕一个竖直的轴旋转，这种雕刻机没有横向刀刻、斜向铲刻的功能，不能模仿手工雕刻的加工原理，也不能满足要求。

发明内容  本发明的目的是为了解决现有技术的不足之处而提出一种艺术瓷砖智能雕刻机，本艺术瓷砖智能雕刻机设有电控系统，电控系统中设有中心控制单元，中心控制单元中设有存储器，存储器中存有控制软件和图案数据。

本艺术瓷砖智能雕刻机还设有刻刀总成，刻刀总成被承载于X-Y方向移动系统上，刻刀总成上设置有电动刻刀，本发明根据所要刻蚀的瓷砖材质决定电动刻刀的选用，如果要刻蚀没有烧结的生坯则选用类似手工刻刀的有刃刀具，如果要刻蚀已烧结的瓷砖则选用类似磨具的高硬度刀具。

刻刀总成受中心控制单元根据控制软件和所调用图案数据的控制，在托盘工作卡位的范围内移动，所说的托盘工作卡位也就是承载瓷砖坯料或瓷砖的所在；刻刀总成不但能在X-Y方向上精确移动，也能在垂直于X-Y方向上的Z方向上来回精确移动。这样，电动刻刀或是切入瓷砖坯料或瓷砖进行刻蚀，或是离开瓷砖坯料或瓷砖，或是进行深刻蚀，或是进行浅刻蚀。

同时，刻刀总成也可以在X-Y方向上精确自身转动，从而带动电动刻刀作多种复杂的刻蚀动作，最大程度地模拟手工刻蚀的刀法。

同时，电动刻刀也受中心控制单元的精确控制，或使刀具保持对瓷砖坯料或瓷砖一定的夹角，用铲的方法进行刻蚀；或是使刀具旋转，用滚刀的方法进行刻蚀；或是在刻蚀过程中，更换不同形状的刀具，从而留下不同的刀痕，以体现不同的艺术效果。

本发明通过采用以下的技术方案来实现：

设计制造一种艺术瓷砖智能雕刻机，包括主机架，尤其是，所述智能雕刻机还包括：

一刻刀总成，所述刻刀总成包括

一第三马达、刻刀分部；所述刻刀分部包括第四马达、刻刀驱动装置、刻刀；所述第四马达或直接联接驱动刻刀作弧形运动，或联接驱动刻刀驱动装置，再由刻刀驱动装置联接驱动刻刀作弧形运动。

所述第三马达联接刻刀分部，驱动刻刀分部在Z方向做往复运动；

所述刻刀总成被承载于X-Y方向移动系统上。

所述刻刀总成的X-Y方向移动范围下方是托盘工作卡位。

所述第三马达、第四马达均连接电控系统，由电控系统控制驱动。

如上所述的X-Y方向移动系统有多种实施方案，第一种方案：

X-Y方向移动系统包括一Y方向滑臂、第一马达、Y方向导轨、Y方向滑动传动部；所述Y方向导轨连接主机架；所述Y方向滑臂由第一马达经Y方向滑动传动部驱动，沿Y方向导轨在Y方向往复运动。

所述Y方向滑臂承载包括一第二马达、X方向滑块、X方向导轨、X方向滑动传动部；所述X方向滑块由第二马达经X方向滑动传动部驱动，沿X方向导轨在X方向往复运动。

所述第一马达、第二马达均连接电控系统，由电控系统控制驱动。

所述X方向滑块承载包括刻刀总成。

所述X-Y方向移动系统第二种实施方案：

所述X-Y方向移动系统包括一X-Y方向移动臂、第一马达。

所述第一马达驱动X-Y方向移动臂沿X-Y方向形成的平面移动，所述X-Y方向移动臂承载包括

第二马达、臂向滑块、臂向导轨、臂向滑动传动部；所述臂向滑块由第二马达经臂向滑动传动部驱动，沿臂向导轨往复运动。

所述第一马达、第二马达均连接电控系统，由电控系统控制驱动。

所述臂向滑块承载包括刻刀总成。

所述X-Y方向移动系统第三种实施方案：

第三种实施方案由第一种实施方案演变而来，所述Y方向滑臂承载包括一Y方向滑臂副板，然后在所述Y方向滑臂副板上承载包括一第二马达、X方向滑块、X方向导轨、X方向滑动传动部；所述X方向滑块由第二马达经X方向滑动传动部驱动，沿X方向导轨在X方向往复运动，所述第二马达连接电控系统，由电控系统控制驱动。

