TWI600399B - Cake cutting device - Google Patents

Description

蛋糕切割裝置

本發明係有關於一種蛋糕切割裝置，特別是指一種能夠透過電腦操作設定參數，對圓形或方形蛋糕進行自動切割，並提供均等切割效果之蛋糕切割裝置。

按，近年來蛋糕在人們的日常生活中儼然已扮演著不可或缺的角色，舉凡家庭慶生、公司尾牙、各式各樣的慶典，皆常見以五花八門的蛋糕來襯托慶祝的主題。因此對於蛋糕切製的要求便相對提升，為了賦予每片蛋糕有整齊精美的外觀，捨棄傳統的手工切割易造成刀具與被切割蛋糕之間的沾黏，影響切製品質，而改採機械化切割來替代，似乎已成為業界的趨勢。

惟，現有之具有超聲波刀具的蛋糕切割機由於結構限制，無法提供圓形及方形不同形狀的蛋糕進行切製，亦即，針對圓形或方形的蛋糕需更換笨重的切割基板、甚至須兩台不同的機器，且不論是圓形或方形的蛋糕為避免在切製時蛋糕偏移，常利用支架(fingers)來固定蛋糕的位置，但卻造成蛋糕邊緣裝飾奶油的破壞，更且在切製前均必須將蛋糕擺放在機台所指定的位置，否則對於圓形蛋糕會因為圓心的偏離而導致蛋糕切出來會有大小片不均的現象，而對於方型蛋糕雖無圓心偏離的問題，但是，仍然存在切製時因為刀具本身的厚度造成蛋糕的偏移，而造成最後切割出的小蛋糕大小不均，如是，將造成最終切割成品不佳，有鑑於以上種種現有蛋糕切割機所存在之瑕疵，確有進一步改善必要。

本發明之一目的，即在於提供一種蛋糕切割裝置，藉內 建之攝影鏡頭對背光板及置於該背光板上的圓形或方形蛋糕進行拍攝，並將所拍攝之該背光板及該蛋糕之影像透過控制器進行視覺比對，辨識出該蛋糕於該背光板上的位置，並對圓形蛋糕自動判定圓心所在，以利切割蛋糕時精準下刀，如此可有效避免人工擺放所產生的錯誤及擺放定位困難，並達到被切割蛋糕自動定位的省時省力效果。

本發明之再一目的，即在於提供一種蛋糕切割裝置，能夠於進行方型蛋糕切割時，依據刀具之厚度設定誤差補償值，以找出每一刀的正確切割位置，達到均等切割的效果。

為達到上述目的，本發明蛋糕切割裝置包括：具有基座及採光罩之殼體、由切割板與背光燈箱層疊組成之承載件、呈ㄇ形且具有左支撐腳、右支撐腳及連臂之支撐架、由攝影鏡頭及攝影機模組組成之視覺辨識單元、設於該殼體與採光罩內部之切割單元及驅動單元，以及控制單元，其中該視覺辨識單元之攝影鏡頭設於該採光罩內部並對該承載件上放置的蛋糕進行拍攝以擷取蛋糕影像，該攝影機模組設於該收納箱，依據該攝影鏡頭所擷取之蛋糕攝影產生以相素(pixel)為單位之第一座標參數(影像資料)；該驅動單元包括：X軸驅動組件、Y軸驅動組件、Z軸驅動組件及R軸驅動組件，其中該X軸驅動組件主要包含第一滾珠螺桿與第一伺服馬達，該第一滾珠螺桿具有相對兩末端，其一末端連接該第一滑動座，另一末端連接該第一伺服馬達，藉該第一伺服馬達驅動該第一滾珠螺桿轉動，讓該第一滑動座沿該支撐架之該連接臂作橫向位移；該Y軸驅動組件主要包含第二滾珠螺桿與第二伺服馬達，該第二滾珠螺桿設於該背光板下方，位於該凸肋之相對兩側，該第二伺服馬達電性連接該第二滾珠螺桿並設於該工作檯面上，藉該第二伺服馬達驅動該第二滾珠螺桿轉動，讓該背光板沿該工作檯面作前後位移；該Z軸驅動組件包含第三滾珠螺桿與第三伺服馬達，該第三滾珠螺桿電性連接該第三伺服馬達並設於該第一滑動座頂端，藉該第三伺服馬達驅動該第三滾珠螺桿升降，讓該第二滑動座沿該第一滑動座作上下位移；該R軸驅動組件包含鏈輪皮帶與第四伺服馬達，該鏈輪皮帶繞設於該鏈輪並與該第四伺服馬達連接，藉該第 四伺服馬達驅動該鏈輪皮帶轉動，讓該旋轉座在該第二滑動座內作水平轉動。

