基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置的制造方法
【專利摘要】基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置，涉及激光雕刻設(shè)備。設(shè)有用戶模塊、通信模塊、電氣控制模塊和機械模塊；所述用戶模塊設(shè)有手機客戶端和ERP管理系統(tǒng)；所述ERP管理系統(tǒng)連入互聯(lián)網(wǎng)，與云服務(wù)器保持實時連接；通信模塊同時連接用戶模塊與電氣控制模塊，通信模塊設(shè)有云服務(wù)器和3G路由器；所述電氣控制模塊連接至機械模塊，電氣控制模塊設(shè)有PLC控制器、伺服驅(qū)動器和HMI觸摸屏；所述機械模塊設(shè)有入庫區(qū)、線性模組、直線導(dǎo)軌、加工工位、真空吸盤、激光器、出庫區(qū)和負載底座?？砂葱枨蠖ㄖ苽€性產(chǎn)品，付款下單直至加工完成無需人工操作，生產(chǎn)效率高；可更全面實時監(jiān)控加工狀態(tài)；移動精度高，可雕面積更大，有益于增加產(chǎn)品的美感。
【專利說明】
基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及激光雕刻設(shè)備，尤其是涉及一種基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)進入傳統(tǒng)行業(yè)，不是跨界的資源掠奪，而是融合的利益分享。“工業(yè)4.0”是互聯(lián)網(wǎng)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的核心，也是制造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維的重要體現(xiàn)。因此，在數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的全球大環(huán)境下，“工業(yè)4.0”與互聯(lián)網(wǎng)+的碰撞，將明確傳統(tǒng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級方向，更好地幫助傳統(tǒng)制造業(yè)借助移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)和供應(yīng)鏈，減少原材料用量和環(huán)境負荷，從而滿足未來市場更快速、更個性化的需求響應(yīng)，并實現(xiàn)更低的制造成本。而現(xiàn)今的激光雕刻制造業(yè)，普遍存在如下缺點:1.不具備定制化生產(chǎn)能力;2.耗費太多人力;3.生產(chǎn)狀態(tài)不易實時掌握。
[0003]中國專利CN202183030公開一種激光切割機智能化數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含有激光切割工藝數(shù)據(jù)庫，用于存儲管理所述激光切割機智能化計算機數(shù)控系統(tǒng)的所有程序文件、機床狀態(tài)、用戶程序和加工狀態(tài)數(shù)據(jù)。但該系統(tǒng)目的在于改進加工過程中的數(shù)據(jù)反饋處理，不具備存儲管理用戶信息及訂單信息的功能。而且數(shù)據(jù)庫建立在本地工業(yè)計算機上，面臨著一定的現(xiàn)場突發(fā)狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供完全自動化、滿足用戶個性化需求并且數(shù)據(jù)交互高效穩(wěn)定的一種基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置。
[0005]本實用新型設(shè)有用戶模塊、通信模塊、電氣控制模塊和機械模塊；
[0006]所述用戶模塊設(shè)有手機客戶端和ERP管理系統(tǒng)；
[0007]所述手機客戶端用于提供預(yù)先設(shè)置的雕刻圖案供用戶選擇，允許用戶上傳自己的圖案、輸入一串英文字符串、選擇特定的原料顏色，并且具有在線支付和在線查詢功能，用戶先填寫必要個人信息，然后付款下單后，可用的用戶信息、圖案編號、原料顏色、英文字符串和用戶上傳的圖案文件將通過Php或java傳入通信模塊中的云服務(wù)器，下單后，用戶根據(jù)訂單號隨時在線查詢訂單當前狀態(tài)；
[0008]所述ERP管理系統(tǒng)連入互聯(lián)網(wǎng)，與云服務(wù)器保持實時連接，獲取用戶信息、訂單信息以及加工狀態(tài)信息，實時顯示在上位機界面上；
[0009]所述通信模塊同時連接用戶模塊與電氣控制模塊，通信模塊設(shè)有云服務(wù)器和3G路由器，云服務(wù)器具有用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫；