上述方案中：

所述刻刀分部联接第五马达，由第五马达驱动作X-Y方向的自身转动，所述第五马达连接电控系统，由电控系统控制驱动。

上述方案中：

所述Y方向导轨或X方向导轨或臂向导轨的截面包括：圆形，菱形，方形或多边形；

所述Y方向滑动传动部或X方向滑动传动部或臂向滑动传动部包括传动带、或链条、或齿轮齿条。

上述方案中：

所述托盘工作卡位的边缘有定位卡块，所述托盘工作卡位被定位卡块限位，定位卡块与主机架相连；所述托盘工作卡位容纳承坯托盘，并由定位卡块为承坯托盘定位，所述承坯托盘承载生砖坯或刻成坯。

如何将承坯托盘置入托盘工作卡位有许多种方案，最简单的作法就是人工置入和取出。

为了实现大规模工业化生产，本发明列举两种承坯托盘置入托盘工作卡位的实施方案，第一方案：

所述一只以上的承坯托盘与托盘传送装置连接，由托盘传送装置逐只将各承坯托盘导入托盘工作卡位，或由托盘工作卡位导出。

第二方案：

所述承坯托盘包括左托盘和右托盘，所述左托盘和右托盘在托盘工作卡位位置闭合。

在第二方案的基础上，左托盘和右托盘的中间还可以插入一中间托盘。

上述方案中：

所述电控系统包括中心控制单元、马达驱动电源、马达驱动控制单元、传感器组、通信接口、指令输入装置和显示器；

所述中心控制单元包括存储图像数据和操作程序的存储器、运算处理器、I/O接口组。

所述I/O接口组连接通信接口、指令输入装置、显示器和数据链路。

所述数据链路连接马达驱动控制单元、传感器组、声光报警单元、电磁阀组；

所述运算处理器运行操作程序，接受指令输入装置的指令，从存储器中调出图像数据，并由I/O接口组输入传感器组所连接的传感器信号，将传感器信号、图像数据进行运算处理，驱动I/O接口组连接的马达驱动控制单元或电磁阀组工作。

所述传感器组包括承坯托盘位置传感器、滑臂位置传感器、滑块位置传感器、刻刀分部Z方向位置传感器、刻刀分部X-Y方向位置传感器、定位卡块位置传感器、刻刀位置传感器或瓷砖位置传感器。

所述运算处理器将传感器信号、图像数据进行运算处理，判断出现故障，驱动声光报警单元报警，停止马达驱动控制单元或电磁阀组的工作，并在显示器上显示故障内容。

与现有技术作比较，本发明的刻刀总成被承载于X-Y方向移动系统，该X-Y方向移动系统下方是托盘工作卡位，该托盘工作卡位容置承坯托盘，承坯托盘用来承载生砖坯或刻成坯。刻刀总成由X-Y方向移动系统中的第一马达、第二马达驱动，在托盘工作卡位范围内精确移动，同时刻刀总成中的电动刻刀直接或间接受第三马达、第四马达和第五马达驱动，作出铲，挖，凿，刻的模仿手工雕刻的动作，配以不同形状刀刃的刀具，从而实现由艺术瓷砖这一载体，体现具有强烈立体感的书法、图画、图案的艺术效果。尤其是本发明在电控系统中可以存储大量图案数据，使得一幅艺术作品可以大批量重复制做。本发明自动化程度高，废品率低，有利于艺术瓷砖的高效率工业化生产。

附图说明  图1是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第三实施方案的示意图；

图2是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第三实施方案配合承坯托盘置入托盘工作卡位第一方案的示意图；

图3是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第一实施方案之一的示意图；

图4是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第一实施方案之二的示意图；

图5是本发明艺术瓷砖智能雕刻机刻刀总成的实施方案之一的示意图；

图6A是本发明艺术瓷砖智能雕刻机刻刀分部的实施方案之一的示意图；

图6B是本发明艺术瓷砖智能雕刻机刻刀分部的实施方案之二的示意图；

图6C是本发明艺术瓷砖智能雕刻机刻刀分部的实施方案之三的示意图；

图7是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第二实施方案配合承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案的示意图；

图8是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第二实施方案配合承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案，并在其中增加收屑斗的示意图；

图9是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中3顶柱张合式托盘在合拢状态时的示意图；

图10是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中3顶柱张合式托盘在张开状态时的示意图；

图11是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中4顶柱张合式托盘在合拢状态时的示意图；

图12是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中4顶柱张合式托盘在张开状态时的示意图；

图13是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第三实施方案的示意图；

图14是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第一实施方案之一的示意图；

图15是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第一实施方案之二的示意图；

图16是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的X-Y方向移动系统第一实施方案之三的示意图；

图17是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中顶柱驱动装置、砖坯输送装置与托盘工作卡位相对位置的示意图；

