Система для раскроя листового материала

(51)7 26 5/00, 06 7/00 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ резки и/или гравировки прозрачных и непрозрачных листовых материалов. Это достигается тем, что в системе раскроя листового материала, содержащей раскройный планшет(стол), средство для раскроя, установленное над опорной поверхностью раскройного планшета, устройство для перемещения средства для раскроя в пространстве координат- , систему управления перемещением средства для раскроя, включающую программируемый контролер, в качестве средства для раскроя использован технологический газовый лазер малой мощности, например, СО 2 - лазер, оптически связанный с оптическим узлом, обеспечивающим транспортировку излучения, содержащий систему оптических зеркал и установленный с возможностью перемещения над раскраиваемым материалом в пространстве координат- . Система может быть дополнительно снабжена сканером, а рабочая поверхность раскройного планшета выполнена в виде решетки или металлических сот.(76) Кирдяйкин Андрей Сергеевич , Кирдяйкин Михаил Сергеевич , Игнатьев Алексей Владимирович(54) СИСТЕМА ДЛЯ РАСКРОЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА(57) Предлагаемая система относится к оборудованию для раскроя листового материала. Она может быть использована для изготовления масштабных макетов, архитектурно-декоративного моделирования, художественного выжигания многослойных декоративных изображений из синтетических материалов, тканей, бумаги, картона и т.п. Еще одним из применений предлагаемого решения может быть использование его в текстильной и деревообрабатывающей промышленности. Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, используемых для 272 Предлагаемая система относится к оборудованию для раскроя листового материала. Она может быть использована для изготовления масштабных макетов, архитектурно-декоративного моделирования, художественного выжигания многослойных декоративных изображений из синтетических материалов, тканей, бумаги, картона и т.п. Еще одним из применений предлагаемого решения может быть использование его в текстильной и деревообрабатывающей промышленности. Известно использование различных устройств для подобных целей. Так, известно приспособление для резки ткани, бумаги и т. п. прожиганием (а.с. СССР 47572, 1936.). Оно содержит штифт для обвода оригинала рисунка, который соединен с доской, несущий прожигаемый материал. Доска может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для одновременного получения нескольких копий приспособление снабжено рядом неподвижных накаливаемых штифтов, упирающихся в прожигаемый материал. Ручки штифтов соединены общим проводом, идущим от трансформатора,регулирующего накал. Приспособление позволяет получать уменьшенную или увеличенную копию. При замене стержня на карандаш можно получить точное отображение контура на бумаге. Известно использование серийно изготавливаемых выжигателей для нанесения рабочим органом инструмента штриховых линий различной глубины и длины по предварительно нанесенному рисунку или от руки. Так, по заявке Японии 63-199566,1994 г., выжигание гравюр, формирование графических и символьных фигур на поверхности дерева,пластика, кожи, ткани или другого материала производят путем прижатия нагретого наконечника электрического карандаша. Выжигание осуществляют непрерывающейся линией. Необходимо производить подбор температуры нагрева, толщину,форму и материал рабочего наконечника инструмента, толщину материала шаблона. Для получения художественных произведений и украшений из дерева, бумаги, толстых тканей с получением не только выжигаемого рисунка, но и создания полутонов, используют устройство с соплами,через которые проходит сжатый воздух при температуре 800 - 1000 С. Толщина выжигаемой линии регулируется диаметром отверстия сопла устройства, а передача полутонов при выжигании осуществляется регулировкой давления воздуха или газа (а.с. СССР 412027, кл. В 44 В 7/00, 1974). Известен ряд устройств для резки листового материала высокоскоростной струей воды заявка Японии 52-24266, кл. 263/00, 1977 заявка Франции 2405116, кл. 261/26, 1979 патент РФ 2116190, кл. 263/00, 1998, патент РФ 2113346,кл. 263/00, 1998, патент РФ 2170661, кл. 261/26, 2001. Многие устройства этого типа широко применяются, имеют ресурс работы сопла порядка тысяч часов. Преимуществом установок такого типа является то, что деталь (разрезаемый материал) не подвергается термическому воздействию ствует пыль и газ (поток струи воды уносит пыль с собой), инструмент резки (струя воды или водаабразив) не нуждаются в переточке. Однако эти установки достаточно энергоемки. Часто для повышения эффективности подобных установок используют не чистую воду, а воду с электрически заряженными частицами или добавками. Это, в свою очередь, повышает энергоемкость устройства. Еще одним направлением являются раскройные системы, содержащие раскройный стол, режущее средство, установленное над опорной поверхностью раскройного стола, средство перемещения режущего средства в пространстве координат , ,по поверхности кроения, систему управления перемещением режущего средства и скоростью подачи для раскроя настила из гибкого листового материала,включающую программируемый контроллер данных раскроя. Система управления связана со средствами возбуждения двигателей, перемещающих режущее средство (патент США 4133 235, кл. 265/00, 1979). Недостатком известной системы является то, что установка скорости подачи материала для раскроя осуществляется вручную. В большинстве случаев скорость подачи зависит от субъективного решения оператора системы, его знания системы, состава материала и т.