馮旭初 林嘉敏 尹振杰

（江門市智能裝備制造研究院有限公司，廣東江門529100）

1 項(xiàng)目立項(xiàng)依據(jù)

1.1 目的及意義

目前在熱固性塑料行業(yè)生產(chǎn)中，主要分為熱固壓制成型和熱固注塑成型這兩種生產(chǎn)方式。熱固壓制成型設(shè)備對人員要求較高，工作強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，容易造成人員流失且產(chǎn)能較低等。而熱固注塑成型設(shè)備相較于熱固壓制成型設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的優(yōu)勢，相同時間產(chǎn)量更高，技術(shù)人員工作強(qiáng)度有所下降，工作環(huán)境也有所改善。熱固注塑成型取代熱固壓制成型成為塑料制品行業(yè)改革的必然趨勢。雖然熱固注塑成型的生產(chǎn)方式比熱固壓制成型有一定的優(yōu)勢，但由于受設(shè)備限制，大型產(chǎn)品人手取料困難，機(jī)器代人是大勢所趨。

該項(xiàng)目應(yīng)用光機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的自動取料、模具內(nèi)部飛邊檢測及去除，旨在為熱固注塑行業(yè)提供自動檢測及生產(chǎn)的解決方案。它通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化，降低人員需求和人工成本；通過機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)注塑模具檢測，去除飛邊，保證生產(chǎn)質(zhì)量要求；在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性；其作業(yè)的準(zhǔn)確性、高效性以及在各種惡劣環(huán)境中完成作業(yè)的能力，更好地實(shí)現(xiàn)了與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合，避免生產(chǎn)強(qiáng)度高、加工環(huán)境差對生產(chǎn)人員造成的嚴(yán)重影響。

1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

在國內(nèi)，目前應(yīng)用于熱固注塑行業(yè)的專用機(jī)械手非常少。市面上存在的注塑機(jī)械手功能極其單一，更多的是實(shí)現(xiàn)制品快速從模具中取出并將制品傳送到下一道工序，缺乏對熱固注塑模具本身的檢測，每個生產(chǎn)周期內(nèi)價(jià)值高昂的模具都有可能因?yàn)楫a(chǎn)品殘留或滑塊錯位等而有損壞的危險(xiǎn)。從事熱固注塑產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)由于自身生產(chǎn)規(guī)模、資金、機(jī)械手無法滿足生產(chǎn)需求等諸多情況，主要依靠人工取件，直接導(dǎo)致機(jī)械化、自動化水平低下，且對于大型模具的制品，人工取料根本無能為力。

在國外，應(yīng)用于注塑行業(yè)的機(jī)械手技術(shù)起步較早。伴隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，更是推動了注塑機(jī)械手應(yīng)用技術(shù)的提升，出現(xiàn)了熱固注塑專用的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了全自動注塑生產(chǎn)。

1.3 項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化前景分析

隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，在“中國制造2025”的強(qiáng)力推動下，中國制造業(yè)將面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，制造業(yè)的蓬勃發(fā)展使許多依靠人工操作的傳統(tǒng)機(jī)械已被摒棄，漸而被代替的是自動化操作。近年來由于汽車、建筑、家用電器等產(chǎn)業(yè)對注塑制品日益增長的需求，極大地推動了熱固注塑成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高，更對制造工廠的生產(chǎn)產(chǎn)能及節(jié)能都提出了更高的要求。

2 項(xiàng)目開發(fā)內(nèi)容、方法、技術(shù)路線

2.1 主要研究內(nèi)容

2.1.1 基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)

基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手總體方案設(shè)計(jì)主要是研制一種集成機(jī)器視覺技術(shù)與伺服運(yùn)動控制技術(shù)的熱固注塑機(jī)械手，克服通用性差、適用性不足等問題，并提高機(jī)械手的可靠性，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的智能識別定位、抓取、清除飛邊并自動檢測模具內(nèi)部異常情況等功能。

2.1.2 熱固注塑機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對應(yīng)用于熱固注塑機(jī)械手的組成部分、各組成部分的功能以及機(jī)械手的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行研究，應(yīng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)出相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熱固注塑機(jī)械手自動取料、飛邊檢測及飛邊清除等功能。

2.1.3 開發(fā)機(jī)械手控制系統(tǒng)

通過對機(jī)械手運(yùn)動軌跡研究，結(jié)合機(jī)器視覺系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，采用各種插補(bǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)動軌跡，簡化編程方法，提高機(jī)械手適應(yīng)性，保證機(jī)械手的穩(wěn)定性、高速性和易操作性。

2.1.4 開發(fā)視覺檢測系統(tǒng)

