CN105522605A - 胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置及方法，装置包括切割轨道、传动丝杠、传动丝杠步进电机、平移小车、传动丝母、气缸、伺服电机和圆盘锯齿，切割轨道水平设置在传送装置的上方，切割轨道的侧面设置有两个上下平行的轨道，传动丝杠通过丝杠座设置在两个轨道中间且距切割轨道一定距离的地方，传动丝杠步进电机设置在切割轨道的一端且与传动丝杠的一端轴连接，平移小车相对切割轨道的侧面设置有与两个轨道对应的滑块以及与传动丝杠对应的传动丝母，气缸设置在平移小车背对切割轨道的一侧，气缸活塞杆向下运动，伺服电机固定在活塞杆末端，所述圆盘锯齿设置在伺服电机的转轴上，传动丝杆采用斜度安装。本发明不仅切割精度高，而且不发生生产废品。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温板的自动切割技术，具体地说是一种胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置及方法。
背景技术
胶粉聚苯颗粒外墙保温材料是以预混合型干拌沙浆为主要胶凝材料，加入适当的抗裂纤维及多种添加剂，以聚苯乙烯泡沫颗粒为轻骨料，按比例配置，在现场加以搅拌均匀即可，外墙内外表面均可使用，施工方便，且保温效果较好。也可预先加工成板形式，干燥以后可以做外保温墙保温材料使用。
胶粉聚苯颗粒保温板生产工艺很简单：将胶粉聚合物浆料、颗粒按配比均匀搅拌，将搅拌好的胶粉聚苯颗粒保温浆料放入模具中即可。每隔一段时间均匀振捣一次，产品成型后养护一周后按销售订单的规格自动切割成成品入库。
目前胶粉聚苯颗粒保温板的切割方法很多，有采用像铡刀似的切割方法，这种方法能破坏胶粉聚苯颗粒板的边缘，最大缺点是由于电机转速造成误差，经常损坏衬板；目前国内市场上，也有用像电锯似的切割，这样切割方法是锯要在滑道上水平位移，以保持与板的相对静止，此方法虽能保护胶粉聚苯颗粒板的边缘，但设备成本高，同时由于运动误差或检测传感定位带来的误差，也损坏胶粉聚苯颗粒板的边缘。
因此，迫切需要设计一套胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置及方法，其不仅切割精度高，而且不发生生产废品。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，用于设置在传送装置上将平整的胶粉聚苯颗粒保温板切割成成品板，所述胶粉聚苯颗粒保温板下方设置有等间距排列且两两之间有一定缝隙的若干个衬板，其特征是，包括切割轨道、传动丝杠、传动丝杠步进电机、平移小车、传动丝母、气缸、伺服电机和圆盘锯齿，所述切割轨道水平设置在传送装置的上方，切割轨道的侧面设置有两个上下平行的轨道，所述传动丝杠通过丝杠座设置在两个轨道中间且距切割轨道一定距离的地方，所述传动丝杠步进电机设置在切割轨道的一端且与传动丝杠的一端轴连接，所述平移小车相对切割轨道的侧面设置有与两个轨道对应的滑块以及与传动丝杠对应的传动丝母，所述气缸设置在平移小车背对切割轨道的一侧，气缸的活塞杆向下运动，所述伺服电机固定在活塞杆的末端，所述圆盘锯齿设置在伺服电机的转轴上；所述圆盘锯齿的平面与胶粉聚苯颗粒保温板的行进方向垂直，所述传动丝杆的中心线与圆盘锯齿的平面有一定夹角。
进一步地，该自动切割装置还包括锯起始限位开关、锯终点限位开关、板到位触发开关和摄像装置，所述锯起始限位开关和锯终点限位开关分别设置在切割轨道两端，所述板到位触发开关设置在锯终点限位开关下方且能够被胶粉聚苯颗粒保温板碰到的地方，所述摄像装置设置在锯起始限位开关下方且位于传送装置的一侧。
进一步地，该自动切割装置还包括摄像装置保护机构，所述摄像装置保护机构包括摄像装置遮挡板和传动机构，所述传动机构设置在摄像装置附近，所述摄像装置遮挡板与传动机构轴连接。
进一步地，该自动切割装置还包括摄像补光装置，所述摄像补光装置包括照明灯，所述照明灯设置在摄像装置附近。
