基于机器视觉的热固注塑机械手的研制

1 项目立项依据

1.1 目的及意义

目前在热固性塑料行业生产中，主要分为热固压制成型和热固注塑成型这两种生产方式。热固压制成型设备对人员要求较高，工作强度大，工作环境恶劣，容易造成人员流失且产能较低等。而热固注塑成型设备相较于热固压制成型设备生产的产品质量有明显的优势，相同时间产量更高，技术人员工作强度有所下降，工作环境也有所改善。热固注塑成型取代热固压制成型成为塑料制品行业改革的必然趋势。虽然热固注塑成型的生产方式比热固压制成型有一定的优势，但由于受设备限制，大型产品人手取料困难，机器代人是大势所趋。

该项目应用光机电一体化技术、现代设计技术、机器视觉技术及通信技术，实现注塑机的自动取料、模具内部飞边检测及去除，旨在为热固注塑行业提供自动检测及生产的解决方案。它通过编程来完成各种预期的作业任务，实现生产自动化，降低人员需求和人工成本；通过机器视觉实现注塑模具检测，去除飞边，保证生产质量要求；在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，体现了人的智能和适应性；其作业的准确性、高效性以及在各种恶劣环境中完成作业的能力，更好地实现了与机械化和自动化的有机结合，避免生产强度高、加工环境差对生产人员造成的严重影响。

1.2 国内外发展现状与趋势

在国内，目前应用于热固注塑行业的专用机械手非常少。市面上存在的注塑机械手功能极其单一，更多的是实现制品快速从模具中取出并将制品传送到下一道工序，缺乏对热固注塑模具本身的检测，每个生产周期内价值高昂的模具都有可能因为产品残留或滑块错位等而有损坏的危险。从事热固注塑产品生产的企业由于自身生产规模、资金、机械手无法满足生产需求等诸多情况，主要依靠人工取件，直接导致机械化、自动化水平低下，且对于大型模具的制品，人工取料根本无能为力。

在国外，应用于注塑行业的机械手技术起步较早。伴随着工业机器人技术的发展，更是推动了注塑机械手应用技术的提升，出现了热固注塑专用的机器人，实现了全自动注塑生产。

通过翻转课堂的教学模式，学生在学习过程中可以根据相应的学习视频，配合使用相应的学习资料，能够自主地控制好自己的学习进度。视频教学的时长一般不要超过8分钟，视频的时长在一定程度上决定了视频内容的重要程度，为此，这就需要教师在有限的时间内，围绕主题、突出重点进行讲解，并且逻辑性强、条理清楚，这样才能够在有限的时间内，让学生充分利用视频播放的内容进行学习，最大程度地提升学生的学习效果。

1.3 项目的产业化前景分析

随着中国经济持续增长，在“中国制造2025”的强力推动下，中国制造业将面临新的挑战和机遇，制造业的蓬勃发展使许多依靠人工操作的传统机械已被摒弃，渐而被代替的是自动化操作。近年来由于汽车、建筑、家用电器等产业对注塑制品日益增长的需求，极大地推动了热固注塑成型技术水平的发展和提高，更对制造工厂的生产产能及节能都提出了更高的要求。

2 项目开发内容、方法、技术路线

2.1 主要研究内容

2.1.1 基于机器视觉的热固注塑机械手的总体方案设计

基于机器视觉的热固注塑机械手总体方案设计主要是研制一种集成机器视觉技术与伺服运动控制技术的热固注塑机械手，克服通用性差、适用性不足等问题，并提高机械手的可靠性，实现对产品的智能识别定位、抓取、清除飞边并自动检测模具内部异常情况等功能。

2.1.2 热固注塑机械手的结构设计

针对应用于热固注塑机械手的组成部分、各组成部分的功能以及机械手的实现方式进行研究，应用机械结构设计原理，设计出相关机械结构，实现热固注塑机械手自动取料、飞边检测及飞边清除等功能。

2.1.3 开发机械手控制系统

悬杯主要用来盛苗和栽苗，其运动直接影响了钵苗的运动，是决定移栽机工作性能的主要因素之一。因此，悬杯的运动轨迹反映了栽植机构参数设计是否满足栽植农艺要求，并直接影响移栽机的栽植质量。悬杯的运动受所在栽植器运动和凸轮——连杆机构运动的影响。

通过对机械手运动轨迹研究，结合机器视觉系统和交流伺服系统，采用各种插补技术设计运动轨迹，简化编程方法，提高机械手适应性，保证机械手的稳定性、高速性和易操作性。

某“三甲”教学医院耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌感染的危险因素分析 ……………………………………… 李雨辰等（7）：984

2.1.4 开发视觉检测系统

开发视觉检测系统，实现非接触性检测。通过噪声抑制、背景减除、图像分割、动态阈值、特征提取等算法的应用提高系统的成像精度、检测准确率及灵敏度，应用近红外光线和工业摄像头结合技术，解决工厂周围环境光线明暗产生的潜在问题，满足模具内部飞边高精度、高准确率检测的需求，并实现执行端轨迹智能规划。

（一）在目前国内绝大多数高校中，专业教师在教学过程中，已然形成了一种思维定式，教师强调知识的传授，与学生缺乏思想和情感的交流，下课后更是难有接触。另外一方面是绝大多数高校对目前的这种现状更是一种“默许”的现状，如何改变专业教师的观念、注入协同育人的理念，如何加强高校对专业教师与思想政治教育工作者协同育人的重视将会是本课题研究的重点难点，任何举措和制度都应得到专业教师的认可和接受才能接地气，才能真正有所改变。

