本發(fā)明涉及物料雕切技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種3D物料雕切機(jī)、以及一種3D物料雕切方法。

背景技術(shù)：

目前，針對文胸、鞋面等涉及需要對3D物料進(jìn)行切割加工的行業(yè)中，大部分工廠采用人工手持剪刀沿著裁剪線進(jìn)行剪切。之所以依然采用這種耗時(shí)耗力、精度低、且無法保證尺寸規(guī)格統(tǒng)一的加工方法，其原因在于現(xiàn)階段市場上的激光切割機(jī)，其機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)只能對物料進(jìn)行平面切割運(yùn)動，而無法對文胸、鞋面等立體3D材料進(jìn)行切割。隨著人們生活水平的不斷提高、審美眼光不斷提升：目前這種傳統(tǒng)手工剪裁加工方式獲得的產(chǎn)品已無法滿足消費(fèi)者的使用需求。為此，市場上迫切需要一款3D面料的智能裁剪設(shè)備。以便達(dá)到裁剪雕刻尺寸統(tǒng)一、省時(shí)省力、裁剪雕刻精度高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種3D物料雕切機(jī)。

其采用的具體技術(shù)方案如下：

一種3D物料雕切機(jī)，包括終端機(jī)、加工平臺、激光發(fā)射器和運(yùn)動控制裝置，所述加工平臺包括x軸滑臺、y軸滑臺、z軸滑臺，所述激光發(fā)射器包括二氧化碳激光器和激光位移傳感器，所述二氧化碳激光器用于發(fā)射切割激光，所述激光位移傳感器用于發(fā)射激光檢測脈沖和接收反射的激光檢測脈沖；所述終端機(jī)連接激光發(fā)射器和運(yùn)動控制裝置，所述終端機(jī)包括激光位移傳感單元和三軸運(yùn)動控制單元，所述激光位移傳感單元用于讀取所述激光位移傳感器所接受的反射的激光檢測脈沖并根據(jù)回波分析原理計(jì)算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數(shù)據(jù)；所述三軸運(yùn)動控制單元實(shí)時(shí)控制運(yùn)動控制裝置工作；所述運(yùn)動控制裝置分別驅(qū)動 x軸滑臺在x軸上作直線運(yùn)動、y軸滑臺在y軸上作直線運(yùn)動、z軸滑臺在z軸上作直線運(yùn)動。

通過采用這種技術(shù)方案：首先以激光位移傳感器發(fā)射激光檢測脈沖，同時(shí)以三軸運(yùn)動控制單元調(diào)整加工平臺的相對距離，激光位移傳感單元根據(jù)激光位移傳感器所接受到的反射的激光檢測脈沖回波分析原理計(jì)算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動等實(shí)時(shí)幾何數(shù)據(jù)。實(shí)踐中，激光位移傳感器每秒發(fā)射一百萬個(gè)激光脈沖到檢測物并反射返回，激光位移傳感單元通過計(jì)算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時(shí)間，以此計(jì)算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結(jié)果進(jìn)行的平均輸出，故激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化。由此得到曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖。以激光發(fā)射器發(fā)射切割激光，根據(jù)曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖實(shí)現(xiàn)對3D物料的立體切割。

優(yōu)選的是上述3D物料雕切機(jī)中：所述終端機(jī)還包括振鏡控制單元，所述激光發(fā)射器還包括擴(kuò)束鏡、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡和激光場鏡；所述振鏡控制單元實(shí)時(shí)控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡第一次折射、和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡第二次折射至激光場鏡，由激光場鏡發(fā)射至加工平臺上。

通過采用這種技術(shù)方案：利用振鏡控制單元控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡繞自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)二氧化碳激光器射出的激光光束方向的調(diào)整改變。

更優(yōu)選的是，上述3D物料雕切機(jī)中：所述二氧化碳激光器的功率為80~150W；所述激光發(fā)射器包括水冷裝置、所述水冷裝置用于對所述二氧化碳激光器實(shí)時(shí)水冷。所述運(yùn)動裝置包括步進(jìn)電機(jī)、絲桿和滑塊，所述絲桿和滑塊設(shè)置于x軸滑臺、y軸滑臺、z軸滑臺的底部，所述步進(jìn)電機(jī)用于驅(qū)動絲桿和滑塊運(yùn)動。

