一种牙膜激光切割机的制作方法

1.本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种牙膜激光切割机。
技术背景
2.图1和图2中出了牙膜600的结构示意图，在进行矫治器生产时，将膜片热压在牙颌模型610上，然后经过切割，形成牙齿矫治器。如图1中，切割线620以上的部分是最终的牙齿矫治器。
3.牙膜切割是牙齿矫治器生产过程中的必备工序，是指将压制好的牙膜沿着牙龈线下部进行裁切，得到最终的牙齿矫治器。目前，牙膜切割主要是通过人工用剪刀完成，尚未实现牙膜切割的自动化生产。
4.由于牙膜的不规则特性，人工在操作在过程中，废品率非常高，据内部测试，合格率仅为40％，熟练可能会有提升，但是还是存在巨大的浪费现象。并且人工操作速度过慢，效率无法得到保证。


技术实现要素：

5.技术问题：本发明提供一种自动化的牙膜激光切割机，通过自动化的方式对牙膜进行激光切割，解决现有通过人工进行牙膜切割合格率低以及效率低的问题。
6.技术方案：为了解决上述问题，本发明提供一种牙膜激光切割机，包括：
7.物料流转线，所述物料流转线上沿物料输送方向依次设置有第一翻转机构和第二翻转机构，所述第一翻转机构用于将待切割的牙膜翻转特定角度并达到特定高度，所述第二翻转机构用于将切割后的牙膜翻转后并置于物料流转线上；
8.激光装置，所述激光装置设置在物料流转线上方，所述激光装置的激光发射端处形成激光加工空间；
9.视觉模块，所述视觉模块设置在第一翻转机构上方，用于识别待切割牙膜的信息和状态；
10.抓取机构，所述抓取机构包括机械臂和设置在机械臂运动端的夹具，所述抓取机构根据牙膜信息和状态抓取第一翻转机构上的牙膜至激光加工空间处进行激光切割，并将切割后的牙膜置于第二翻转机构上；
11.控制系统，所述物料流转线、激光装置、视觉模块和抓取机构均与控制系统连接，控制各部件执行相应动作。
12.进一步地，所述第一翻转机构和第二翻转机构均包括旋转动力部件、设置在旋转动力部件输出端的旋转板，所述旋转板上设置有伸缩部件和相对应的压紧块，所述伸缩部件的伸出端设置有提升块，当所述伸缩部件的伸出端缩回时，通过提成块和压紧块的相互配合，夹住牙膜的边缘。
13.进一步地，所述第一翻转机构的提升块上设置有第一压紧位，当提升块和压紧块的相互压合时，压紧块压在第一压紧位上。
14.进一步地，所述第一翻转机构包括两个提升块，第一压紧位的一端设置有向外侧敞开的倾斜部，另一端通过第一连接挡板将两个提升块连接。
15.进一步地，所述第二翻转机构的压紧块上设置有第二压紧位，所述第二压紧位的两端设置有阻挡部。
16.进一步地，所述夹具包括吸盘，所述吸盘上具有若干吸气孔，所述吸盘上以不共线方式设置有至少两个定位凸柱和至少一个定位凹柱，通过所述定位凸柱和定位凹柱对牙膜进行准确定位。
17.进一步地，所述定位凸柱包括第一固定部和设置在第一固定部自由端的定位凸台，所述固定部自由端形成有第一定位端面，当夹具抓取牙膜时，定位凸台插入设置在牙颌模型上的定位孔中，第一定位端面顶住牙颌模型。
18.进一步地，所述定位凹柱包括第二固定部，所述第二固定部的自由端形成第二定位端面，所述第二固定部内部设置有通孔，在安装定位凹柱时，所述通孔与其中一个吸气孔连通。
19.进一步地，所述第一固定部和第二固定部的高度相同；当所述夹具抓取牙膜时，吸盘与牙膜之间设置有海绵。
20.进一步地，所述激光装置包括激光发射器、红光指示器和聚焦组件，所述红光指示器为同轴红光指示器；激光光束经聚焦组件后射出到激光加工空间；所述激光加工空间上方设置有吸尘装置。
