3D物料雕切機及3D物料雕切方法與流程

本發明涉及物料雕切技術領域，具體來說涉及一種3D物料雕切機、以及一種3D物料雕切方法。

背景技術：

目前，針對文胸、鞋面等涉及需要對3D物料進行切割加工的行業中，大部分工廠采用人工手持剪刀沿著裁剪線進行剪切。之所以依然采用這種耗時耗力、精度低、且無法保證尺寸規格統一的加工方法，其原因在于現階段市場上的激光切割機，其機械機構、控制系統只能對物料進行平面切割運動，而無法對文胸、鞋面等立體3D材料進行切割。隨著人們生活水平的不斷提高、審美眼光不斷提升：目前這種傳統手工剪裁加工方式獲得的產品已無法滿足消費者的使用需求。為此，市場上迫切需要一款3D面料的智能裁剪設備。以便達到裁剪雕刻尺寸統一、省時省力、裁剪雕刻精度高的要求。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種3D物料雕切機。

其采用的具體技術方案如下：

一種3D物料雕切機，包括終端機、加工平臺、激光發射器和運動控制裝置，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射切割激光，所述激光位移傳感器用于發射激光檢測脈沖和接收反射的激光檢測脈沖；所述終端機連接激光發射器和運動控制裝置，所述終端機包括激光位移傳感單元和三軸運動控制單元，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回波分析原理計算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數據；所述三軸運動控制單元實時控制運動控制裝置工作；所述運動控制裝置分別驅動 x軸滑臺在x軸上作直線運動、y軸滑臺在y軸上作直線運動、z軸滑臺在z軸上作直線運動。

通過采用這種技術方案：首先以激光位移傳感器發射激光檢測脈沖，同時以三軸運動控制單元調整加工平臺的相對距離，激光位移傳感單元根據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算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動等實時幾何數據。實踐中，激光位移傳感器每秒發射一百萬個激光脈沖到檢測物并反射返回，激光位移傳感單元通過計算激光脈沖遇到檢測物并返回至接收器所需的時間，以此計算出距離值，該輸出值是將上千次的測量結果進行的平均輸出，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劃圖。以激光發射器發射切割激光，根據曲面加工輪廓路徑規劃圖實現對3D物料的立體切割。

優選的是上述3D物料雕切機中：所述終端機還包括振鏡控制單元，所述激光發射器還包括擴束鏡、第一旋轉軸鏡、第二旋轉軸鏡和激光場鏡；所述振鏡控制單元實時控制第一旋轉軸鏡和第二旋轉軸鏡作旋轉運動，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次經擴束鏡擴束、第一旋轉軸鏡第一次折射、和第二旋轉軸鏡第二次折射至激光場鏡，由激光場鏡發射至加工平臺上。

通過采用這種技術方案：利用振鏡控制單元控制第一旋轉軸鏡、第二旋轉軸鏡繞自身旋轉運動。實現二氧化碳激光器射出的激光光束方向的調整改變。

更優選的是，上述3D物料雕切機中：所述二氧化碳激光器的功率為80~150W；所述激光發射器包括水冷裝置、所述水冷裝置用于對所述二氧化碳激光器實時水冷。所述運動裝置包括步進電機、絲桿和滑塊，所述絲桿和滑塊設置于x軸滑臺、y軸滑臺、z軸滑臺的底部，所述步進電機用于驅動絲桿和滑塊運動。

而進一步優選的方案是：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：是因為z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，保證切割雕刻的質量。

本發明還提供了一種3D物料雕切方法，基于上述3D物料雕切機實現。

其采用的具體技術方案如下：

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物料雕切機自檢，各部件歸零復位；

S3：驅動x軸滑臺在x軸方向運動至x軸兩端的極限位置，同時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數據，測得3D物料在x軸向的長短尺寸；

S4：x軸滑臺復位，驅動y軸滑臺在y軸方向運動至y軸兩端的極限位置，同時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數據，測得3D物料在y軸向的長短尺寸；

S5：y軸滑臺復位，激光場鏡與加工平臺的相對位置向y軸一端平移設定的單位距離，重復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軸滑臺復位，激光場鏡與加工平臺的相對位置向y軸另一端平移設定的單位距離，重復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回波分析原理計算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數據，得到3D物體物料的網狀輪廓曲線，根據曲線擬合算法，得到擬合曲面，并進一步計算得曲面加工輪廓路徑規劃圖；

