一种可自定义切割长度的自动化锯竹设备及锯竹方法与流程

本发明涉及竹木加工机械技术领域，特别涉及一种可自定义切割长度的自动化锯竹设备及锯竹方法。

背景技术：

在竹材初级加工过程中，首先要将原竹根据需要截成设定的长度，该操作称为原竹定段或原竹定长，然后将定长段竹筒送入下道工序。破竹开片设备，得到设定宽度的弧形竹片，此操作称为破竹开片，弧形竹片再按工艺要求进行下道工序加工。由于破竹开片，采用竹筒圆盘刀具，需由刀盘中心对刀心，与竹筒小头端面成90度运动将定段竹筒等分几片，在破竹的过程中，由于竹筒端面有竹节，竹筒与刀盘对中不准造成竹片不等分而使竹筒报废。

现有技术中的原竹定段工作通常采用先从竹篼端开始锯切加工的工艺方法，人工目测去除定长段小端竹节。是由人机合作共同完成，原竹由操作者拿起，让原竹的一端抵在锯切机的托竹座上，同时用手按住原竹，启动锯切机，横向移动竹子，直到原竹被切断，操作者才能松开托着原竹的手，继续送进未定段的原竹并重复前面的操作。如果遇到小端一定长度内有竹节，还需托着一端，将竹节去除。

由于竹制品的加工种类不同，所需切割的定长段也不相同，在变换定长段长度的切割要求下，工人并不能及时调整目测长度习惯，进而容易造成误切，形成浪费。且现有的自动切竹机，整体系统过于复杂，操作繁琐，实际使用效率并不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种可自定义切割长度的自动化锯竹设备，可以实现原竹的自定义长度切割、收集以及余料的排出。

本发明的另一个目的在于提供了一种可自定义切割长度的自动化锯竹方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种可自定义切割长度的自动化锯竹设备，包括传送机构、锯竹机构、下料机构、自定义定长机构以及推出机构；所述传送机构用于向锯竹机构传送待切割的原竹；所述锯竹机构设置在传送机构的出料口处，用于切割原竹；所述下料机构设置在锯竹机构的出料方向，用于对切割好的定长段竹子进行收集；所述自定义定长机构包括第一光电传感器以及第二光电传感器，所述第一光电传感器可滑动地安装在下料机构上，第二光电传感器可滑动地安装在传送机构上；所述推出机构包括第一气缸以及与第一气缸连接的推板，所述第一气缸及推板安装在传送机构上，沿出料方向，所述推板位于第二光电传感器的前方。

作为优选的技术方案，所述传送机构包括传送框架、输送滚轮以及传送动力机构，所述传送动力机构包括橡胶轮、减速电机以及第二气缸，多组输送滚轮安装于传送框架的中层，所述橡胶轮与减速电机连接，橡胶轮固定于传送框架顶层，所述第二气缸与橡胶轮连接。

作为优选的技术方案，所述橡胶轮、减速电机以及第二气缸分别包括三个，每个橡胶轮中部设有横轴，横轴通过联轴器与减速电机连接，横轴的两端与h形结构连接，h形结构的顶部通过一根主轴与传送框架的顶层固定，在h形结构的中部通过y形连接件与第二气缸的一端连接，第二气缸的另一端与传送框架的顶层连接。传送动力机构可实现橡胶轮的上升和下降，当橡胶轮上升时，输送滚轮所形成的输送滚轮床可为原竹提供输送空间；当橡胶轮下降时，可压住原竹，并在减速电机的作用下推动原竹在输送滚轮床上前进。

作为优选的技术方案，所述在输送滚轮下方设有第三光电传感器，在传送框架的出料口处安装有第四光电传感器。第三光电传感器可以检测输送滚轮床上是否有原竹，第四光电传感器可以检测原竹的第一次竹蔸信号。

作为优选的技术方案，所述锯竹机构包括锯机、电动液压推杆以及锯机框架，锯机、电动液压推杆安装在锯机框架上，电动液压推杆与锯机连接。

作为优选的技术方案，所述锯竹机构还包括两个接近式传感器，上下设置于锯机框架上。两个接近式传感器用于检测锯机的上下极限位置，保证电动液压推杆不至于上升的过高亦或者下降的过低，以保证锯片可以在有效的行程区间进行锯切动作。

作为优选的技术方案，所述下料机构包括下料框架以及下料板，所述下料板倾斜安装于下料框架顶层，所述下料板位置较高的一侧边安装有带刻度线的第一滑轨，所述第一光电传感器通过滑块安装于所述第一滑轨上。第一光电传感器用于设定原竹的定长段，且在滑轨上左右移动，可实现定长段的自定义设置。