該控制單元，包含：可編程序控制器(Programmable Logic Controller，以下簡稱PLC)、集線器(以下簡稱HUB)、及人機介面(以下簡稱HMI)，以及電荷偶合元件(Charge-coupled Device，以下簡稱CCD)，其中該PLC包含：電路模組、CPU模組、I/O模組、電源模組，該電路模組主要包括與該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達、該視覺辨識單元及該超聲波元件，以及採光罩側邊開口啟閉等作電性連接之積體電路，該積體電路透過該I/O模組將資料傳輸至該CPU模組；該CPU模組用於管理所有的運作程序，能夠將該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達、該視覺辨識單元及該超聲波元件，以及採光罩側邊開口啟閉等運作的先後順序進行運算與處理，並建置多組溝通指令與資料，包含：語言切換、初始化、參數設定、單動切製、全自動切製、模擬演示切製設定、方形(含長方形)切割、圓形切割、方形(含長方形)切割尺寸歷史記錄、圓形切割尺寸歷史記錄、手動模式、異常訊息、異常訊息歷史記錄等，亦即，透過該CPU模組能夠經設定後控制該X軸驅動組件、該Y軸驅動組件、該Z軸驅動組件及該R軸驅動組件及該超聲波元件，以及該採光罩等在一定的運作順序下進行，例如：控制該採光罩側邊開口啟閉、控制該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達作不同時間的相互的運作處理，或是控制該攝影單元擷取蛋糕影像、辨識蛋糕的尺寸及位置設定，或是設定方形蛋糕的長寬及每切一刀之後所增加補償值、設定圓形蛋糕圓心的自動判定等，以及將所建置多組運作程式之各項功能提供操作選項，如是，經由該CPU模組所建置多組運作程式及運算與處理後資訊，透過該I/O模組傳輸至HUB；該HUB再將該PLC運算處理的資料分別傳輸至該HMI與CCD；該HMI包含硬體部分的處理器、顯示單元、數據存儲單元及I/O單元，以及畫面組態軟體，由該PLC運算處理的資料傳入後，先經 該畫面組態軟體製作“畫面檔”，再下載到HMI的處理器中執行，並由該顯示單元顯示出相關資料；該CCD包含複數電容，能將該PLC運算處理的影像資料轉變成數字訊號傳輸，即將該攝影機模組之攝影鏡頭接收之第一座標參數(影像資料)，轉換為以毫米為單位之第二座標參數(數字訊號)；如是，藉該控制單元即可以將欲切割之蛋糕經由該HMI之顯示單元與該CCD的數字訊號，將相關的參數例如：切割蛋糕片數、補償值…等輸入，即能夠自動判定蛋糕的位置/圓心並進行切割。