S7：根據S6所得曲面加工輪廓路徑規劃圖，以三軸運動控制單元實時控制運動控制裝置工作、分別驅動 x軸滑臺在x軸上作直線運動、y軸滑臺在y軸上作直線運動、z軸滑臺在z軸上作直線運動；以振鏡控制單元控制第一旋轉軸鏡和第二旋轉軸鏡實時旋轉運動，激光場鏡輸出切割激光執行加工切割。

與現有技術相比，本發明將光學和運動控制系統和圖像處理單元進行有機的結合，通過一維度空間內運動的有效疊加，實現了3D物料的運動切割，依靠高精度激光位移傳感單元和步進電機大大提高產品的成品率、優化了運動曲線、降低了人工成本。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構示意圖，其中，二氧化碳激光器和水冷裝置皆內置于激光發射器，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視放大示意圖。

上述附圖中各部件與附圖標記的對應關系如下：

1、終端機；2、加工平臺；3、激光發射器；4、運動控制裝置；21、x軸滑臺；22、y軸滑臺；23、z軸滑臺；31、擴束鏡；32、第一旋轉軸鏡；33、第二旋轉軸鏡；34、激光場鏡；41、步進電機；42、絲桿；43、滑塊。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將結合附圖對本發明作進一步描述。

如圖1-3所示的本發明實施例1：

一種3D物料雕切機，包括終端機1、加工平臺2、激光發射器3和運動控制裝置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，所述激光發射器3包括二氧化碳激光器、激光位移傳感器、水冷裝置、擴束鏡31、第一旋轉軸鏡32、第二旋轉軸鏡33和激光場鏡34，所述二氧化碳激光器用于發射切割激光、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時水冷。所述激光位移傳感器用于發射激光檢測脈沖和接收反射的激光檢測脈沖；所述終端機1連接激光發射器3和運動控制裝置4，所述終端機1包括激光位移傳感單元、三軸運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回波分析原理計算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數據；所述三軸運動控制單元實時控制運動控制裝置4工作；所述運動控制裝置4分別驅動 x軸滑臺21在x軸上作直線運動、y軸滑臺22在y軸上作直線運動、z軸滑臺23在z軸上作直線運動。所述振鏡控制單元實時控制第一旋轉軸鏡32和第二旋轉軸鏡33作旋轉運動，所述二氧化碳激光器射出切割激光，依次經擴束鏡31擴束、經第一旋轉軸鏡32第一次折射、和經第二旋轉軸鏡33第二次折射至激光場鏡34，由激光場鏡（34）發射至加工平臺2上。所述運動裝置4包括步進電機41、絲桿42和滑塊43，所述絲桿42和滑塊43設置于x軸滑臺21、y軸滑臺22、z軸滑臺23的底部，所述步進電機41用于驅動絲桿42和滑塊43運動。

實踐中，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1，令3D物料雕切機整體自檢，令各部件自動歸零復位。

接著，終端機1控制所述運動控制裝置4、運動控制裝置4驅動x軸滑臺在x軸方向運動至x軸兩端的極限位置，同時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數據，測得3D物料在x軸向的長短尺寸；

接著，x軸滑臺21復位，運動控制裝置4驅動y軸滑臺22在y軸方向運動至y軸兩端的極限位置，同時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數據，測得3D物料在y軸向的長短尺寸；

接著，y軸滑臺22復位，運動控制裝置4驅動加工平臺2，令激光場鏡34與加工平臺2的相對位置向y軸一端平移設定的單位距離，重復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軸滑臺復位，通過運動控制裝置4令激光場鏡34與加工平臺2的相對位置向y軸另一端平移設定的單位距離，重復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回波分析原理計算被測物體的距離、直徑、位移、厚度、振動的幾何數據，得到3D物體物料的網狀輪廓曲線，根據曲線擬合算法，得到擬合曲面，并進一步計算得曲面加工輪廓路徑規劃圖；

最后，終端機1根據所得曲面加工輪廓路徑規劃圖，以三軸運動控制單元實時控制運動控制裝置工作、分別驅動 x軸滑臺在x軸上作直線運動、y軸滑臺在y軸上作直線運動、z軸滑臺在z軸上作直線運動；以振鏡控制單元控制第一旋轉軸鏡和第二旋轉軸鏡實時旋轉運動，調整二氧化碳激光器輸出的切割激光的方向執行加工切割。

以上所述，僅為本發明的具體實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域技術的技術人員在本發明公開的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書的保護范圍為準。