專利名稱：用于高速切削的漸進(jìn)激光切料裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求2008年2月20日提交的臨時申請No. 61/066，369和2008年2月21 日提交的臨時申請No. 61/066，601兩者的優(yōu)先權(quán)，在此將這兩個申請以參見的方式引入。本發(fā)明總的涉及一種用于高速切削材料的漸進(jìn)激光切料裝置，更具體地，涉及一 種在連續(xù)移動的帶材材料上沿多個軸線進(jìn)行協(xié)調(diào)激光切削操作的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的基于壓力的機(jī)械切料系統(tǒng)在位于壓力機(jī)下面的帶材材料的平坦、靜態(tài)部分 上執(zhí)行材料切削操作。一般地，帶材材料從卷料上拆下，在將帶材饋送到自動供料裝置中時 被矯直。供料裝置將帶材饋送到帶式輸送器，然后帶式輸送器使帶材沿皮帶移動，直到帶材 位于機(jī)械壓力機(jī)的正下方。然后，中止帶式輸送器的運(yùn)動，直到機(jī)械壓力機(jī)能夠從帶狀材料 切削坯料或切塊。生產(chǎn)率取決于頻繁中止和重啟輸送器的運(yùn)動以使機(jī)械壓力機(jī)能夠從帶材的不同 部分切削所花費(fèi)的總時間；即，整個系統(tǒng)的每個部件，例如輸送器、機(jī)械壓力機(jī)和離線機(jī)器 人系統(tǒng)等等，連貫地執(zhí)行其相應(yīng)的操作。現(xiàn)有的基于壓力的供料系統(tǒng)的生產(chǎn)率基本上被測定為從整個卷料切出坯料所花 費(fèi)的時間。由于輸送器的反復(fù)啟動和停止操作，該系統(tǒng)效率低；因此存在消除處理的啟動和 停止中斷的需要。更具體地，存在在一個連續(xù)的階段執(zhí)行激光切削操作的需要，以便能夠在 連續(xù)移動的帶材材料上執(zhí)行連續(xù)的切削操作。本公開涉及一種克服上述低效率及其它缺點(diǎn)的激光切料系統(tǒng)，同時提供更多有益 效果。具體地，該激光切料系統(tǒng)包括在快速且連續(xù)地移動的帶材材料上同時執(zhí)行切削和切 料操作的多個運(yùn)動部件，因此消除或最小化對切削和切料過程的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及一種在從卷料連續(xù)地移動的帶材材料上進(jìn)行協(xié)調(diào)激光切削操作的漸 進(jìn)激光切料裝置。根據(jù)本公開一個方面，激光切料裝置包括固定的輸送器支架和可移動的、連續(xù)的 銷輸送器，固定的輸送器支架在裝置的相對的第一和第二端部之間沿縱向軸線延伸，銷輸 送器沿裝置的所述縱向軸線行進(jìn)。至少兩個可移動門架在銷輸送器上方支撐在裝置的相對 側(cè)上。所述至少兩個門架中的每一個均能夠沿裝置的縱向軸線的至少有限部分移動。每個 門架的每個移動長度均與切削階段相關(guān)，該切削階段也稱作“單元”。每個門架上懸掛至少 一個可移動激光頭。每個激光頭均能夠在平行于或橫向于裝置的縱向軸線的方向上沿激光 頭的相應(yīng)門架往復(fù)運(yùn)動。每個門架上可懸掛多個激光頭。激光切料裝置還包括至少兩組夾送輥。第一對相對的夾送輥與輸送器支架的第一 端相鄰地定位在卷料和銷輸送器之間。第二對相對的夾送輥與輸送器支架的第二端相鄰地 定位在銷輸送器和輔助設(shè)備之間。夾送輥主要執(zhí)行雙重功能(1)支撐帶材的下側(cè)以防止帶材下垂；和，O)以基本上等于移動的銷輸送器的速度的速度饋送帶材通過裝置。根據(jù)本公開的另一方面，激光切料裝置包括定位在縱向延伸的輸送器支架的第一 端的入口夾送輥組件和定位在輸送器支架的第二相對端的第二或出口夾送輥組件。一對夾 送輥與每個夾送輥組件配合以夾住在輥?zhàn)又g行進(jìn)的卷料材料的移動帶材并向其施加張 力。每個夾送輥以基本上等于行進(jìn)的銷輸送器的速度的速度旋轉(zhuǎn)。每個夾送輥沿輸送器的 縱向軸線連續(xù)地饋送移動的帶材，同時插入在夾送輥組件之間的至少一個門架支撐的激光 頭沿橫向于或平行于裝置的縱向軸線的多個軸線中的一個移動，以從移動的帶材漸進(jìn)地切 削坯料的至少一部分。位于第二夾送輥組件下游的第二或后續(xù)激光頭從帶材分離坯料。一種用于高速切削快速饋送的卷料材料的漸進(jìn)激光切料方法，包括至少以下步 驟(1)將帶材材料從卷材線饋送到位于輸送器的第一端的入口夾送輥組件；( 將帶材材 料沿輸送器饋送到位于輸送器的第二相對端的第二或出口夾送輥組件；C3)通過在每個夾 送輥組件處的一對相對的夾送輥之間饋送帶材而向帶材施加張力；(4)將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)下載到相關(guān)的控制系統(tǒng)內(nèi)以計(jì)算并指令激光切料裝置的夾送輥、門架、激光頭和輸送 器的協(xié)調(diào)順序和運(yùn)動軌跡；以及，( 在激光頭從移動的帶材漸進(jìn)切削的同時沿輸送器連 續(xù)地移動帶材。最后階段包括在帶材上執(zhí)行的激光切削操作，以在帶材通過第二夾送輥組 件之后從帶材切削或分開或完全分離坯料。本公開的一方面是通過最小化或消除現(xiàn)有系統(tǒng)中存在的停留時間以提高生產(chǎn)率。 本公開的另一方面在于通過提高快速饋送卷料的切削操作的速度，最大化所有階段、特別 是激光切削階段的生產(chǎn)線的性能。本公開的其它方面通過閱讀和理解以下詳細(xì)說明將更加明顯。


