專利名稱：蛋糕裱花槍組合及其自動蛋糕裱花系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蛋糕裱花技術(shù)，特別涉及一種提供靈活，輕便，高效能的蛋糕裱花槍技 術(shù)。當這種蛋糕裱花槍在手工操作的情況下，可以有效地減輕操作者勞動強度，減少蛋糕裱 花原料的浪費，提高蛋糕裱花效率。當?shù)案怦鸦尳雍蠑?shù)控技術(shù)，圖像處理及自動編程技術(shù) 以組成自動蛋糕裱花系統(tǒng)，實現(xiàn)蛋糕裱花的智能化和自動化。
背景技術(shù)：
美國是一個蛋糕消費大國，但在蛋糕裱花技術(shù)方面仍是手工操作。蛋糕裱花手工 操作的過程是先把蛋糕裱花原料放在一個三角形的裱花袋內(nèi)，裱花袋帶前端有一個裱花槍 頭，操作人員要把裱花袋提在手上，用手緊捏裱花袋，用手掌的握力把裱花原料從裱花袋通 過裱花槍頭擠出來。由于有各種性能的裱花槍頭，所以擠出的裱花原料有各種不同，形態(tài)各 異的美麗的形狀。但是裱花袋比較沉重，而且裱花原料是一種膠狀物，粘度很大，要用很大 的握力才能把裱花原料從裱花袋中擠出來，因此勞動強度大。在手工操作時蛋糕裱花原料 浪費嚴重，綜合上敘原因，蛋糕制作效力低，成本高。最重要的是很多從事蛋糕裱花工作人 員由于長期從事蛋糕裱花操作，大多數(shù)人的手都有職業(yè)病，嚴重的還要進行手術(shù)治療。世界 各國都存在類似情況，所以實現(xiàn)蛋糕裱花的半自動和全自動化操作，有很重要的現(xiàn)實意義 及巨大的潛在市場。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前蛋糕裱花手工操作所存在的問題，尤其是減輕勞動強度，提高蛋糕 裱花效率，減少蛋糕裱花原料在裱花過程中的浪費，本發(fā)明提供一種靈活，輕便，高效能的 蛋糕裱花槍。當這種蛋糕裱花槍在手工操作的情況下，可以有效地減輕操作者勞動強度，減 少蛋糕裱花原料的浪費，提供蛋糕裱花效率。目前數(shù)控技術(shù)已發(fā)展的相當成熟，很多數(shù)控部 件都已標準化，系列化，組件化，為蛋糕裱花技術(shù)實現(xiàn)數(shù)控化創(chuàng)造了相當好的環(huán)境。當?shù)案?裱花槍配合數(shù)控技術(shù)，圖像處理及自動編程技術(shù)以組成自動蛋糕裱花系統(tǒng)，可以實現(xiàn)蛋糕 裱花的智能化和自動化。本發(fā)明的上敘目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)蛋糕裱花槍組合，它由供料系統(tǒng)，傳送軟管，裱花槍組成。裱花原料是由供料系統(tǒng)提供，供料系統(tǒng)是由裱花原料桶，傳送泵，傳送泵控制系統(tǒng) 三部分構(gòu)成。裱花原料不是放在裱花袋內(nèi)，而是放在一個特制的裱花原料桶內(nèi)。傳統(tǒng)裱花 袋只能使用有限次，尤其是塑料裱花袋使用的次數(shù)更少，裱花袋很容易損壞，裱花袋一旦有 破損就無法使用。又由于裱花袋內(nèi)的裱花原料無法清理干凈，裱花原料浪費嚴重。因為在 本發(fā)明中裱花原料桶是固定的，可以反復使用的，所以基本上沒有什么裱花原料的浪費。裱 花原料是通過傳送泵把裱花原料從裱花原料桶內(nèi)通過轉(zhuǎn)送軟管擠壓到裱花槍頭。多種類型 的現(xiàn)有泵都可以用作本系統(tǒng)的傳送泵，如螺桿泵，凸輪轉(zhuǎn)子泵，活塞泵，隔膜泵，磁力泵，葉 片泵和齒輪泵。由于螺桿泵結(jié)構(gòu)簡單，擠壓力大，便于清理，已在食品機械領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應用，如攪肉機，香腸灌腸機等。供料系統(tǒng)中的傳送泵有二類，一類是直接傳送泵，另一類是間接傳送泵。