專利名稱：壁流式蜂窩陶瓷濾芯激光切孔裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種激光切孔裝置，更確切地說涉及一種用于壁流式蜂窩陶瓷濾
芯生產(chǎn)過程中"堵 L"的先行工序——激光切孔的裝置及使用方法。
背景技術(shù)：
壁流式蜂窩陶瓷濾芯主要安裝于柴油機(jī)尾氣凈化的過濾凈化中、用于捕捉尾氣中 的碳微粒。壁流式蜂窩陶瓷濾芯通常為長方體形狀，沿軸向有平行的方形孔道。濾芯的孔 道不是直通式的通道，而是將其截面相鄰孔道的兩端交替堵住，使得柴油機(jī)尾氣必須經(jīng)過 內(nèi)部多孔薄壁到相鄰的通道后才能排出。尾氣在經(jīng)過多孔薄壁時(shí)，因其中的碳微粒被截留 而得到凈化。堵孔的厚度及其與蜂窩體壁的粘接強(qiáng)度直接影響壁流式蜂窩陶瓷對(duì)于柴油機(jī) 尾氣的凈化程度。 在"壁流式蜂窩陶瓷載體坯堵孔方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610106776. 7)發(fā)明專利申請(qǐng) 中提到了壁流式蜂窩陶瓷堵孔先行工序中幾種不同的開孔方法，其中"激光開孔是指用激 光器或激光管所產(chǎn)生的高能光束瞬間將位于壁流式蜂窩陶瓷濾芯兩個(gè)截面包裹的薄膜或 薄片上交叉開孔且軸向互不導(dǎo)通。"該專利申請(qǐng)主要論及了壁流式蜂窩陶瓷的堵孔方法及 堵孔用的泥料配方，并未涉及激光開孔的具體方法。該申請(qǐng)中提及的激光開孔只是就一般 激光打孔而言，即激光通過透鏡聚焦形成高能光束，一次性照射在工件上，不具備精確的定 位和軟件操作系統(tǒng)，由此過程打出的孔形通常為一圓點(diǎn)。而且只能應(yīng)用于定位要求不太精 確的工件打孔，不適用于高性能蜂窩陶瓷濾芯這樣的工件。蜂窩陶瓷濾芯的孔通常為方形 孔，并且一個(gè)截面就有上百個(gè)小方孔，由于陶瓷生產(chǎn)工藝的特殊性決定了蜂窩陶瓷截面的 方孔大小、位置并不完全一致，因此采用一般的激光光斑打孔方法首先是操作速度緩慢，再 者更為主要的是激光束有可能不能對(duì)準(zhǔn)蜂窩陶瓷的孔而打到蜂窩陶瓷的壁上、或者有可能 漏打，使得該打孔的地方?jīng)]有打孔。由此將嚴(yán)重影響該蜂窩陶瓷濾芯制備過程中的后續(xù)工 序——堵孔的質(zhì)量，特別是容易出現(xiàn)制品干燥和/或燒結(jié)后堵孔處的掉落和/或漏孔等現(xiàn) 象，從而影響蜂窩陶瓷濾芯的產(chǎn)品質(zhì)量，最終影響柴油機(jī)尾氣的凈化效果。

發(fā)明內(nèi)容
為避免背景技術(shù)中提到的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種具有智能識(shí)別能 力和精確定位、適用于壁流式蜂窩陶瓷切孔的激光切孔裝置。 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的壁流式蜂窩陶瓷切孔的激光切孔裝置包 括激光系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、電控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。
現(xiàn)分述如下
1、激光系統(tǒng) 由激光發(fā)生器、棱鏡和支架等部分組成。激光器發(fā)射的激光束可以通過棱鏡的轉(zhuǎn)
動(dòng)而改變方向。 2、圖像識(shí)別系統(tǒng)
包括CCD感光元件、圖像處理電路等部分組成。可以精確捕捉工件的位置，并反饋 到計(jì)算機(jī)上，通過軟件系統(tǒng)對(duì)打標(biāo)圖形的位置進(jìn)行修正。 3、轉(zhuǎn)盤上有4個(gè)工位，依次為上料工位，安裝薄膜工位、CCD攝像工位和切孔工位， 每個(gè)工位相距90。； 1)先將欲切孔的陶瓷濾芯工件固定在上料工位的夾具底板的凹槽中； 2)按動(dòng)"啟動(dòng)"按鈕，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至安裝薄膜工位，安裝薄膜； 3)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至CCD攝像工位，CCD開始捕捉工件孔位數(shù)據(jù)，CCD捕捉完畢； 4)工件移動(dòng)到切孔工位后，開始切孔打標(biāo)； 5)打標(biāo)完成后，轉(zhuǎn)盤回到初始上料工位位置，下料。 轉(zhuǎn)盤、激光系統(tǒng)和圖像識(shí)別系統(tǒng)安放在工作臺(tái)上。 4、電控系統(tǒng) 接收?qǐng)D像識(shí)別系統(tǒng)中CCD感光元件接收的CCD攝像工位的信息后，通過電控系統(tǒng)