圖1是根據(jù)本公開的優(yōu)選實(shí)施例的用于高速切削快速饋送的卷料的漸進(jìn)激光切 料裝置；圖2是從在漸進(jìn)激光切料裝置上行進(jìn)的卷料帶材按順序激光切削切塊的漸進(jìn)激 光切料裝置的透視圖；圖3是從在漸進(jìn)激光切料裝置上行進(jìn)的卷材帶材按順序激光切削坯料的漸進(jìn)激 光切料裝置的另一個透視圖；圖4是圖1所示激光切料裝置的側(cè)視圖；圖5是包括在漸進(jìn)激光切料裝置內(nèi)的夾送輥組件的側(cè)視圖；圖6是圖5所示夾送輥組件的透視圖；圖7是圖2所示激光切料裝置的側(cè)視圖；圖8是具有彎度的移動帶材材料和在線檢查系統(tǒng)的俯視圖和側(cè)視圖；圖9是用于根據(jù)本公開的替代性實(shí)施例的漸進(jìn)激光切料裝置的單元的透視圖；圖10是圖9所示子組件的側(cè)視圖；以及，圖11是用于高速切削帶材材料的漸進(jìn)激光切料方法的示意性視圖。
具體實(shí)施例方式對本公開來說，術(shù)語“坯料”和“改進(jìn)型坯料”指的是由卷料帶材形成的最終產(chǎn)品或成品。改進(jìn)型坯料可包括簡單輪廓，或可包括復(fù)雜外形和貫穿其中形成的孔。為了獲得 坯料的最終形狀，從帶材移走從任何孔中去除的材料。該去除的材料在此稱為“切塊”、“廢 料”或“下腳料”。如此處為了方便的目的所使用的，術(shù)語“周邊”表示切削的曲線形狀。出于方便的 目的，“周邊部分”不僅僅指的是改進(jìn)型坯料或廢料部分的整個周邊；而在此處使用的術(shù)語 “周邊部分”指的是意在由任一特定激光切削的局部或完整輪廓。該輪廓可以是所述(產(chǎn) 生的或廢料)部分的外周的一部分，其主要表示該部分的總的外部形狀。周邊還可表示孔 (廢料)形狀的外周，切削該孔形狀以便從目標(biāo)改進(jìn)型坯料的內(nèi)部橫截面區(qū)域去除。根據(jù)本公開的優(yōu)選實(shí)施例，參照附圖1-4，示出用于高速切削操作的漸進(jìn)激光切料 裝置10 (以下同義地稱為“輸送系統(tǒng)”、“激光切削裝置”、“激光切削系統(tǒng)”和“激光切料系 統(tǒng)”)。具體地，執(zhí)行激光切削操作以從快速饋送的卷料材料帶材切削并分離坯料。本公開 預(yù)期用于各種金屬材料；但是，存在多種可饋送通過該裝置的材料。在此公開的方法還能夠 在其它材料的平帶材上執(zhí)行，例如鋁、塑料、膠合板、環(huán)氧樹脂、紙以及玻璃等等，或可通過 激光切削的任何其它卷材。激光切料裝置10是多站式生產(chǎn)線的一部分，以使其與位于激光切料裝置的相對 端的其它附屬設(shè)備結(jié)合工作，例如卷繞加工設(shè)備、焊接設(shè)備、離線機(jī)器人、傳送和堆放設(shè)備、 以及在材料進(jìn)入輸送系統(tǒng)之前或退出輸送系統(tǒng)之后加工材料的任何其他設(shè)備等等；即，可 為給定生產(chǎn)線定制進(jìn)入和退出設(shè)備。這種進(jìn)入設(shè)備的例子包括矯直器600(圖4)、剝皮機(jī)工 作臺700、壓緊設(shè)備800以及剪頭機(jī)950上的剪頭機(jī)夾送輥900(圖3)。圖1示出在激光切料裝置10的第一端15和第二相對端17之間沿輸送器的縱向 軸線13延伸的輸送器支架12，該輸送器支架12包括支腿和龍門架。至少一個可移動銷輸 送器14沿縱向軸線13在第一和第二端15、17之間形成連續(xù)的循環(huán)；即，銷輸送器14的運(yùn) 動支撐并支持從卷料18饋送的連續(xù)的帶材材料16(圖幻。參照圖1，兩個卷材材料18、19 彼此偏置以形成包括兩個并排的焊接帶材的單個卷材，上述兩個并排的焊接帶可以是具有 不同規(guī)格和厚度的材料。也就是說，產(chǎn)生的帶材可具有用于不同坯料的不同厚度部分。本輸 送系統(tǒng)10的一方面在于銷輸送器14在多個坯料的激光切削之間既不停止運(yùn)動也不重新開 始運(yùn)動。也就是說，銷輸送器14在整個切削操作中連續(xù)地運(yùn)動。在帶材連續(xù)運(yùn)動的同時， 本系統(tǒng)切削并去除切塊20(圖2) ,220,221 (圖3)，并且從帶材16切削并產(chǎn)生坯料200 (圖 3)；在帶材16的任一部分上執(zhí)行的作業(yè)可在多個激光器之間分開。多個激光器類似地允許 帶材16的多個部分同時作業(yè)。銷輸送器14包括多個隔開的銷平板11 (還示出在圖4、9和10中)。每個銷平板 11包括一排均勻隔開且面向上的銷9，銷9在移動的同時支撐坯料以使材料順暢地通過系 統(tǒng)。每個銷平板11的終端能夠簡單地固定到相對的帶上，兩個相對的帶均繞銷輸送器14 的可移動滑輪旋轉(zhuǎn)。固定的最優(yōu)選裝置是連接夾。每個銷平板11還能夠簡單地拆卸。可 以預(yù)期，經(jīng)過一段時間以后，激光會擦傷或可能損壞銷平板11的銷；因此銷輸送器14能夠 反復(fù)、單獨(dú)地更換銷平板11。圖2和3示出通過所述裝置的帶材16，其中，在多個階段內(nèi)從帶材16切削并隨后 去除切塊20、220、221和改進(jìn)型坯料200 (例如門面板、行李箱蓋、主體側(cè)面、罩板等等)。至 少兩個可移動門架22、24(以下同義地稱為“機(jī)械手”或“常平架”)支撐在銷輸送器14之上。門架22、24示出為從輸送器支架12的兩個相對的、升高的、水平平行的支撐件26之一 延伸或在兩者之間延伸；但是，也可預(yù)見的是，本公開使用其他用于將門架22、24支撐在移 動的帶材16之上的裝置。每個門架22、24能夠沿縱向軸線13的至少一段有限的長度往復(fù) 來回運(yùn)動。每個門架22、24及其相應(yīng)的有限長度與一個“單元”，即激光切削的其中一個階 段有關(guān)。