陳慶堂， 陳雪嬌， 林國(guó)鐳

( 1. 莆田學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院， 福建 莆田 351100；2. 莆田市雷騰激光數(shù)控設(shè)備有限公司， 福建 莆田 351100 )

0 引言

鞋服及工藝美術(shù)產(chǎn)業(yè)是福建省重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)， 也是莆田市傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)、 支柱產(chǎn)業(yè)和看家產(chǎn)業(yè)。 鞋服產(chǎn)品及工藝品所需的面料大都是通過(guò)個(gè)性化、 多樣化的定制加工獲得的， 根據(jù)客戶(hù)對(duì)已設(shè)計(jì)好的圖案或者現(xiàn)成的樣品進(jìn)行高效、 高精度裁剪切割成型。 然而， 傳統(tǒng)面料裁剪采用刀模切壓， 需要制作刀具和模具， 加工成本高、 效率低、 容易出現(xiàn)散邊現(xiàn)象， 而且刀具沖擊力大， 也容易出現(xiàn)面料變形損壞撕裂， 導(dǎo)致裁剪精度不高、 效果差、 材料浪費(fèi)多， 無(wú)法滿(mǎn)足高效率、 高精度、 高質(zhì)量的面料裁剪要求[1]。 激光被譽(yù)為“最快的刀”， 廣泛應(yīng)用于材料(包括金屬與非金屬) 的切割、 焊接、 表面處理、 打標(biāo)等加工[2]。 鞋服產(chǎn)品及工藝品所需的面料可以采用激光切割技術(shù)加工， 目前激光切割機(jī)大多為單個(gè)激光頭， 通過(guò)橫向和縱向兩個(gè)軌道對(duì)平面圖形進(jìn)行切割加工， 相比于傳統(tǒng)加工技術(shù)一定程度上提高了切割加工的精度、 質(zhì)量和效率。 市場(chǎng)上也有少量雙激光頭切割機(jī)， 但雙激光頭都安裝在同一軸上， 兩者同步沿著縱向軸移動(dòng)、 在同一橫向軸上相對(duì)移動(dòng)， 在同一直線(xiàn)上分區(qū)域進(jìn)行平面分工切割。 而雙激光頭縱向同步移動(dòng)、 橫向分工切割， 兩個(gè)激光頭平面切割加工時(shí)既分工又合作，很大程度上提高了切割加工的效率， 但由于兩激光頭處于同一橫向軸， 無(wú)法最大程度發(fā)揮兩激光頭的利用率[3]。 關(guān)于雙激光頭異步切割的研究目前還相對(duì)較少， 文[4-5]等提供了關(guān)于雙激光頭異步切割的理論研究、 切割速度控制、 切割質(zhì)量和精度、 材料適應(yīng)性和工藝優(yōu)化、 切割路徑規(guī)劃、 切割參數(shù)調(diào)控等方面的信息， 并對(duì)雙激光頭異步切割的技術(shù)和方法進(jìn)行討論和探索， 但這些研究尚處于探索和初級(jí)階段， 缺乏實(shí)際工程化應(yīng)用研究。 從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看， 目前的激光切割加工大多利用CAD 技術(shù)， 而客戶(hù)往往沒(méi)有CAD圖， 只提供實(shí)物或樣品。 對(duì)于大幅面、 復(fù)雜面料的切割訂單， 重新設(shè)計(jì)圖形會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，導(dǎo)致裁剪切割效率低下、 設(shè)備利用率低、 材料切割成本高等， 無(wú)法滿(mǎn)足無(wú)圖、 個(gè)性化、 大幅面、多樣化、 高效、 高精度、 高質(zhì)量裁剪切割要求，而且當(dāng)前的激光切割機(jī)在加工過(guò)程中需要人工完成放料、 取料、 分揀等工作， 需要人員時(shí)刻跟蹤與操作， 自動(dòng)化程度有待提高。 近年來(lái)關(guān)于圖像輪廓提取的Canny、 Sobel 等邊緣檢測(cè)技術(shù)及其優(yōu)化算法的研究和應(yīng)用取得了快速的發(fā)展， 并被大量應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、 工業(yè)、 軍事、 航天等領(lǐng)域， 為直接從實(shí)物、 圖片提取輪廓和識(shí)別提供技術(shù)支持[6-8]。

