一种无模具曲木构件加工系统及加工方法

摘要

本发明公开了一种无模具曲木构件加工系统及加工方法，该加工系统包括增强现实组件和空间弯折设备，所述空间弯折设备上设有定位标记；所述增强现实组件包括计算机、移动设备和头戴式识别设备；所述加工系统通过增强现实组件结合具有复杂空间定位能力的空间弯折设备，引入增强现实技术，将复杂曲面形态模型信息投影到空间弯折设备中，实现复杂曲木构件的空间精确定位，用于指导曲木构件的弯折，取代了曲木加工中的模具，且有效解决复杂曲线的曲木构件难以精确定位的难题。所述加工方法无需采用定制化模具，节省了模具材料；引入增强现实技术，提高了空间定位能力，能够加工双曲线构件，以及具有扭转的构件，提高复杂异形木构件的加工能力。

权利要求

1.一种无模具曲木构件加工系统，其特征在于，包括增强现实组件和空间弯折设备（2），所述空间弯折设备（2）上设有定位标记（5）；

所述增强现实组件包括计算机（1）、移动设备（3）和头戴式识别设备（4）；

所述计算机（1）用于构建目标曲木构件三维模型和空间弯折设备三维模型；

所述移动设备（3）能够实现目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型及加工系统真实环境的叠加及可视化展示；

所述头戴式识别设备（4）能够识别所述定位标记（5），以实现所述空间弯折设备（2）与空间弯折设备三维模型的位置匹配；

所述空间弯折设备（2）用于根据可视化展示结果，对曲木构件材料进行扭转，以实现曲木构件材料与目标曲木构件三维模型的完全拟合；

所述空间弯折设备（2）包括运动机构、驱动机构和夹持机构，所述运动机构用于牵引曲木构件材料进行空间移动和扭转，所述驱动机构用于驱动运动机构移动，所述夹持机构用于夹持曲木构件材料并能够调节间距；

所述空间弯折设备（2）还包括框架机构作为整体的支撑结构，所述框架机构包括一体化底座（11），所述底座（11）上平行固定若干榀结构设置完全相同的框架单元（10），每个框架单元（10）均包含且设有矩形边框以连接和支撑运动机构和驱动机构。

2.根据权利要求1所述的无模具曲木构件加工系统，其特征在于，所述运动机构包括竖向导轨（12）、横轴（13）、横向导轨（14）和运动滑块（15），所述竖向导轨（12）固定在矩形边框两侧，所述横轴（13）与竖向导轨（12）滑动连接，所述横向导轨（14）安装在横轴（13）上，所述运动滑块（15）与横向导轨（14）滑动连接。

3.根据权利要求2所述的无模具曲木构件加工系统，其特征在于，所述驱动机构包括竖向螺杆（8）和横向螺杆（9），所述竖向螺杆（8）固定连接横轴（13）驱动横轴（13）沿竖向导轨（12）滑动，所述横向螺杆（9）固定连接运动滑块（15）驱动运动滑块（15）沿横向导轨（14）滑动，所述竖向螺杆（8）和横向螺杆（9）的端部分别设置驱动螺杆的竖向旋钮（7）和横向旋钮（6）。

4.根据权利要求3所述的无模具曲木构件加工系统，其特征在于，所述夹持机构包括水平旋转块（16）和悬摆模块（20），所述水平旋转块（16）通过竖直转轴（18）与运动滑块（15）转动连接，所述悬摆模块（20）通过水平转轴（19）与水平旋转块（16）转动连接，所述水平旋转块（16）上还设有弧形滑槽（21），使悬摆模块（20）固定在弧形滑槽（21）上来固定角度，所述悬摆模块（20）包括用于固定材料的上夹板（201）、下夹板（202）和两块侧夹板（203）。

5.根据权利要求4所述的无模具曲木构件加工系统，其特征在于，所述侧夹板（203）上设有多个槽口（204）供下夹板（202）插入以调节上下两夹板间距，所述上夹板（201）和下夹板（202）上均设有水平滑槽使侧夹板（203）沿之滑动，以调节侧夹板（203）间距，所述上夹板（201）和下夹板（202）上均设有限位件（205）以固定侧夹板（203）位置。

6.一种无模具曲木构件加工方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：通过计算机（1）建立目标曲木构件三维模型和空间弯折设备三维模型，确定目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对位置；

通过移动设备（3）实现目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型与加工系统真实环境的叠加并进行可视化展示；