通過沿每個水平支撐件26的內(nèi)表面(圖2和7)或下表面(圖1、3和9)形成的 門架凹槽或通道28實(shí)現(xiàn)門架22、24的有限長度的運(yùn)動；即，門架22、24上的輪或類似的支 撐件容納在門架通道28內(nèi)并沿門架通道28行進(jìn)。圖2和7示出沿平行的支撐件26的有限長度形成的門架通道28。但是，所述通道 不必將門架的運(yùn)動限制于任何一個指定的單元。圖3示出激光切料裝置10的實(shí)施例，其中， 每個門架22、24均能夠行進(jìn)輸送器線路的整個長度。換句話說，用于供每個門架22、24行 進(jìn)的門架通道28在平行支撐件26的整個長度上延伸。門架22、24可以共用公共通道(該 通道在圖3中不可見，但是形成在圖3中的平行支撐件的下表面上)，在這種情況下，控制器 指定每個門架具有避免與其它門架碰撞的特定切削輪廓。以在操作期間不使兩個門架22、 24同時處在同一位置的方式劃分門架22、24之間的切削輪廓。至少一個可移動激光頭30 (以下還同義地稱為“激光器”和“激光刀具”)懸掛在 每個門架22、24上。每個激光頭部30沿相應(yīng)的門架22、24的縱向長度的至少一部分行進(jìn)。 門架的縱向軸線實(shí)質(zhì)上是橫向軸線27，橫向軸線27橫向于裝置10的縱向軸線13。激光頭 30容納在激光器通道32內(nèi)并沿激光器通道32前后行進(jìn)，激光器通道32形成在沿相應(yīng)的門 架22或24的一側(cè)或下側(cè)面延伸的表面中。每個門架22、24可懸掛多個激光頭30，其中，每 個激光頭可在相應(yīng)的或共用的激光器通道32的有限或整個長度上行進(jìn)?？梢圆皇箖蓚€激 光器同時處在公共門架上的同一位置的方式在激光頭之間劃分切削輪廓。實(shí)質(zhì)上，當(dāng)激光器30與相應(yīng)的移動門架22、24 —起運(yùn)動時，激光束路徑可在以下 多個軸線上運(yùn)行(1)通過沿輸送器線路的縱向軸線13行進(jìn)的門架在第一軸線上的縱向運(yùn) 動；(2)通過沿相應(yīng)門架22、24的縱向軸線27行進(jìn)的激光頭在第二軸線上的橫向運(yùn)動；以 及，(3)通過相對于門架支撐降低和升高的激光頭在第三軸線上的豎直運(yùn)動。 一個激光器沿其中一個門架的縱向軸線27移動，同時另一個激光器沿另一個門 架的縱向軸線移動。這樣，激光切料裝置10能夠執(zhí)行連續(xù)移動的帶材材料16上的每個激光 頭30和門架22、24的協(xié)調(diào)運(yùn)動。本輸送系統(tǒng)10的一方面在于其能夠?qū)⒃趲Р牟牧?6的 各部分33(圖2中的虛線所示)上執(zhí)行的作業(yè)集中到至少兩個較小的區(qū)域34內(nèi)(圖2中 的虛線所示)。當(dāng)材料在激光頭下面通過時，每個激光頭可對材料進(jìn)行局部或完全切割。因 此，在多個階段中，每個激光頭30均從移動的帶材16漸進(jìn)地切削切塊20、220、221和/或 坯料200的周邊。由此最小化每個激光頭30的激光束路徑以使切削時間顯著減小。當(dāng)帶材16移動經(jīng)過相應(yīng)的門架22、24時，每個激光頭30從帶材16中切削坯料200 或切塊20、220、221的周邊部分。第一激光30最初穿透帶材材料16并開始切削切塊20、 220、221的周邊部分36或坯料200的周邊201 (圖3)。然后，后續(xù)的激光器30依次(例如 第二或第三激光器)繼續(xù)在第一激光器完成切削處切削周邊部分。由于第一和后續(xù)激光器 30能夠切削帶材材料16的有限部分，因此輪廓的周邊的相對終端38之間存在未切削的材 料長度或間隙。終端38之間的間隙或長度隨著每次后續(xù)激光切削而縮短，但是坯料實(shí)際上 與帶材16保持連接，直到由切削序列中的最后激光器30完成最后切削。第二門架24上的其中一個激光頭30通過從帶材切除材料部分以由此分離坯料200來完成坯料輪廓的整個 周邊203 (如圖3所示)；因此，坯料200沒有保持附著在帶材16上的部分，坯料從帶材上完 全分離并去除以適當(dāng)堆放。為了從帶材16切斷廢料而完成任何切塊20、220、221輪廓的整 個周邊的激光頭可支撐在設(shè)置于第二銷輥組件42之前(如圖3所示)或之后(如圖2所 示)的門架上 。輸送系統(tǒng)10將多個激光器30和門架22、24的運(yùn)動與銷輸送器14結(jié)合起來。每個 激光頭30與從材料切削改進(jìn)型坯料形狀200或切塊部分20、220、221的特定切削階段或特 定步驟相關(guān)。激光器30沿門架22、24的縱向軸線27的運(yùn)動和門架沿所述裝置的縱向軸線 13的運(yùn)動與銷輸送器14的縱向運(yùn)動相配合，其中銷輸送器14以一定(恒定)的速度(例 如，150英尺/分或50米/分或更快)移動帶材材料16。激光器30和門架22、24的運(yùn)動 相協(xié)調(diào)以在帶材以一定速度沿輸送系統(tǒng)行進(jìn)的同時在帶材16上進(jìn)行漸進(jìn)的切削。例如，可 以預(yù)期，每個門架22、24(和激光器)均能夠以至少兩倍于銷輸送器14移動速度的速度移 動(即，100米/分)。也即，由于激光器能以兩倍于帶材的速度運(yùn)動，因此激光器相對于運(yùn) 動的帶材以50米/分的速度有效地移動。類似地，激光頭30能夠在縱向軸線27和/或豎 向軸線上沿門架22、24快速地移動。在此對銷輸送器12，門架22、24，激光頭30以及隨后 說明的夾送輥46中任一者的最大移動速度都沒有特別的限制；相反地，在此的公開能夠與 多種技術(shù)使用，并能夠以各種運(yùn)動速度使用。