进一步地，该自动切割装置还包括控制装置，所述控制装置包括主控模块以及分别与主控模块连接的I/O信号采集模块、图像信息采集电路、锯控制继电器、气缸动作控制电路、传动丝杠步进电机驱动电路、摄像装置保护机构驱动电路、照明灯控制电路、通讯模块、EEPROM存储器和电源模块；所述主控模块包括STM8S系列ARM单片机；所述I/O信号采集模块包括滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述滞回电路的输入端分别与锯起始限位开关、锯终点限位开关和板到位触发开关连接，输出端依次经过光电隔离电路和驱动锁存编码器与STM8S系列ARM单片机连接；所述图像信息采集电路包括球栅阵列结构集成电路；所述传动丝杠步进电机驱动电路包括步进电机驱动器、ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路，所述步进电机驱动器经过ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述摄像装置保护机构驱动电路包括74LS14驱动电路和MC1413反向驱动器，所述74LS14驱动电路的输入端与STM8S系列ARM单片机连接，输出端与MC1413反向驱动器的输入端连接，MC1413反向驱动器的输出端与传动机构驱动电机控制端连接；所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述电源模块包括与STM8S系列ARM单片机连接+24V电源模块。
优选地，所述球栅阵列结构集成电路采用OV7670芯片。
本发明还提供了一种胶粉聚苯颗粒保温板自动切割方法，其特征是，包括以下步骤：
1)初始化有关参数：气缸动作时间T1、锯启动时间T2和传动气缸动作时间T3；
2)读取传送装置的辊道转速Vx；
3)计算切割位置，板材切割位置为两衬板之间缝隙中心距S，S＝(T1+T2+T3)Vx；
4)计算传动丝杠的步进电机速度，传动丝杠的步进电机速度Vs＝Vx/COSα，α为锯齿平面与传动丝杠中心线的夹角，tgα＝W/H，W为锯起始点到锯终点之间沿胶粉聚苯颗粒保温板行进方向的距离，H为胶粉聚苯颗粒保温板的宽度；
5)检测板到位触发开关状态，当板到位触发开关被触发时进入下一步，否则继续检测板到位触发开关状态；
6)打开摄像装置保护机构，驱动传动机构的驱动电机驱动传动机构带动摄像装置遮挡板移开；
7)启动摄像装置进行拍摄两个衬板之间缝隙图像；
8)对拍摄的图像进行图像二值化处理提取出衬板之间的缝隙边缘；
9)计算出从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx；
10)从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx是否大于两衬板之间缝隙中心距S，如果是进入下一步，否则转入步骤7)；
11)关闭摄像装置保护机构，控制气缸工作驱动锯下落就位；
12)启动伺服电机驱动圆盘锯齿旋转；
13)驱动传动丝杠步进电机正转使锯前进；
14)检测锯终点限位开关状态，当锯终点限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯终点限位开关状态；
15)关闭伺服电机使锯停止工作，并释放气缸使锯抬升；
16)驱动传动丝杠步进电机反转使锯返回；
17)检测锯起始限位开关状态，当锯起始限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯起始限位开关状态；
18)传动丝杠步进电机停止工作，并返回步骤2)进行下一次板材切割。
上述方法中，所述读取传送装置的辊道转速Vx的过程为：控制装置通过通讯模块接入胶粉聚苯颗粒保温板自动生成控制***直接获取Vx的数据。
本发明的有益效果是：
采用本发明的切割装置对胶粉聚苯颗粒保温板进行切割，不仅能够对板材进行准确切割，保持胶粉聚苯颗保温板的边缘不便，提高了切割精度且不发生生产废品，而且设备成本低，安装方便。
在板材切割过程中，锯是前进的，胶粉聚苯颗粒板也在一直运行，所以如果锯不前进可能将锯挤压折断，如果采取传动丝杠同步移动的话，切割装置设计***的机构增多。本发明通过将切割轨道采用斜度安装，在切割时候锯齿一直在两衬板的夹缝中，这样可实现锯齿的水平移动，不仅不破坏衬板，也不会将锯挤压折断，而且比传统切割装置的结构少，节约陈本。
本发明在胶粉聚苯颗粒固化成板后在衬板与衬板的交接处进行切割，不仅提高了胶粉聚苯颗粒保温板的生产效率，而且对板材切割精度高，成品板成品率高，不发生生产废品。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述控制装置的结构示意图；
图3为本发明切割装置的安装形式示意图；
图4为本发明检测定位示意图；