作为优选的技术方案，在传送框架上安装有带刻度线的第二滑轨，所述第二光电传感器通过滑块安装于所述第二滑轨上。第二光电传感器用于判断原竹余料是否满足定长段需要，且在滑轨上左右移动，可实现不同定长段的余料判断。

作为优选的技术方案，在所述第二光电传感器的安装位置处还设有工业相机及照明设备，所述工业相机与外部计算机电连接。工业相机、计算机结合相应的图像识别软件和算法识别小端是否有竹节。

本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种可自定义切割长度的自动化锯竹方法，包括如下步骤：

调整第一光电传感器、第二光电传感器的位置，使两者到锯机的距离相等；

传送机构传送待切割原竹到第一光电传感器处，锯竹机构对定长段的竹子进行切割；

第二光电传感器检测剩下待切割的原竹长度是否大于等于设定的定长，如果大于等于设定的定长，则由锯竹机构切割定长段竹子；如果小于设定的定长，则由推出机构推出剩余的竹子。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明在下料机构、传送机构处分别设置光电传感器，实现原竹自定义长度的设定，并且在余料不满足定长段要求时，采用推出机构将余料推出。整个过程无需操作人员参与，提高原竹定长段的工作效率，自动化程度高，降低企业人工成本。

2.本发明在实现原竹自定义长度的同时，使用工业相机及计算机，判断小端处是否有竹节，可对竹节进行识别并切割，获得小端无竹节的定长段竹子。

附图说明

图1是本发明实施例中自定义切割长度的自动化锯竹设备的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中传送机构的正面结构示意图；

图3是本发明实施例中传送机构的背面结构示意图；

图4是本发明实施例中锯竹机构的结构示意图；

图5是本发明实施例中下料机构的正面结构示意图；

图6是本发明实施例中下料机构的背面结构示意图；

图7是本发明实施例中推出机构的结构示意图；

图8是本发明实施例中第二滑轨的结构示意图。

其中：1：传送机构，11：传送框架，12：输送滚轮，13：橡胶轮，14：减速电机，15：第二气缸，16：h形钢结构，17：横轴，18：主轴，19：第三光电传感器，110：第四光电传感器，2：锯竹机构，21：锯机，22：锯机框架，23：电动液压推杆，24：接近式传感器，3：下料机构，31：下料框架，32：下料板，33：挡板，34：废料滑板，41：第一光电传感器，42：第二光电传感器，43：第一滑轨，44：第二滑轨，45：工业相机，46：照明设备，5：推出机构，51：推板，52：第一气缸，6：控制箱。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种可自定义切割长度的自动化锯竹设备，包括传送机构、锯竹机构、下料机构、自定义定长机构、推出机构以及控制箱。传送机构用于向锯竹机构传送待切割的原竹；锯竹机构设置在传送机构的出料口处，用于切割原竹；下料机构设置在锯竹机构的出料方向，用于对切割好的定长段竹子进行收集；自定义定长机构用于控制所切割原竹的定长段，可以根据需要设定原竹具体的定长段；推出机构用于判断剩余原竹是否满足当前定长段所设定的长度，如果不满足则自动排出剩余原竹。控制箱内设有控制器以及计算机，控制器用于控制设备内的各部件动作，控制器采用三菱fx3u-48m可编程控制器。

如图2、3所示，传送机构包括传送框架、输送滚轮以及传送动力机构，传送动力机构包括橡胶轮、减速电机以及第二气缸。传送框架为方形结构体，用于对整体传送机构提供支撑，且分为顶层、中层和下层。传送框架采用方钢搭建，用螺丝螺母通过45°、90°、135°角件连接件进行固定，整体可拆卸，方便运输和后期改进。在传送框架的中层设置有10组输送滚轮，10组输送滚轮横向排列形成输送滚轮床，用于支撑原竹并同时减轻原竹输送时的摩擦力。在输送滚轮床的底部设有第三光电传感器，第三光电传感器可以用于检测输送滚轮床上是否有原竹。在传送框架的出料口处安装有第四光电传感器，第四光电传感器用于检测原竹的第一次竹蔸信号。