图18是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中顶柱驱动装置将砖坯送入托盘工作卡位时的示意图；

图19是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的承坯托盘置入托盘工作卡位第二方案中砖坯被刻蚀完成后，顶柱驱动装置将砖坯由托盘工作卡位落回到输送装置上的示意图；

图20是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的电控系统原理方框示意图；

图21是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的电控系统中中心控制单元的原理方框示意图；

图22是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的电控系统中I/O接口组的原理方框示意图；

图23是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的电控系统中马达驱动器实施例之一的电原理图；

图24是本发明艺术瓷砖智能雕刻机的电控系统中马达接线图；

图25是现有技术中用手工雕刻的艺术瓷砖的示意图。

具体实施方式  下面结合附图所示的各实施例对本发明作进一步详尽的描述。

参照图1～图6，设计制造一种艺术瓷砖智能雕刻机，包括主机架10，尤其是，所述智能雕刻机还包括：

一刻刀总成70，所述刻刀总成70包括

一第三马达71、刻刀分部80；所述刻刀分部80包括

第四马达81、刻刀驱动装置82、刻刀83；

如图6A、图6B、图6C所示，所述第四马达81或直接联接驱动刻刀83作弧形运动，或联接驱动刻刀驱动装置82，再由刻刀驱动装置82联接驱动刻刀83作弧形运动；第四马达81可以竖直设置，也可以横向设置。

所述第三马达71联接刻刀分部80，驱动刻刀分部80在Z方向做往复运动；

所述刻刀总成70被承载于X-Y方向移动系统40上；

所述刻刀总成70的X-Y方向移动范围下方是托盘工作卡位18；

所述第三马达71、第四马达81均连接电控系统200，由电控系统200控制驱动。

如上所述的X-Y方向移动系统有多种实施方案，现例举X-Y方向移动系统的第一种方案：

如图14～16所示，所述X-Y方向移动系统40包括一Y方向滑臂52、第一马达51、Y方向导轨53、Y方向滑动传动部54；所述Y方向导轨53连接主机架10；所述Y方向滑臂52由第一马达51经Y方向滑动传动部54驱动，沿Y方向导轨53在Y方向往复运动。

所述第一马达51在本实施例中被固定在主机架10上，Y方向导轨53也固定于主机架10之上，并从Y方向滑臂52中穿过，Y方向滑动传动部54可以采用传动带、或链条、或齿轮齿条，并与Y方向滑臂52连接，这样第一马达51的运转带动Y方向滑臂52在Y方向来回滑动。第一马达51可以采用步进电机或伺服电机，有很高的控制精度，从而使Y方向滑臂52的移动也十分精确。

所述Y方向滑臂52承载包括

第二马达61、X方向滑块62、X方向导轨63、X方向滑动传动部64；所述X方向滑块62由第二马达61经X方向滑动传动部64驱动，沿X方向导轨63在X方向往复运动；

所述第一马达51、第二马达61均连接电控系统200，由电控系统200控制驱动。

所述X方向滑块62承载包括刻刀总成70。

图14所示的是刻刀总成70在两导轨外侧的形式，图15所示的是刻刀总成70在两导轨中间的形式，图16所示的是滑动传动部64采用齿轮齿条，导轨采用菱形导轨的形式。

X-Y方向移动系统的第二种实施方案：

如图3、图4所示，所述X-Y方向移动系统40包括一X-Y方向移动臂42、第一马达51。

所述第一马达51驱动X-Y方向移动臂42沿X-Y方向移动，所述X-Y方向移动臂42承载包括

第二马达61、臂向滑块43、臂向导轨44、臂向滑动传动部45；所述臂向滑块43由第二马达61经臂向滑动传动部45驱动，沿臂向导轨44往复运动；

所述第一马达51、第二马达61均连接电控系统200，由电控系统200控制驱动；

所述臂向滑块43承载包括刻刀总成70。

图3所示的是X-Y方向移动系统的第二种实施方案之一，第一马达51的电机轴511就是X-Y方向移动臂42的驱动轴，在X-Y方向移动臂42的另一端，一个支撑轮482在支撑轮导轨或导槽481上滚动，以保持X-Y方向移动臂42的稳定。