輸送系統(tǒng)10還包括輔助帶材16沿銷輸送器14運(yùn)動的至少兩個夾送輥組件40、 42。這些夾送輥組件可包括在輸送器支架12上并由其支撐(如圖2所示)，或夾送輥組件 可以是與輸送器支架對準(zhǔn)設(shè)置的單獨(dú)裝置(如圖4所示)。入口夾送輥組件40位于或剛好 緊靠輸送器支架12的第一端15。該入口夾送輥組件40牽拉卷料18以將帶材材料16饋送 到銷輸送器14上。電機(jī)975 (圖3)或其它輔助卷材加工設(shè)備協(xié)助旋轉(zhuǎn)卷料的卷軸44，以使 帶材16的最外層能夠從卷料18連續(xù)地輸送至銷輸送器14。更具體地，該輔助設(shè)備致動卷 料所卷繞的卷軸44的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。第二夾送輥組件42位于或靠近輸送器支架12的第二相對端17。第二夾送輥組件 42牽拉帶材16以將其輸送至定位在銷輸送器14下游的輔助設(shè)備。夾送輥組件40、42兩者 均包括一對平行、相對的夾送輥46，帶材通過夾送輥46饋送。其中一個夾送輥46延伸跨過 帶材16的上表面，同時第二夾送輥延伸跨過帶材的下表面。圖5示出夾送輥組件400的詳細(xì)側(cè)視圖，夾送輥組件400包括以基本上等于銷輸 送器的高度的高度支撐上、下夾送輥420、430的相鄰表面的夾送輥架410。夾送輥組件400 將上夾送輥420設(shè)置在與下夾送輥430(大致)相同的豎直面內(nèi)。在相應(yīng)的上、下夾送輥 420,430的上面和下面為上、下支撐夾送輥440、450。夾送輥組件400示出在圖5和6中，包括支撐在夾送輥缸筒460上的一對夾送輥 420、430。可以預(yù)期，夾送輥組件400可利用本領(lǐng)域公知的系統(tǒng)，并且通過現(xiàn)有部件，例如 上、下橋500起作用。例如，每個夾送輥組件400利用齒輪箱470和電機(jī)480驅(qū)動每個夾送 輥46旋轉(zhuǎn)。每個夾送輥420、430通過可充當(dāng)轉(zhuǎn)軸的夾送輥聯(lián)軸器490聯(lián)接至齒輪箱470。每個夾送輥46的長度至少等于或大于帶材16的寬度。該長度對于確保所述一對 夾送輥46在帶材16通過輥?zhàn)又g時有效地夾住帶材16的整個寬度并向其施加力是必要 的。在夾送輥組件40、42之間拉緊張力。該張力協(xié)助防止帶材16下垂，該下垂一般由帶材的重量和銷輸送器18的相對端之間的距離引起。對于更長的輸送器支架12，具有一組夾送 輥的至少一個第三中間夾送輥組件(未示出)設(shè)置在入口夾送輥組件40和第二夾送輥組 件42之間以進(jìn)一步減少帶材16的下垂。 夾送輥46的第二功能是輔助帶材16在生產(chǎn)線上向前運(yùn)動。每對夾送輥46以基 本上等于銷輸送器14的行進(jìn)速度(即，達(dá)到150英尺/分或50米/分或更快)的速度旋 轉(zhuǎn)；但是，棍子對中的每個夾送輥沿輥?zhàn)拥目v向軸線相對于另一個沿相反的順時針和逆時 針方向旋轉(zhuǎn)。建立激光切削的策略性階段或單元，使得直到帶材16移動經(jīng)過第二夾送輥組件 42才執(zhí)行坯料200的周邊輪廓的最終分離或切削。帶材16保持附著或?yàn)檎w，即，坯料200 在入口夾送輥組件40與第二夾送輥組件42之間的區(qū)域內(nèi)保持附著在帶材16上。因此，第 一門架22設(shè)置在入口夾送輥組件40與第二夾送輥組件42之間。第二門架24設(shè)置在第二 夾送輥組件42之外。激光切削裝置10可進(jìn)一步包括定位在門架22、24之間或前面或后面 的任何位置的至少第三門架23。從第二門架24，即從切削序列的最后門架懸掛的激光頭30 從帶材16完全切斷或去除坯料200。圖3最佳地示出上述過程。圖3示出包括外圍三角形的廢料形狀202和在其中切 削的內(nèi)部盤狀或圓形廢料形狀204的改進(jìn)型坯料200。本公開還預(yù)期了其它坯料形狀和廢 料形狀。產(chǎn)生的末端坯料200是包括穿過其中心的圓孔206的多邊形形狀。坯料200在第 二、最后夾送輥組件42之后的最后激光器232從帶材16的相鄰部分233上切斷。中間激 光器230通過切斷切塊220、221切削末端坯料200形狀的輪廓的局部部分。在本生產(chǎn)線中，廢料部分220、221繼續(xù)沿銷輸送器14行進(jìn)，直到其從帶材16脫落 并落入與輸送器線路鄰接并在其下方定位的廢料輸送器48內(nèi)。廢料輸送器48將丟棄的切 塊20 (圖2) ,220,221 (圖3)運(yùn)送至清理箱50 (圖2)。圖1_4示出設(shè)置在銷輸送器14下方 的水平面內(nèi)的廢料輸送器48。這樣，丟棄的廢料部分20、220、221能夠從帶材上落下或掉 下，在此由廢料帶式輸送器運(yùn)走。離線機(jī)器手(未示出)可以替代性地從帶材16移走廢料 部分20。激光切削裝置10的附加特征是在線檢查系統(tǒng)，該檢查系統(tǒng)測量銷輸送器14的中 心線與放置在帶材16上的關(guān)鍵記錄標(biāo)志51之間的距離。通常，帶材材料16具有彎度；也 即帶材在沿裝置的縱向軸線13行進(jìn)期間，在某點(diǎn)處橫向移動。圖8中示出這種彎度，其中 彎度示出在疊加于正確行進(jìn)的線性帶材16’ (虛線所示)上的帶材16中。帶材16可從輸 送器的中心線橫向移開幾個毫米，以使帶材的中心線不再與銷輸送器14的中心線重合。在 帶材16沿縱向軸線13行進(jìn)時，帶材16的位置首先離開銷輸送器14的中心線然后又返回 該中心線并非不正常。