21.相对于目前采用手工切割牙膜的方法，本技术利用牙膜激光切割机进行牙膜切割，物料流转线上的牙膜沿着物料输送方向前进，当对射光电开关检测到牙膜到达第一翻转机构后，阻挡机构伸出将后面的牙膜进行阻挡。第一翻转机构将牙膜翻转，到达一定高度，视觉模块将压膜信息和状态发送控制系统，控制抓取机构抓取牙膜，并转运至激光加工空间，通过抓取机构的动作，使得激光光束沿着切割线对牙膜进行切割，切割的同时进行吸尘。切割完成后，抓取机构将切割后的牙膜放置在第二翻转机构上，第二翻转机构将切割后的牙膜翻转后放置在物料流转线上，进行下料，从而实现了牙膜的自动化激光切割，从而避免了手工切割带来的效率低和良品率低的问题。
附图说明
22.图1为本发明实施例中切割工序的牙膜示意图(正面)；
23.图2为本发明实施例中切割工序的牙膜示意图(反面)；
24.图3为本发明实施例中牙膜激光切割机的立体结构图；
25.图4为图3中a处的局部放大图；
26.图5为本发明实施例中第一翻转机构的立体结构图；
27.图6为本发明实施例中第二翻转机构的立体结构图(第一视角)；
28.图7为本发明实施例中第二翻转机构的立体结构图(第二视角)；
29.图8为本发明实施例中夹具的立体结构图(第一视角)；
30.图9为本发明实施例中夹具的立体结构图(第二视角)；
31.图10为本发明实施例中夹具夹取牙膜时的爆炸示意图；
32.图11为本发明实施例中牙颌模型的示意图；
33.图12为本发明实施例中激光装置的管路结构示意图；
34.图13为本发明实施例中红光指示器的剖视图；
35.图14为本发明实施例中牙膜激光切割机整机示意图。
36.图中有：100、机架；110、壳体；120、安全门；130、毛刷；140、显示屏；200、物料流转线；210、第一翻转机构；211、第一旋转动力部件；212、第一旋转板；213、第一伸缩部件；214、第一提升块；215、第一压紧块；216、第一安装支架；217、第一连接挡板；218、第一压紧位；219、倾斜部；220、第二翻转机构；221、第二旋转动力部件；222、第二旋转板；223、第二伸缩部件；224、第二压紧块；225、第二提升块；226、第二安装支架；227、第二连接挡板；228、第二压紧位；229、阻挡部；230、阻挡机构；240、对射检测装置；
37.300、激光装置；310、激光发射器；320、红光指示器；321、底座；3211、镜片安装腔；322、镜片安装座；3221、发生器安装腔；323、合束镜；324、红光发生器；325、微调装置；326、固定元件；327、顶盖；
38.330、聚焦组件；331、折射镜；332、聚焦镜；340、激光冷却装置；
39.400、视觉模块；
40.500、抓取机构；510、机械臂；520、夹具；521、连接件；522、吸盘；523、定位凸柱；5231、第一固定部；5232、第一定位端面；5233、定位凸台；524、定位凹柱；5241、第二固定部；5242、第二定位端面；5243、通孔；
41.600、牙膜；610、牙颌模型；611、定位孔；620、切割线；
42.700、吸尘装置；710、激光加工空间。
具体实施方式
43.下面结合附图对本发明中的牙膜激光切割机进行详细说明，其中，术语“第一”、“第二”等仅是出于便于描述的目的，并不能理解为对数量或性质等的限定。
44.图3示出了本发明实施例中牙膜激光切割机立体结构图。利用该激光切割机，对牙膜进行激光切割。说明的是，切割时，牙膜和牙颌模型是组合在一起的，在切割完成之后的工序将牙膜从牙颌模型上取下。