1‧‧‧蛋糕切割裝置

2‧‧‧殼體

3‧‧‧承載件

4‧‧‧支撐架

5‧‧‧視覺辨識單元

6‧‧‧切割單元

7‧‧‧驅動單元

8‧‧‧控制單元

10‧‧‧蛋糕

21‧‧‧基座

22‧‧‧採光罩

23‧‧‧凸肋

31‧‧‧切割板

32‧‧‧背光燈箱

41‧‧‧左支撐腳

42‧‧‧右支撐腳

43‧‧‧連接臂

51‧‧‧攝影鏡頭

52‧‧‧攝影機模組

61‧‧‧第一滑動座

62‧‧‧第二滑動座

63‧‧‧旋轉座

65‧‧‧超聲波元件

66‧‧‧切割刀具

71‧‧‧X軸驅動組件

72‧‧‧Y軸驅動組件

73‧‧‧Z軸驅動組件

74‧‧‧R軸驅動組件

80‧‧‧可編程序控制器

81‧‧‧集線器

82‧‧‧人機介面

83‧‧‧電荷偶合元件

92‧‧‧緊急停止開關

93‧‧‧LED警示裝置

210‧‧‧工作檯面

212‧‧‧收納箱

221‧‧‧前側之上方開口

222‧‧‧前側之下方開口

223‧‧‧側邊開口

225‧‧‧採光玻璃

226‧‧‧蓋體

431‧‧‧溝槽

610‧‧‧第一滑動件

612‧‧‧第一滑軌

620‧‧‧第二滑動件

621‧‧‧銜接板

622‧‧‧托板

623‧‧‧鑿孔

631‧‧‧鏈輪

632‧‧‧軸柱

633‧‧‧固定架

651‧‧‧震盪發生器

652‧‧‧超聲波傳導件

653‧‧‧超聲波驅動件

661‧‧‧柄部

662‧‧‧刀板

711‧‧‧第一滾珠螺桿

712‧‧‧第一伺服馬達

721‧‧‧第二滾珠螺桿

722‧‧‧第二伺服馬達

723‧‧‧輔助滾輪組

731‧‧‧第三滾珠螺桿

732‧‧‧第三伺服馬達

741‧‧‧鏈輪皮帶

742‧‧‧第四伺服馬達

801‧‧‧電路模組

802‧‧‧CPU模組

803‧‧‧I/O模組

804‧‧‧電源模組

821‧‧‧處理器

822‧‧‧顯示單元

823‧‧‧數據存儲單元

824‧‧‧I/O單元

825‧‧‧另一顯示單元

7231‧‧‧導軌

7232‧‧‧導輪

第一圖及第二圖為本發明蛋糕切割裝置之正視圖及側視圖。

第三至七圖為本發明蛋糕切割裝置切割圓形蛋糕之動作示意圖。

第八圖及第九圖為本發明蛋糕切割裝置切割方形蛋糕之示意圖。

第十圖為本發明蛋糕切割裝置之控制單元的方塊圖。

第十一圖A至十一圖D為X軸驅動組件、Y軸驅動組件、Z軸驅動組件及R軸驅動組件及該超聲波元件的電路迴路圖。

請參閱第一圖及第二圖，為本發明蛋糕切割裝置之不同視角示意圖，該蛋糕切割裝置1與外部電源連接，包含殼體2、承載件3、支撐架4、視覺辨識單元5、切割單元6、驅動單元7及控制單元8。該殼體2由基座21及採光罩22組成，該基座21包含工作檯面210，及位於該工作檯面210下方可容置相關機件之收納箱212。該採光罩22呈矩形，沿該工作檯面210周邊套設於該基座21上方，具有前側之上、下方開口221,222及兩側邊開口223，其中該前側下方222之開口提供蛋糕10(第四圖參照)輸送之路徑，該前側上方221與兩側邊之開口223則鋪設採光玻璃225，該採光玻璃225可選用不同色系，藉以提供微量光線進入該採光罩22內部，該前側下方之開口222組接能作活動升降之蓋體226，避免異物侵入。

該承載件3設於該工作檯面210上，由切割板31與背光燈箱32層疊組成，該切割板31提供待切之蛋糕10放置，該背光燈箱32提供穩定的光源，其下方約略中央處設置以前後方向延伸之凹槽33，該工作檯 面210設置能夠滑動於該凹槽33之凸肋23，藉以令該承載件3於該工作檯面210上作前後向之位移。

該支撐架4呈ㄇ形，具有左支撐腳41、右支撐腳42及連接該左、右支撐腳41,42之連接臂43，該左、右支撐腳41,42設於該工作檯面210上分別與該承載件3之左、右兩側邊相鄰，該連接臂43表面設有橫向延伸之溝槽431。

該視覺辨識單元5，由攝影鏡頭51及攝影機模組52組成。該攝影鏡頭51設於該採光罩22內部並對該承載件3上放置的蛋糕10進行拍攝以擷取蛋糕影像。其中，該攝影鏡頭51可設於相對該承載件3左右方向的中心軸線上，藉以達較佳影像擷取之效果。該攝影機模組52設於該收納箱212，可依據該攝影鏡頭51所擷取之蛋糕影像產生以相素(pixel)為單位之第一座標參數(影像資料)。