直接傳送 泵是傳送泵直接作用于裱花材料，由泵的作用把裱花材料從裱花槍頭擠壓出去。間接傳送 泵不是泵直接作用與裱花材料，而是作用與某種中間介質(zhì)，通過中間介質(zhì)作用與裱花材料。 由于空氣對食品沒有污染，所以空氣是一種理想的間接傳送泵的中間介質(zhì)。當本發(fā)明用于手工操作時，裱花槍頭安裝在裱花槍身前部。裱花槍手柄上有裱花 槍扳鍵，裱花槍扳鍵有把板鍵機械位移量轉(zhuǎn)換成電模擬量的功能，板鍵的機械位移量與轉(zhuǎn) 換成的電模擬量成正比關(guān)系，用板鍵的電模擬量去控制傳送泵控制系統(tǒng)，傳送泵受傳送泵 控制系統(tǒng)控制。當操作人員輕輕按下裱花槍按鍵，此時裱花槍按鍵機械位移量很小，轉(zhuǎn)換成 的電模擬量相對也很小，傳送泵控制系統(tǒng)控制傳送泵以很小的擠壓速度傳送裱花原料，裱 花原料從裱花槍頭出來的速度也很小。裱花槍板鍵機械位移量越大，裱花原料從裱花槍頭 出來的速度也越大。由于裱花原料桶與裱花槍是分離的，裱花原料是由傳送泵擠壓，裱花原 料速度由裱花槍按鍵控制，操作人員不需要用手提著裱花原料袋，也不需要用手掌用力擠 壓裱花原料袋，所以使用裱花槍來裱蛋糕非常靈活，輕便而且省力。在自動蛋糕裱花系統(tǒng)中，蛋糕裱花槍配合數(shù)控技術(shù)，圖像處理及自動編程技術(shù)以 組成自動蛋糕裱花系統(tǒng)，以實現(xiàn)蛋糕裱花的智能化和自動化。由于蛋糕裱花需要用各種不同顏色，不同質(zhì)地的裱花原料才能制作成美麗的蛋糕 制品，所以自動蛋糕裱花系統(tǒng)需要有一個供料系統(tǒng)庫。供料系統(tǒng)庫由多個能提供各種不同 顏色，不同質(zhì)地的裱花原料的供料系統(tǒng)組成。供料系統(tǒng)庫對各個供料系統(tǒng)的裱花槍所處于 的不同的原始位置進行編碼，需要把當前工作與不同顏色，不同質(zhì)地的裱花材料的裱花槍 的編碼表格預先輸送到數(shù)字控制中心，以便于數(shù)控系統(tǒng)對種不同顏色，不同質(zhì)地的裱花槍 進行識別。自動蛋糕裱花系統(tǒng)有一個機械手，數(shù)字控制系統(tǒng)通過有三個自由度的機械手執(zhí)行 系統(tǒng)操作機械手，機械手按數(shù)控程序要求執(zhí)行抓取相應的裱花槍，實現(xiàn)在蛋糕上自動裱花 的功能。圖像輸入系統(tǒng)能把蛋糕裱花圖案，手寫裱花文字等信息輸入到數(shù)字控制中心，在 數(shù)字控制中心內(nèi)自動對輸入圖像進行圖像處理，圖像理解及自動編程，把輸入的圖像，文字 轉(zhuǎn)換成機器能理解的語言一控制程序，控制機械手執(zhí)行相應的操作。操作控制屏是系統(tǒng) 實現(xiàn)人機對話的窗口，操作人員通過操作屏向自動蛋糕裱花系統(tǒng)發(fā)操作指令。數(shù)字控制中 心有一個顯示終端，顧客也可以通過顯示終端選擇數(shù)字控制中心內(nèi)已存儲的各種現(xiàn)有的蛋 糕裱花圖案，顯示終端還可以進行模擬編程，顯示工作過程，顯示實際裱花槍運行軌跡等功 能。本發(fā)明的實施例結(jié)合附圖作進一步說明。

圖1為自動蛋糕裱花系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為裱花槍工作原理框圖；圖3為機械手執(zhí)行系統(tǒng)工作原理框圖；圖4為用螺桿泵為直接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖；圖5為用隔膜泵為間接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖；圖6為用活塞泵為直接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖；自動蛋糕裱花系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由圖1所示，供料系統(tǒng)庫由多個裝有不同顏色，不同質(zhì)地的裱花原料的供料系統(tǒng)1，轉(zhuǎn)送軟管2及與其相連的裱花槍3組成。