45.为了激光切割机的各部件安装，将牙膜激光切割机的主要部件设置在机架100上，在图3所示的结构中，展示了机架100的结构。因此，在本发明的优选结构中，牙膜激光切割机包括机架100、物料流转线200、激光装置330、视觉模块400、抓取机构500和控制系统。其中，物料流转线200、激光装置330、视觉模块400、抓取机构500和控制系统均设置在机架100上。在物料流转线200上沿物料输送方向(图3中x方向)依次设置有第一翻转机构210和第二翻转机构220，其中第一翻转机构210用于将待切割的牙膜翻转特定角度并达到特定高度，第二翻转机构220用于将切割后的牙膜翻转后并置于物料流转线200上。
46.激光装置330设置在物料流转线200上方，激光装置330的激光发射端处形成激光加工空间710。视觉模块400设置在第一翻转机构210上方，用于识别待切割牙膜的信息和状态，可以为一个或多个相机。抓取机构500设置在机架的适当位置即可，例如在图3所示的结构图中，抓取机构500设置在物料流转线200的远离激光加工空间710的一侧。抓取机构500包括机械臂510和设置在机械臂510运动端的夹具520，抓取机构500能够根据牙膜信息和状态抓取第一翻转机构上的牙膜至加工空间处进行激光切割，并将切割后的牙膜置于第二翻
转机构220上；控制系统与物料流转线200、激光装置330、视觉模块400和抓取机构500连接，控制各部件执行相应动作。
47.在利用上述的牙膜激光切割机进行牙膜切割时，物料流转线上的牙膜运动到第一翻转机构210时，第一翻转机构210将未切割的牙膜夹住翻转180
°
并达到一定高度，视觉模块400检测牙膜的信息和状态，控制系统根据牙膜的信息和状态，利用控制系统内部指令生成抓取机构的控制指令，抓取机构500根据控制指令，抓取未切割的牙膜到达激光加工空间。此时，启动激光装置330，激光装置330的发射端发射出激光光束，抓取机构500在控制指令下，沿特定的路径进行旋转移动，完成对牙膜的激光切割。说明的是，视觉模块获取牙膜的信息和状态的方法可以采用现有的机器视觉、深度学习等公开方法。切割完成后，抓取机构500将切割后的牙膜送至第二翻转机构220，第二翻转机构220夹住切割后的牙膜进行翻转，翻转后将切割后的牙膜置于物料流转线200上，切割后的牙膜在物料流转线200上完成下料，最终完成牙膜的自动化激光切割。从而利用本发明的设备，实现了牙膜的自动化切割，避免了目前手工切割效率低及良品率低的问题，从而提高了效率和良品率。
48.由于在激光切割过程中，会产生一些切割粉尘，因此在激光加工空间710的上方设置有吸尘装置，从而在激光切割过程中，及时将粉尘吸出，防止粉尘对牙膜造成质量影响，例如粉尘落在牙膜上，烫伤牙膜等。激光装置的部分零部件可以穿过吸尘装置，从而保证结构紧凑。
49.在本发明中，利用了两个翻转机构，即第一翻转机构210和第二翻转机构220。目前，一些相关设备在实现牙膜翻转时，是利用多个吸嘴，吸住牙膜的几个点，然后实现翻转。但由于牙膜是非常不规则的形状，而且不同用户使用的牙膜形状也是不一样的，在使用吸嘴吸住然后进行翻转的方式，必须保证牙膜处在一个非常准确的位置，并且在牙膜时，牙膜必须处于静止状态，否则就可能因为吸嘴吸不到准确的位置而在不能将牙膜吸起，或者在翻转过程中掉落。在本发明中，设计了新的翻转机构。