[0010]所述3G路由器用于實現(xiàn)云服務(wù)器與電氣控制模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，其內(nèi)置封裝與解封裝TCP/IP報文的程序，3G路由器內(nèi)插移動電話卡，并且配備天線及RS-485串口，通過移動網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器建立連接，3G路由器解封裝TCP/IP報文并獲取數(shù)據(jù)后，通過串口寫入電氣控制模塊，電氣控制模塊向云服務(wù)器反饋數(shù)據(jù)時，上述數(shù)據(jù)處理過程則相反；
[0011 ]所述電氣控制模塊連接至機械模塊，電氣控制模塊設(shè)有PLC控制器、伺服驅(qū)動器和HMI觸摸屏；
[0012]所述PLC控制器內(nèi)置運動控制模塊，PLC控制器接收3G路由器的串口報文產(chǎn)生特定指令，將結(jié)果以串口報文形式反饋給云服務(wù)器，隨即開始加工任務(wù)；
[0013]所述HMI觸摸屏通過RS-232串口與PLC控制器相連；
[0014]所述機械模塊設(shè)有入庫區(qū)、線性模組、直線導(dǎo)軌、加工工位、真空吸盤、激光器、出庫區(qū)和負載底座；
[0015]所述入庫區(qū)設(shè)有三個原料口，每個原料口設(shè)有一個光電傳感器和一個推進氣缸，根據(jù)用戶所選的原料顏色，推進氣缸推出對應(yīng)的原料；
[0016]所述線性模組搭建在X，Y兩個方向上，每個方向均由一個單軸機器人與一個伺服電機連接組成，每個單軸機器人上設(shè)有兩個行程開關(guān)和一個微型光電傳感器，微型光電傳感器用于標定行程原點，X方向單軸機器人的一端固定在Y方向單軸機器人的滑臺上，X方向單軸機器人的另一端固定在直線導(dǎo)軌的滑臺上，直線導(dǎo)軌用于平衡線性模組的重心，避免運動抖動；
[0017]所述加工工位包括雙軸氣缸、夾緊氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸和加工平面，夾緊氣缸夾取原料，配合加工平面使原料處于水平，夾緊氣缸連接旋轉(zhuǎn)氣缸實現(xiàn)對原料的水平翻轉(zhuǎn)；
[0018]所述真空吸盤與激光器固定在X方向單軸機器人的滑臺的不同位置上，在行程平面內(nèi)自由移動，真空吸盤從入庫區(qū)吸取原料，移到加工工位，待加工完成后再將成品移到出庫區(qū)，真空吸盤連接至氣缸實現(xiàn)上下移動，激光器連接至PLC控制器的輸出端；
[0019]所述出庫區(qū)是鋁制三角形軌道，出庫區(qū)固定在負載底座的邊緣；
[0020]所述負載底座為矩形鐵板，承載機械模塊的其他部件，采用多螺紋孔設(shè)計，根據(jù)原料大小調(diào)整加工工位和出庫區(qū)的物理位置。
[0021]本實用新型的有益效果是:由于用戶模塊與通信模塊均接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶可按照自己需求定制個性產(chǎn)品，付款下單直至加工完成無需人工操作，不僅極大地提高了銷售生產(chǎn)效率，還減少了大量人力成本；由于云服務(wù)器遠離工廠，不僅安全存儲重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且避免了現(xiàn)場斷電、資料竊取和人為破壞等工業(yè)現(xiàn)場突發(fā)情況，真正意義上成為了設(shè)備的數(shù)據(jù)中樞；由于云服務(wù)器可通過3G路由器遠程讀寫PLC控制器，因此配合傳感器與執(zhí)行器，本實用新型可更全面地實時監(jiān)控加工狀態(tài)；由于ERP管理系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫，因此在地點上變得更加靈活；由于線性模組選用了單軸機器人及伺服電機，加工工位配備了旋轉(zhuǎn)氣缸，因此不僅移動精度比普通激光雕刻機高很多，而且可雕面積更大，有益于增加產(chǎn)品的美感。
【附圖說明】

[0022]圖1為本實用新型實施例的設(shè)備架構(gòu)圖。
[0023]圖2為本實用新型實施例的整體機械圖。
[0024]圖3為本實用新型的機械模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖4為本實用新型的加工工位細節(jié)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0026]以下通過實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0027]參見圖1?4，本實用新型實施例設(shè)有用戶模塊1、通信模塊2、電氣控制模塊3和機械模塊4;