基于以上分析， 本文提出了利用激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、 圖形圖像智能識(shí)別技術(shù)等， 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種基于圖樣的大幅面、 復(fù)雜圖案、 雙崗位異步巡邊的面料切割裁剪與自動(dòng)送料分揀系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)最適合的加工參數(shù)組合方案， 滿(mǎn)足大幅面、 無(wú)設(shè)計(jì)圖、 定制化復(fù)雜面料的自動(dòng)化、 批量化剪裁切割需求， 提高鞋服產(chǎn)品和工藝品的品牌價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)力， 促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)， 為鞋服及工藝品制造企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 關(guān)鍵技術(shù)分析

分析鞋服和工藝品面料裁剪切割的技術(shù)要求， 在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要如下。

(1)未提供CAD 圖的面料剪裁切割問(wèn)題。在無(wú)現(xiàn)成CAD 圖紙時(shí)， 根據(jù)用戶(hù)的實(shí)物圖樣或樣品獲取CAD 圖， 獲取裁剪輪廓進(jìn)行批量高效裁剪切割巡邊加工是系統(tǒng)研發(fā)的首要關(guān)鍵技術(shù)。

(2)大幅面復(fù)雜面料的切割裁剪問(wèn)題。 不少裁剪切割機(jī)由于圖像拍攝范圍和工作臺(tái)較小， 圖像識(shí)別精確率較低， 無(wú)法對(duì)大幅面復(fù)雜面料進(jìn)行識(shí)別與裁剪， 所以很多大圖采用分割拼接的辦法， 導(dǎo)致裁剪效果差、 效率低。 實(shí)現(xiàn)大視野下圖樣的精確拍攝與識(shí)別， 需要開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足大幅面復(fù)雜圖樣的識(shí)別裁剪系統(tǒng)。

(3)高效的激光頭運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃問(wèn)題。 大幅面切割要求下， 單激光頭行程大、 切割效率有限， 雙激光頭能夠有效提高切割效率。 然而， 雙激光頭的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與路徑規(guī)劃是影響其切割效率的關(guān)鍵因素， 因而要制定高效的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃。

(4)圖像智能識(shí)別系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的融合問(wèn)題。 基于圖像的輪廓提取是保證裁剪加工精度、節(jié)省材料的重要技術(shù)， 而圖像智能識(shí)別系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖像的輪廓提取、 位置的標(biāo)定和位置參數(shù)的提取， 從而規(guī)劃數(shù)字化巡邊軌跡； 同時(shí)圖像智能識(shí)別的數(shù)字化輪廓與數(shù)控加工運(yùn)動(dòng)控制軟件有機(jī)結(jié)合起來(lái)才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡邊裁剪， 解決圖像智能識(shí)別系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的融合問(wèn)題是系統(tǒng)研發(fā)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

(5)影響加工效率和加工精度的因素。 加工效率和加工精度與激光參數(shù)、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)密切相關(guān)， 而且不同面料材質(zhì)切割需要與不同的工藝參數(shù)相匹配。 滿(mǎn)足不同面料材質(zhì)的工藝參數(shù)優(yōu)化組合方案是系統(tǒng)研發(fā)的重要技術(shù)問(wèn)題。

(6)自動(dòng)送料與分揀問(wèn)題。 雙激光頭在一定程度上可以提高面料切割的效率， 但現(xiàn)有的技術(shù)大多是人工送料， 浪費(fèi)勞動(dòng)力和切割機(jī)時(shí)。 需要開(kāi)發(fā)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相匹配的自動(dòng)送料與分揀系統(tǒng)，以全面解放勞動(dòng)力、 提高切割效率。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了解決大幅面面料高效激光切割關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題， 搭建了一個(gè)由機(jī)架、 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、 激光器及光路系統(tǒng)、 圖像采集與識(shí)別系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)、 自動(dòng)送料及分揀系統(tǒng)等模塊組成的激光切割系統(tǒng)(專(zhuān)利號(hào):202211070250.3)[9-10]， 主體組成結(jié)構(gòu)如下圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)圖

激光切割系統(tǒng)先通過(guò)圖像采集與識(shí)別系統(tǒng)，獲取所需切割對(duì)象的圖片信息， 采用圖像輪廓識(shí)別與提邊算法， 獲得切割輪廓曲線(xiàn)作為切割加工激光頭的運(yùn)動(dòng)軌跡， 再通過(guò)數(shù)控編程生成加工程序； 激光發(fā)生器發(fā)出的激光通過(guò)光路系統(tǒng)進(jìn)入激光頭聚焦輸出， 由控制系統(tǒng)按照加工程序?qū)饴份敵龊图す忸^移動(dòng)進(jìn)行數(shù)字化控制， 并配合驅(qū)動(dòng)自動(dòng)送料與分揀系統(tǒng)， 將物料送到切割加工區(qū)切割與分揀。