п. Известна модернизированная раскройная система, которая устраняет недостатки вышеописанного решения. Она снабжена устройством диагностики для контроля показателей работы раскройной системы. В системе постоянно обновляется информация для принятия решения по управлению работой системы. Раскройная система снабжена системой вакуумирования для удержания настила листового материала на поверхности кроения. Режущее устройство выполнено с возможностью автоматического затачивания (патент РФ 2081225, кл. 067/00 265/00, 1997). Общим недостатком раскройных систем этого типа является необходимость постоянно учитывать во время работы механические силы, воздействующие на разрезаемый материал. Все это приводит к необходимости снабжать оборудование системами датчиков, дополнительными устройствами, которые усложняют оборудование, делают его более громоздким. Эксплуатация раскройных систем требует использование персонала с высокой квалификацией. Известно использование лазеров для обработки деталей в различных областях машиностроения,деревообрабатывающей промышленности, других производствах. Установки с использованием лазера могут работать автономно, но могут быть встроены в состав гибких производственных систем. Кроме лазера установка включает систему управления,механизмы перемещения оптических элементов,систему подвижных столов. Многие установки этого рода имеют существенный недостаток, связанный с изменением качества реза и различие геометрических размеров деталей, обработанных в ближней и дальней зонах. Это объясняется непостоянством свойств лазерного луча по длине его транспорти 272 ровки (патент США 5183993, кл. В 2326/02,1993). Для устранения этого недостатка используют установки, у которых длина транспортировки лазерного луча постоянна во время обработки. Перемещают обрабатываемую заготовку. Однако это приводит к необходимости перемещать тяжелый лист во время обработки с высокими скоростями и ускорениями, а вырезанные детали остаются на столе и мешают передвижению листа по нему. Наиболее близким аналогом (прототипом) для предлагаемого технического решения является раскройная система, содержащая раскройный стол, режущее средство, установленное над опорной поверхностью раскройного стола, средство перемещения режущего средства в пространстве координат по поверхности кроения, систему управления перемещением режущего средства и скоростью подачи для раскроя настила из гибкого листового материала, включающую программируемый контроллер данных раскроя. При работе этого устройства необходимо постоянно учитывать механические силы, воздействующие на разрезаемый материал. Для этого оборудование снабжено системами датчиков, дополнительными устройствами, которые усложняют оборудование, делают его более громоздким (патент РФ 2081225, кл. 067/00 265/00, 1997). Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, используемых для резки и/или гравировки прозрачных и непрозрачных материалов, например бумаги, картона, текстиля,кожи, пенопласта, оргстекла, фанеры, дерева, полистирола - т.е. практически любых листовых материалов. Это достигается тем, что в системе раскроя листового материала, содержащей раскройный планшет(стол), средство для раскроя, установленное над опорной поверхностью раскройного планшета, устройство для перемещения средства для раскроя в пространстве координат- , систему управления перемещением средства для раскроя, включающую программируемый контролер, в качестве средства для раскроя использован технологический газовый лазер малой мощности, например, СО 2 - лазер, оптически связанный с оптическим узлом, обеспечивающим транспортировку излучения, содержащий систему оптических зеркал и установленный с возможностью перемещения над раскраиваемым материалом в пространстве координат- . Система может быть дополнительно снабжена сканером, а рабочая поверхность раскройного планшета выполнена в виде решетки или металлических сот. Для обеспечения работы установки в нее встроены два устройства компрессор, основное предназначение которого - защита линзы от попадания продуктов горения на нее, и вытяжка, которая предназначена для удаления продуктов горения из зоны обработки. Чем мощнее вентилятор вытяжки, тем более эффективно продукты горения при обработке лазерным лучом будут удаляться из рабочей каме ры, и тем чище будут оптические элементы лазерной системы. Кроме вышеописанной установки в состав системы входит компьютер с клавиатурой,мышью и монитором, сканер. Компьютер снабжен платой управления перемещением и видеографической платой. Программное обеспечение позволяет работать в системе , ,и др. Предлагаемая система позволяет производить резку и/или гравировку бумаги, картона, текстиля,кожи, пенопласта, оргстекла, фанеры, дерева, полистирола, т.