所述第一马达51在本方案之一中被固定在主机架10上，若第一马达51选用步进电机或伺服电机，就可以保证X-Y方向移动臂42每次可以精确移动一个很小的角度，同时，第二马达61也选用步进电机或伺服电机，臂向滑块43也可以在X-Y方向移动臂42上精确定位，这样，刻刀总成70在电控系统200控制程序的驱动下，就可以扫过托盘工作卡位18X-Y二维平面上任意一点坐标。具体的坐标点数据由中心控制单元220根据第一马达51所转过的角度和刻刀总成70此刻在X-Y方向移动臂42上位置来算出。

图4所示的是X-Y方向移动系统的第二种实施方案之二，第一马达51被设置在X-Y方向移动臂42的端部，X-Y方向移动臂42绕支撑轴49转动。支撑轴49被连接在主机架10上。第一马达51的电机轴连接驱动轮46，驱动轮46与连接在主机架10上的驱动齿条47配合，若第一马达51选用步进电机或伺服电机，就可以保证X-Y方向移动臂42每次可以精确移动一个很小的角度，同时，第二马达61也选用步进电机或伺服电机，臂向滑块43也可以在X-Y方向移动臂42上精确定位，这样，刻刀总成70在电控系统200控制程序的驱动下，就可以扫过托盘工作卡位18X-Y二维平面上任意一点坐标。具体的坐标点数据由中心控制单元220根据第一马达51所转过的角度和刻刀总成70此刻在X-Y方向移动臂42上位置来算出。

此方案之二驱动力矩更大，控制更加精确。

X-Y方向移动系统的第三种实施方案：

第三种实施方案是第一种实施方案的改进版。

如图1、图13所示，所述Y方向滑臂52承载包括一Y方向滑臂副板521。然后再由所述Y方向滑臂副板521承载包括一第二马达61、X方向滑块62、X方向导轨63、X方向滑动传动部64；所述X方向滑块62由第二马达61经X方向滑动传动部64驱动，沿X方向导轨63在X方向往复运动，所述第二马达61连接电控系统200，由电控系统200控制驱动。

X-Y方向移动系统的实施方案还有许多，在此不再一一例举。

以上各种方法中：

如图5所示，刻刀总成70有总成壳体701，总成壳体701不限于图5所示的形态，也可以是将刻刀分部80全部或部分包裹在其内的形式。

刻刀总成70通过总成壳体701与X方向滑块62或臂向滑块43连接。总成壳体701还至少连接安装第三马达71、第五马达91。第三马达71负责刻刀分部80在Z方向的运动，图5是第三马达71的一种设置实施方式，当然还可以有其他的形式；第三马达齿轮79与刻刀分部X-Y方向齿环89配合，第三马达齿轮79转动，咬合刻刀分部X-Y方向齿环89使刻刀分部80上下移动。

第五马达91负责刻刀分部80在X-Y方向的自身转动，图5是第五马达91的一种设置实施方式，当然还可以有其他的形式；第五马达齿轮98与刻刀分部Z方向齿条88配合，第五马达齿轮98转动，咬合刻刀分部Z方向齿条88使刻刀分部80自身转动，从而带动如图6A所示的刻刀83在X-Y方向绕刻刀分部80的竖轴移动。

刻刀分部80不限于图5所示的形态。

所述第五马达91连接电控系统200，由电控系统200控制驱动。

以上各种方法中：

所述Y方向导轨53或X方向导轨63或臂向导轨44的截面包括：圆形、菱形，方形或多边形。

所述Y方向滑动传动部54或X方向滑动传动部64或臂向滑动传动部45包括传动带、或链条、或齿轮齿条。

以上各种方法中：

所述托盘工作卡位18的边缘有定位卡块181，所述托盘工作卡位18被定位卡块181限位，定位卡块181与主机架10相连；所述托盘工作卡位18容纳承坯托盘20，并由定位卡块181为承坯托盘20定位，所述承坯托盘20承载生砖坯1或刻成坯2。

以上各种方法中：

如图2所示，承坯托盘20置入托盘工作卡位18的第一方案，所述一只以上的承坯托盘20与托盘传送装置300连接，由托盘传送装置300逐只将各承坯托盘20导入托盘工作卡位18，或由托盘工作卡位18导出；此处的托盘传送装置300类似于飞机场旅客行李提取的徊转运输机，托盘传送装置300由图20所示的第六马达301驱动，如图22所示的承坯托盘位置传感器2501通过传感器组250将临近托盘工作卡位18的承坯托盘20的位置信息传输到中心控制单元220，中心控制单元220进一步控制第六马达301，驱动托盘传送装置300准确将承坯托盘20定位在托盘工作卡位18之中。