3 分模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了提高大幅面激光切割的效率， 本系統(tǒng)采用兩個(gè)激光頭共同運(yùn)動(dòng)輸出激光進(jìn)行切割加工的模式。

3.1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙激光頭的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是確保高效切割加工的關(guān)鍵技術(shù)。 雙激光頭運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)有兩種: 單向異步和雙向異步。 單向異步是指兩個(gè)激光頭在一個(gè)縱向同步運(yùn)動(dòng)， 橫向異步運(yùn)動(dòng)； 雙向異步是指兩個(gè)激光頭在橫向和縱向兩個(gè)方向均為異步運(yùn)動(dòng)。 通常將激光頭安裝在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上， 沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)， 另一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)則通過(guò)導(dǎo)軌整體移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 為了實(shí)現(xiàn)雙激光頭單向異步和雙向異步運(yùn)動(dòng)， 分別采用“橫向單導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 和“橫向雙導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

“橫向單導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用橫向單導(dǎo)軌和縱向雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)， 橫向?qū)к壨ㄟ^(guò)兩個(gè)滑塊在兩個(gè)縱向?qū)к壣匣瑒?dòng)， 在橫向?qū)к壣显O(shè)置兩個(gè)激光頭， 兩個(gè)激光頭通過(guò)滑座在橫向?qū)к壣蠙M向相對(duì)移動(dòng)， 在縱向上保持同步運(yùn)動(dòng)， 結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 “橫向單導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“橫向雙導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)， 縱向和橫向均采用雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)， 每個(gè)橫向?qū)к壨ㄟ^(guò)兩個(gè)滑塊在縱向?qū)к壣匣瑒?dòng)， 兩個(gè)激光頭分別通過(guò)滑座安裝在不同的橫向?qū)к壣希?在橫向和縱向均可保持異步運(yùn)動(dòng)， 可按照各自規(guī)劃的路徑獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。 其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 雙激光器＋雙激光頭異步激光光路系統(tǒng)

以上兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中橫向?qū)к壣匣囊苿?dòng)主要通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶實(shí)現(xiàn)的， 橫向?qū)к壟c縱向?qū)к壨ㄟ^(guò)滑塊相連， 滑塊由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)其縱向移動(dòng)。 對(duì)比以上兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 對(duì)于大幅面面料切割要求， 雖然“橫向單導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制較為方便， 但受限于激光頭縱向切割必須保持同步， 切割效率提升受限， 而“橫向雙導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)， 雙激光頭保持雙向異步， 兩者相對(duì)靈活性大， 切割效率有較大的提升空間。 所以， “橫向雙導(dǎo)軌＋縱向雙導(dǎo)軌” 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以滿(mǎn)足大幅面高效率切割的要求。

3.2 激光器及光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相適應(yīng)， 本系統(tǒng)采用“雙激光器” ＋“雙激光頭異步激光光路系統(tǒng)”。 光路系統(tǒng)由激光發(fā)生器、 光路開(kāi)關(guān)、 濾光器、 反射鏡、聚焦物鏡等組成。 兩激光頭分別由兩個(gè)激光器提供光源， 兩激光器各自發(fā)出的激光分別通過(guò)反向鏡和聚集物鏡進(jìn)入兩個(gè)激光頭， 兩激光頭通過(guò)滑座安裝在不同橫軸上， 輸出的激光相互獨(dú)立， 結(jié)構(gòu)如圖3 所示。 這種結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)激光器， 結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜， 成本較高。 兩個(gè)激光器的激光輸出、 激光參數(shù)獨(dú)立控制， 參數(shù)調(diào)節(jié)方便， 控制容易。 橫向和縱向獨(dú)立移動(dòng)， 便于合理規(guī)劃兩個(gè)激光頭路徑， 有利于發(fā)揮兩激光頭的最大切割效率。

3.3 圖像采集與識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

激光高效切割是基于數(shù)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 但在實(shí)際生產(chǎn)中用戶(hù)提供的往往是實(shí)物或?qū)嵨飿悠罚?從實(shí)物或?qū)嵨飿悠返綌?shù)控程序需要用圖像采集系統(tǒng)先將實(shí)物或?qū)嵨飿悠窋?shù)字化， 再對(duì)數(shù)字化圖片進(jìn)行輪廓識(shí)別與提取。 圖像采集系統(tǒng)由攝像機(jī)、 拍攝控制軟件、 圖像傳輸線(xiàn)路、 相機(jī)支架、相機(jī)調(diào)整裝置等組成。