該切割單元6設於該採光罩22內部，包括第一滑動座61、第二滑動座62、旋轉座63、超聲波元件65以及切割刀具66，該第一滑動座61具相對之兩側面，其一側面上設有能滑動於該溝槽431之第一滑動件610，藉以令該第一滑動座61於該連接臂43上作左右位移，該第一滑動座61之另一側面則設有縱向延伸之第一滑軌612。該第二滑動座62呈倒L形，包含呈垂直設置之銜接板621與呈水平設置之托板622，該銜接板621設置能滑動於第一該滑軌612之第二滑動件620，該托板622設於該銜接板621頂部，其中央設有垂直貫通之鑿孔623。該旋轉座63垂直穿設於該鑿孔623，包含鏈輪631、軸柱632及固定架633，其中該軸柱632穿設於該鑿孔623並連接位於該托板622上方之該鏈輪631與該托板622下方之固定架633，藉以令該鏈輪631及該固定架633在該托板622內轉動。該固定架633之一側連接該切割刀具66之柄部661，該柄部661之下端接設朝該承載件3延伸設置之刀板662。該超聲波元件65包含震盪發生器651、超聲波傳導件652與超聲波驅動件653，該震盪發生器651設於該收納箱212內，與超聲波傳導件652及該超聲波驅動件653電性連接，該超聲驅動件653設於該刀具之柄部661上端，能夠將超聲波能量經由該超聲波驅動件653傳導至該刀具之柄部661之刀板662上，使刀板662產生急速震動讓所裁切之蛋糕切口 或切面保持平整，蛋糕表面裝飾奶油也不會沾黏在刀板662上，藉以提升切割品質。為配合超聲波使用，本發明之該刀板662係採用硬度較高且質量較輕的鈦合金作為材質，具有可避免能量傳遞不穩定及刀板破損等情形發生。

該驅動單元7包括X軸驅動組件71、Y軸驅動組件72、Z軸驅動組件73及R軸驅動組件74，該X軸驅動組件71包含第一滾珠螺桿711與第一伺服馬達712，該第一滾珠螺桿711具相對兩末端，其一末端連接該第一滑動座61，另一末端連接該第一伺服馬達712，藉該第一伺服馬達712驅動該第一滾珠螺桿711轉動，讓該第一滑動座61沿該支撐架4之該連接臂43作橫向位移。該Y軸驅動組件72包含第二滾珠螺桿721與第二伺服馬達722，以及輔助滾輪組723，該第二滾珠螺桿721設於該背光燈箱32下方，位於該凸肋23之相對兩側，該第二伺服馬達722電性連接該第二滾珠螺桿721並設於該工作檯面210上，藉該第二伺服馬達722驅動該第二滾珠螺桿721轉動，讓該承載件3沿該工作檯面210作前後位移，該輔助滾輪組723設於該承載件3下方的左右兩側，包含導軌7231與導輪7232，用於輔助該承載件3於蛋糕切割時的平衡作用。該Z軸驅動組件73包含第三滾珠螺桿731與第三伺服馬達732，該第三滾珠螺桿731電性連接該第三伺服馬達732並設於第一、二滑動座61,62之間，該第三伺服馬達732設於該第一滑動座61頂端，藉該第三伺服馬達732驅動該第三滾珠螺桿731升降，讓該第二滑動座62沿該第一滑動座61作上下位移。該R軸驅動組件74包含鏈輪皮帶741與第四伺服馬達742，該鏈輪皮帶741繞設於該鏈輪631並與該第四伺服馬達742連接，藉該第四伺服馬達742驅動該鏈輪皮帶741轉動，讓該旋轉座63在該第二滑動座62內作水平轉動。

請參閱第一、二圖配合第十圖觀之，該控制單元8包含：可編程序控制器80(Programmable Logic Controller，以下簡稱PLC)、集線器81(以下簡稱HUB)、及人機介面82(以下簡稱HMI)，以及電荷偶合元件83(Charge-coupled Device，以下簡稱CCD)，其中該PLC 80係設置於該收納箱212底部，包含：電路模組801、CPU模組802、I/O模組803、電源模組804，該電路模組801主要包括與該第一伺服馬達712、該第二伺 服馬達722、該第三伺服馬達732、該第四伺服馬達742、該視覺辨識單元5及該超聲波元件65，以及採光罩側邊開口啟閉等作電性連接的積體電路，該積體電路包含第十一圖A至十一圖D的各電路迴路，可以依序的控制該X軸驅動組件71、Y軸驅動組件72、Z軸驅動組件73及R軸驅動組件74及該超聲波元件65，以及採光罩22側邊開口啟閉等的相互作動，而透過該I/O模組803將該電路模組801的個別動作訊息傳輸至該CPU模組802。