而進(jìn)一步優(yōu)選的方案是：所述激光場鏡位于加工平臺的正上方。

之所以采用這種方案：是因?yàn)閦軸是作垂直升降的功能，保證激光場鏡位于加工平臺正上方，可以使從激光場鏡射出的激光始終處于焦點(diǎn)處，保證了激光束形成均勻大小的聚焦光斑，保證切割雕刻的質(zhì)量。

本發(fā)明還提供了一種3D物料雕切方法，基于上述3D物料雕切機(jī)實(shí)現(xiàn)。

其采用的具體技術(shù)方案如下：

一種3D物料雕切方法，包括如下步驟：

S1：將待加工的3D物料放置在加工平臺上；

S2：3D物料雕切機(jī)自檢，各部件歸零復(fù)位；

S3：驅(qū)動x軸滑臺在x軸方向運(yùn)動至x軸兩端的極限位置，同時(shí)啟動激光位移傳感單元，激光位移傳感單元控制激光位移傳感器輸出激光檢測脈沖，并通過激光位移傳感器所接受的反饋激光檢測脈沖獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)，測得3D物料在x軸向的長短尺寸；

S4：x軸滑臺復(fù)位，驅(qū)動y軸滑臺在y軸方向運(yùn)動至y軸兩端的極限位置，同時(shí)啟動激光位移傳感單元，激光位移傳感單元控制激光位移傳感器輸出激光檢測脈沖，并通過激光位移傳感器所接受的反饋激光檢測脈沖獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)，測得3D物料在y軸向的長短尺寸；

S5：y軸滑臺復(fù)位，激光場鏡與加工平臺的相對位置向y軸一端平移設(shè)定的單位距離，重復(fù)S3-S4的步驟直至激光場鏡平移到3D物料的y軸一端邊沿；y軸滑臺復(fù)位，激光場鏡與加工平臺的相對位置向y軸另一端平移設(shè)定的單位距離，重復(fù)S3-S4的步驟直至激光場鏡平移到3D物料的y軸另一端的邊沿；

S6：以激光位移傳感單元根據(jù)回波分析原理計(jì)算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數(shù)據(jù)，得到3D物體物料的網(wǎng)狀輪廓曲線，根據(jù)曲線擬合算法，得到擬合曲面，并進(jìn)一步計(jì)算得曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖；

S7：根據(jù)S6所得曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖，以三軸運(yùn)動控制單元實(shí)時(shí)控制運(yùn)動控制裝置工作、分別驅(qū)動 x軸滑臺在x軸上作直線運(yùn)動、y軸滑臺在y軸上作直線運(yùn)動、z軸滑臺在z軸上作直線運(yùn)動；以振鏡控制單元控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，激光場鏡輸出切割激光執(zhí)行加工切割。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將光學(xué)和運(yùn)動控制系統(tǒng)和圖像處理單元進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過一維度空間內(nèi)運(yùn)動的有效疊加，實(shí)現(xiàn)了3D物料的運(yùn)動切割，依靠高精度激光位移傳感單元和步進(jìn)電機(jī)大大提高產(chǎn)品的成品率、優(yōu)化了運(yùn)動曲線、降低了人工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，二氧化碳激光器和水冷裝置皆內(nèi)置于激光發(fā)射器，所述激光位移傳感器因所處視角未示出；

圖2為圖1中A區(qū)域的局部放大示意圖；

圖3為圖1中加工平臺部分的局部側(cè)視放大示意圖。

上述附圖中各部件與附圖標(biāo)記的對應(yīng)關(guān)系如下：

1、終端機(jī)；2、加工平臺；3、激光發(fā)射器；4、運(yùn)動控制裝置；21、x軸滑臺；22、y軸滑臺；23、z軸滑臺；31、擴(kuò)束鏡；32、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡；33、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡；34、激光場鏡；41、步進(jìn)電機(jī)；42、絲桿；43、滑塊。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1-3所示的本發(fā)明實(shí)施例1：