在空间弯折设备（2）上设置定位标记，并在空间弯折设备三维模型的相应位置添加定位标记；

将待加工的曲木构件材料（17）放入空间弯折设备（2），根据目标曲木构件的尺寸调整空间弯折设备（2）的夹持机构；

通过头戴式识别设备（4）识别空间弯折设备（2）上的定位标记，根据定位标记完成空间弯折设备三维模型与空间弯折设备（2）的位置匹配；

根据可视化展示结果观察曲木构件材料位置，根据所确定的目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对位置，通过空间弯折设备（2）对曲木构件材料（17）进行扭转，以使曲木构件材料（17）与目标曲木构件三维模型完全拟合，待材料固化后取出。

7.根据权利要求6所述的无模具曲木构件加工方法，其特征在于所述方法还包括：将待加工的曲木构件材料放入空间弯折设备（2）之前，对待加工的曲木构件材料进行软化处理。

8.根据权利要求7所述的无模具曲木构件加工方法，其特征在于所述软化处理为蒸汽处理或化学浸泡处理。

说明书

一种无模具曲木构件加工系统及加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无模具曲木构件加工系统及加工方法，属于木材加工技术领域。

背景技术

[0002] 曲木构件主要可以分为三类：单曲线构件、无扭转的双曲线构件，以及带有扭转的双曲线构件。单曲线构件可以通过曲木机、拼板机等设备直接生产。当前，单曲线曲木的制
作一般采用两种方式，一种是将木材软化处理后，在外力作用下弯曲成所需要的曲线形，并
使其干燥定形；第二种方法是成形胶合法，利用强力粘合剂将小规格材料组坯，在压力作用
下将坯料固定在模具上，待粘合剂干燥后定形。两种方式仅适用于加工单曲线构件，同时需
要根据构件形态定制模具，在非重复性生产场合，模具利用效率低，造成物料浪费。异形的
双曲线构件仍然需要依靠数控切削技术，从毛料中加工出来。切削加工需要用刀具将多余
的材料逐层去除，加工效率随着切削体量的增大而降低，同时铣削过程会产生大量的木屑，
材料浪费严重，而且切削加工会破坏木纹连续性，极大地削减构件强度。

[0003] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无模具曲木构件加工系统及加工方法，在不采用模具的情况下，实现复杂曲线构件的空间弯折成形，有效解决双曲线构
件难以精确定位的难题，有利于减少曲木制作中模具的使用，提高复杂异形木构件的加工
能力，减少材料浪费。

[0005] 为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

[0006] 一种无模具曲木构件加工系统，包括增强现实组件和空间弯折设备，所述空间弯折设备上设有定位标记；

[0007] 所述增强现实组件包括计算机、移动设备和头戴式识别设备；

[0008] 所述计算机用于构建目标曲木构件三维模型和空间弯折设备三维模型；

[0009] 所述移动设备能够实现目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型及加工系统真实环境的叠加及可视化展示；

[0010] 所述头戴式识别设备能够识别所述定位标记，以实现所述空间弯折设备与空间弯折设备三维模型的位置匹配；

[0011] 所述空间弯折设备用于根据可视化展示结果，对曲木构件材料进行扭转，以实现曲木构件材料与目标曲木构件三维模型的完全拟合。

[0012] 上述定位标记可以为用于确定物体空间位置的二维码标记，上述移动设备可以为手机或平板电脑，计算机、移动设备和头戴式识别设备之间可以通过无线网络互相连接。

[0013] 作为本发明进一步的方案，所述空间弯折设备包括运动机构、驱动机构和夹持机构，所述运动机构用于牵引曲木构件材料进行空间移动和扭转，所述驱动机构用于驱动运
动机构移动，所述夹持机构用于夹持曲木构件材料并能够调节间距。

[0014] 作为本发明进一步优选的方案，所述空间弯折设备还包括框架机构作为整体的支撑结构，所述框架机构包括一体化底座，所述底座上平行固定若干榀结构设置完全相同的
框架单元，每个框架单元均包含且设有矩形边框以连接和支撑运动机构和驱动机构。

[0015] 所述运动机构包括竖向导轨、横轴、横向导轨和运动滑块，所述竖向导轨固定在矩形边框两侧以提供竖向滑动轨道，所述横轴与竖向导轨滑动连接，所述横向导轨安装在横
轴上以提供横向滑动轨道，所述运动滑块与横向导轨滑动连接。

[0016] 所述驱动机构包括竖向螺杆和横向螺杆，所述竖向螺杆固定连接横轴驱动横轴沿竖向导轨滑动，所述横向螺杆固定连接运动滑块驱动运动滑块沿横向导轨滑动，所述竖向
螺杆和横向螺杆的端部分别设置驱动螺杆的竖向旋钮和横向旋钮。所述竖向螺杆可以滑动
连接于矩形边框上檐，横向螺杆可以滑动连接于横轴侧边，以提高螺杆运行稳定性。