在線檢查系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)這些不希望的偏移。圖7示出一種在線檢查系統(tǒng)能夠感測帶材16中的任何移動的方法。至少一個可 視檢查系統(tǒng)(以下與“可視檢查傳感器”和“可視檢查攝像機(jī)”同義)52懸掛在從相對于水 平支撐件26沿橫向軸線延伸的梁53上。根據(jù)測得的帶材16的橫向不希望的運(yùn)動，在線檢 查系統(tǒng)利用相關(guān)的控制器(未示出)計(jì)算并調(diào)節(jié)兩個門架22、24和激光頭30的指定運(yùn)動。 在線檢查系統(tǒng)測量具有彎度的帶材60的中心線與激光切削系統(tǒng)62的中心線(與正確行進(jìn) 的帶材的中心線重合)之間的尺寸差。然后，該尺寸差被發(fā)送回系統(tǒng)控制，并且每個激光頭 30的切削程序被調(diào)整以便產(chǎn)生相同的成品坯料，不論尺寸差的大小如何。
實(shí)質(zhì)上，傳感器52確定帶材16中彎度的大小，并且激光切削裝置10對門架和激 光器的運(yùn)動軌跡進(jìn)行實(shí)時、連續(xù)的調(diào)整。這些調(diào)整被算出并傳遞至控制器，然后控制器引導(dǎo) 激光器30和門架22、24兩者在其運(yùn)動中進(jìn)行實(shí)時改變以修正彎度的變化量。激光定位系 統(tǒng)補(bǔ)償帶材16的彎度的不規(guī)則。在此沒有限制在線檢查系統(tǒng)啟動調(diào)整的彎度范圍；但是， 可以預(yù)期，激光切削裝置能夠進(jìn)行至少0-50mm彎度的切削調(diào)整。圖8示出帶材中彎度的例子，為了圖示的目的進(jìn)行了夸大。帶材16包括關(guān)鍵位置 上的記錄標(biāo)志54，記錄標(biāo)志54最優(yōu)選地標(biāo)記在將被廢棄的地方。每次可視檢查傳感器52 讀取記錄標(biāo)志54時，記錄標(biāo)志54致動傳感器52以拍攝帶材16的通過其下的那部分的頂 部照片。從照片計(jì)算出尺寸，該計(jì)算結(jié)果更具體地是激光器切料裝置的中心線58與具有彎 度的帶材16'的中心線58之間的變動量或距離56(在0到50mm或更多的范圍內(nèi))。圖解 算法對快速照片進(jìn)行估算，并且所測量距離的差值被傳遞至控制器。控制器利用那些測量 值調(diào)整切削路徑。激光切削裝置10的另外的特征是卷材映射系統(tǒng)。卷材映射系統(tǒng)基于在前輸入的 缺陷坐標(biāo)跟蹤卷材材料中的缺陷。通常地，終端用戶知道卷材中具有缺陷也接受卷材，以從 卷材供應(yīng)商換取折扣。具有缺陷的帶材16的部分不能使用。卷材映射系統(tǒng)允許生產(chǎn)線確 定帶材的有缺陷區(qū)域何時由激光切料系統(tǒng)10處理。卷材映射系統(tǒng)追蹤帶材16的有缺陷區(qū) 域以使輔助端部堆放機(jī)(未示出)能夠分離并排出由那些缺陷坐標(biāo)上的材料產(chǎn)生的部件。 該卷材映射系統(tǒng)的一個方面在于其節(jié)省了處理結(jié)束時與部件的可視檢查有關(guān)的成本。卷材 映射系統(tǒng)的另一方面在于其允許處理并使用有缺陷的卷材，而有缺陷的卷材已被許多使用 現(xiàn)有切料生產(chǎn)線的終端用戶所拋棄。中央控制器與門架22、24，激光頭30，帶式輸送器14以及夾送輥46通信以基于下 載的特定用于形成的周邊的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)每一個的運(yùn)動?？刂破骰蚺c其通信的 程序產(chǎn)生最優(yōu)化周邊切削的分配和激光器30中的激光束路徑需求的操作參數(shù)。激光切料 系統(tǒng)10還能夠利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)信息形成激光切削路徑，所述激光切削路徑將由在前 述應(yīng)用中廢棄的帶材材料16生產(chǎn)部件。實(shí)質(zhì)上，能夠利用坯料之間殘留材料的外部區(qū)域生 產(chǎn)或者相似或者不相似的部件。利用附加材料的能力在不降低生產(chǎn)率的情況下使廢料最小 化。多個激光頭30可支撐在任一個門架22、24上。對于包括多個激光器30的門架， 第一激光器用于切削第一周邊輪廓，同時位于同一門架上的第二激光器用來在同一帶材部 分33上獨(dú)立于第一周邊輪廓切削第二周邊輪廓。可替代地，當(dāng)帶材16的部分33在相應(yīng)的 門架22、24下面通過時，兩個激光頭均可在同一周邊輪廓的不同部分上操作。激光器運(yùn)動 和激光器路徑限制在同一段帶材的不同部分34;但是，如果兩個激光器為懸臂，則可在同 一橫截面區(qū)域內(nèi)操作。此外，控制器能夠處理多種格式的二維CAD文件，控制器自動確定為了使由激光 器切料處理產(chǎn)生的廢料最少而應(yīng)該采用的帶材的寬度。在很多情況下，與傳統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生的 廢料相比，廢料可顯著降低?？刂破鞔_定用于在最小化廢料的同時產(chǎn)生最大數(shù)量部件的最 佳嵌套配置。CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CNC機(jī)床工具代碼。具有其中可提供機(jī)床工具代碼的幾種常 用格式。然后，控制器處理機(jī)床工具代碼，并立即劃分線路上的每個激光器30之間的機(jī)床 工具代碼。幾種算法用于確定初始激光頭工作負(fù)荷。