基于機器視覺的注塑機智能控制器的制作方法

本申請涉及注塑機的塑料成型加工控制領域，尤其涉及一種基于機器視覺的注塑機智能控制器。

背景技術：
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近年來，各行業對塑料制品的需求量在不斷增長，對塑料制品的質量要求也越來越高，包括塑料制品的尺寸精度和重量精度，這要求研制的注塑機能適應相應的精度需求，同時還必須滿足成型效率、節能、低噪和低環境污染、操作簡便等要求。

注塑機的控制技術是提升注塑機整體技術水平的關鍵技術之一。傳統的注塑機一般采用簡單的繼電器、接觸器控制，多為開環控制，由行程開關和擋塊進行動作程序的切換控制，由于采用導線連接，僅適用于某一固定的工藝過程，一旦過程有變化就需要重新連接、安裝，研制和調試時間長，壽命短，可靠性差，控制精度低，注塑機水平難以提高。現有注塑機控制系統對控制參數的設定根據操作人員的經驗輸入，而不同的操作人員設定的參數不一致，參數的設定存在盲目性。在不同的環境狀態下，同樣的參數有可能注塑出不一樣的產品質量，參數的設定存在偶然性。因此，在傳統的注塑工藝中很容易出現制品的質量問題，如：短射、飛邊、翹曲、熔接痕和尺寸誤差等。

隨著注塑成型工藝的發展，許多行業對注塑成型制品的精度要求越來越高，然而，國內的注塑成型技術還僅僅停留在對注塑溫度或者是注射壓力的控制層面上，依靠這些傳統的注塑成型手段很難對制品的質量進行控制，也達不到所需要的精度。

技術實現要素：
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為解決現有技術中的注塑機塑料成型加工出的工藝制品存在的質量問題，本申請提供一種基于機器視覺的注塑機智能控制器，其能根據專家經驗和當前環境選擇最優注塑控制參數，建立注塑模具的合模條件，利用機器視覺和圖像處理技術對模具進行自動保護，以及對產品品質進行自動檢測，保證產品質量，滿足注塑成型快速、精密、節能降耗的要求。

本申請是通過以下技術方案實現的：

基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述控制器包括主機、與主機輸入端連接的開關電源、以及與主機輸出端連接的人機交互系統，所述主機用于采集機器狀態信息并根據設定的參數和工作模式以及機器的控制要求輸出控制信號至人機交互系統，所述人機交互系統用于設定機器工作模式以及工作參數，并將從主機接收的機器工作狀態的控制信號通過人機交互系統顯示，所述開關電源用于為控制主機以及人機交互系統提供正常工作所需電源。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述主機包括處理器芯片、以及與處理器芯片連接的A/D采樣模塊、D/A輸出模塊、I/O模塊和通訊模塊，所述的處理器芯片用于控制注塑機控制系統并處理控制系統指令，所述A/D采樣模塊用于實現注塑機控制參數傳感檢測的處理，并按一定的通信協議傳輸至處理器芯片，所述D/A輸出模塊用于控制液壓系統的比例閥和流量閥，所述I/O模塊用于驅動繼電器和電磁閥，同時檢測限位開關以及其他開關量信號，以此判斷注塑機的工作狀態。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述人機交互系統包括操作面板和控制面板，所述的控制面板包括按鍵板、底板、以及核心板，所述的按鍵板通過串行口與底板相連接，所述底板和核心板通過插針進行物理連接，所述核心板包括MCU、SDRAM閃存、FLASH閃存以及液晶屏轉換板，所述底板繼承外圍接口，包含10/100M以太網絡接口，CAN總線，LCD接口，音頻接口，USB接口和UART接口；所述按鍵板采用獨立的微處理器控制。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述微處理器為采用16或32位精簡指令結構、主頻范圍在200MHz以上的處理器。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述閃存包括采用32M×16位芯片的NANDFLASH。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述控制器還包括軟件設計部分，所述軟件設計部分包括人機交互系統軟件、主機軟件以及專家系統設計軟件，所述人機交互系統軟件包括鍵盤模塊、顯示模塊以及通信模塊，所述人機交互系統軟件基于Linux操作系統和YAFFS2嵌入式文件系統上開發，C語言程序設計編寫，采用MinGWStudio進行代碼編譯，利用QT/E進行人機界面開發；所述主機軟件包括通信模塊、溫度檢測控制模塊、比例閥控制模塊、位移檢測模塊、以及工藝流程控制模塊，所述主機軟件用于實現對A/D采樣、D/A輸出、I/O掃描、以及接收人機交互系統指令并做出相應的處理，控制注塑機的工序動作；所述專家決策系統包括知識庫系統、知識庫獲取機、推理機、中間數據庫、以及實時數據庫，所述知識庫系統與知識獲取機連接，所述中間數據庫通過推理機與所述知識庫系統相互連接，所述實時數據庫與所述中間數據庫連接，所述專家決策系統將模型計算和知識推理相結合，建立成型參數知識庫，并根據自適應控制的目的設計推理機。