е. практически любых листовых материалов. Особо следует выделить, что резка прозрачных материалов обеспечивается за счет использования газового лазера на СО 2. На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой системы, на фиг. 2 - блок схема системы, на фиг. 3 образцы продукции, полученной с использованием системы. Предлагаемая система раскроя листового материала (фиг. 1) включает установку 1, компьютер 2 с клавиатурой 3, мышью 4 и монитором 5, сканер 6. В корпусе установки 1 размещен газовый лазер малой мощности, например, ССЬ - лазер (так называемый,отпаянный СО 2 -лазерный источник), оптический узел 8 с системой оптических зеркал, которые направляют лазерный луч в зону обработки, планшет(или стол) 9 и электроника лазерного комплекса (не показана на чертежах). В блок лазера включен блок охлаждения 10. Рабочая поверхность планшета (стола) 9 выполнена в виде решетки или металлических сот (стол может быть снабжен системой для перемещения поверхности стола по координате ). Для обеспечения работы установки 1 в нее встроены два устройства компрессор 11, основное предназначение которого - защита линзы от попадания продуктов горения на нее, и вытяжка 12, которая предназначена для удаления продуктов горения из зоны обработки. Чем мощнее вентилятор вытяжки, тем более эффективно продукты горения при обработке лазерным лучом будут удаляться из рабочей камеры, и тем чище будут оптические элементы лазерной системы. Компьютер снабжен платой управления перемещением и видеографической платой. Программное обеспечение позволяет работать в системе , , , а через них со всеми программами, поддерживающими векторную графику. Предлагаемая система для раскроя обеспечивает резку и/или гравировку бумаги, картона, текстиля, кожи, пенопласта, оргстекла, фанеры, дерева, полистирола- т.е. практически любых листовых материалов. Использование лазера на углекислом газе позволяет производить резку прозрачных материалов. Работа системы показана на примере, когда раскрой листового материала производится с использованием ввода изображения в компьютер со сканера 6. В качестве сканера может быть использован обычный офисный сканер с разрешением 300-600 точек на дюйм. Сканирование обеспечивает четкое изображение в электронном виде. Увеличивая его на компьютере, можно выявить мельчайшие подробности и детали. При необходимости лишние части изо 3 272 бражения могут быть удалены с помощью программы редактирования изображений ( ,или другой). Далее следует перемещение оптического узла 8 над обрабатываемым листом материала, размещенным на планшете (столе) 9 (который может быть снабжен системой для перемещения поверхности стола по координате ). Раскрой листового материала производится путем воздействия лазерного луча. Материал, на который воздействует сфокусированный лазерный луч, разогревается до температуры испарения и удаляется. Изменяя мощность лазерного источника, добиваются требуемой глубины канавки в обрабатываемом материале. Обработка материала производится за один проход. Скорость перемещения оптического узла 8 во многом зависит от мощности лазерного источника. Максимальная скорость перемещения оптического узла в настоящее время может достигать 2 м/сек. Газовый СО 2 - лазер позволяет получить пятно 40 мкм. Точность его позиционирования составляет 25 мкм. Система раскроя работает как с векторной, так и с растровой графикой. Предлагаемый состав оборудования системы раскроя позволяет максимально упростить весь процесс. Преимуществом предлагаемой системы раскроя является то, что энергия излучения передается бесконтактным путем и при обработке материала не возникает никаких механических сил, действующих на обрабатываемый материал. Материал не надо закреплять на планшете (столе). Лазерный луч пе 4 ремещается над столом с обрабатываемым материалом. Другим преимуществом использования лазерного источника с СО 2 -тонкая фокусировка. Лазер способен делать изображение с разрешением 1000 точек на дюйм, и резать с высокой точностью, оставляя за собой тонкий, менее 0.2 мм, разрез. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Система раскроя листового материала, содержащая раскройный планшет (стол),средство для раскроя, установленное над опорной поверхностью раскройного планшета, устройство для перемещения средства для раскроя в пространстве координат- , систему управления перемещением средства для раскроя, включающую программируемый контролер, отличающаяся тем, что в качестве средства для раскроя использован технологический газовый лазер малой мощности, например, СО 2 - лазер, оптически связанный с оптическим узлом, обеспечивающим транспортировку излучения, содержащий систему оптических зеркал и установленный с возможностью перемещения над раскраиваемым материалом в пространстве координат- . 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена сканером. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что рабочая поверхность раскройного планшета выполнена в виде решетки или металлических сот.