開發(fā)視覺檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性檢測。通過噪聲抑制、背景減除、圖像分割、動態(tài)閾值、特征提取等算法的應(yīng)用提高系統(tǒng)的成像精度、檢測準(zhǔn)確率及靈敏度，應(yīng)用近紅外光線和工業(yè)攝像頭結(jié)合技術(shù)，解決工廠周圍環(huán)境光線明暗產(chǎn)生的潛在問題，滿足模具內(nèi)部飛邊高精度、高準(zhǔn)確率檢測的需求，并實(shí)現(xiàn)執(zhí)行端軌跡智能規(guī)劃。

2.1.5 設(shè)計(jì)模塊化的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)機(jī)械手末端模塊化執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過集成抓取、吸取、檢測、吹氣等功能，使得熱固注塑機(jī)械手適應(yīng)不同的作業(yè)需求，如負(fù)載、取料方式、飛邊清除、工作范圍等。

2.2 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)

（1）通過對注塑設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行研究，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)，研制一種集成機(jī)器視覺技術(shù)與伺服運(yùn)動控制技術(shù)的熱固注塑機(jī)械手，使其適用于注塑產(chǎn)品的定位、抓取以及飛邊去除，保證機(jī)械手的穩(wěn)定性、高速性、易操作性，且具備較高的性價(jià)比。

（2）通過研究目標(biāo)的識別檢測技術(shù)，結(jié)合近紅外光線等相關(guān)技術(shù)，開發(fā)視覺檢測系統(tǒng)，提高檢測準(zhǔn)確性和可靠性。

（3）通過伺服控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺相結(jié)合，對機(jī)械手執(zhí)行端軌跡進(jìn)行智能運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)行高速、平穩(wěn)、可靠。

（4）針對注塑設(shè)備應(yīng)用范圍不同、作業(yè)需求不一，對末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以滿足注塑行業(yè)作業(yè)多樣化的需求。

2.3 擬采用的方法、技術(shù)路線以及工藝流程

（1）對注塑生產(chǎn)工藝要求、品質(zhì)要求、管理要求、注塑設(shè)備的運(yùn)行情況和工作過程及市場需求進(jìn)行調(diào)研，收集相關(guān)資料。

（2）分析研究各種注塑設(shè)備的下料模式、模具識別要求及運(yùn)動要求，采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)，完成熱固注塑機(jī)械手的模塊分析。

（3）采用機(jī)械設(shè)計(jì)控制技術(shù)，對機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)連接處的構(gòu)造方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過建模、分析以及仿真技術(shù)，完成熱固注塑機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)。

（4）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理、工作原理，完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（5）通過幾何特征定位技術(shù)和圖像比對等一系列算法，結(jié)合模具內(nèi)部特征，對機(jī)器視覺進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。

（6）系統(tǒng)樣機(jī)制造和測試。

（7）市場宣傳及技術(shù)推廣。積極開拓國內(nèi)市場，并將基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手向相關(guān)行業(yè)進(jìn)行推廣與應(yīng)用。

2.4 項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新突破點(diǎn)

（1）通過機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)非接觸性檢測，及時識別模具上的異常情況，提高生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)模具保護(hù)。

（2）通過機(jī)器視覺與伺服控制系統(tǒng)相結(jié)合，智能計(jì)算出執(zhí)行端的運(yùn)行軌跡，并通過機(jī)械結(jié)構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)。

（3）通過末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，集成檢測、取料、清除飛邊等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在多變的工作條件下對物料進(jìn)行提取。

3 項(xiàng)目預(yù)期的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會效益

3.1 技術(shù)指標(biāo)

（1）具備熱固性塑料產(chǎn)品自動取料、模具內(nèi)部自動去飛邊、圖像采集及產(chǎn)品自動下料等功能；（2）自動取料成功率≥99%；（3）模具內(nèi)部異常檢測成功率≥98%。

3.2 社會效益

基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手的應(yīng)用，為注塑企業(yè)邁向機(jī)器換人的智能注塑生產(chǎn)提供了有效的解決方案，有效解決了注塑行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量要求高、生產(chǎn)強(qiáng)度高、加工環(huán)境差、人力成本高、工人技術(shù)水平要求高等問題；提高企業(yè)對生產(chǎn)全過程的監(jiān)督和控制能力，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率；保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備、模具，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)在國內(nèi)、國際市場的競爭力。

3.3 對產(chǎn)業(yè)的帶動和提升作用

該項(xiàng)目研制的基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手，全面替代人工生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高工作效率，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，顯著提升了熱固性注塑生產(chǎn)的自動化水平，將在熱固性注塑企業(yè)迅速推廣發(fā)展。

4 結(jié)語

基于機(jī)器視覺的熱固注塑機(jī)械手的研制是對傳統(tǒng)熱固性塑料生產(chǎn)技術(shù)的升級，為熱固注塑行業(yè)提供了自動化檢測及生產(chǎn)方案，推動并實(shí)現(xiàn)了熱固性塑料行業(yè)的高端化、智能化發(fā)展，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。