產(chǎn)生用于每個激光器的工作負(fù)荷的切削程序的CAD文件；可從任何二維CAD站進(jìn)行工作負(fù)荷的手動調(diào)整。本公開預(yù)期，還利用相關(guān)的機(jī)械致動器和電氣控制系統(tǒng)支撐門架22、24和激光器 30在輸送器系統(tǒng)10上的運(yùn)動。激光切料裝置10能夠使用各種眾所周知的激光器中的任何 一種，例如遠(yuǎn)程激光光學(xué)裝置、纖維激光器、細(xì)圓盤激光器等等，或能夠以可維持銷輸送器 14的速度的速度切削的任何其它激光器。使用現(xiàn)有激光技術(shù)，可預(yù)期，輸送器系統(tǒng)10能夠 以最小40-80米/分的速度移動帶材。本公開的另一特征是焊接站(未示出)，從不同卷料牽拉的兩根或多根帶材在進(jìn) 入第一夾送輥組件42之前在焊接站處被焊接或聯(lián)接在一起。當(dāng)前，有些制造商生產(chǎn)一次兩 個卷材的卷材線，但卷材并排焊接并重新繞在新的卷軸上。本生產(chǎn)線能夠消除將焊接的卷 材重新繞到新的卷軸上的步驟。實(shí)質(zhì)上，參照圖2，激光切料裝置10處理從兩個沿豎向偏置 的卷材18、19牽拉的帶材16，其中焊接站(未示出)在帶材剛剛被饋送到入口夾送輥組件 40之前將其焊接。帶材16的厚度、寬度或等級可變，并且激光器設(shè)置成適應(yīng)焊接帶材的不 同厚度。由兩個卷材焊接的每個帶材組合起來形成更大寬度的新帶材。圖9和10示出激光切削裝置10的替代性實(shí)施例。該替代性實(shí)施例可包括能夠沿 軸線對準(zhǔn)的至少一個或多個單獨(dú)的子組件或單元300，例如在夾送輥的相對組之間或在夾 送輥組件之后。每個單元300包括移動支架310的銷輸送器305。每個單元300將至少一 個激光頭330支撐在從平行餓桿315中的一個或兩個向外延伸的門架325上。單元300實(shí) 施例的優(yōu)勢在于激光切削裝置10可延長以用于更長的帶材或產(chǎn)生更多切削，或可縮短以 用于需要非常少的切削的操作。換句話說，單元300的實(shí)施例能夠相對于每個單獨(dú)操作的 參數(shù)調(diào)整激光切削裝置10的長度。圖3和4的激光切削裝置10的第二端部17處包括一 個這樣的單元300。該單元300剛好位于第二夾送輥組件42之后。圖11說明了用于成卷帶材材料的高速切削的漸進(jìn)激光切料的示例性方法100。盡 管本公開的方法100以及其它方法以下說明和描述為一系列動作或過程，但可以理解，本 公開的各種方法不受這些動作或過程的所示順序限制。在這方面，根據(jù)本公開，一些動作或 過程可以不同次序發(fā)生和/或與除在此所示和所述的動作或過程之外的其它動作或過程 同時發(fā)生。還注意到，并非需要所有所示步驟都實(shí)施根據(jù)本公開的處理。此外，本公開的方 法可與所示生產(chǎn)線設(shè)備以及與未說明或描述的其它裝置(例如現(xiàn)有裝置)聯(lián)合執(zhí)行，其中 所有這些替代性方案均預(yù)期落入本發(fā)明和所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。作為例子，圖11的方 法100可在圖1-4的激光切料系統(tǒng)10中實(shí)施，用于快速饋送卷料材料的漸進(jìn)高速切削。參照圖11的流程圖，方法100在步驟102開始，其中，操作者將帶材材料的前緣從 卷料旋入入口夾送輥組件內(nèi)(例如圖1中的入口夾送輥組件40)。該卷料帶材可通過人工 或自動饋送到入口夾送輥組件中。類似地，焊接的卷料帶材可饋送到入口夾送輥組件中。 對于步驟104，操作者將帶材的前緣拉至第二夾送輥組件(例如圖1中的第二夾送輥組件 42)。在下一步驟106中，操作者通過將帶材饋送到兩個夾送輥組件處的成對的夾送輥(例 如圖5和6中的夾送輥420、430)之間而向帶材施加張力。上述步驟102、104、106統(tǒng)稱為準(zhǔn)備或預(yù)處理步驟108。在利用圖1_4的激光切料 裝置10的處理開始之前，操作者執(zhí)行步驟110以下載特別用于所生產(chǎn)部件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)信息。如果用于特殊處理的卷料材料有缺陷，則操作者在步驟112中預(yù)先輸入對應(yīng)于卷 料中的缺陷的坐標(biāo)。程序利用下載的信息計(jì)算并產(chǎn)生操作參數(shù)，在步驟114，操作參數(shù)優(yōu)化坯料的周邊切削及其激光束路徑需求的分配。在步驟116中，該程序?qū)⑦x定的操作參數(shù)傳 送至控制器。在步驟118中，控制器向夾送輥(例如，圖5和6中的夾送輥420、430)、門架 (例如，圖1-4中的門架22、24)和激光頭(例如，圖1-4中的激光頭30)發(fā)送指令以協(xié)調(diào)其 運(yùn)動與移動的銷輸送器(例如，圖1中的銷輸送器14)的速度配合。切削階段統(tǒng)稱為步驟120。銷輸送器以恒定的速度連續(xù)運(yùn)動的同時，執(zhí)行切削帶材 的所有階段。一旦向帶材施加張力的步驟106發(fā)生，那么夾送輥便在步驟122中旋轉(zhuǎn)以連 續(xù)饋送帶材材料。至少兩個門架中的第一個的激光器穿過帶材材料并切削坯料的周邊的一 部分，如步驟124所示。該第一門架位于入口夾送輥組件和第二夾送輥組件之間。入口夾 送輥組件和第二夾送輥組件之間的任何切削階段都不會導(dǎo)致坯料完全從帶材分離。帶材移 動經(jīng)過第二夾送輥組件后發(fā)生最終激光切削步驟126。在最終激光切削步驟126中，第二門 架(例如，圖1-40中的門架24)的激光頭完成坯料的切削，這使得坯料從帶材去除或完全 分離。