橡胶轮、减速电机以及第二气缸分别包括三个，每个橡胶轮中部设有横轴，横轴通过梅花联轴器与减速电机连接，横轴的两端与h形结构连接。h形结构的顶部通过主轴悬挂在传送框架顶层，在h形结构的中间部分通过y接头与第二气缸一端相连，第二气缸的另一端与传送框架的顶层连接。三个橡胶轮的尺寸分别为8寸、6寸、8寸，第二气缸的缸径均为40mm，一个气缸的行程为200mm，另两个气缸的行程为150mm。减速电机为25w电机。第二气缸的伸缩均由控制器通过磁石传感器的开合来进行控制，所有气缸的动力源均由空气压缩机提供。当第二气缸收缩时，橡胶轮和减速电机开始上升；当第二气缸伸长时，橡胶轮和减速电机开始下降，下降到一定程度即可压住原竹。三组橡胶轮、第二气缸的动作原理均一致且实际指令动作皆同步，下面只说明了一组的动作情况，实际运行中则是代指了三组的动作。

在整体设备刚开始运行时，h形结构的一端通过第二气缸开始上升，为由输送滚轮组成的输送滚轮床腾出足够的可放置空间，此时将未切割的原竹放置上去。默认的，工人在实际生产时都是从竹蔸开始锯切，竹梢为锯切的末端。所以放置原竹时，默认的是以竹蔸为锯竹开始端，竹梢为锯切的末尾端，这样才能保证定长段的第二次切割为小头末端。原竹放置好后，此时控制器开始读取输送滚轮床下方的第三光电传感器的信号变化，如果信号改变，说明滚轮床已有原竹，控制器控制第二气缸伸长，橡胶轮开始下降并压住原竹。这里第三光电传感器的作用是，在没有原竹的情况下是一个信号a，在有原竹情况下是另一个信号b，控制器检测到信号b的情况下开始控制橡胶轮下降。橡胶轮下降压住原竹后，减速电机开始定速运转，带动橡胶轮，通过摩擦带动原竹向锯机运动，当运动到第四光电传感器处时，控制器检测到第四传感器的信号变化，开始计时，让减速电机运转特定时间，该特定的转动时间的作用是让原竹传送一定距离后停止，之后控制器控制锯机切掉竹蔸根部，获得平滑的定长段切面。

如图4所示，锯机包括锯机、电动液压推杆以及锯机框架。锯机、电动液压推杆安装在锯机框架上。锯机框架主要为锯机、电动液压推杆提供支撑，以40mm*40mm方钢为主要原材料，配合90°的角件连接件进行固定，整体均可拆卸，以便于后期运输和加装改进。在锯机框架上还上下设置有两个接近式传感器，接近式传感器用于检测锯机的上下极限位置，保证电动液压推杆不至于上升的过高亦或者下降的过低，以保证锯片可以在有效的行程区间进行锯切动作。锯机包含铸铁型三相异步电动机、木工合金锯片、锯机底座以及两条v带，三相异步电机与锯片之间用两条v带进行动力传输，锯机底座通过y形接头与电动液压推杆连接。锯机主要用于对原竹进行锯切动作，电动液压推杆主要通过行程伸缩对锯机作以主轴为圆心，以锯片为弧形运动的升降操作，在升降动作下配合转动的锯片对原竹进行切割。锯竹机构的切割原理为：锯机得到控制器指令，电动液压推杆收缩，同时三相异步电机启动，通过v带带动合金木工锯片转动。此时整体锯机下降，锯切原竹，使得原竹的竹蔸可以完整切下。当锯机底座达到更靠下的那个接近式传感器时，控制器检测到该传感器的信号变化，此时停止电动液压推杆的收缩，三相异步电机停止，之后控制器改变电动液压推杆电源，反接使得其伸长，推动锯机整体上升，当锯机底座上升到一定高度时，更靠上的那个接近式传感器的信号变化，控制器检测到信号改变，停止整个锯机机构的动作，至此锯机机构的一次完整的锯切动作完成。

如图5所示，下料机构包括下料框架以及下料板。下料框架采用方钢搭建，整体可拆卸，方便运输和后期改进。下料板倾斜安装于下料框架顶层，倾斜角约为30°。下料板设置为倾斜的，可以有效接住锯竹机构切下的定长段竹子，便于定长段竹子自动滚落至下料框架的底层。下料框架底层设置为倾斜的斜面，可将定长段安全地滚至地面，最后有序且集中地排列在一个地方，便于后期工人搬运。

如图5、6所示，为了实现自定义原竹的切割长度，在下料框架上安装有带刻度线的第一滑轨，第一光电传感器通过滑块安装在第一滑轨上；在传送框架上安装有带刻度线的第二滑轨，第二光电传感器通过滑块安装在第二滑轨上。第一光电传感器可在第一滑块上左右滑动，用于检测所需切割的竹子是否到达该位置，到达则由控制器控制橡胶滚停止输送原竹，并控制锯机机构切割竹子。第一光电传感器到达锯片的垂直距离即为设定好的定长段切割长度。第二光电传感器可在第二滑块上左右滑动，用于判断剩余原竹是否满足定长段的切割需求，如若该光电传感器未检测到原竹信号，则给予控制器信号，控制器控制橡胶滚停止输送。第一滑轨、第二滑轨上都设有刻度线，刻度线的零刻度处靠近锯片的一端进行固定，两个零刻度处到达锯片的垂直距离是相同的，记为c，第一光电传感器、第二光电传感器相对于零刻度线的移动距离为d，则定长段的长度为c+d。