輸入軟件系統(tǒng)進(jìn)行精定位，同時(shí)在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至切孔工位后控制激光系統(tǒng)開始切孔打標(biāo)。
5、軟件系統(tǒng) 接收電控系統(tǒng)的信息，捕捉所有孔位的精確位置以及孔位形狀和面積，快速分析
數(shù)據(jù)，判斷出需切孔的孔位，通過電控系統(tǒng)指揮給激光系統(tǒng)進(jìn)行高精度激光切孔。 綜上所述，本發(fā)明提供的切孔裝置使用時(shí)首先將蜂窩陶瓷濾芯放置在上料工位l，
通過轉(zhuǎn)盤以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至安裝薄膜工位2，將濾芯一端面用薄膜封住，薄膜安裝完成后
再經(jīng)轉(zhuǎn)盤沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)至攝像工位3，通過CCD攝像裝置為加工濾芯拍照， 一方面根據(jù)所
拍圖像判斷端面上孔的大小及分布狀況，另一方面根據(jù)圖像編制打孔圖案，設(shè)計(jì)打孔途徑，
最后將所取得的信息通過電控系統(tǒng)反饋軟件系統(tǒng)，對(duì)打孔圖形的位置作進(jìn)一步修正，分辨
出需激光切孔或不必激光切孔的孔。最后轉(zhuǎn)盤5將濾芯旋轉(zhuǎn)至切孔工位4，通過軟件系統(tǒng)指
揮激光系統(tǒng)完成激光束沿著方形孔邊切孔的動(dòng)作，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)濾芯的高準(zhǔn)確度、高精度交
錯(cuò)進(jìn)行的切孔操作。 本發(fā)明提供的切孔裝置可以拍照并捕捉每個(gè)孔口內(nèi)側(cè)四條邊的中點(diǎn)A1/A2/B1/B2 的坐標(biāo)(四個(gè)角呈現(xiàn)90度的扇形)，如圖2所示是個(gè)比較極端的孔形狀，圖像識(shí)別系統(tǒng)將四 個(gè)中心的位置坐標(biāo)告知電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)分析處理數(shù)據(jù)后，將線段Al、 A2左右延伸至Bl 點(diǎn)以及B2點(diǎn)，將線段Bl、 B2上下延伸至Al點(diǎn)和A2點(diǎn)，形成四邊形CDEF，即所要切孔的形 狀和大小，并以此引導(dǎo)激光束進(jìn)行切割。 本發(fā)明提供的切孔裝置通過軟件系統(tǒng)能根據(jù)圖像識(shí)別系統(tǒng)得到的信息智能、快速 地分析數(shù)據(jù)，分辨出需激光切孔或不必激光切孔的孔。 本發(fā)明提供的切孔裝置的電控系統(tǒng)采用減速電機(jī)通過同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤，實(shí)現(xiàn)蜂窩 陶瓷濾芯在上料工位、薄膜安裝工位、CCD捕捉工位和激光切孔工位之間的循環(huán)操作的控 制，實(shí)現(xiàn)高精度定位，完成對(duì)工件的多工位精密打標(biāo)要求。


圖1為本發(fā)明提供的切孔裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的切孔裝置使用時(shí)切孔方法示意圖； 圖中，1上料工位；2安裝薄膜工位；3攝像工位；4切孔工位；5工作臺(tái)；6圖像識(shí)別系統(tǒng)；7激光發(fā)生器；8轉(zhuǎn)盤。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明提供的切孔裝置及使用方法，以進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)