[0017] 所述夹持机构包括水平旋转块和悬摆模块，所述水平旋转块通过竖直转轴与运动滑块转动连接，悬摆模块通过水平转轴与水平旋转块转动连接，所述水平旋转块上还设有
弧形滑槽，使悬摆模块通过固定在弧形滑槽上来固定角度，可以使用紧固螺丝等进行固定，
所述悬摆模块包括用于固定材料的上夹板、下夹板和两块侧夹板。

[0018] 所述侧夹板上设有多个槽口供下夹板插入以调节上下两夹板的间距来固定材料厚度，所述上夹板和下夹板上均设有水平滑槽使侧夹板沿之滑动，以调节侧夹板间距，所述
上夹板和下夹板上均设有限位件以固定侧夹板位置，调节两侧夹板间距。所述限位件可以
为紧固螺丝或者水平挡块。

[0019] 一种无模具曲木构件加工方法，所述方法包括如下步骤：

[0020] 通过计算机建立目标曲木构件三维模型和空间弯折设备三维模型，确定目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对位置；

[0021] 通过移动设备实现目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型与加工系统真实环境的叠加并进行可视化展示；

[0022] 在空间弯折设备上设置定位标记，并在空间弯折设备三维模型的相应位置添加定位标记；

[0023] 将待加工的曲木构件材料放入空间弯折设备，根据目标曲木构件的尺寸调整空间弯折设备的夹持机构；

[0024] 通过头戴式识别设备识别空间弯折设备上的定位标记，根据定位标记完成空间弯折设备三维模型与空间弯折设备的位置匹配；

[0025] 根据可视化展示结果观察曲木构件材料位置，根据所确定的目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对位置，通过空间弯折设备对待
加工构件材料进行扭转，以使曲木构件材料与目标曲木构件三维模型完全拟合，待材料固
化后取出。

[0026] 上述方法中，计算机可通过三维建模软件进行建模，然后通过无线网络将三维模型传输给移动设备和头戴式识别设备，移动设备通过与头戴式识别设备配套的应用程序
（例如Fologram软件）完成三维模型与真实环境的可视化。

[0027] 所述方法还包括：将待加工构件材料放入空间弯折设备之前，对待加工构件材料进行软化处理，所述软化处理可以为蒸汽处理或化学浸泡处理。

[0028] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

[0029] 本发明所述加工系统通过增强现实组件结合具有复杂空间定位能力的空间弯折设备，引入增强现实技术，通过将复杂曲面形态模型信息投影到空间弯折设备中，能够实现
复杂曲木构件的空间精确定位，用于指导曲木构件的弯折，取代了曲木加工中的模具，且有
效解决复杂曲线的曲木构件难以精确定位的难题。

[0030] 本发明所述加工方法在曲木构件加工过程中无需采用定制化模具，节省了模具材料；引入增强现实技术，提高了空间定位能力，能够加工双曲线构件，以及具有扭转的构件，
弥补了曲木机、拼板机等现行的曲木加工设备在双曲线构件加工能力方面的不足；相比于
曲木的切削加工方式，本发明材料利用率高，减少材料浪费。

附图说明

[0031] 图1是本发明所述无模具曲木构件加工系统的实施例的结构示意图。

[0032] 图2是实施例所述加工系统中的框架单元的结构示意图。

[0033] 图3是实施例所述加工系统中的夹持机构的结构示意图。

[0034] 图中：1‑计算机，2‑空间弯折设备，3‑移动设备，4‑头戴式识别设备，5‑定位标记，6‑横向旋钮，7‑竖向旋钮，8‑竖向螺杆，9‑横向螺杆，10‑框架单元，11‑底座，12‑竖向导轨，
13‑横轴，14‑横向导轨，15‑运动滑块，16‑水平旋转块，17‑曲木构件材料，18‑竖直转轴，19‑
水平转轴，20‑悬摆模块，201‑上夹板，202‑下夹板，203‑侧夹板，204‑槽口，205‑限位件，21‑
弧形滑槽，22‑紧固螺丝。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0036] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。

[0037] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0038] 实施例1

[0039] 根据图1和图2所示的一种无模具曲木构件加工系统，包括增强现实组件和空间弯折设备2，所述空间弯折设备2上设有二维码定位标记5；所述增强现实组件包括计算机1、移
动设备3和头戴式识别设备4，三者通过无线网络互相连接；所述计算机1用于构建目标曲木
构件三维模型和空间弯折设备三维模型；所述移动设备3为手机或平板电脑，能够实现目标
曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型及加工系统真实环境的叠加及可视化展示；所
述头戴式识别设备4能够识别所述定位标记，以实现所述空间弯折设备2与空间弯折设备三
维模型的位置匹配；所述空间弯折设备2用于根据可视化展示结果，对曲木构件材料17进行
扭转，以实现曲木构件材料17与目标曲木构件三维模型的完全拟合。