或者，如图7～图12所示，承坯托盘置入托盘工作卡位的第二方案中，所述承坯托盘20包括左托盘201和右托盘202。所述左托盘201和右托盘202各有一个经延长臂2011、延长臂2021延伸出去的左托盘轴套2012和右托盘轴套2022，与左托盘轴套2012和右托盘轴套2022配合的是左托盘轴1031和右托盘轴1032，与主机架10连接。当然也可以将与托盘的连接作成轴的形式，将与主机架10的连接作成轴套形式。

左托盘201和右托盘202分别绕左托盘轴1031和右托盘轴1032转动。一个左右托盘驱动装置用来驱动其张开或是闭合。驱动源可以是电动马达，也可以是气动/液压设备，受中心控制单元220控制。

如图9所示在左托盘201和右托盘202在托盘工作卡位18位置闭合后，其结合部留有三个顶柱孔位，这三个顶柱孔位用来容纳顶柱31，这三个顶柱孔位是由左托盘轴1031和右托盘轴1032上孔位凹槽207构成的。顶柱孔位的直径略大于顶柱31的直径，使得顶柱31可以从顶柱孔位中顺利地伸进或退出。

如图10所示，左托盘201和右托盘202在张开的过程当中，托盘的任一部位都不会与顶柱31发生接触，也就不会将顶柱31碰撞变形，这样顶柱31在反复使用过程中能保证自己可以顺畅地从顶柱孔位中伸缩。

如图9、图10所示，定位卡块181在左托盘201和右托盘202闭合时，卡在左托盘卡槽205和右托盘卡槽206处，使得左托盘201和右托盘202位置准确，同时，定位卡块181连接卡块支撑182，卡块支撑182又承载了左托盘201和右托盘202的左托盘凸缘2017和右托盘凸缘2027，使左托盘201和右托盘202的支撑点增加到两个，这样在刻蚀过程中，承坯托盘20虽然要承受来自刻刀总成70的压力，但其会始终保持平整稳定。

如图11、图12所示，在左托盘201和右托盘202在托盘工作卡位18位置闭合后，其结合部留有四个顶柱孔位，当然，顶柱孔位的数量不限于此。设计多少个顶柱孔位是以在左托盘201和右托盘202在张开、闭合时，托盘不能与顶柱相接触为准则的。

如图10、图17～图19所示，左托盘201和右托盘202的下方是包括瓷砖输送装置支架32、滚轮轴38、滚轮33、牵引部35、牵引块36构成的瓷砖输送装置，该装置还包括图中未示出的第六马达301以及瓷砖位置传感器2508。

所述瓷砖输送装置的下方是顶柱驱动装置30，该装置的驱动源可以是电动马达，也可以是气动/液压设备，同样受中心控制单元220控制。在瓷砖输送装置运行时，顶柱31的顶柱顶端311是要降到多个滚轮33所形成的承载面之下的。

以图17为例，三个顶柱31的顶柱顶端311形成一个承载平面，假设三个顶柱31缩回到滚轮33所形成的承载面之下，瓷砖输送装置运行，一块瓷砖生坯1被输送到三个顶柱31之上，瓷砖位置传感器2508检测瓷砖生坯1的位置，中心控制单元220控制第六马达301传动牵引部35，牵引部35带动牵引块36使瓷砖生坯1精确定位，然后瓷砖输送装置停车，此时如图10和图18所示，启动左右托盘驱动装置，使左托盘201和右托盘202张开；然后此时启动顶柱驱动装置30，三个顶柱31将瓷砖生坯1向上顶，穿过左托盘201和右托盘202张开后留出的空间，在高于左托盘201和右托盘202的平面处停住，此时，再运行左右托盘驱动装置将左托盘201和右托盘202闭合。三个顶柱31回缩，使瓷砖生坯1落在左托盘201和右托盘202形成的整体托盘上，托盘上可以有进一步的卡紧部件或限位部件，将瓷砖生坯1固定。

接下来，中心控制单元220进行初始化设置、调入所要刻蚀图案的数据，然后根据每一刻痕所确定的刻刀动作决定第一马达51、第二马达61、第三马达71、第四马达81和第五马达91都如何运转。必要时在X-Y方向移动系统40的下方设置一组刃口形状不同的刻刀83，每一刃口形状的刻刀都有自己的编号和固定的刻刀卡位。在刻蚀过程中，需要更换刻刀时，中心控制单元220调用刻刀数据，驱动第一马达51、第二马达61、第三马达71、第四马达81和第五马达91使现在正在使用的刻刀对准自己的卡位并归位，然后取回要使用的刻刀继续进行刻蚀。

