激光雕刻智能生產線的設計與應用

李岱松 張述

摘要：設計并應用了一種激光雕刻智能生產線，實現了激光雕刻從物料分揀，到雕刻后組裝的全自動化流程，包括生產線的布局、結構和主要應用技術。經過應用生產線運行可靠，滿足智能化生產線的需求。

關鍵詞：激光雕刻; 柔性生產線; 智能制造

現如今，以智能制造為核心的新一輪產業革命如猛虎之勢席卷全球，世界各國積極布局國家戰略，以搶占改革先機。隨著科技的進步，越來越多的新技術走進了我們的視野，它們替代了傳統的工藝，提高了我們的生產效率。激光雕刻智能生產線正是在這樣的背景下被應用研究。

1 生產線的功能與布局

激光雕刻智能生產線主要依靠工業機器人、數控機床、激光內刻機完成物料的分揀、底座的加工、標志的印刻、水晶圖案的內雕、底座與水晶的組裝等工作。整套生產線通過PLC進行控制，可以實現物料從毛坯到成品，從分揀到組裝的全自動化生產流程，在無人為干預的情況下，完成激光雕刻工藝品的制作。

生產線中選用兩臺潤星HS-500T高精度鉆攻數控機床，采用三菱P80控制系統，一臺主要完成從毛坯料到底座的加工，形成槽面;另一臺主要完成底座上標志的打印。搬運機器人選用四臺六軸垂直多關節工業機器人，主要完成物料傳輸過程中搬運、抓取等工作。分揀機器人選用一臺四軸水平工業機器人，機器人上安裝視覺識別系統，可以對物料進行拍照識別，分揀物料底座毛坯和水晶，所有工業機器人全部通過工業網絡與控制器進行實時通訊，由控制器控制各機器人進行全自動運行。其中下料機器人加入了附加軸，用以物料的傳送，進一步完善了機器人應用的范圍。雕刻機經過改造通過工業總線與系統相連，在系統調配下保持節拍，完成對水晶的內雕。

2 生產線的應用流程

1）“分揀平臺”為鋁型材框架平臺，平臺表面有底座和水晶的安裝槽口。“分揀機器人”上裝有視覺系統，對“分揀平臺”上的物料進行拍照，區分是水晶還是底座。

2）區分后通過機器人抓手分別可抓取水晶和底座，把其分揀到“底座平臺”和“內刻料平臺”。

3）“上料機器人1”從“底座平臺”上抓取一個底座放置到“數控機床1”上加工水晶體安裝凹槽。

4）加工完成后“上料機器人1”從“數控機床1”取出底座，經傳送裝置放置在“數控機床2”上打印標志，完成后取出。

5）“上料機器人”從“數控機床2”上抓取一個加工完成的底座放置在傳輸平臺上傳輸，經“下料機器人”抓取拿至“拋光機”，“拋光機”上對拋光表面進行毛刺的拋光。拋光完成后“下料機器人”把底座抓取放置到“成品平臺”托盤上。

6）“分揀機器人”抓取一個水晶體把水晶體放置到“內刻料”平臺上，“雕刻機器人”抓取“內刻料”平臺的水晶放至“激光雕刻機”內。

7）“激光雕刻機”啟動按照雕刻模型進行水晶雕刻，雕刻完成后，“雕刻機器人”抓取水晶從傳送“激光雕刻機”內取出，放至傳輸平臺移動到另一端。

8）“下料機器人”抓取雕刻好的水晶，判斷“成品平臺”是否已有底座，如有底座，將水晶放至在底座上，完成加工。

3 生產線的技術應用

3.1 機器人技術

機器人技術作為智能制造的代表，在生產線中得到了廣泛的應用。在生產線中應用五臺三菱F系列機器人，通過對工業機器人的示教編程和在線仿真，實現了對物料的分揀、搬運、組裝等多種操作，同時結合夾爪，通過機器人完成機床的開關門等擬人操作，作為該柔性生產線的核心技術，機器人的應用為生產線的全自動運行提供了保障。

3.2 視覺識別技術

在上料的物料分揀程序中，運用了視覺識別技術，從物料的輪廓、像素、邊沿位置三個特征屬性判別物料，判別水晶和底座，并通過機器人進行物料的分揀。同時，利用工業互聯網IP協議，識別信息不再經過控制器，而是將判別信息直接傳遞給機器人，使識別信息的傳遞更為高效準確，提高了識別效率。

3.3 冗余保護技術

在物料位置安放非接觸式傳感器和接近開關進行冗余保護，通過傳感器檢測物料信息，確保在各物料位不會發生碰撞導致安全問題，而有些料品位置受設備區域限制，無法安放傳感器，需要靈活運用限位開關，將在機器人上安放作為二次檢測保護，確保物料狀態與實際狀態相符。同時，根據不同需要在采用硬件保護的基礎上增加了軟件保護，冗余機制的應用為系統的安全性提供了多重保護，確保了生產線的安全性。

3.4 激光內雕技術

激光內雕是在工藝品（水晶等透明或半透明材料）內部進行加工，在水晶內部雕出預定的形狀，而水晶的其余部分則保持原樣完好無損。本生產線采用數字化技術將圖像在計算機上進行處理和編輯，當控制器發出雕刻信號，控制內雕機自動將編輯好的圖案打印到水晶中，可多次自動雕刻打印。

3.5 工業控制技術

工業控制技術主要采用三菱Q系列PLC作為核心控制器，通過工業網絡搭建控制系統，控制器的模塊化結構及其開放性網絡，保證系統具有良好的可擴展性。生產線的監控采用通用PC機，無需專用操作站，且網絡接口簡單。設計過程中充分發揮各拓展模塊功能，對機器人、數控機床、水晶內雕機、伺服系統等設備統籌控制，保證了生產線的自動運行。

4 結語

本生產線的設計不僅能夠為高校智能控制技術、機電一體化、工業機器人等專業提供完善的教學案例，更能為企業智能制造化水平的提升提供可靠的解決方案。對激光雕刻生產線的設計和應用，不僅是對激光雕刻這種新興技術的推廣和升級，更是與智能制造相結合，是企業設備和生產線革新的良好參照，有利于提高企業生產設備的智能化水平，進一步提高我國的智能制造水平。

參考文獻：

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作者簡介：李岱松，男，1973.9.24，陽師范大學 美術與設計學院

張述，女，1999.10.13，陽師范大學 美術與設計學院

沈陽師范大學 遼寧 沈陽 110034