2.1.5 设计模块化的末端执行机构

设计机械手末端模块化执行机构，通过集成抓取、吸取、检测、吹气等功能，使得热固注塑机械手适应不同的作业需求，如负载、取料方式、飞边清除、工作范围等。

2.2 拟解决的关键技术

（1）通过对注塑设备的实际应用情况进行研究，采用机械结构技术，研制一种集成机器视觉技术与伺服运动控制技术的热固注塑机械手，使其适用于注塑产品的定位、抓取以及飞边去除，保证机械手的稳定性、高速性、易操作性，且具备较高的性价比。

国外在溃坝生命损失评估方面取得的研究成果较多，而国内目前还处于起步阶段，尚没有学者做出系统的研究。美国垦务局（USBR）Brown&Graham 法 (1988)、Dekay&Mc-Clelland 法(1993)、Graham 法(1999)都是基于溃坝历史记录数据进行经验统计与回归分析得出的估算溃坝生命损失方法，其在很大程度上依赖于历史记录数据资料是否详尽。其对各个参数的量化处理是否得当，也是关系到溃坝生命损失估算结果的重要因素之一。Assaf法和Utah州立大学法(M&B法)点出了三种方法的不足。

（2）通过研究目标的识别检测技术，结合近红外光线等相关技术，开发视觉检测系统，提高检测准确性和可靠性。

（3）通过伺服控制系统和机器视觉相结合，对机械手执行端轨迹进行智能运算，实现机械手运行高速、平稳、可靠。

谷祺教授于1987年在《辽宁会计》（后改为《辽宁财会》）连续推出有关国际会计的系列文章，对于国际会计的形成与发展、国际财务会计、国际管理会计、国际比较会计、国际会计的规范化与协调化等问题进行了深入研究和积极探索，并提出了一些新颖独到的学术观点。

（4）针对注塑设备应用范围不同、作业需求不一，对末端执行机构进行模块化设计，以满足注塑行业作业多样化的需求。

2.3 拟采用的方法、技术路线以及工艺流程

（1）对注塑生产工艺要求、品质要求、管理要求、注塑设备的运行情况和工作过程及市场需求进行调研，收集相关资料。

（2）分析研究各种注塑设备的下料模式、模具识别要求及运动要求，采用模块化设计技术、协调作业技术，完成热固注塑机械手的模块分析。

（3）采用机械设计控制技术，对机械手执行机构、关节连接处的构造方式进行设计，通过建模、分析以及仿真技术，完成热固注塑机械手的总体方案设计。

The evaluation of the operation time duration,blood loss volume,length of stay in the intensive care unit,inhospital stay days,fluctuations in blood pressure and blood glucose level.In the postoperative period the

（4）根据机械结构的设计原理、工作原理，完成控制系统设计。

经济性因素是海上风电场建设的重要因素，在满足结构安全性、可施工性因素后，各风机基础方案中经济性最好的方案将确定为嵌岩区域的风机基础推荐方案。在考虑经济性因素时，应综合考虑各基础方案的建造成本和施工成本，缺一不可。

（5）通过几何特征定位技术和图像比对等一系列算法，结合模具内部特征，对机器视觉进行设计开发。

（6）系统样机制造和测试。

（7）市场宣传及技术推广。积极开拓国内市场，并将基于机器视觉的热固注塑机械手向相关行业进行推广与应用。

新时代，昆楚大铁路开通运营，大理、楚雄与文山、红河4个民族自治州齐刷刷迈入高铁时代；随着广深港高铁开通，今年9月23日高铁牵手春城昆明与东方之珠香港……

2.4 项目的特色和创新突破点

（1）通过机器视觉检测系统的开发，实现非接触性检测，及时识别模具上的异常情况，提高生产质量，实现模具保护。

（2）通过机器视觉与伺服控制系统相结合，智能计算出执行端的运行轨迹，并通过机械结构予以实现。

（3）通过末端执行机构的模块化设计，集成检测、取料、清除飞边等功能，实现机械手在多变的工作条件下对物料进行提取。

3 项目预期的技术、经济指标及社会效益

3.1 技术指标

（1）具备热固性塑料产品自动取料、模具内部自动去飞边、图像采集及产品自动下料等功能；（2）自动取料成功率≥99%；（3）模具内部异常检测成功率≥98%。

3.2 社会效益

基于机器视觉的热固注塑机械手的应用，为注塑企业迈向机器换人的智能注塑生产提供了有效的解决方案，有效解决了注塑行业产品生产质量要求高、生产强度高、加工环境差、人力成本高、工人技术水平要求高等问题；提高企业对生产全过程的监督和控制能力，提升企业的生产效率；保护生产设备、模具，降低生产成本，提升产品质量，增强企业在国内、国际市场的竞争力。

3.3 对产业的带动和提升作用

该项目研制的基于机器视觉的热固注塑机械手，全面替代人工生产，降低了生产成本，提高工作效率，确保了产品质量，显著提升了热固性注塑生产的自动化水平，将在热固性注塑企业迅速推广发展。

4 结语

基于机器视觉的热固注塑机械手的研制是对传统热固性塑料生产技术的升级，为热固注塑行业提供了自动化检测及生产方案，推动并实现了热固性塑料行业的高端化、智能化发展，产生了良好的社会效益和经济效益。