[0028]所述用戶模塊I設(shè)有手機客戶端11和ERP管理系統(tǒng)12;
[0029]所述手機客戶端11為展示產(chǎn)品的網(wǎng)頁或移動應(yīng)用，用于提供預(yù)先設(shè)置的雕刻圖案供用戶選擇，允許用戶上傳自己的圖案、輸入一串英文字符串、選擇特定的原料顏色，并且具有在線支付和在線查詢功能，首先提示用戶輸入必要個人信息，用戶選購圖案或上傳圖案、選擇原料顏色并輸入英文字符串后，該模塊獲取用戶信息及訂單信息以向用戶確認，用戶確認訂單并付款后，可用的用戶信息、圖案編號、原料顏色、英文字符串和用戶上傳的圖案文件將通過Php或java傳入通信模塊2。下單后，用戶可通過根據(jù)訂單號查詢訂單加工狀態(tài)與物流狀態(tài)。
[0030]所述ERP管理系統(tǒng)12連入互聯(lián)網(wǎng)，與云服務(wù)器保持實時連接，獲取用戶信息、訂單信息以及加工狀態(tài)信息，實時顯示在上位機界面上；
[0031]所述通信模塊2同時連接用戶模塊I與電氣控制模塊3，通信模塊2設(shè)有云服務(wù)器21和3G路由器22，云服務(wù)器21具有用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫；
[0032]所述3G路由器22用于實現(xiàn)云服務(wù)器21與電氣控制模塊3之間的數(shù)據(jù)傳遞，其內(nèi)置封裝與解封裝TCP/IP報文的程序，3G路由器22內(nèi)插移動電話卡，并且配備天線及RS-485串口，通過移動網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器21建立連接，3G路由器22解封裝TCP/IP報文并獲取數(shù)據(jù)后，通過串口寫入電氣控制模塊3，電氣控制模塊3向云服務(wù)器22反饋數(shù)據(jù)時，上述數(shù)據(jù)處理過程則相反；
[0033]所述電氣控制模塊3連接至機械模塊4，電氣控制模塊3設(shè)有PLC控制器31、伺服驅(qū)動器32和HMI觸摸屏33;
[0034]所述PLC控制器31內(nèi)置運動控制模塊，PLC控制器31接收3G路由器22的串口報文產(chǎn)生特定指令，將結(jié)果以串口報文形式反饋給云服務(wù)器21，隨即開始加工任務(wù)。
[0035]所述HMI觸摸屏33通過RS-232串口與PLC控制器31相連。
[0036]在圖2中，標記5為鋁型材框架及亞克力板，6為散熱風(fēng)扇。
[0037]所述機械模塊4設(shè)有入庫區(qū)41、線性模組42、直線導(dǎo)軌43、加工工位44、真空吸盤45、激光器46、出庫區(qū)47和負載底座48;
[0038]所述入庫區(qū)41設(shè)有三個原料口，每個原料口設(shè)有一個光電傳感器和一個推進氣缸，根據(jù)用戶所選的原料顏色，推進氣缸推出對應(yīng)的原料；
[0039]所述線性模組42搭建在X，Y兩個方向上，每個方向均由一個單軸機器人與一個伺服電機連接組成，每個單軸機器人上設(shè)有兩個行程開關(guān)和一個微型光電傳感器，微型光電傳感器用于標定行程原點，X方向單軸機器人的一端固定在Y方向單軸機器人的滑臺上，X方向單軸機器人的另一端固定在直線導(dǎo)軌43的滑臺上，直線導(dǎo)軌43用于平衡線性模組42的重心，避免運動抖動；
[0040]所述加工工位44包括雙軸氣缸441、夾緊氣缸442、旋轉(zhuǎn)氣缸443和加工平面444，夾緊氣缸442夾取原料，配合加工平面使原料處于水平，夾緊氣缸442連接旋轉(zhuǎn)氣缸443實現(xiàn)對原料的水平翻轉(zhuǎn)；
[0041]所述真空吸盤45與激光器46固定在X方向單軸機器人的滑臺的不同位置上，在行程平面內(nèi)自由移動，真空吸盤從入庫區(qū)吸取原料，移到加工工位，待加工完成后再將成品移到出庫區(qū)，真空吸盤連接至氣缸實現(xiàn)上下移動，激光器連接至PLC控制器的輸出端；
[0042]所述出庫區(qū)47是鋁制三角形軌道，出庫區(qū)47固定在負載底座48的邊緣；
[0043]所述負載底座48為矩形鐵板，承載機械模塊4的其他部件，采用多螺紋孔設(shè)計，根據(jù)原料大小調(diào)整加工工位和出庫區(qū)的物理位置。