图5为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合其附图对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明的一种胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，用于设置在传送装置上将平整的胶粉聚苯颗粒保温板切割成成品板，它包括切割轨道1、传动丝杠2、传动丝杠步进电机3、平移小车4、传动丝母、气缸5、伺服电机6和圆盘锯齿7，所述切割轨道1水平设置在传送装置8的上方，切割轨道1的侧面设置有两个上下平行的轨道，所述传动丝杠2通过丝杠座设置在两个轨道中间且距切割轨道一定距离的地方，所述传动丝杠步进电机3设置在切割轨道1的一端且与传动丝杠2的一端轴连接，所述平移小车4相对切割轨道的侧面设置有与两个轨道对应的滑块以及与传动丝杠对应的传动丝母，所述气缸5设置在平移小车背对切割轨道的一侧，气缸的活塞杆向下运动，所述伺服电机6固定在活塞杆的末端，所述圆盘锯齿7设置在伺服电机的转轴上；所述圆盘锯齿7的平面与胶粉聚苯颗粒保温板9的行进方向垂直，所述传动丝杆的中心线与圆盘锯齿的平面有一定夹角。
进一步地，该自动切割装置还包括锯起始限位开关、锯终点限位开关、板到位触发开关和摄像装置，所述锯起始限位开关和锯终点限位开关分别设置在切割轨道两端，所述板到位触发开关设置在锯终点限位开关下方且能够被胶粉聚苯颗粒保温板碰到的地方，所述摄像装置设置在锯起始限位开关下方且位于传送装置的一侧。
进一步地，该自动切割装置还包括摄像装置保护机构，所述摄像装置保护机构包括摄像装置遮挡板和传动机构，所述传动机构设置在摄像装置附近，所述摄像装置遮挡板与传动机构轴连接。
进一步地，该自动切割装置还包括摄像补光装置，所述摄像补光装置包括照明灯，所述照明灯设置在摄像装置附近。
进一步地，该自动切割装置还包括控制装置。如图2所示，所述控制装置包括主控模块以及分别与主控模块连接的I/O信号采集模块、图像信息采集电路、锯控制继电器、气缸动作控制电路、传动丝杠步进电机驱动电路、摄像装置保护机构驱动电路、照明灯控制电路、通讯模块、EEPROM存储器和电源模块；所述主控模块包括STM8S系列ARM单片机；所述I/O信号采集模块包括滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述滞回电路的输入端分别与锯起始限位开关、锯终点限位开关和板到位触发开关连接，输出端依次经过光电隔离电路和驱动锁存编码器与STM8S系列ARM单片机连接；所述图像信息采集电路包括球栅阵列结构集成电路；所述传动丝杠步进电机驱动电路包括步进电机驱动器、ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路，所述步进电机驱动器经过ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述摄像装置保护机构驱动电路包括74LS14驱动电路和MC1413反向驱动器，所述74LS14驱动电路的输入端与STM8S系列ARM单片机连接，输出端与MC1413反向驱动器的输入端连接，MC1413反向驱动器的输出端与传动机构驱动电机控制端连接；所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述电源模块包括与STM8S系列ARM单片机连接+24V电源模块。
优选地，所述球栅阵列结构集成电路采用OV7670芯片。
如图3至图5所示，本发明的一种胶粉聚苯颗粒保温板自动切割方法，它包括以下步骤：
1)初始化有关参数：气缸动作时间T1、锯启动时间T2和传动气缸动作时间T3；
2)读取传送装置的辊道转速Vx；
3)计算切割位置，板材切割位置为两衬板之间缝隙中心距S，S＝(T1+T2+T3)Vx；
4)计算传动丝杠的步进电机速度，传动丝杠的步进电机速度Vs＝Vx/COSα，α为锯齿平面与传动丝杠中心线的夹角，tgα＝W/H，W为锯起始点到锯终点之间沿胶粉聚苯颗粒保温板行进方向的距离，H为胶粉聚苯颗粒保温板的宽度；
5)检测板到位触发开关状态，当板到位触发开关被触发时进入下一步，否则继续检测板到位触发开关状态；
6)打开摄像装置保护机构，驱动传动机构的驱动电机驱动传动机构带动摄像装置遮挡板移开；
7)启动摄像装置进行拍摄两个衬板之间缝隙图像；
8)对拍摄的图像进行图像二值化处理提取出衬板之间的缝隙边缘；
9)计算出从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx；
10)从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx是否大于两衬板之间缝隙中心距S，如果是进入下一步，否则转入步骤7)；
11)关闭摄像装置保护机构，控制气缸工作驱动锯下落就位；
12)启动伺服电机驱动圆盘锯齿旋转；