供料系統(tǒng)#1，供料系統(tǒng) #2，供料系統(tǒng)#3，...，供料系統(tǒng)#N組成供料系統(tǒng)庫。裱花槍#1，裱花槍#2，裱花槍#3，...， 裱花槍#N由對應的輸送軟管#1，輸送軟管#2，輸送軟管#3，··.，輸送軟管#N連接到它們相 應的供料系統(tǒng)#1，供料系統(tǒng)#2，供料系統(tǒng)#3，...，供料系統(tǒng)#仏裱花槍在系統(tǒng)內(nèi)有它們固 定的相應起始位置，每個裱花槍都有固定的編碼，數(shù)字控制中心10根據(jù)裱花槍編碼通過三 個自由度的機械手執(zhí)行系統(tǒng)8控制機械手9執(zhí)行抓取裱花槍操作。機械手9還能在數(shù)字控 制中心10的指令控制下通過機械手執(zhí)行系統(tǒng)8執(zhí)行裱花操作。當數(shù)字控制中心10控制機 械手9執(zhí)行裱花作業(yè)的同時，數(shù)字控制中心還通過供料系統(tǒng)控制部分4對相應的供料系統(tǒng) 的裱花原料輸送速度進行控制，在數(shù)字控制中心10通過對裱花槍頭的運動軌跡和裱花槍 中輸送裱花原料速度的協(xié)同控制下，可以描繪出理想的蛋糕圖案。圖像輸入系統(tǒng)7能把蛋 糕裱花圖案，手寫裱花文字等輸入數(shù)字控制中心10內(nèi)，在數(shù)字控制中心10把輸入的圖像， 文字轉(zhuǎn)換成機器能理解的語言，控制機械手在三個自由度空間內(nèi)執(zhí)行相應的操作。操作人 員通過操作屏5向自動蛋糕裱花系統(tǒng)發(fā)送操作指令。顧客通過顯示終端6選擇數(shù)字控制中 心10內(nèi)已存儲的各種系統(tǒng)現(xiàn)有的蛋糕裱花圖案，顯示終端6還可以進行模擬編程，顯示工 作過程，顯示實際裱花軌跡等功能。裱花槍工作過程由圖2所示，供料系統(tǒng)由16由裱花原料桶15，傳送泵14，及傳送 泵控制系統(tǒng)17組成。手工操作模式下，操作人員扳動裱花槍板鍵18，通過傳送泵控制系統(tǒng) 17去控制傳送泵14的傳送裱花原料的速度，傳送泵14把裱花原料按操作人員控制要求把 裱花原料通過傳送軟管13，裱花槍身12最后由裱花槍頭11送出。在自動蛋糕裱花系統(tǒng)控 制模式下，傳送泵控制系統(tǒng)17是由數(shù)字控制中心10的控制下工作。機械手執(zhí)行系統(tǒng)工作原理由圖3的框圖所示，機械手執(zhí)行系統(tǒng)由X軸步進執(zhí)行系 統(tǒng)24，Y軸步進執(zhí)行系統(tǒng)25和Z軸步進執(zhí)行系統(tǒng)23組成，以控制機械手22在三個自由度 空間內(nèi)工作。與傳統(tǒng)的數(shù)控執(zhí)行系統(tǒng)一樣，步進執(zhí)行系統(tǒng)由步進電機構(gòu)成的開環(huán)步進執(zhí)行 系統(tǒng)和由伺服電機與位移傳感器組成的閉環(huán)步進執(zhí)行系統(tǒng)二種模式。由于蛋糕裱花對精度 要求很低，但要求產(chǎn)品價格便宜，最好采用開環(huán)步進執(zhí)行系統(tǒng)。機械手有二種工作模式，裱 花槍抓取工作模式及蛋糕裱花工作模式。首先執(zhí)行裱花槍抓取工作模式，在程序的控制下， X軸步進執(zhí)行系統(tǒng)M根據(jù)裱花槍的編碼移動機械手22到與機械手水平縱向相對應的該裱 花槍的位置，Z軸步進執(zhí)行系統(tǒng)23控制機械手移動到能抓到該裱花槍的相對高度的位置， Y軸步進執(zhí)行系統(tǒng)25繼續(xù)操縱機械手向裱花槍庫水平橫向方向運動，直到機械手抓到所要 求的裱花槍。