邊緣檢測(cè)是檢測(cè)數(shù)字圖像中明暗變化明顯或是變化不連續(xù)的像素點(diǎn)， 而輪廓檢測(cè)是檢測(cè)圖像中的對(duì)象邊界[11]。 圖像的輪廓檢測(cè)通常是先檢測(cè)邊緣獲得像素點(diǎn)， 再將檢測(cè)到的邊緣點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步處理， 獲得圖像的輪廓[12]。 邊緣檢測(cè)的函數(shù)常有bwperim 和edge 兩種， edge 函數(shù)有Roberts Cross、 Prewitt、 Sobel、 Canny、 Krisch 以及LOG 等邊緣檢測(cè)算子[6，7，12]。

對(duì)大幅面面料進(jìn)行激光切割加工， 往往需要對(duì)其外圍輪廓進(jìn)行精確提取， 去除內(nèi)部的邊緣及輪廓元素。 在實(shí)際的輪廓提取過(guò)程中， 除了選用合適的邊緣檢測(cè)算子和合適的參數(shù)外， 圖像的二值化處理、 去噪處理、 平滑處理對(duì)輪廓提取的精度和質(zhì)量影響也很大。 圖4 是二值化閾值分別為0.2 和0.9 下用bwperim(BW， 8)函數(shù)輪廓提取的結(jié)果。 從圖4 可以看出， 閾值為0.2 時(shí)容易獲得內(nèi)部輪廓特征， 閾值為0.9 時(shí)容易獲得外部輪廓特征。 為了獲得較高的輪廓提取精度和質(zhì)量， 本系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整閾值、 平滑系數(shù)等參數(shù)以及采用濾波、 去雜點(diǎn)、 去黑點(diǎn)等圖像處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 二值化閾值為0.2 和0.9 時(shí)Bwperim 算子輪廓提取效果圖

3.4 自動(dòng)送料及分揀系統(tǒng)

激光切割機(jī)通常沒(méi)有配備自動(dòng)送料及分揀系統(tǒng)， 工作時(shí)需要人工在工作臺(tái)上對(duì)原材料和加工后物料進(jìn)行調(diào)換， 切割完成后需要人工對(duì)成品和余料進(jìn)行分揀。 為了提高工作效率， 降低加工成本， 本切割系統(tǒng)在激光切割機(jī)的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)送料與分揀系統(tǒng)(如圖1(b))， 自動(dòng)送料與分揀系統(tǒng)由料架、 送料網(wǎng)、 傳送驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 篩分板、 成品滑板和傳動(dòng)鏈限位裝置組成； 用送料網(wǎng)替代原來(lái)的工作臺(tái)， 將送料網(wǎng)與傳動(dòng)鏈相連接，傳動(dòng)鏈在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下滾動(dòng)從而帶動(dòng)物料前行； 為了保持送料網(wǎng)處于水平位置， 通過(guò)限位裝置限制傳動(dòng)鏈在限定的槽內(nèi)運(yùn)行； 切割后的物料通過(guò)導(dǎo)引通道進(jìn)入傾斜放置的篩分網(wǎng)， 篩分網(wǎng)上有漏縫， 成品從漏縫掉入下方的成品滑板， 而余料沿著篩網(wǎng)從另一側(cè)滑出， 從而實(shí)現(xiàn)了成品和余料的分揀。

3.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙機(jī)頭激光異步切割機(jī)的控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和控制軟件組成。 硬件系統(tǒng)包括激光器及激光參數(shù)控制系統(tǒng)、 激光頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)送料控制系統(tǒng)， 主要由嵌入式工控主機(jī)(含高性能ARM 處理器)、 工業(yè)液晶與電阻觸摸屏、 控制主板、 激光頭1 和激光頭2 移動(dòng)控制器、 自動(dòng)送料控制器、 自動(dòng)送料驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 激光頭移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 激光器1 和激光器2 控制器(含參數(shù)控制、門(mén)保護(hù)、 水保護(hù)等裝置)， 以及各種接口、 連接線(xiàn)、 電源等組成； 軟件系統(tǒng)由圖像拍攝與提邊模塊、 參數(shù)設(shè)置模塊、 送料控制模塊、 運(yùn)動(dòng)控制模塊、 激光光路控制模塊、 狀態(tài)顯示模塊等組成。其中， 圖像拍攝與提邊模塊主要實(shí)現(xiàn)圖片拍攝控制、 輪廓識(shí)別與提取、 輪廓編輯等； 參數(shù)設(shè)置模塊包括工藝參數(shù)設(shè)置、 設(shè)備參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等； 運(yùn)動(dòng)控制模塊主要用于對(duì)運(yùn)動(dòng)軸及送料軸的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)激光頭運(yùn)動(dòng)切割加工； 激光光路控制模塊主要用于控制激光的輸出開(kāi)關(guān)和輸出能量大??； 狀態(tài)顯示模塊主要用于顯示界面及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