該CPU模組802用於管理所有的運作程序，能夠對該第一伺服馬達712、該第二伺服馬達722、該第三伺服馬達732、該第四伺服馬達742、該視覺辨識單元5及該超聲波元件65等運作的先後順序進行運算與處理，並建置多組溝通指令與資料，包含：語言切換、初始化、參數設定、單動切製、全自動切製、模擬演示切製設定、方形(含長方形)切割、圓形切割、方形(含長方形)切割尺寸歷史記錄、圓形切割尺寸歷史記錄、手動模式、異常訊息、異常訊息歷史記錄等，亦即，透過該CPU模組802能夠經設定後控制該X軸驅動組件71、該Y軸驅動組件72、該Z軸驅動組件73及該R軸驅動組件74及該超聲波元件65，以及該採光罩22等在一定的運作順序下進行，例如：控制該採光罩22側邊開口啟閉、控制該第一伺服馬達712、該第二伺服馬達722、該第三伺服馬達732、該第四伺服馬達742作不同時間的相互的運作處理，或是控制該攝影單元5擷取蛋糕影像、辨識蛋糕的尺寸及位置設定，或是設定方形蛋糕的長寬及每切一刀之後所增加補償值、設定圓形蛋糕圓心的自動判定等，以及將所建置多組運作程式之各項功能提供操作選項，如是，經由該CPU模組802所建置多組運作程式及運算與處理後資訊，透過該I/O模組803傳輸至HUB 81。值得一提的是，該CPU模組補償值的設定，係依據該第二座標參數(數字訊號)配合刀具厚度進行設定，藉該補償值增加切割刀具66移動的距離，以減少蛋糕切割時所產生偏移的誤差。

該HUB 81再將該PLC 80運算處理的資料分別傳輸至該HMI 82與CCD 83；該HMI 82包含硬體部分的處理器821、顯示單元822、數據存儲單元823及I/O單元824，以及畫面組態軟體(未圖示； 為Windows操作系统或相容系統)，由該PLC 80運算處理的資料傳入後，先經該畫面組態軟體製作“畫面檔”，再下載到HMI 80的處理器821中執行，並由該顯示單元822顯示出所擷取方形蛋糕、圓形蛋糕的大小、位置及圓形蛋糕的圓心之影像。另，該I/O模組803更設有一緊急停止開關92，用於操作失誤或異常時終止所有動作，藉以避免機件損壞。

該CCD 83包含複數電容(未圖示)，能將該PLC 80運算處理的影像資料轉變成數字訊號傳輸並同步顯示在該HMI 82另一顯示單元825，亦即，將該攝影機模組52之攝影鏡頭51接收之第一座標參數(影像資料)，轉換為以毫米為單位之第二座標參數(數字訊號)，並能夠藉該顯示單元825上的觸控螢幕，對該CPU模組802所建置多組溝通指令與資料包含：語言切換、初始化、參數設定、單動切製、全自動切製、模擬演示切製設定、方形(含長方形)切割、圓形切割、方形(含長方形)切割尺寸歷史記錄、圓形切割尺寸歷史記錄、手動模式、異常訊息、異常訊息歷史記錄等，進行切割操作提供多元的操作選擇，如是，藉由本發明該控制單元8配合該承載件3、支撐架4、視覺辨識單元5、切割單元6、驅動單元7等，即可以將欲切割之蛋糕經由該HMI 80之顯示單元822,825分別顯示，並以該顯示單元825上觸控螢幕將該CCD 83所擷取蛋糕影像的數字訊號作為切割蛋糕的調整參考，再輸入欲切割之蛋糕的相關參數例如：切割蛋糕片數、補償值…等，即能夠配合前述該PLC 80自動判定蛋糕的位置/圓心並自動進行切割。

請參閱第三至六圖並配合第一、二圖參閱，為本發明蛋糕切割裝置切割圓形蛋糕的動作示意圖，於蛋糕切製前，控制該蓋體226上升，該承載件3移出基座21供使用者將待切之蛋糕10放置於該切割板31上後，該承載件3移入定位，接著將該切割單元6沿著該連接臂43橫移到一側盡頭以便讓上方之該攝影鏡頭51對該蛋糕10進行拍攝定位後，該PLC 80之CPU模組802會自動判定蛋糕的圓心，而該承載件3則移動至該切割單元6下方並開始切製，切製時，該刀板662經控制可作X軸向的左右移動至該承載件3上待切蛋糕的上方，並自動判定圓心，再配合Z軸向上下移動及該R軸向旋轉移動作下刀切割，使得每一切割都落到圓心，如是，能夠自 動依照所設定參數切製各種均勻角度的蛋糕；一旦切製完成，該承載件3經Y軸向的控制自動移動至該採光罩22前側下方開口222處，同時將該蓋體226向上開啟，即可將該切製後均等大小的蛋糕10取出。