13)驱动传动丝杠步进电机正转使锯前进；
14)检测锯终点限位开关状态，当锯终点限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯终点限位开关状态；
15)关闭伺服电机使锯停止工作，并释放气缸使锯抬升；
16)驱动传动丝杠步进电机反转使锯返回；
17)检测锯起始限位开关状态，当锯起始限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯起始限位开关状态；
18)传动丝杠步进电机停止工作，并返回步骤2)进行下一次板材切割。
上述方法中，所述读取传送装置的辊道转速Vx的过程为：控制装置通过通讯模块接入胶粉聚苯颗粒保温板自动生成控制***直接获取Vx的数据。
下面对本发明的几个关键环节进行说明。
一、切割过程：
气缸动作，锯齿下降，锯齿有电机带动旋转进行切割，同时传动丝杠的步进电机带锯沿着切割轨道前进，当切割完毕到边缘限位开关则停止。此时，气缸动作，锯齿升起，电机停止，丝杆步进电机反转回到原位。切割过程完毕。
二、锯齿的定位：
轨道是前进的，胶粉聚苯颗粒板也在一直运行(水平移动)，所以如果锯不前进可能将锯挤压折断。如果采取丝杠同步移动的话，装置设计***的机构增多。在此可以采用一种捷径，将装置的位置斜度安装，这样可实现锯齿的水平移动。
如图3所示，待切割的胶粉聚苯颗粒板沿着Vx方向前进，在辊道的速度已知，将锯的位置调节和板的运动方向垂直；切割装置的两端固定位置的形成的水平斜度宽度W，W应该等于Vx乘上从切割开始到结束时间。由此可以算出控制切割步进电机的速度。这样在切割时候锯齿一直在两衬板的夹缝中，不破坏衬板。丝杠驱动采用步进电机的一点是可根据辊道电机的速度适当调节锯的切割速度，以免损坏衬板。
三、切割装置切割开始的检测：
如何确定开始切割的位置是自动化生产过程一个重要环节。
为了做到在两衬板的狭缝切割，本发明采用高速摄像头，用拍摄的图像来识别切割开始时刻，这样做到精确定位。如图4，切割的时刻就在S之间的恰当位置。此位置可根据辊道的运行速度不同做适当的自动微调。
四、控制原理
如图2所示，摄像头带有保护机构。防止红尘的污染。当胶粉聚苯颗粒板进入到切割区的80％左右时，由板前面的触碰开关获知，摄像头保护机构打开，单片机STM8S控制开始拍摄，通过图像边缘处理提取两板间狭缝的位置，当到该切割位置点时，启动气缸，开启电锯，同时控制丝杠的步进电机沿导轨移动，当遇到限位开关停止切割，并提起锯，停止切割锯电机；同时，丝杠步进电机反转，回到原始位置(限位开关)，至此，整个切割工作完成。控制器将切割次数放在存储器EEPROM中。控制器与自动生产控制***通过RS485相连，接受辊道电机转动速度，开停状态等有关参数。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (8)
1.胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，用于设置在传送装置上将平整的胶粉聚苯颗粒保温板切割成成品板，所述胶粉聚苯颗粒保温板下方设置有等间距排列且两两之间有一定缝隙的若干个衬板，其特征是，包括切割轨道、传动丝杠、传动丝杠步进电机、平移小车、传动丝母、气缸、伺服电机和圆盘锯齿，所述切割轨道水平设置在传送装置的上方，切割轨道的侧面设置有两个上下平行的轨道，所述传动丝杠通过丝杠座设置在两个轨道中间且距切割轨道一定距离的地方，所述传动丝杠步进电机设置在切割轨道的一端且与传动丝杠的一端轴连接，所述平移小车相对切割轨道的侧面设置有与两个轨道对应的滑块以及与传动丝杠对应的传动丝母，所述气缸设置在平移小车背对切割轨道的一侧，气缸的活塞杆向下运动，所述伺服电机固定在活塞杆的末端，所述圆盘锯齿设置在伺服电机的转轴上；所述圆盘锯齿的平面与胶粉聚苯颗粒保温板的行进方向垂直，所述传动丝杆的中心线与圆盘锯齿的平面有一定夹角。
2.根据权利要求1所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，其特征是，还包括锯起始限位开关、锯终点限位开关、板到位触发开关和摄像装置，所述锯起始限位开关和锯终点限位开关分别设置在切割轨道两端，所述板到位触发开关设置在锯终点限位开关下方且能够被胶粉聚苯颗粒保温板碰到的地方，所述摄像装置设置在锯起始限位开关下方且位于传送装置的一侧。
3.根据权利要求2所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，其特征是，还包括摄像装置保护机构，所述摄像装置保护机构包括摄像装置遮挡板和传动机构，所述传动机构设置在摄像装置附近，所述摄像装置遮挡板与传动机构轴连接。