[0040] 本实施例所述空间弯折设备2包括运动机构、驱动机构和夹持机构，所述运动机构用于牵引曲木构件材料17进行空间移动和扭转，所述驱动机构用于驱动运动机构移动，所
述夹持机构用于夹持曲木构件材料17并能够调节间距。该空间弯折设备2还包括框架机构
作为整体的支撑结构，所述框架机构包括一体化底座11，所述底座11上平行固定若干榀结
构设置完全相同的框架单元10，每个框架单元10均包含且设有矩形边框以连接和支撑运动
机构和驱动机构。

[0041] 上述运动机构包括竖向导轨12、横轴13、横向导轨14和运动滑块15，所述竖向导轨12固定在矩形边框两侧以提供竖向滑动轨道，所述横轴13与竖向导轨12滑动连接，所述横
向导轨14安装在横轴13上以提供横向滑动轨道，所述运动滑块15与横向导轨14滑动连接。

[0042] 上述驱动机构包括竖向螺杆8和横向螺杆9，所述竖向螺杆8固定连接横轴13驱动横轴13沿竖向导轨12滑动，所述横向螺杆9固定连接运动滑块15驱动运动滑块15沿横向导
轨14滑动，所述竖向螺杆8和横向螺杆9的端部分别设置驱动螺杆的竖向旋钮7和横向旋钮
6。所述竖向螺杆8滑动连接于矩形边框上檐，横向螺杆9滑动连接于横轴13的侧边，以提高
螺杆运行稳定性。

[0043] 上述夹持机构包括水平旋转块16和悬摆模块20，所述水平旋转块16通过竖直转轴18与运动滑块15转动连接，悬摆模块20通过水平转轴19与水平旋转块16转动连接，所述水
平旋转块16上还设有弧形滑槽21，使悬摆模块20通过紧固螺丝22固定在弧形滑槽21上来固
定角度，所述悬摆模块20包括用于固定材料的上夹板201、下夹板202和两块侧夹板203。所
述侧夹板203上设有多个槽口204供下夹板202插入以调节上下两夹板的间距来固定材料厚
度，所述上夹板201和下夹板202上均设有水平滑槽使侧夹板203沿之滑动，以调节侧夹板
203间距，所述上夹板201和下夹板202上均设有限位件205以固定侧夹板203位置，调节两侧
夹板203间距。所述上夹板201上的限位件205为紧固螺丝，下夹板202上的限位件205为水平
挡块。

[0044] 实施例2

[0045] 一种无模具曲木构件加工方法，采用实施例1所述的加工系统，待加工材料的初始形态为经过软化处理的实木方料，构件截面为100mm×100mm，所述方法包括如下步骤：

[0046] 在计算机1三维建模软件上建立目标曲木构件三维模型和空间弯折设备三维模型，确定目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对
位置；在空间弯折设备2上设置二维码定位标记5，并在空间弯折设备三维模型的相应位置
添加定位标记。

[0047] 将空间弯折设备2上的每一个运动滑块15相互对齐，运动滑块15上的夹持机构都调整到初始状态，自然下垂。根据目标构件尺寸调整夹板间距至105mm×105mm并加以紧固。
将预先处理好的曲木构件材料17穿入夹持机构中。

[0048] 通过无线网络将两个三维模型从计算机1传输给头戴式识别设备4与移动设备3。通过移动设备3中的Fologram软件实现两个三维模型与加工系统真实环境的叠加并进行可
视化展示；通过头戴式识别设备4识别空间弯折设备2上的二维码定位标记5，根据定位标记
完成空间弯折设备三维模型与空间弯折设备2的位置匹配。

[0049] 根据可视化展示结果观察曲木构件材料17的位置，根据所确定的目标曲木构件弯折完成时目标曲木构件三维模型、空间弯折设备三维模型的相对位置，通过逐步旋转竖向
旋钮7和横向旋钮6移动曲木构件材料17的空间位置，同时调整悬摆模块20的悬摆角度对曲
木构件材料17进行扭转，使曲木构件材料17逐渐向目标曲木构件的三维模型靠拢，直至曲
木构件材料17与目标曲木构件三维模型完全拟合，待材料固化后打开夹持机构取出，对弯
折成形后的曲木构件材料17进行抛光打磨，完成构件加工。

[0050] 以上所述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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。