这块瓷砖生坯1图案刻蚀完成后，成为已刻瓷砖2，中心控制单元220控制第一马达51、第二马达61、第三马达71、第四马达81和第五马达91都回到初始位置；然后三个顶柱31从顶柱孔位中向上顶，将已刻瓷砖2顶离左托盘201和右托盘202；之后，中心控制单元220控制左右托盘驱动装置将左托盘201和右托盘202张开；接下来，中心控制单元220控制顶柱驱动装置30，使三个顶柱31下降，如图19所示，一直降到顶柱顶端311低于滚轮33所形成的承载面之下，此时已刻瓷砖2落入牵引块36构成的输送空间，接下来中心控制单元220驱动第六马达301向前运转，已刻瓷砖2被带出三个顶柱31之上的位置，下一块瓷砖生坯1又被送入三个顶柱31之上的位置：一个新的刻蚀过程将又重新开始。

被刻好的已刻瓷砖2不断从瓷砖输送装置上卸下，瓷砖生坯1不断送上瓷砖输送装置。

如图8所示，为了收集刻蚀过程中产生的碎屑，本发明可以与卡块支撑182连接或与主机架10连接一收屑斗19，将碎屑收集其中。

为了利于碎屑顺利落入收屑斗19，一种实施方案如图7、图8所示，主机架10之下设置副机架108，主机架10与副机架108之间由铰链15连接，然后再设置一图中未示出的机架倾斜驱动装置，受中心控制单元220控制，在系统开始刻蚀时，机架倾斜驱动装置使主机架10绕铰链15转动倾斜，碎屑自然落入收屑斗19之中。

如图20所示，所述电控系统200包括中心控制单元220、马达驱动电源210、马达驱动控制单元203、205～209、传感器组250、通信接口270、指令输入装置231和显示器230。

还包括声光报警单元240和电磁阀组260，如果机架倾斜驱动装置、左右托盘驱动装置和顶柱驱动装置30采用气动/液压设备，那么这几部分的控制经由电磁阀组260连接中心控制单元220。

电磁阀组260连接了所有要控制的气动/液压设备。

通信接口270负责与外部数据600的通信，例如将新的瓷砖图案数据接收进来，存入存储器2201，存储器2201可以是计算机硬盘或半导体盘。

如图21所示，所述中心控制单元220包括存储图像数据和操作程序的存储器2201、运算处理器2202、I/O接口组2203。

中心控制单元220可以采用工控微机或普通微机。在整个控制系统中，一种控制方式是将中心控制单元220、通信接口270、指令输入装置231和显示器230作为上位机，将其他所有监控对象作为下位机。

在上位机与下位机之间的信号传递，有许多种方式可选，实施例之一可以选用CAN(CONTROLLER AREA NETWORK)控制器局域网总线方式，图中所示的数据链路280负责传递数据、指令。

如图22所示，所述传感器组250包括承坯托盘位置传感器2501、滑臂位置传感器2502、滑块位置传感器2503、刻刀分部Z方向位置传感器2504、刻刀分部X-Y方向位置传感器2505、定位卡块位置传感器2506、刻刀位置传感器2507。由于实施方案的差异，所述传感器组250还可以包括瓷砖位置传感器2508、顶柱位置传感器2509。在实施有收屑斗19的方案时，还包括机架位置传感器2510。

上述传感器可以单独作为一个CAN总线拓扑结构中的下位智能节点，也可以一个以上的传感器组合成一个CAN总线拓扑结构中的下位智能节点，由于在CAN总线拓扑结构中，下位智能节点可以多达110个，因此在本发明的应用中容量已经足够。

图21所示实施例中，数据链路280遵循CAN总线协议，中心控制单元220作为上位机通过CAN总线接口适配卡，与CAN总线相连并进行数据交换。马达驱动控制单元203、205～209、传感器组250、电磁阀组260、声光报警单元240皆配有CAN总线接口与CAN总线相连，或是将传感器监视信号传回上位机，或是接受上位机的指令驱动各个马达或气动/液压设备运行。

工作中：

所述运算处理器2202运行操作程序，接受指令输入装置231的指令，从存储器2201中调出图像数据，并由I/O接口组2203输入传感器组250所连接的传感器信号，将传感器信号、图像数据进行运算处理，驱动I/O接口组2203通过数据链路280连接的马达驱动控制单元203、205～209或气动/液压设备工作。

所述运算处理器2202将传感器信号、图像数据进行运算处理，判断如果出现故障，驱动声光报警单元240报警，停止马达驱动控制单元203、205～209或气动/液压设备的工作，并在显示器230上显示故障内容。