當機械手握住裱花槍后轉(zhuǎn)入蛋糕裱花工作模式，在程序的控制下，X，Y，Z軸步 進執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動，操縱裱花槍頭按程序指令在蛋糕26上走各種復雜的軌跡，同時程序 也控制相應傳送泵的速度從而控制裱花槍頭的裱花原料的擠出速度。當需要用另一種顏色 時，系統(tǒng)重復上敘操作，直到自動蛋糕裱花系統(tǒng)完成裱出美麗的蛋糕圖案。用螺桿泵為直接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖如圖4所示，本實施例的直接傳 送泵采用螺桿泵。為了加大在螺桿泵的對粘綢的膠狀裱花原料的擠壓力，采用了不等螺距 的螺桿泵，在近進料口處螺距比較大，向出料口方向逐步減小。裱花原料31放在裱花原料 桶15內(nèi)，裱花原料桶頂端是裱花原料桶蓋15a，裱花原料桶蓋防止裱花原料的污損及干燥。 裱花原料的上面有活動蓋板15c，活動蓋板雙重保證裱花原料不會被污損及保持其處于新 鮮狀態(tài)?；顒由w板上有固定在活動蓋板上的重物15b，幫助粘綢的裱花原料進入傳送泵。在裱花原料桶15內(nèi)的裱花原料在重物1 與活動蓋板15c的作用下進入轉(zhuǎn)送泵32的進料口， 傳送泵在電機33的驅(qū)動下擠壓裱花原料并把裱花原料通過轉(zhuǎn)送軟管13送向裱花槍頭。用隔膜泵為間接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖如圖5所示，由于隔膜泵的隔膜 把泵的工作腔與機械運動部件隔離，保證工作腔清潔衛(wèi)生，最適宜在食品機械中使用，本實 施例的間接傳送泵采用隔膜泵。中間介質(zhì)為空氣，隔膜泵作為氣泵47，隔膜泵由電機46驅(qū) 動。氣泵出來的壓縮空氣送入儲氣罐48，壓縮空氣從儲氣罐出來后通過過慮器45過慮后， 在二位三通電磁閥41的控制下進入裱花原料桶15。二位三通電磁閥有二個狀態(tài)，當電磁閥 工作時，壓縮空氣進入裱花原料桶，當電磁閥關(guān)閉時裱花原料桶經(jīng)過電磁閥通大氣，進行排 空。當系統(tǒng)氣壓超過允許值，安全閥42工作，通過消音器43排放。氣壓表44用于監(jiān)視工 作壓力，根據(jù)氣壓表指示調(diào)整安全閥。裱花原料31放置在特殊的裱花原料桶15內(nèi)。裱花 原料桶頂端是裱花原料桶蓋15a，裱花原料的上面有活動蓋板15c，活動蓋板上固定有導向 桿15d。由于使用低氣壓，裱花原料桶與裱花原料桶蓋之間還需要密封，所以它們之間有契 口，中間有密封圈15f，結(jié)構(gòu)與家庭用高壓鍋非常相似。導向桿與裱花原料蓋之間也有密封 圈15e。裱花槍板鍵控制電磁閥41，當操作人員按動裱花槍板鍵時，電磁閥41工作，壓縮空 氣通過電磁閥進入裱花原料桶，通過活動蓋板15c擠壓裱花原料31，裱花原料通過轉(zhuǎn)送軟 管到裱花槍頭。本實施例的最大優(yōu)點是可以采用板式氣動元件，集成式安裝在基板上，結(jié)構(gòu) 緊湊，維護方便，一套氣壓系統(tǒng)可以用于多個供料系統(tǒng)。用活塞泵為直接傳送泵的供料系統(tǒng)工作原理框圖如圖6所示，本實施例的直接傳 送泵采用改型的活塞泵。裱花原料31放置在裱花原料桶15內(nèi)，裱花原料桶頂端是裱花原料 桶蓋15a，裱花原料的上面有活動蓋板15c，活動蓋板上固定有導向桿15d。轉(zhuǎn)動齒輪箱51 固定在裱花原料桶蓋1 上，電機52通過減速部件53減速后通過齒輪組帶動斜齒輪51a 旋轉(zhuǎn)，從而帶動固定在導向桿15d上的齒條產(chǎn)生上下平移運動，導向桿15d通過對活動蓋板 15c擠壓裱花原料。