50.图5示出了第一翻转机构的结构图。第一翻转机构210包括第一旋转动力部件211、第一旋转板212、第一伸缩部件213、第一压紧块215和第一提升块214，并通过第一安装支架216安装在物料流转线200上。其中，第一旋转动力部件211可以采用旋转气缸、伺服电机等，第一伸缩部件213可以采用气缸、电缸等等。第一旋转板212设置在第一旋转动力部件211的输出端，第一旋转动力部件可以驱动第一旋转板212转动。第一伸缩部件213和第一压紧块215均设置在第一旋转板212上，第一提升块214设置在第一伸缩部件213的伸出端。为了能够夹住牙膜的两个边缘，在本发明的实施例中，共设置了两组由第一伸缩部件213、第一压紧块215和第一提升块214组成的机构，两组机构在第一旋转板212上对称设置。当第一伸缩部件213的伸出端伸出时，第一提升块214远离第一压紧块215，当第一伸缩部件213的伸出端缩回时，通过第一提升块214和第一压紧块215配合压住牙膜的边缘，然后进行翻转。
51.为了便于第一提升块214与第一压紧块215配合将牙膜压紧，在第一提升块214上设置有第一压紧位218，第一压紧位218为平面，当第一提升块214与其相对应的第一压紧块215相互压合时，第一压紧块215压在第一压紧位218上。此外在本发明的实施例中，第一压紧位218的一端设置有向外侧敞开的倾斜部219。因为物料流转线200上未切割的牙膜，是借助物料流转线200给其的摩擦力，进入到第一翻转机构210的第一压紧位218上，为了便于牙膜进入，所以设置了向外侧敞开的倾斜部219。
52.由于在本技术的实施例中，第一翻转机构210包括两个第一提升块214，在进行牙膜的翻转时，未切割的牙膜进入到两个第一提升块214中间的位置，然后牙膜两个边缘各置于对应的第一压紧位218上，然后第一伸缩部件213的伸出端收缩，然后与第一压紧块215将牙膜压住。但由于牙膜开始是从物料流转线200进入到第一翻转机构210上的，物料流转线200的运动极有可能将牙膜输送超过合适的位置，因此，在第一压紧位218的另一端，另第一连接挡板217将两个第一提升块214连接，当未切割的牙膜进入到第一翻转机构上时，碰到第一连接挡板217后即运动到位。此外，利用第一连接挡板217将两个第一提升块214连接，还能够提高结构的稳定性。
53.进一步地，本技术的实施例中，第二翻转机构220的结构原理与第一翻转机构210类似。如图6和图7所示，第二翻转机构220包括第二旋转动力部件221、第二旋转板222、第二伸缩部件223、第二压紧块224和第二提升块225，并通过第二安装支架226安装在物料流转线200上。其中，第二旋转动力部件221可以采用旋转气缸、伺服电机等，第二伸缩部件223可以采用气缸、电缸等等。第二旋转板222设置在第二旋转动力部件221的输出端，第二旋转动力部件可以驱动第一旋转板212转动。第二伸缩部件223和第二压紧块224均设置在第二旋转板222上，第二提升块225设置在第二伸缩部件223的伸出端。为了能够夹住牙膜的两个边缘，在本发明的实施例中，共设置了两组由第二伸缩部件223、第二压紧块224和第二提升块225组成的机构，两组机构在第二旋转板222上对称设置。当第二伸缩部件223的伸出端伸出时，第二提升块225远离第二压紧块224，当第二伸缩部件223的伸出端缩回时，通过第二提升块225和第二压紧块224配合压住牙膜的边缘，然后进行翻转。此外，为了结构的稳定，利用第二连接挡板227将两个第二提升块进行连接。
54.与第一翻转机构210存在的一个区别在于，在本技术的实施中，在第二压紧块224上设置第二压紧位228。第二翻转机构220是将切割后的牙膜进行翻转，其是从高位承接切割后的牙膜，因此是将第二压紧位228设置在了第二压紧块224上。当牙膜切割完成后，抓取机构500将切合后的牙膜放置在第二翻转机构220的第二压紧位228上，然后第二伸缩部件223的伸出端收缩，通过第二压紧块224和第二提升块225的相互配合，将牙膜压紧，然后进行翻转。