質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。 實(shí)施例1 正如前面所述，本發(fā)明提供的切孔裝置包括激光系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、電控 系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。 其中，激光系統(tǒng)是由激光發(fā)生器7、棱鏡和支架等部分組成(圖中未標(biāo)出)。激光
器發(fā)射的激光束可以通過棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變方向。
2、圖像識(shí)別系統(tǒng) 包括CCD感光元件、圖像處理電路等部分組成?？梢跃_捕捉工件的位置，并反饋 到計(jì)算機(jī)上，通過軟件系統(tǒng)對(duì)打標(biāo)圖形的位置進(jìn)行修正。 3、轉(zhuǎn)盤它有上料工位1、安裝薄膜工位2、攝像工位3和切孔工位4組成，每個(gè)工 位相距90° ，以上3個(gè)部件安放在工作臺(tái)上。 在攝像工位3時(shí)，通過圖像識(shí)別系統(tǒng)中的CCD攝像裝置為欲加工的壁流式蜂窩陶 瓷濾芯拍照，判斷端面上孔的大小和分布，編制出打孔圖案，設(shè)計(jì)打孔途徑，最后將信息通 過電控系統(tǒng)反饋給軟件系統(tǒng)和激光系統(tǒng)，對(duì)打孔圖形的位置作進(jìn)一步修改。
實(shí)施例2 1)將尺寸為35. 62X35. 78X255. 50mm蜂窩陶瓷濾芯固定在上料工位的夾具底板 的凹槽中。 2)按動(dòng)"啟動(dòng)"按鈕，使轉(zhuǎn)盤以1. 5秒/工位旋轉(zhuǎn)至薄膜安裝工位，安裝薄膜； 3)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至CCD攝像工位，CCD開始捕捉該蜂窩陶瓷濾芯孔位數(shù)據(jù)； 4)CCD捕捉完畢之后蜂窩陶瓷濾芯隨轉(zhuǎn)盤移動(dòng)到切孔工位后，激光器開始在該濾
芯端面間隔性地切孔打標(biāo)。這樣每個(gè)打通孔的四周緊鄰的孔都是堵塞的，而每個(gè)堵塞的孔
的四周緊鄰的孔都是打通的，便于蜂窩陶瓷濾芯制備過程中堵孔工序的順利進(jìn)行； 5)打標(biāo)完成后，轉(zhuǎn)盤回到初始上料工位位置，下料。 重復(fù)以上操作步驟，進(jìn)行下一個(gè)蜂窩陶瓷濾芯的激光切孔。
權(quán)利要求
一種壁流式蜂窩陶瓷濾芯激光切孔裝置，其特征在于所述的切孔裝置包括激光系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、電控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，其中①激光系統(tǒng)由激光發(fā)生器、棱鏡和支架組成；②圖像識(shí)別系統(tǒng)是由CCD感光元件、圖像處理電路組成；③轉(zhuǎn)盤上有4個(gè)工位，分別為上料工位、安裝薄膜工位、攝像工位和切孔工位，激光系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)和轉(zhuǎn)盤安放在工作臺(tái)上；電控系統(tǒng)接受圖像識(shí)別系統(tǒng)中CCD感光元件對(duì)攝像工位中的工件拍照和圖像處理電路處理后通過電控系統(tǒng)將信息反饋給軟件系統(tǒng)，再由軟件系統(tǒng)通過電控系統(tǒng)指揮激光系統(tǒng)。
2. 按權(quán)利要求1所述的切孔裝置，其特征在于轉(zhuǎn)盤上的4個(gè)工位相距90°。
3. 按權(quán)利要求1所述的切孔裝置，其特征在于激光系統(tǒng)中激光器發(fā)射的激光束通過棱 鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變方向。
4. 按權(quán)利要求1所述的切孔裝置，其特征在于切孔的工件固定在上料工位的夾具底板 的凹槽中。