方法100的順序中的接下來的步驟統(tǒng)稱為后激光切削步驟128。從帶材切下的坯 料在步驟130作為廢料被移除。帶材的剩余部分在步驟132中前進(jìn)至輔助堆放設(shè)備；但是， 如果操作者在步驟112中預(yù)先輸入缺陷坐標(biāo)，則卷材映射步驟134將在帶材沿生產(chǎn)線移動 時追蹤對應(yīng)于該坐標(biāo)的帶材部分的進(jìn)程。如果來源于材料的一部分的生產(chǎn)部件與缺陷坐標(biāo) 相對應(yīng)，則在步驟136中，輔助設(shè)備響應(yīng)于指令而致動，以指令自動丟棄該生產(chǎn)部件。但是， 如果來源于材料的一部分的生產(chǎn)部件不對應(yīng)于缺陷坐標(biāo)，則生產(chǎn)部件前進(jìn)至輔助堆放設(shè)備 (如步驟136所示)。方法100還可包括在線檢查步驟138。傳感器通過測量銷輸送器14的中心線與 放置在帶材16上的關(guān)鍵記錄標(biāo)志之間的距離來測量帶材的任何橫向移動。在線檢查步驟 138向程序控制器發(fā)送偏移的任何測量結(jié)果，該程序控制器重新計(jì)算步驟114的操作參數(shù)。 實(shí)時調(diào)整機(jī)構(gòu)連接至控制器，控制器在步驟118中指令激光束和門架的改變的運(yùn)動以補(bǔ)償
彎度的變化量。已參照優(yōu)選實(shí)施例對典型實(shí)施例作以說明。顯然，在閱讀和理解了上述詳細(xì)說明 后，其他人將會想到其修改和變型。意在使示例性實(shí)施例理解為包括所有這種修改和變型， 只要它們落在權(quán)利要求及其等同設(shè)置的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種用于切削快速饋送的卷料材料的激光切料裝置，所述裝置包括相對的第一端和第二端；輸送器支架，所述輸送器支架在所述裝置的所述第一端和第二端之間沿所述裝置的縱 向軸線延伸；輸送器，所述輸送器在所述第一端和第二端之間沿所述縱向軸線以重復(fù)的循環(huán)運(yùn)動；至少兩個門架，所述門架由定位在所述輸送器的相對側(cè)的支撐構(gòu)件支撐在所述輸送器 的上方，每個所述門架均能夠沿所述縱向軸線移動至少有限的長度，每個所述有限的移動 長度均與切削階段相關(guān)，并且所述門架中的每個均具有橫向于所述裝置的所述縱向軸線的 縱向軸線；以及，至少一個可移動激光頭，所述激光頭懸掛在所述至少兩個門架中的每個上，在卷料帶 材運(yùn)動的同時，所述激光頭中的每個均能夠至少沿相應(yīng)的所述門架的所述縱向軸線前后移 動；其中，所述激光切料裝置能夠在沿所述輸送器連續(xù)移動的所述卷料帶材上同時執(zhí)行多 個激光切削操作。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器切料裝置，還包括位于所述裝置的所述第一端的入口夾送輥組件，所述入口夾送輥組件從相關(guān)的卷料牽 拉卷料材料的帶材，以將所述帶材饋送到所述輸送器支架上；位于所述裝置的所述第二端的第二夾送輥組件，所述第二夾送輥組件在縱向方向上牽 拉所述帶材，以輔助所述帶材沿所述輸送器支架的連續(xù)移動；包括在所述入口夾送輥組件和第二夾送輥組件中的每個上的一對相對的夾送輥，所述 夾送輥中的每個均具有延伸至少所述帶材的寬度的長度，其中，當(dāng)所述帶材通過所述夾送 輥之間時，所述夾送輥向所述帶材施加張力。
3.如權(quán)利要求2所述的激光切料裝置，其中，所述成對的夾送輥中的每對均以基本上 等于所述銷輸送器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的速度的速度旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的激光切料裝置，其中，所述可移動激光頭中的每個均包括激光 器，所述激光器在所述帶材移動經(jīng)過所述相應(yīng)的門架時切削所述帶材的坯料的周邊部分， 其中，所述裝置能夠在不停止所述輸送器的運(yùn)動的情況下切削所述帶材。
5.如權(quán)利要求1所述的激光切料裝置，其中，所述可移動激光頭中的每個均包括激光 器，所述激光器在所述帶材移動經(jīng)過所述相應(yīng)的門架時切削所述帶材的切塊的周邊部分。
6.如權(quán)利要求2所述的激光切料裝置，其中，所述門架中的第一個插在所述入口夾送 輥組件和所述第二夾送輥組件之間，并且所述第二夾送輥組件定位在所述第一門架和第二 門架之間，其中，所述第二門架包括將坯料材料從所述帶材分離的激光頭。
7.如權(quán)利要求1所述的激光器切料裝置，還包括在線檢查系統(tǒng)，所述在線檢查系統(tǒng)測 量所述輸送器的中心線與所述帶材上的記錄標(biāo)志之間的距離，所述在線檢查系統(tǒng)使控制器 基于測得的所述帶材中的彎度計(jì)算并調(diào)節(jié)所述至少兩個門架和所述至少一個可移動激光 頭的運(yùn)動。
8.如權(quán)利要求1所述的激光器切料裝置，還包括卷材映射系統(tǒng)，所述卷材映射系統(tǒng)基 于所述帶材的缺陷坐標(biāo)追蹤所述卷材中的缺陷，所述卷材映射系統(tǒng)包括控制器，所述控制 器命令相關(guān)的堆放機(jī)排出與所述缺陷坐標(biāo)相關(guān)的帶材部分。
9.如權(quán)利要求2所述的激光切料裝置，還包括在將所述帶材饋送至所述入口夾送輥組 件之前由兩個卷材焊接帶材的裝置，所述入口夾送輥組件能夠同時接收從所述兩個卷材牽 拉的帶材。
10.如權(quán)利要求1所述的激光切料裝置，其中，所述輸送器包括多個臂，所述臂上具有 用于支撐所述卷料帶材的銷。