由于斜齒輪51a的齒的斜度很大，所以機械鎖定性能非常好。電機52 受裱花槍板鍵控制，當操作人員按動裱花槍板鍵，控制電機52運轉(zhuǎn)，通過減速部件53，齒輪 組帶動斜齒輪51a作用在導向桿15d的齒條上使活動蓋板15c向下運動，擠壓裱花原料經(jīng) 過轉(zhuǎn)送軟管13從裱花槍頭上送出。發(fā)明效果如上所敘，本發(fā)明的這種蛋糕裱花槍在手工操作的情況下，可以有效地減輕操作 者勞動強度，減少蛋糕裱花原料的浪費，提高蛋糕裱花效率。當?shù)案怦鸦屌浜蠑?shù)控技術(shù)， 圖像處理及自動編程技術(shù)以組成自動蛋糕裱花系統(tǒng)，實現(xiàn)蛋糕裱花的智能化和自動化。
權(quán)利要求
1.一種蛋糕裱花系統(tǒng)，其特征在于蛋糕裱花槍組合，它由供料系統(tǒng)、傳送軟管、裱花槍組成；蛋糕裱花槍能獨立工作，蛋糕裱花槍配合數(shù)控系統(tǒng)，圖像處理及自動編程技術(shù)以組成 全自動蛋糕裱花系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述供料系統(tǒng)其特征在于裱花原料放置在裱花原料桶內(nèi)，傳送泵控制 系統(tǒng)控制傳送泵擠壓裱花原料通過傳送軟管到裱花槍。
3.如權(quán)利要求2所述傳送泵，其特征在于傳送泵有二類，一類是直接傳送泵，另一類是 間接傳送泵。
4.如權(quán)利要求2和權(quán)利要求3所敘的傳送泵，其特征在于是螺桿泵、凸輪轉(zhuǎn)子泵、活塞 泵、隔膜泵、磁力泵、葉片泵和齒輪泵中的一種。
5.如權(quán)利要求1所敘的數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字控制中心通過機械手執(zhí)行系統(tǒng)控 制機械手工作，同時控制供料系統(tǒng)控制部分調(diào)節(jié)裱花原料從裱花槍中出來的速度。
6.如權(quán)利要求1所敘的機械手執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于有三個自由度。
7.如權(quán)利要求1所敘的全自動蛋糕裱花系統(tǒng)，其特征在于裱花圖案是從圖像輸入系統(tǒng) 中輸入及通過顯示終端選擇常駐在數(shù)字控制中心的現(xiàn)有圖案。
8.如權(quán)利要求1所敘的蛋糕裱花槍，其特征在于工作在全自動蛋糕裱花系統(tǒng)模式中， 對裱花槍進行編碼以用于數(shù)字控制中心對裱花槍的自動識別。
9.如權(quán)利要求2所敘的裱花原料桶，其特征在于裱花原料桶有二道蓋板，裱花原料桶 蓋和活動蓋板，雙重保證裱花原料不會被污損及保持其處于新鮮狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求4所敘的螺桿泵，其特征在于采用了不等螺距的螺桿泵。
全文摘要
一種蛋糕裱花槍組合，它由供料系統(tǒng)，傳送軟管，裱花槍組成。蛋糕裱花原料放置在裱花原料桶內(nèi)，蛋糕裱花原料在傳送泵擠壓下通過傳送軟管由裱花槍送出，蛋糕裱花材料的擠出速度由裱花槍板鍵控制。當這種蛋糕裱花槍在手工操作的情況下，可以有效地減輕操作者勞動強度，減少蛋糕裱花原料的浪費，提高蛋糕裱花效率。當?shù)案怦鸦屌浜蠑?shù)控技術(shù)，圖像處理及自動編程技術(shù)以組成自動蛋糕裱花系統(tǒng)，實現(xiàn)蛋糕裱花的智能化和自動化。
文檔編號A21D15/08GK102144652SQ20101010683
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者邊隆祥, 邊鴻 申請人:邊鴻