控制系統(tǒng)的總體功能是在圖像拍攝與識(shí)別的基礎(chǔ)上， 通過(guò)友好人機(jī)交互界面和程序?qū)Ω骺刂茖?duì)象進(jìn)行有序協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)， 完成高效的輪廓定制切割加工。 主要控制內(nèi)容包括雙激光機(jī)頭的“運(yùn)動(dòng)-復(fù)位-限位”、 激光輸出和自動(dòng)送料驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行等。 主要控制流程是: 通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理與輪廓識(shí)別軟件提取所需加工面料的輪廓， 制定加工路徑， 通過(guò)在控制面板中設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)、 激光控制參數(shù)、 自動(dòng)送料運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，生成數(shù)控加工程序驅(qū)動(dòng)雙激光頭運(yùn)動(dòng)、 激光輸出、 送料系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料和有序切割加工。 其控制原理圖及控制模塊實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 控制原理及控制模塊實(shí)物圖

4 系統(tǒng)集成與調(diào)試應(yīng)用

根據(jù)圖5 雙軌異步激光切割機(jī)控制原理， 整機(jī)通過(guò)機(jī)架集成圖像采集與識(shí)別系統(tǒng)、 激光器系統(tǒng)、 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)等， 充分考慮系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性、 兼容性以及結(jié)構(gòu)的緊湊性和美觀性， 確保圖像采集、 識(shí)別、 定位、 激光頭運(yùn)動(dòng)、 切割等工序有序高效地運(yùn)行。

鞋服面料和工藝品裁剪切割時(shí)， 圖像像素、激光頭移動(dòng)速度、 激光能量以及雙激光頭的位置精度等都是影響加工質(zhì)量和加工效率的關(guān)鍵因素， 被加工的材料性質(zhì)、 切割厚度和精度要求是影響工藝參數(shù)的最主要因素。 本項(xiàng)目通過(guò)改變伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、 激光功率、 激光脈寬、 物鏡焦距等關(guān)鍵參數(shù)， 研究這些參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量和加工效率的影響， 找出鞋服面料裁剪切割加工的最優(yōu)工藝參數(shù)組合方案。 工藝參數(shù)控制及調(diào)試流程圖如圖6 所示，最優(yōu)參數(shù)組合方案的設(shè)置界面如圖7 所示。

圖6 系統(tǒng)參數(shù)控制及調(diào)試流程圖

圖7 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面

通過(guò)圖像智能識(shí)別、 圖像編輯、 工藝參數(shù)設(shè)置、 路徑規(guī)劃和數(shù)控切割加工應(yīng)用， 雙軌異步激光切割機(jī)可高效完成輪廓切割加工， 適用于大幅面的竹木、 玻璃、 塑料、 紙質(zhì)材料、 布料、 皮革等材質(zhì)的圖案批量切割加工(如圖8)。 經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試， 雙軌異步激光切割機(jī)可切割加工幅面大于1 100 mm*1 700 mm 的材料， 切割材料厚度可達(dá)2 mm， 加工精度優(yōu)于±0.5 mm， 直線(xiàn)切割速度可達(dá)350 mm·s-1以上， 具有切割幅面大、速度快、 精度高、 材料適用范圍廣的特點(diǎn)。 配合自動(dòng)送料系統(tǒng)， 雙崗位激光異步切割系統(tǒng)的加工效率比單機(jī)頭切割機(jī)提高了2 倍以上， 比雙機(jī)頭同步切割機(jī)提高了1 倍以上， 每臺(tái)產(chǎn)品可減少勞動(dòng)力2 人以上。

圖8 雙軌異步激光切割機(jī)切割加工效果圖

5 結(jié)論

通過(guò)雙軌異步激光切割系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成以及樣機(jī)制作， 與其適應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用， 運(yùn)行效果良好， 解決了無(wú)CAD 圖的復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)物仿形高效裁剪切割、 大幅面面料的高精度切割、 圖像智能識(shí)別系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)無(wú)縫融合、 雙崗位異步協(xié)同數(shù)控切割、 激光技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)融合等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 系統(tǒng)適用于大幅面的竹木、 玻璃、 塑料、 紙質(zhì)材料、 布料、 皮革等材質(zhì)的批量、 高效切割加工， 可為相關(guān)行業(yè)裝備的更新升級(jí)及解放勞動(dòng)力提供技術(shù)支持， 產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用前景。