續請參閱第七圖至第九圖，為本發明方型蛋糕切割之示意圖，該電路裝置之CPU模組802依據該攝影單元擷取蛋糕影像，辨識蛋糕的尺寸及位置，例如方形蛋糕的長寬，以配合設定每切一刀之後所增加補償值，以增加切割刀具66移動的距離，彌補因刀具的厚度造成蛋糕偏移的誤差，如第八圖方形慕斯蛋糕整片的尺寸是：570mm*370mm，欲切製6個8吋慕斯蛋糕的尺寸是：180mm*180mm，可以設定兩種切法，第一種切法適用於蛋糕體較軟的戚風蛋糕、海綿蛋糕、長條形蛋糕捲，因移位較小，補償值也越小，如第八圖所示，第1刀、第2刀先切邊，將最左側與最上緣的兩個邊先切整齊，然後再開始正式切製，切製時，該刀板662經控制可作X軸向的左右移動配合Z軸向上下移動作下刀切割，每切一刀均會增加補償值以彌補因刀具的厚度造成蛋糕偏移的誤差，若補償值為5mm，則自第三刀開始，鈦合金刀板662移動的距離變成180+5=185mm，以抵銷因刀具的厚度造成蛋糕偏移的誤差，以此類推；當左右切割完成後，該刀板662經控制可作Y軸向的前後移位控制，並配合Z軸向上下移動的下刀切割，且每切一刀如前述均會增加補償值以彌補因刀具的厚度造成蛋糕偏移的誤差，如是，依照所設定參數在X軸驅動組件71、Y軸驅動組件72及Z軸驅動組件73的相互配合下能夠自動切製成大小一致的蛋糕。第二種切法則適用於蛋糕體較硬的冷凍乳酪蛋糕、冷凍慕斯蛋糕等移位較大的產品，可盡量減少移位，如第九圖所示，下刀從中央開始，在X軸驅動組件71、Y軸驅動組件72及Z軸驅動組件73的相互配合下，往左右、上下順序切製，同樣可以設定補償值。如是，操作者可視蛋糕的軟硬程度來選擇以上兩種不同的切製方式以減少偏移的誤差，亦可設定每切一刀皆補償，或是每切二刀、三刀才補償一次，視移位的情況來決定。

此外，本發明蛋糕切割裝置更包含LED警示裝置93，設於該採光罩22側邊位於該緊急停止開關92上方，能夠藉聲光效果警示任何操作過程中所發生的異常狀況，例如未執行初始化、該緊急停止開關92被按 下、該蓋體226開啟中該切割單元6移動禁止、該承載件3位置錯誤禁止關閉該蓋體226等等。

歸納以上，本發明蛋糕切割裝置具有如下優點：

1. 具照相自動定位功能，透過視覺辨識單元辨識方形蛋糕(含長方形)的大小、圓形蛋糕的圓心，且若蛋糕放置偏離視覺辨識範圍，則會發出警示，切割機不會執行切製任務。

2. X軸(刀板左右移動)、Y軸(承載件前後移動)、Z軸(刀板上下移動)及R軸(刀板旋轉)，切製速度均可設定，且可單動切製、全自動切製，亦可模擬演示動作，方便操作者檢視其設置是否正確。

3. 對於方形蛋糕可以設定在每切一刀或數刀之後增加補償值，以彌補因刀具的厚度造成蛋糕偏移的誤差。而對於圓形蛋糕能夠在承載件範圍內自動判定圓心，並使每一刀切割時都在圓心上，而能夠將蛋糕均等的切出所設定的片數及大小。

綜上所述，本發明蛋糕切割裝置確能達到發明目的，符合專利要件，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，大凡依據本發明所為之各種修飾與變化，仍應包含於本專利申請範圍內。

3‧‧‧承載件

6‧‧‧切割單元

43‧‧‧連接臂

662‧‧‧刀板

723‧‧‧輔助滾輪組

7231‧‧‧導軌

7232‧‧‧導輪

Claims (9)