[0044]通信模塊2同時連接用戶模塊與電氣控制模塊，其包括云服務(wù)器21與3G路由器22，云服務(wù)器21具有用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理程序，所述數(shù)據(jù)處理程序接收用戶模塊傳入的用戶信息和訂單信息，同時實時讀取電氣控制模塊3的運行狀態(tài)，更新用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫和加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫;對于用戶自行上傳的圖案，數(shù)據(jù)處理程序?qū)D案進行平滑濾波和二值化處理，將二值圖像處理成G代碼文件，存入訂單數(shù)據(jù)庫；下發(fā)訂單時，數(shù)據(jù)處理程序首先確定此時機械模塊4是否空閑，若機械模塊4空閑，則數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒖捎玫膱D案編號、原料顏色、英文字符串和G代碼文件轉(zhuǎn)化為電氣控制模塊可讀取的串口報文，由服務(wù)器底層封裝成TCP/IP報文，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至3G路由器22，同時在訂單數(shù)據(jù)庫中修改訂單狀態(tài)為“正在加工”。
[0045]3G路由器22內(nèi)插移動電話卡，內(nèi)置封裝與解封裝TCP/IP報文的程序，并且配備天線及RS-485串口。3G路由器22通過移動網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)器21建立連接，通過RS-485串口與電氣控制模塊3建立連接。云服務(wù)器21發(fā)送的TCP/IP報文中數(shù)據(jù)段為串口報文，因此TCP/IP報文由天線進入3G路由器22后，經(jīng)解封獲得數(shù)據(jù)段的串口報文，從RS-485串口輸入電氣控制模塊3。反過來，電氣控制模塊3輸入3G路由器22的串口報文將被封裝為TCP/IP報文，由天線發(fā)往云服務(wù)器21。
[0046]控制模塊3包括PLC控制器31、伺服驅(qū)動器32和HMI觸摸屏331LC控制器內(nèi)置運動控制模塊，PLC控制器根據(jù)3G路由器傳入的不同串口報文執(zhí)行讀寄存器或?qū)懠拇嫫髅睢Ｔ诒纠?，PLC控制器將圖案編號、原料顏色、英文字符串和G代碼寫入不同的寄存器中。隨后開始執(zhí)行加工任務(wù)，PLC控制器31讀取各傳感器的值，控制執(zhí)行器通斷，其中的運動控制模塊通過伺服驅(qū)動器控制伺服電機轉(zhuǎn)動。
[0047]所述HMI觸摸屏通過RS-232串口與PLC控制器連接，通過對觸摸屏編程，實現(xiàn)其現(xiàn)場控制的功能。
[0048]機械模塊4包括入庫區(qū)41、線性模組42、直線導(dǎo)軌43、加工工位44、真空吸盤45、激光器46、出庫區(qū)47和負載底座48。
[0049]本實施例中優(yōu)選的被雕原料是長寬厚分別為6cm，6cm和Icm的木片，并且設(shè)計有紅黃藍三種顏色，因此入庫區(qū)41具有三個原料口，每個原料口設(shè)有一個光電傳感器和一個推進氣缸，根據(jù)用戶所選的原料顏色，推進氣缸推出對應(yīng)的原料，光電傳感器用于檢測原料是否不足。
[ΟΟδΟ]線性模組42搭建在X ,Y兩個方向上，每個方向均由一個單軸機器人與一個伺服電機連接組成，伺服電機與單軸機器人內(nèi)的滾珠絲杠緊密連接，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滑臺做線性運動。每個單軸機器人上設(shè)有兩個行程開關(guān)和一個微型光電傳感器，微型光電傳感器用于標定行程原點，X方向單軸機器人的一端固定在Y方向單軸機器人的滑臺上，另一端固定在直線導(dǎo)軌43的滑臺上，直線導(dǎo)軌43用于平衡線性模組的重心，避免運動抖動。
[0051]真空吸盤45與激光器46固定在X方向單軸機器人的滑臺的不同位置上，在行程平面內(nèi)自由移動，真空吸盤45從入庫區(qū)41吸取原料，移到加工工位44，待加工完成后再將成品移到出庫區(qū)47，真空吸盤45連接至氣缸實現(xiàn)上下移動，激光器46由PLC控制器31的輸出端控制通斷。
[0052]加工工位44包括雙軸氣缸441、夾緊氣缸442、旋轉(zhuǎn)氣缸443及加工平面444。
[0053]真空吸盤45將木片移送至加工工位44后，加工平面444被雙軸氣缸441推到加工位置，上表面托放木片，夾緊氣缸442在兩側(cè)夾緊木片，激光器46在木片正面完成圖案雕刻后，雙軸氣缸441向后拉回加工平面444，然后旋轉(zhuǎn)氣缸443帶動夾緊氣缸441水平旋轉(zhuǎn)180度，雙軸氣缸441再次推進加工平面444，使其上表面托放木片，激光器46隨即開始雕刻反面英文字符串。
[0054]加工過程中，傳感器與執(zhí)行器的狀態(tài)均反映在PLC控制器的寄存器中，因此云服務(wù)器21通過發(fā)送“讀寄存器”的串口報文，可實時獲取加工狀態(tài)信息并更新加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，用戶可在手機客戶端11隨時查詢產(chǎn)品加工狀態(tài)。