4.根据权利要求3所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，其特征是，还包括摄像补光装置，所述摄像补光装置包括照明灯，所述照明灯设置在摄像装置附近。
5.根据权利要求4所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，其特征是，还包括控制装置，所述控制装置包括主控模块以及分别与主控模块连接的I/O信号采集模块、图像信息采集电路、锯控制继电器、气缸动作控制电路、传动丝杠步进电机驱动电路、摄像装置保护机构驱动电路、照明灯控制电路、通讯模块、EEPROM存储器和电源模块；所述主控模块包括STM8S系列ARM单片机；所述I/O信号采集模块包括滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述滞回电路的输入端分别与锯起始限位开关、锯终点限位开关和板到位触发开关连接，输出端依次经过光电隔离电路和驱动锁存编码器与STM8S系列ARM单片机连接；所述图像信息采集电路包括球栅阵列结构集成电路；所述传动丝杠步进电机驱动电路包括步进电机驱动器、ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路，所述步进电机驱动器经过ULN2803驱动接口芯片和74LS14驱动电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述摄像装置保护机构驱动电路包括74LS14驱动电路和MC1413反向驱动器，所述74LS14驱动电路的输入端与STM8S系列ARM单片机连接，输出端与MC1413反向驱动器的输入端连接，MC1413反向驱动器的输出端与传动机构驱动电机控制端连接；所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM8S系列ARM单片机连接；所述电源模块包括与STM8S系列ARM单片机连接+24V电源模块。
6.根据权利要求5所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割装置，其特征是，所述球栅阵列结构集成电路采用OV7670芯片。
7.胶粉聚苯颗粒保温板自动切割方法，其特征是，包括以下步骤：
1)初始化有关参数：气缸动作时间T1、锯启动时间T2和传动气缸动作时间T3；
2)读取传送装置的辊道转速Vx；
3)计算切割位置，板材切割位置为两衬板之间缝隙中心距S，S＝(T1+T2+T3)Vx；
4)计算传动丝杠的步进电机速度，传动丝杠的步进电机速度Vs＝Vx/COSα，α为锯齿平面与传动丝杠中心线的夹角，tgα＝W/H，W为锯起始点到锯终点之间沿胶粉聚苯颗粒保温板行进方向的距离，H为胶粉聚苯颗粒保温板的宽度；
5)检测板到位触发开关状态，当板到位触发开关被触发时进入下一步，否则继续检测板到位触发开关状态；
6)打开摄像装置保护机构，驱动传动机构的驱动电机驱动传动机构带动摄像装置遮挡板移开；
7)启动摄像装置进行拍摄两个衬板之间缝隙图像；
8)对拍摄的图像进行图像二值化处理提取出衬板之间的缝隙边缘；
9)计算出从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx；
10)从摄像开始位置到图像缝隙中心的距离Sx是否大于两衬板之间缝隙中心距S，如果是进入下一步，否则转入步骤7)；
11)关闭摄像装置保护机构，控制气缸工作驱动锯下落就位；
12)启动伺服电机驱动圆盘锯齿旋转；
13)驱动传动丝杠步进电机正转使锯前进；
14)检测锯终点限位开关状态，当锯终点限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯终点限位开关状态；
15)关闭伺服电机使锯停止工作，并释放气缸使锯抬升；
16)驱动传动丝杠步进电机反转使锯返回；
17)检测锯起始限位开关状态，当锯起始限位开关被触发时进入下一步，否则继续检测锯起始限位开关状态；
18)传动丝杠步进电机停止工作，并返回步骤2)进行下一次板材切割。
8.根据权利要求7所述的胶粉聚苯颗粒保温板自动切割方法，其特征是，所述读取传送装置的辊道转速Vx的过程为：控制装置通过通讯模块接入胶粉聚苯颗粒保温板自动生成控制***直接获取Vx的数据。
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