5. 按權(quán)利要求1所述的切孔裝置，其特征在于電控系統(tǒng)是采用減速電機(jī)通過同步帶帶 動(dòng)轉(zhuǎn)盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤上4個(gè)工位的控制。
6. 使用如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的切孔裝置的方法，其特征在于首先將蜂窩陶 瓷濾芯放置在上料工位(l)，通過轉(zhuǎn)盤以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至安裝薄膜工位 2)，將濾芯一端 面用薄膜封住，薄膜安裝完成后再經(jīng)轉(zhuǎn)盤沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)至攝像工位(3)，通過圖像識(shí)別系 統(tǒng)中CCD感光元件為欲加工的濾芯拍照，根據(jù)所拍圖像判斷端面上孔的大小及分布狀況， 同時(shí)根據(jù)圖像編制打孔圖案，設(shè)計(jì)打孔途徑，最后將所取得的信息通過電控系統(tǒng)反饋軟件 系統(tǒng)，對(duì)打孔圖形的位置作進(jìn)一步修正， 分辨出需激光切孔或不必激光切孔的孔；最后轉(zhuǎn)盤 (5)將濾芯旋轉(zhuǎn)至切孔工位(4)，通過軟件系統(tǒng)指揮激光系統(tǒng)完成后激光束沿方形孔邊切 孔的動(dòng)過，并別實(shí)現(xiàn)對(duì)濾芯的高準(zhǔn)確度、高精度交錯(cuò)進(jìn)行的切孔操作。
7. 按權(quán)利要求6所述的切孔裝置的使用方法，其特征在于拍照以捕捉每個(gè)孔口內(nèi)側(cè)四 條邊的中點(diǎn)A1/A2/B1/B2的坐標(biāo)，圖像識(shí)別系統(tǒng)將四個(gè)中心的位置坐標(biāo)告知電控系統(tǒng)，電 控系統(tǒng)分析處理數(shù)據(jù)后，將線段A1、 A2左右延伸至B1點(diǎn)以及B2點(diǎn)，將線段B1、 B2上下延 伸至A1點(diǎn)和A2點(diǎn)，形成四邊形CDEF，即所要切孔的形狀和大小，并以此引導(dǎo)激光束進(jìn)行切 割。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壁流式蜂窩陶瓷濾芯激光切孔裝置及使用方法，用于制備柴油機(jī)顆粒捕集器用蜂窩陶瓷濾芯堵孔的先行工序——激光切孔。主要由激光系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤、電控系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)等主要部分組成。其中工作臺(tái)上可以同時(shí)放置多個(gè)陶瓷濾芯，并通過工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)使陶瓷濾芯依次置于激光切孔工作區(qū)域。切孔機(jī)工作時(shí)，先由夾具實(shí)現(xiàn)工件的粗定位，再由圖像識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行精定位，捕捉所有孔位的精確位置以及孔位形狀及面積，由電控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)快速地分析數(shù)據(jù)，判斷出需要切孔的孔位，并進(jìn)行高精度激光切孔。本發(fā)明提供的裝置方便了加工的陶瓷濾芯的更替，從而可以實(shí)現(xiàn)激光切孔的自動(dòng)化和連續(xù)化。
文檔編號(hào)B23K26/02GK101786202SQ20091020084
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者付全科, 俞強(qiáng), 盧俊, 崔恩輝, 席紅安, 張繼周, 李勤, 溫海琴, 王若釘, 陳 峰, 陳雷, 顧忠元 申請(qǐng)人:蘇州創(chuàng)元投資發(fā)展(集團(tuán))有限公司;中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所