一種3D物料雕切機(jī)，包括終端機(jī)1、加工平臺2、激光發(fā)射器3和運(yùn)動控制裝置4，所述激光場鏡34位于加工平臺2的正上方。所述加工平臺2包括x軸滑臺21、y軸滑臺22、z軸滑臺23，所述激光發(fā)射器3包括二氧化碳激光器、激光位移傳感器、水冷裝置、擴(kuò)束鏡31、第一旋轉(zhuǎn)軸鏡32、第二旋轉(zhuǎn)軸鏡33和激光場鏡34，所述二氧化碳激光器用于發(fā)射切割激光、其功率為80~150W。所述水冷裝置用于對所述二氧化碳激光器實(shí)時(shí)水冷。所述激光位移傳感器用于發(fā)射激光檢測脈沖和接收反射的激光檢測脈沖；所述終端機(jī)1連接激光發(fā)射器3和運(yùn)動控制裝置4，所述終端機(jī)1包括激光位移傳感單元、三軸運(yùn)動控制單元和振鏡控制單元，所述激光位移傳感單元用于讀取所述激光位移傳感器所接受的反射的激光檢測脈沖并根據(jù)回波分析原理計(jì)算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數(shù)據(jù)；所述三軸運(yùn)動控制單元實(shí)時(shí)控制運(yùn)動控制裝置4工作；所述運(yùn)動控制裝置4分別驅(qū)動 x軸滑臺21在x軸上作直線運(yùn)動、y軸滑臺22在y軸上作直線運(yùn)動、z軸滑臺23在z軸上作直線運(yùn)動。所述振鏡控制單元實(shí)時(shí)控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡32和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡33作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次經(jīng)擴(kuò)束鏡31擴(kuò)束、經(jīng)第一旋轉(zhuǎn)軸鏡32第一次折射、和經(jīng)第二旋轉(zhuǎn)軸鏡33第二次折射至激光場鏡34，由激光場鏡（34）發(fā)射至加工平臺2上。所述運(yùn)動裝置4包括步進(jìn)電機(jī)41、絲桿42和滑塊43，所述絲桿42和滑塊43設(shè)置于x軸滑臺21、y軸滑臺22、z軸滑臺23的底部，所述步進(jìn)電機(jī)41用于驅(qū)動絲桿42和滑塊43運(yùn)動。

實(shí)踐中，具體加工過程如下：

首先，工人將待加工的3D物料放置在加工平臺2上。

接著，工人接通電源，啟動終端機(jī)1，令3D物料雕切機(jī)整體自檢，令各部件自動歸零復(fù)位。

接著，終端機(jī)1控制所述運(yùn)動控制裝置4、運(yùn)動控制裝置4驅(qū)動x軸滑臺在x軸方向運(yùn)動至x軸兩端的極限位置，同時(shí)啟動激光位移傳感單元，激光位移傳感單元控制激光位移傳感器輸出激光檢測脈沖，并通過激光位移傳感器所接受的反饋激光檢測脈沖獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)，測得3D物料在x軸向的長短尺寸；

接著，x軸滑臺21復(fù)位，運(yùn)動控制裝置4驅(qū)動y軸滑臺22在y軸方向運(yùn)動至y軸兩端的極限位置，同時(shí)啟動激光位移傳感單元，激光位移傳感單元控制激光位移傳感器輸出激光檢測脈沖，并通過激光位移傳感器所接受的反饋激光檢測脈沖獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)，測得3D物料在y軸向的長短尺寸；

接著，y軸滑臺22復(fù)位，運(yùn)動控制裝置4驅(qū)動加工平臺2，令激光場鏡34與加工平臺2的相對位置向y軸一端平移設(shè)定的單位距離，重復(fù)S3-S4的步驟直至激光場鏡34平移到3D物料的y軸一端邊沿；y軸滑臺復(fù)位，通過運(yùn)動控制裝置4令激光場鏡34與加工平臺2的相對位置向y軸另一端平移設(shè)定的單位距離，重復(fù)S3-S4的步驟直至激光場鏡34平移到3D物料的y軸另一端的邊沿；

接著，激光位移傳感單元根據(jù)回波分析原理計(jì)算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數(shù)據(jù)，得到3D物體物料的網(wǎng)狀輪廓曲線，根據(jù)曲線擬合算法，得到擬合曲面，并進(jìn)一步計(jì)算得曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖；

最后，終端機(jī)1根據(jù)所得曲面加工輪廓路徑規(guī)劃圖，以三軸運(yùn)動控制單元實(shí)時(shí)控制運(yùn)動控制裝置工作、分別驅(qū)動 x軸滑臺在x軸上作直線運(yùn)動、y軸滑臺在y軸上作直線運(yùn)動、z軸滑臺在z軸上作直線運(yùn)動；以振鏡控制單元控制第一旋轉(zhuǎn)軸鏡和第二旋轉(zhuǎn)軸鏡實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，調(diào)整二氧化碳激光器輸出的切割激光的方向執(zhí)行加工切割。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。