11.一種用于高速切削帶材材料的漸進(jìn)激光切削方法，包括將帶材材料從卷材線饋送到位于輸送器的第一端處的入口夾送輥組件； 將所述帶材材料沿所述輸送器饋送至位于所述輸送器的第二相對端處的至少第二夾 送輥組件；通過在位于所述入口夾送輥組件和所述第二夾送輥組件處的一對夾送輥之間饋送所 述帶材而向所述帶材施加張力；以及在至少兩個可移動激光頭從所述帶材漸進(jìn)地切削坯料或切塊部分的同時，沿所述輸送 器連續(xù)地移動所述帶材。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括每個門架處的激光切削操作，其中，每個門架均 與切削階段相關(guān)，當(dāng)所述帶材移動經(jīng)過所述激光頭的相應(yīng)門架時，所述激光頭中的每個從 所述帶材切削坯料或切塊的周邊部分。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在所述帶材經(jīng)過所述第二夾送輥組件之后在所 述帶材上執(zhí)行的最終激光切削操作，所述最終激光切削操作從所述帶材完全分離出所述坯 料或切塊。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下載到相關(guān)系統(tǒng)中以計(jì) 算并指令用于所有所述夾送輥、所述激光頭、門架以及所述輸送器的協(xié)調(diào)順序和運(yùn)動軌跡 的步驟。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使所述成對夾送輥中的每對以基本上等于所述 輸送器的行進(jìn)速度的速度旋轉(zhuǎn)的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述輸送器的所述行進(jìn)速度為大約150英尺/ 分。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在線檢查步驟，所述在線檢查步驟包括 測量所述輸送器的中心線與所述帶材上的關(guān)鍵記錄標(biāo)志之間的距離；以及， 基于測得的所述帶材中的彎度調(diào)整所述激光頭的運(yùn)動。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括卷材映射步驟，所述卷材映射步驟包括 基于預(yù)先輸入的缺陷坐標(biāo)追蹤所述卷材線中的缺陷；以及，排出與所述缺陷坐標(biāo)相關(guān)的帶材部分。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述入口夾送輥組件之前由兩個卷材焊接帶 材的步驟，所述入口夾送輥組件能夠同時接收從所述兩個卷材牽拉的帶材。
20.一種用于從卷料快速切削帶材材料的激光切料裝置，所述裝置包括 入口夾送輥組件，所述入口夾送輥組件位于具有縱向軸線的輸送器支架的第一端； 第二夾送輥組件，所述第二夾送輥組件位于所述輸送器支架的第二相對端；以及，一對相對的夾送輥，所述一對相對的夾送輥與所述夾送輥組件中的每個相鄰地定位并 協(xié)作，所述一對夾送輥夾住在其間行進(jìn)的移動卷料帶材并向其施加張力；其中，每個夾送輥以基本上等于所述輸送器的行進(jìn)速度的速度旋轉(zhuǎn)；并且其中，每個所述夾送輥沿所述輸送器連續(xù)地饋送移動的帶材，同時，定位在插入所述夾 送輥組件之間的支撐構(gòu)件上的至少兩個激光頭均沿橫向于或平行于所述縱向軸線的多個 軸線移動，以從所述材料帶材漸進(jìn)地切削坯料部分。
21.如權(quán)利要求20所述的激光切料裝置，還包括可移動的、連續(xù)的銷輸送器，所述銷輸送器沿所述輸送器的所述縱向延伸的軸線形成 重復(fù)的循環(huán)；并且，所述支撐構(gòu)件包括支撐在所述銷輸送器上方的可移動門架，所述門架中的每個均能夠 在所述帶材沿所述輸送器移動的同時沿所述縱向軸線移動至少有限的長度，并且所述門架 能夠以兩倍于所述輸送器的速度的速度移動；其中，所述至少兩個激光頭中的一個懸掛在所述門架中的每個上，所述激光頭中的每 個均能夠沿橫向于所述縱向軸線的軸線沿所述相應(yīng)的門架移動；其中，所述激光器切料裝置能夠在沿所述輸送器饋送的移動卷料帶材上執(zhí)行多個激光 切削操作。
22.如權(quán)利要求21所述的激光切料裝置，其中，所述門架中的第一個位于所述入口夾 送輥組件和所述第二夾送輥組件之間，并且所述第二夾送輥組件定位在所述第一門架和第 二門架之間，其中，所述第二門架包括從所述移動的帶材完全分離出坯料或切塊的激光頭。
全文摘要
一種用于高速切削快速饋送的卷料帶材的激光切料裝置，包括沿縱向軸線重復(fù)循環(huán)行進(jìn)的銷輸送器。至少兩個可移動門架支撐在銷輸送器上方。每個門架能夠沿縱向軸線移動至少有限長度。至少一個可移動激光頭懸掛在每個門架上，激光頭能夠沿橫向于或平行于裝置的縱向軸線的多個軸線沿相應(yīng)的門架移動。裝置還具有定位在輸送器的相對端的入口夾送輥組件和第二夾送輥組件。一對夾送輥與每個夾送輥組件配合以向在其間行進(jìn)的帶材施加張力。每個夾送輥沿輸送器連續(xù)地饋送移動的帶材，同時位于夾送輥組件之間的激光頭從移動的帶材漸進(jìn)地切削坯料或切塊的周邊部分。從帶材完全切斷坯料或切塊的激光器位于第二夾送輥組件之后。
文檔編號B23K26/00GK102105256SQ200980113824
公開日2011年6月22日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者基姆·貝克, 庫爾特·麥克默特里, 理查德·A·馬蘭多 申請人:美國奧特邁提克公司