1. 一種蛋糕切割裝置，包含：殼體，由基座及採光罩組成，該基座包含工作檯面，及位於該工作檯面下方容置相關機件之收納箱，該採光罩沿該工作檯面周邊套設於該基座上方，具有前側之上、下方開口及兩側邊開口，其中該前側下方之開口提供蛋糕輸送之路徑，該前側上方與兩側邊之開口則鋪設採光玻璃，藉以提供微量光線進入該採光罩內部，該前側下方之開口組接能作活動升降之蓋體；承載件，設於該工作檯面上，由切割板與背光燈箱層疊組成，該切割板提供待切之蛋糕放置，該背光燈箱提供穩定的光源，其下方約略中央處設置以前後方向延伸之凹槽，該工作檯面設置能夠滑動於該凹槽之凸肋，藉以令該承載件於該工作檯面上作前後向之位移；支撐架，呈ㄇ形，具有左支撐腳、右支撐腳及連接該左、右支撐腳之連接臂，該左、右支撐腳設於該工作檯面上分別與該承載件之左、右兩側邊相鄰，該連接臂表面設有橫向延伸之溝槽；視覺辨識單元，由攝影鏡頭及攝影機模組組成，該攝影鏡頭設於該採光罩內部並對該承載件上放置的蛋糕進行拍攝以擷取蛋糕影像，該攝影機模組設於該收納箱，依據該攝影鏡頭所擷取之蛋糕影像產生以相素(pixel)為單位之第一座標參數(影像資料)；切割單元，設於該採光罩內部，包括第一滑動座、第二滑動座、旋轉座；以及切割刀具，該第一滑動座具相對之兩側面，其一側面上設有能滑動於該溝槽之第一滑動件，藉以令該第一滑動座於該連接臂上作左右位移，該第一滑動座之另一側面則設有縱向延伸之第一滑軌，該第二滑動座呈倒L形，包含呈垂直設置之銜接板與呈水平設置之托板，該銜接板設置能滑動於第一該滑軌之第二滑動件，該托板設於該銜接板頂部，其中央設有垂直貫通之鑿孔，該旋轉座垂直穿設於該鑿孔，包含鏈輪、軸柱及固定架，其中該軸柱穿設於該鑿孔並連接位於該托板上方之該鏈輪與該托板下方之固定架，藉以令該鏈輪及該固定架在該托板內轉動，該固定架之一側連接切割刀具之柄部，該柄部之下端接設朝該承載件延伸設置之刀板； 驅動單元，該驅動單元包括X軸驅動組件、Y軸驅動組件、Z軸驅動組件及R軸驅動組件，該X軸驅動組件包含第一滾珠螺桿與第一伺服馬達，該第一滾珠螺桿具相對兩末端，其一末端連接該第一滑動座，另一末端連接該第一伺服馬達，藉該第一伺服馬達驅動該第一滾珠螺桿轉動，讓該第一滑動座沿該支撐架之該連接臂作橫向位移，該Y軸驅動組件包含第二滾珠螺桿與第二伺服馬達，該第二滾珠螺桿設於該背光板下方，位於該凸肋之相對兩側，該第二伺服馬達電性連接該第二滾珠螺桿並設於該工作檯面上，藉該第二伺服馬達驅動該第二滾珠螺桿轉動，讓該背光板沿該工作檯面作前後位移，該Z軸驅動組件包含第三滾珠螺桿與第三伺服馬達，該第三滾珠螺桿電性連接該第三伺服馬達並設於第一、二滑動座之間，該第三伺服馬達設於該第一滑動座頂端，藉該第三伺服馬達驅動該第三滾珠螺桿升降，讓該第二滑動座沿該第一滑動座作上下位移，該R軸驅動組件包含鏈輪皮帶與第四伺服馬達，該鏈輪皮帶繞設於該軸輪並與該第四伺服馬達連接，藉該第四伺服馬達驅動該鏈輪皮帶轉動，讓該旋轉座在該第二滑動座內作水平轉動；控制單元，可編程序控制器(Programmable Logic Controller，以下簡稱PLC)、集線器(以下簡稱HUB)、及人機介面(以下簡稱HMI)，以及電荷偶合元件(Charge-coupled Device，以下簡稱CCD)，其中：該PLC包含：電路模組、CPU模組、I/O模組、電源模組，該電路模組主要包括與該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達、該視覺辨識單元及該超聲波元件，以及採光罩側邊開口啟閉作電性連接之積體電路，該等積體電路透過該I/O模組將資料傳輸至該CPU模組；該CPU模組用於管理所有的運作程序，能夠對該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達、該視覺辨識單元及該超聲波元件等運作的先後順序進行運算與處理，並建置多組溝通指令與資料，包含：語言切換、初始化、參數設定、單動切製、全自動切製、模擬演示切製設定、方形(含長方形)切割、圓形切割、方形(含長方形)切割尺寸歷史記錄、圓形切割尺 