55.此外，同样是因为第二翻转机构220是从高位承接切割后的牙膜，在放置牙膜后，为了避免牙膜从第二翻转机构220上滑落，在本技术的实施例中，在第二压紧位228的两端设置有阻挡部229，从而使得阻挡部229与第二压紧位228形成类似凹槽形状的结构，从而当牙膜置于该结构上时，不易于滑落。本技术通过在物料流转线200上依次设置两个翻转机构来实现压膜切割前的翻转和切割后的翻转，而不是利用一个机构实现翻转，可以提高翻转效率，切割前和切割后的牙膜的翻转不相互影响。
56.进一步地，本发明的抓取机构500包括机械臂510和设置在机械臂510的运动端的夹具520，其中，机械臂510可以采用6自由度机械手。在本技术中，采用的夹具520是一能够对牙膜准确定位的夹具，因为在激光切割过程中，必须保证牙膜在夹具上的位置精确，才能够保证激光切割的质量。在本技术的实施例中，如图8-11所示，夹具包括吸盘522，吸盘522通过连接件521连接在机械臂510的运动端。吸盘522上具有若干吸气孔525，在吸气孔525处产生负压，从而将牙膜吸附住。因为牙膜的结构相对复杂，采用真空吸附的方式，更便于抓取牙膜，同时避免复杂的夹具结构设计。
57.本技术的实施例中，在吸盘522上，以不共线方式设置有至少两个定位凸柱523和至少一个定位凹柱524，通过定位凸柱523和定位凹柱524对牙膜进行准确定位。在优选的结构中，设置了两个定位凸柱523和一个定位凹柱524，从而通过三点定位的方式对牙膜进行准确定位。为了更便于定位，定位凸柱523包括第一固定部5231和设置在第一固定部5231的自由端的定位凸台5233，第一固定部5231的自由端形成有第一定位端面5232，当夹具抓取牙膜时，定位凸台5233插入设置在牙颌模型610上的定位孔611中，第一定位端面5232顶住牙颌模型610。
58.进一步地，定位凹柱524包括第二固定部5241，第二固定部5241的自由端形成第二定位端面5242，第二固定部5241内部设置有通孔5243，在安装定位凹柱524时，所述通孔5243与其中一个吸气孔525连通。当夹取牙膜时，第二定位端面5242顶住牙颌模型，通孔5243处产生真空负压，将牙膜吸住。
59.在优选的实施例中，第一固定部5231和第二固定部5241的高度相同，从而实现三点在一个平面上对牙膜的定位。此外，当夹具抓取牙膜时，吸盘与牙膜之间设置有海绵526，其中定位凸柱523和定位凹柱524均穿过海绵526，海绵526上开设与吸气孔对应的过孔。因为牙膜是一个不规则的结构，而吸盘可以等价于刚体，当吸盘吸住牙膜时，可能因为牙膜的不规则，而导致部分吸气孔不能稳定吸住牙膜，为此，在吸盘与牙膜之间设置有真空吸盘海绵，从而避免吸盘表面与牙膜直接接触，而是海绵与牙膜接触，这样可以避免漏气，从而可以稳定的吸住牙膜。
60.在本技术的实施例中，激光装置330包括激光发射器310、红光指示器320和聚焦组件330。激光装置的光路结构如图3和图12所示，激光发射器310发射出的激光光束经红光指示器320进入聚焦组件330，聚焦组件330包括折射镜331和聚焦镜332，激光光束经折射镜折射后由聚焦镜聚焦，然后对处于激光加工空间710处的牙膜进行切割。
61.由于在激光切割中所使用的激光是不可见光，无法被肉眼看到，所以在调试或使用过程中是非常危险的。一般在激光使用中会加装红色可见激光灯进行指示，市场上的红光指示灯，需要在激光调试完成后，从外部进行照射指示。利用市场现有的红光指示器320，无法实现与激光同轴，为此，在本技术中，使用了一种同轴红光指示器。