本实施例中采用滑轨、滑块的结构实现定长段的长度调节，在实际应用过程中，还可使用滚珠丝杆直线导轨与滑块结合的形式进行长度调节。通过伺服电机高精度地控制滑块在滚珠丝杆直线导轨上的位置，实现原竹自动化定长段。

为了将不满足定长段切割需要的竹子排出，在传送机构上设有推出机构。如图7所示，推出机构包括第一气缸以及推板。第一气缸安装在传送框架中层的底部，山字型推板安装在第一气缸的推杆上，当第一气缸的推杆进行伸出动作时，即可将原竹余料从输送滚轮的侧面进行推出，推出完成后，气缸推杆缩回，完成一次推出动作。推出机构完成剩余原竹推出的原理：第一光电传感器检测到竹子时，橡胶轮停止输送，锯机进行一次切割，此时第二传感器检测锯片右边的原竹余料是否足够满足下一次定长切割，如果第二光电传感器信号改变，即为检测到原竹余料不足以满足下次定长切割，进而通过控制器控制第二气缸收缩，拉动橡胶滚轮上升，之后推出机构进行一次推出动作，完成余料推出。使用推出机构推出余料，可以避免余料由传送机构推送到下料机构，与已经切割好的定长段竹子混淆。如果此时使减速电机反转，将余料退回进料口，由于每组传送滚轮之间还有一段不小的空隙，退回的时候由于余料过短，容易被单个橡胶轮压得翘起，不能正常排出。且如果电机反转，容易造成电机损耗，翘起的原竹卡住，容易造成电机烧毁。而采用本发明的推出机构从传送滚轮的侧边推出余料可以避免上述问题。

在定长段的同时还需要去除小端竹节，如图8所示，本发明在第二滑轨处，第二光电传感器位置处设置有工业相机和照明设备。工业相机为彩色工业相机，用于图像采集，照明设备的作用是为相机进行补光和提供稳定的光照环境，与工业相机固定在一起。工业相机和照明设备固定在滑块上，可左右滑动。照明设备与控制箱内的计算机电连接，计算机结合相应的图像识别软件和算法为图像的识别进行判定和模拟信号输出，传给控制器后判定是否避让竹节，之后进行逻辑切割。小端竹节判断及切割的原理为：工业相机、照明设备、第二光电传感器移至设定位置之后，当第一光电传感器检测到竹子信号时，橡胶轮停止传送，此时与第二光电传感器处于同一位置的工业相机开始识别，如若检测到该位置存在竹节，则控制器控制橡胶轮多传送一段距离，以保证下一次原竹的小端切割无竹节，橡胶轮传送一段距离后，由锯机切割得到一小段废料，进而得到合乎工场剖竹机剖竹要求的离小端一定距离无竹节的定长段竹子。为了排出这一小段废料，锯机机构与传送机构之间设有隔空区域，被切割的小段废料可从该隔空区域通过废料滑板滑到地面进行收集。

下料机构的最左端设有挡板，挡板下方设有一接近传感器，当原竹推送至此处，挡板挡住原竹，此时接近式传感器检测信号改变，控制器按紧急情况停止所有系统，可有效防止出现传感器失灵情况下原竹的不断传送，以及整体系统崩溃失灵的现象发生。

本发明的工作原理如下：锯竹机构将原竹先进行第一次锯切，去除竹蔸部分，之后以锯机的锯片位置处为定长段的起始位置，以第一光电传感器和第二光电传感器到达锯片的垂直距离(两者距离必须相同)为定长段终止端。当第一传感器检测到原竹信号，橡胶轮停止输送，紧接着工业相机进行竹节检测，如果没有竹节，锯竹机构开始锯切形成并得到定长段；如果有竹节，锯竹机构先切割一段定长段竹子，然后控制器控制橡胶轮将原竹移动一小段距离，工业相机再检测一次，如无竹节，则锯机下降进行切割，此时锯机所切割的一小段废料，在橡胶轮的推动作用下到达下料机构的隔空区域，从废料滑板滑落并集中收集。之后重新确定定长段的起始位置，锯竹机构以新的定长段起始位置继续锯切定长段，从而生产出离小端一定距离无竹节的定长段。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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