寸歷史記錄、手動模式、異常訊息、異常訊息歷史記錄等，亦即，透過該CPU模組能夠經設定後控制該X軸驅動組件、該Y軸驅動組件、該Z軸驅動組件及該R軸驅動組件及該超聲波元件，以及該採光罩等在一定的運作順序下進行，例如：控制該採光罩側邊開口啟閉、控制該第一伺服馬達、該第二伺服馬達、該第三伺服馬達、該第四伺服馬達作不同時間的相互的運作處理，或是控制該攝影單元擷取蛋糕影像、辨識蛋糕的尺寸及位置設定，或是設定方形蛋糕的長寬及每切一刀之後所增加補償值、設定圓形蛋糕圓心的自動判定等，以及將所建置多組運作程式之各項功能提供操作選項，如是，經由該CPU模組所建置多組運作程式及運算與處理後資訊，透過該I/O模組傳輸至HUB；該HUB再將該PLC運算處理的資料分別傳輸至該HMI與CCD；該HMI包含硬體部分的處理器、顯示單元、數據存儲單元及I/O單元，以及畫面組態軟體，由該PLC運算處理的資料傳入後，先經該畫面組態軟體製作“畫面檔”，再下載到HMI的處理器中執行，並由該顯示單元顯示出相關資料；該CCD包含複數電容，能將該PLC運算處理的攝影資料轉變成數字訊號傳輸，即將該攝影機模組之攝影鏡頭接收之第一座標參數(影像資料)，轉換為以毫米為單位之第二座標參數(數字訊號)；如是，藉該控制單元即可以將欲切割之蛋糕經由該HMI之顯示單元與該CCD的數字訊號，將相關的參數例如：切割蛋糕數量、補償值等輸入，即能夠自動判定蛋糕的位置/圓心並進行切割。
2. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，其中該切割單元更包含超聲波元件，包含震盪發生器、超聲波傳導件與超聲波驅動件，該震盪發生器設於該收納箱內，與該超聲波傳導件及該超聲波驅動件電性連接，該超聲波驅動件設於該刀具之柄部上端，能夠將超聲波能量經由該超聲波驅動件傳導至該刀具之柄部之刀板上，使刀板產生急速震動讓所裁切之蛋糕切口或切面保持平整，蛋糕表面裝飾奶油也不會沾黏在刀板上，藉以提升切割品質。
3. 如申請專利範圍第2項所述蛋糕切割裝置，其中該刀板係採用硬度較高 且質量較輕的鈦合金作為材質。
4. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，其中該攝影鏡頭可設於相對該承載件左右方向的中心軸線上，藉以達較佳影像擷取效果。
5. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，其中該可編程序控制器之該CPU模組更依據該第二座標參數(數字訊號)配合刀具厚度設定補償值增加切割刀具移動的距離，以減少蛋糕切割時所產生偏移的誤差。
6. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，其中該HMI之I/O單元更連接緊急停止開關，由該HMI之處理器控制用於操作失誤或異常時終止所有動作藉以避免機件損壞。
7. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，更包含LED警示裝置，設於該採光罩側邊與該HMI之I/O單元電性連接，藉聲光效果警示任何操作過程中所發生的異常狀況。
8. 如申請專利範圍第1項所述蛋糕切割裝置，其中該Y軸驅動組件更包括輔助滾輪組，設於該承載件下方的左右兩側，包含導軌與導輪，用於輔助該承載件於蛋糕切割時的平衡作用。
9. 如申請專利範圍第5項所述蛋糕切割裝置，其中該CPU模組對該X軸驅動組件、該Y軸驅動組件及該Z軸驅動組件，依據該攝影單元擷取方形蛋糕影像，預設多種下刀的溝通指令，即，設定先將最左側與最上緣的方形蛋糕兩個邊先切整齊，然後再開始正式切製；或是設定從方形蛋糕中央開始，再往左右、上下順序切製；或是配合該補償值設定每切一刀皆補償，或是每切二刀、三刀才補償一次，如是，操作者可視蛋糕的軟硬程度來選擇不同的切製方式以減少偏移的誤差。