62.如图13所示，该红光指示器320包括底座321、镜片安装座322、合束镜323和红光发生器324。在底座321中开设有镜片安装腔3211，合束镜323通过镜片安装座322安装在镜片安装腔3211内，合束镜323与水平轴线呈45度角。镜片安装座322上设置有发生器安装腔3221，用于安装红光发生器324，红光发生器324安装好后，盖好顶盖327。红光发生器324射出的红光经合束镜323反射后，与激光光束处于同一光束中共同从镜片安装腔3211内射出。在本技术的实施例中，合束镜323可以采用硒化锌合束镜片，使不可见激光与可见红光合束同轴，提升激光使用的安全性。
63.进一步地，在镜片安装座322上设置有微调装置325，该微调装置可以采用玻珠螺丝，利用玻珠螺丝微调红光发生器的发射角度。采用波珠螺丝对红光的照射角度进行调节，降低红光调节的难度，从而降低激光调试的难度。此外，在镜片安装座322上设置有固定元件326，本实施例中，固定元件326可以采用平头螺丝，利用平头螺丝将调节好角度的红光发生器324固定镜片安装座322上。
64.利用上述的红光指示器，整个激光装置通过同轴红光定位，减少了应定位不准造
成的浪费。
65.此外，激光装置还包括激光冷却装置340，从而对激光发射器310进行冷却，激光冷却装置可以设置在机架上。
66.进一步地，在本技术的实施例中，见图3和图4，在物料流转线200上设置有阻挡机构230和对射检测装置240，其中阻挡机构230可以采用相对设置的两个气缸，对射检测装置240可以采用对射光电开关。其中，对射检测装置240设置在第一翻转机构210之前，具体是靠近第一翻转机构210；阻挡机构230设置在对射检测装置240之前。当未切割牙膜沿物料传输方向运动时，对射检测装置240检测到在前的牙膜进入第一翻转机构210，同时阻挡机构伸出，将在后的牙膜阻挡，等到在前的牙膜切割完毕后再次重复上述动作。
67.对于本技术的控制系统，可以包括显示屏、控制器等，与物料流转线200、抓取机构500、视觉模块400、激光装置330等连接，以对上述部件进行相应的动作控制，已完成牙膜的自动化激光切割。
68.此外，在本发明的实施例中，如图14所示，在机架100上还设置了壳体110，使得物料流转线200的绝大部分、激光装置330、视觉模块400、抓取机构500均处于壳体的包覆之下。其中，物料流转线200两端伸出壳体外，以便于上料和下料。在物料流转线200伸出部位的上方，壳体上设置有毛刷130，可以用于阻挡外部的污染物进入到壳体内部，减少对内部的各部件的污染。
69.在壳体110上可以开设安全门120，可便于对壳体内部的零部件进行检查和维护。并且，控制系统的显示屏140以及各种控制开关，可以设置在安全门上，以便于在壳体外对整台设备进行操作。
70.利用本发明的牙膜激光切割机进行牙膜切割时，物料流转线上的牙膜沿着物料输送方向前进，当对射光电开关检测到牙膜到达第一翻转机构后，阻挡机构伸出将后面的牙膜进行阻挡。第一翻转机构将牙膜翻转，到达一定高度，抓取机构抓取牙膜，并转运至激光加工空间，通过抓取机构的动作，使得激光光束沿着切割线对牙膜进行切割，切割的同时进行吸尘。切割完成后，抓取机构将切割后的牙膜放置在第二翻转机构上，第二翻转机构将切割后的牙膜翻转后放置在物料流转线上，进行下料，从而实现了牙膜的自动化激光切割，从而避免了手工切割带来的效率低和良品率低的问题。
71.上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。