[0055]當加工任務(wù)全部完成時，真空吸盤45吸取木片，移送至出庫區(qū)47。隨后產(chǎn)品通過快遞方式發(fā)送給用戶，用戶根據(jù)快遞單號在手機客戶端11查詢物流狀態(tài)。
[0056]在整個銷售生產(chǎn)流程中，ERP管理系統(tǒng)12連入互聯(lián)網(wǎng)，保持與云服務(wù)器21的通信，從用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫和加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫獲取所需信息，通過編程轉(zhuǎn)化為直觀的數(shù)據(jù)顯示在上位機界面上，工廠管理層可通過ERP管理系統(tǒng)12實現(xiàn)對用戶信息和訂單信息的動態(tài)管理，以及對加工狀態(tài)的實時監(jiān)測。
[0057]本實用新型的用戶模塊具有面向用戶與面向工廠的兩部分，用戶能夠定制產(chǎn)品的加工信息并將訂單信息傳入通信模塊，工廠能夠動態(tài)管理用戶信息及訂單信息，并且監(jiān)控加工狀態(tài);通信模塊實現(xiàn)對信息的管理，加工數(shù)據(jù)遠程發(fā)送至電氣控制模塊;電氣控制模塊獲取加工數(shù)據(jù)，控制機械模塊自動完成入庫、加工和出庫的過程，并實時反饋加工狀態(tài)至通信模塊。整套系統(tǒng)滿足了工業(yè)4.0時代數(shù)字化企業(yè)平臺對網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和定制的要求。
【主權(quán)項】
1.基于工業(yè)4.0的激光雕刻裝置，其特征在于設(shè)有用戶模塊、通信模塊、電氣控制模塊和機械模塊； 所述用戶模塊設(shè)有手機客戶端和ERP管理系統(tǒng);所述手機客戶端用于提供預(yù)先設(shè)置的雕刻圖案供用戶選擇;所述ERP管理系統(tǒng)連入互聯(lián)網(wǎng)，與云服務(wù)器保持實時連接，獲取用戶信息、訂單信息以及加工狀態(tài)信息，實時顯示在上位機界面上； 所述通信模塊同時連接用戶模塊與電氣控制模塊，通信模塊設(shè)有云服務(wù)器和3G路由器，云服務(wù)器具有用戶數(shù)據(jù)庫、訂單數(shù)據(jù)庫、加工狀態(tài)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)處理程序;所述3G路由器用于實現(xiàn)云服務(wù)器與電氣控制模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞； 所述電氣控制模塊連接至機械模塊，電氣控制模塊設(shè)有PLC控制器、伺服驅(qū)動器和HMI觸摸屏;所述PLC控制器內(nèi)置運動控制模塊，所述HMI觸摸屏通過RS-232串口與PLC控制器相連； 所述機械模塊設(shè)有入庫區(qū)、線性模組、直線導(dǎo)軌、加工工位、真空吸盤、激光器、出庫區(qū)和負載底座;所述入庫區(qū)設(shè)有三個原料口，每個原料口設(shè)有一個光電傳感器和一個推進氣缸，根據(jù)用戶所選的原料顏色，推進氣缸推出對應(yīng)的原料； 所述線性模組搭建在X ,Y兩個方向上，每個方向均由一個單軸機器人與一個伺服電機連接組成，每個單軸機器人上設(shè)有兩個行程開關(guān)和一個微型光電傳感器，微型光電傳感器用于標定行程原點，X方向單軸機器人的一端固定在Y方向單軸機器人的滑臺上，X方向單軸機器人的另一端固定在直線導(dǎo)軌的滑臺上，直線導(dǎo)軌用于平衡線性模組的重心，避免運動抖動； 所述加工工位包括雙軸氣缸、夾緊氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸和加工平面，夾緊氣缸夾取原料，配合加工平面使原料處于水平，夾緊氣缸連接旋轉(zhuǎn)氣缸實現(xiàn)對原料的水平翻轉(zhuǎn)； 所述真空吸盤與激光器固定在X方向單軸機器人的滑臺的不同位置上，在行程平面內(nèi)自由移動，真空吸盤從入庫區(qū)吸取原料，移到加工工位，待加工完成后再將成品移到出庫區(qū)，真空吸盤連接至氣缸實現(xiàn)上下移動，激光器連接至PLC控制器的輸出端； 所述出庫區(qū)固定在負載底座的邊緣。
【文檔編號】G05B19/418GK205725860SQ201620664710
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】許英杰, 鄭天宇, 張喆, 林鵬
【申請人】廈門大學(xué)