图23所示的是马达驱动控制单元203、205～209一种采用步进电机实施方案的电原理图：单片机IC1采用89系列的STC89C53型号，其既负责CAN总线的通信，又是马达的驱动器。其P1.1～P1.4接口分别输出A+、A-、B+、B-控制信号，这些信号输入到图24所示的与图23配合的功率驱动晶体管G1～G4的栅极，当单片机IC1的P1.1～P1.4接口按照一种顺序轮流输出高电平时，马达M就朝着一个方向转动，转换A+、A-、B+、B-控制信号的输出顺序，马达M就朝着反方向转动。改变输出信号的频率，就改变马达M的转速。

本发明上位机与下位机之间的信号传递，不限于CAN总线形式，还有PROFIBUS现场总线、FF(FUNDATION FIELD BUS)基金会现场总线、LONWORKS现场总线、WORLDFIP现场总线、P-NET现场总线、INTERBUS现场总线、CC-LINK(CONTROL&COMMUNNICATIONLINK)控制与通信链路现场总线等形式可以选择。由于现场总线的形式繁多，多达上百种，故在此不再一一例举，不管采用何种总线形式进行控制，监控对象和上位机的设置都应视为落入本发明举出的范围，控制过程的内容也应视为落入本发明所公开的技术方案。

如图23所示，在CAN总线的实施例中，控制器IC2选用型号为SJA1000，CAN总线收发器IC6选用型号为82C250，IC6的第6脚和第7脚与CAN总线连接，一个接CANL，另一个接CANH。

IC6与IC3之间由光电耦合器IC4、IC5进行隔离，光电耦合器IC4、IC5采用高速光耦6N137。

由于CAN总线是一种短报文传输，单片机IC1又工作在很高的频率之下，所以单片机IC1在驱动马达M运行期间，同时兼顾CAN总线的通信不成问题。还可以在图23的电原理图中增加一非易失性存储器，将马达M的当前运行状态记录下来，一旦上位机需要调用这些数据，就通过CAN总线传出。

在图23中，单片机IC1的P1.1～P1.4接口接的是马达驱动单元。将图中电路做出部分改动：将IC1的I/O接口连接电磁阀驱动器，或是将IC1的I/O接口连接各传感器的输出，或是将IC1的I/O接口连接声光报警器的驱动电路，并在IC1的程序存储器中固化相应的控制程序，这样就可以为各智能节点都配以CAN总线通信及监控电路。所有电路的CANL和CANH都连接在CAN总线上，实现完整的系统控制。

除了采用本发明所述的马达驱动电路，还可以选择可编程逻辑控制器(PLC)，对马达或气动/液压设备进行驱动控制。

本发明的优点在于：设置一刻刀总成并被连接承载于X-Y方向移动系统，该X-Y方向移动系统下方是托盘工作卡位，该托盘工作卡位容置承坯托盘，承坯托盘用来承载生砖坯或刻成坯。刻刀总成由X-Y方向移动系统中的第一马达、第二马达驱动，在托盘工作卡位范围内精确移动，同时刻刀总成中的电动刻刀直接或间接受第三马达、第四马达和第五马达驱动，作出铲，挖，凿，刻的模仿手工雕刻的动作。配以不同形状刀刃的刀具，从而实现由艺术瓷砖这一载体，体现具有强烈立体感的书法、图画、图案的艺术效果。尤其是本发明在电控系统中可以存储大量图案数据，使得一幅艺术作品可以大批量重复制做。

配以智能化输送瓷砖机构，本发明整体自动化程度高，废品率低，有利于艺术瓷砖的高效率工业化生产。

Claims (10)

1.一种艺术瓷砖智能雕刻机，包括主机架(10)，其特征在于，所述智能雕刻机还包括：

一刻刀总成(70)，所述刻刀总成(70)包括

一第三马达(71)、刻刀分部(80)；所述刻刀分部(80)包括第四马达(81)、刻刀(83)；所述第四马达(81)联接驱动刻刀(83)作弧形运动；

所述第三马达(71)联接刻刀分部(80)，驱动刻刀分部(80)在Z方向做往复运动；

所述刻刀总成(70)被承载于X-Y方向移动系统(40)上；

所述第三马达(71)、第四马达(81)均连接电控系统(200)，由电控系统(200)控制驱动。

2.所述根据权利要求1所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述X-Y方向移动系统(40)包括一Y方向滑臂(52)、第一马达(51)、Y方向导轨(53)、Y方向滑动传动部(54)；所述Y方向导轨(53)连接主机架(10)；所述Y方向滑臂(52)由第一马达(51)经Y方向滑动传动部(54)驱动，沿Y方向导轨(53)在Y方向往复运动；

所述Y方向滑臂(52)承载包括

一第二马达(61)、X方向滑块(62)、X方向导轨(63)、X方向滑动传动部(64)；所述X方向滑块(62)由第二马达(61)经X方向滑动传动部(64)驱动，沿X方向导轨(63)在X方向往复运动；

所述第一马达(51)、第二马达(61)均连接电控系统(200)，由电控系统(200)控制驱动；

所述X方向滑块(62)承载包括刻刀总成(70)。

3.所述根据权利要求1所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述X-Y方向移动系统(40)包括一X-Y方向移动臂(42)、第一马达(51)；

所述第一马达(51)驱动X-Y方向移动臂(42)沿X-Y方向移动，所述X-Y方向移动臂(42)承载包括

一第二马达(61)、臂向滑块(43)、臂向导轨(44)、臂向滑动传动部(45)；所述臂向滑块(43)由第二马达(61)经臂向滑动传动部(45)驱动，沿臂向导轨(44)往复运动；

所述第一马达(51)、第二马达(61)均连接电控系统(200)，由电控系统(200)控制驱动；

所述臂向滑块(43)承载包括刻刀总成(70)。

4.根据权利要求1所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述刻刀总成(70)的下方是托盘工作卡位(18)；

所述刻刀分部(80)联接第五马达(91)，由第五马达(91)驱动作X-Y方向自身的转动，所述第五马达(91)连接电控系统(200)，由电控系统(200)控制驱动。

5.根据权利要求2所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述Y方向滑臂(52)承载包括一Y方向滑臂副板(521)，所述Y方向滑臂副板(521)上承载包括一第二马达(61)、X方向滑块(62)、X方向导轨(63)、X方向滑动传动部(64)；所述X方向滑块(62)由第二马达(61)经X方向滑动传动部(64)驱动，沿X方向导轨(63)在X方向往复运动，所述第二马达(61)连接电控系统(200)，由电控系统(200)控制驱动。

6.根据权利要求2或3所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述Y方向滑动传动部(54)或X方向滑动传动部(64)或臂向滑动传动部(45)包括传动带、或链条、或齿轮齿条。

7.根据权利要求1所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述托盘工作卡位(18)的边缘有定位卡块(181)，定位卡块(181)与主机架(10)相连；所述托盘工作卡位(18)容纳承坯托盘(20)，并由定位卡块(181)为承坯托盘(20)定位，所述承坯托盘(20)承载生砖坯(1)或刻成坯(2)。

8.根据权利要求7所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述一只以上的承坯托盘(20)与托盘传送装置(300)连接，由托盘传送装置(300)逐只将各承坯托盘(20)导入托盘工作卡位(18)，或由托盘工作卡位(18)导出；

或者，所述承坯托盘(20)包括左托盘(201)和右托盘(202)，所述左托盘(201)和右托盘(202)在托盘工作卡位(18)位置闭合。

9.根据权利要求1所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述电控系统(200)包括中心控制单元(220)、马达驱动电源(210)、马达驱动控制单元(203、205～209)、传感器组(250)、通信接口(270)、指令输入装置(231)和显示器(230)；

所述中心控制单元(220)包括存储图像数据和操作程序的存储器(2201)、运算处理器(2202)、I/O接口组(2203)；

所述I/O接口组(2203)连接通信接口(270)、指令输入装置(231)、显示器(230)和数据链路(280)；

所述数据链路(280)连接马达驱动控制单元(203、205～209)、传感器组(250)、声光报警单元(240)、电磁阀组(260)；

所述运算处理器(2202)运行操作程序，接受指令输入装置(231)的指令，从存储器(2201)中调出图像数据，并由I/O接口组(2203)输入传感器组(250)所连接的传感器信号，将传感器信号、图像数据进行运算处理，驱动马达驱动控制单元(203、205～209)或电磁阀组(260)工作。

10.根据权利要求9所述的艺术瓷砖智能雕刻机，其特征在于：

所述传感器组(250)包括承坯托盘位置传感器(2501)、滑臂位置传感器(2502)、滑块位置传感器(2503)、刻刀分部Z方向位置传感器(2504)、刻刀分部X-Y方向位置传感器(2505)、定位卡块位置传感器(2506)、刻刀位置传感器(2507)或瓷砖位置传感器(2508)；

所述运算处理器(2202)将传感器信号、图像数据进行运算处理，判断出现故障，驱动声光报警单元(240)报警，停止马达驱动控制单元(203、205～209)或电磁阀组(260)的工作，并在显示器(230)上显示故障内容。

Images