如上所述的基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述控制器還包括與主機進行通信的機器視覺系統，所述機器視覺系統用于完成對模具的保護和產品品質的檢測，在注塑機合模前，對合模前的機器視覺圖像進行圖像處理，根據提取的圖像特征判斷是否滿足注塑模具的合模條件，決定成型機是否可以鎖模，以保護模具；取出產品后，利用高分辨率CCD獲得產品的數字化圖像并對圖像進行處理，對圖像進行處理后提取產品圖像特征對產品的品質進行評價和缺陷檢測；所述主機用于啟動機器視覺系統并向其發送操作指令，所述機器視覺系統依據接收的操作指令執行相應的操作并將操作結果反饋至主機，主機根據機器視覺系統的結果作出相應的操作。

與現有技術相比，本申請有如下優點：

1、有利于建立注塑機專家知識庫，將獲取的該領域專家知識或專業技能規則化，并存入知識庫系統，為后續的成型參數自適應生成奠定基礎；

2、有利于引入自主決策機制，通過傳感器檢測多種環境參數，機器視覺檢測產品品質參數，根據注塑機專家知識庫推理，自適應生成當前環境下的最優注塑成型參數；

3、有利于建立安全合模條件和產品檢測模型，對合模前的機器視覺圖像進行圖像處理，根據機器視覺和圖像處理的結果，判斷是否滿足注塑模具的合模條件，實現模具的自動保護；

4、有利于建立產品品質的檢測模型，利用機器視覺提取圖像特征，對產品的品質進行評價和缺陷檢測。

附圖說明：

為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請的控制器的總體結構圖；

圖2為本申請的人機交互系統結構圖；

圖3為本申請的主機系統結構圖；

圖4為本申請的專家決策系統總體結構圖；

圖5為本申請的人機交互系統程序流程圖；

圖6為本申請的主機主程序流程圖；

圖7為本申請的機器視覺系統內部結構圖。

具體實施方式：

為了使本申請所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本申請進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本申請，并不用于限定本申請。

基于機器視覺的注塑機智能控制器，所述控制器包括主機100、與主機輸入端連接的開關電源200、以及與主機輸出端連接的人機交互系統300，所述主機用于采集機器狀態信息并根據設定的參數和工作模式以及機器的控制要求輸出控制信號至人機交互系統，所述人機交互系統用于設定機器工作模式以及工作參數，并將從主機接收的機器工作狀態的控制信號通過人機交互系統顯示，所述開關電源用于為控制主機以及人機交互系統提供正常工作所需電源。控制器選用ARM+DSP的雙處理器結構，構成上、下位機系統，上位機即人機交互系統部分以ARM為核心，下位機即主機以DSP為核心。控制器采用嵌入式操作系統(RTOS)作為軟件平臺，電子電路順序控制采用分立元件或部分采用集成電路，以門電路代替繼電器，以直流電磁閥代替交流電磁閥，用無觸點行程開關及擋塊實現動作順訊的切換，具有響應較快，體積小，成本低等優點。

所述主機包括處理器芯片101、以及與處理器芯片連接的A/D采樣模塊102、D/A輸出模塊103、I/O模塊104和通訊模塊，所述的處理器芯片用于控制注塑機控制系統并處理控制系統指令，所述A/D采樣模塊用于實現注塑機控制參數傳感檢測的處理，并按一定的通信協議傳輸至處理器芯片，控制參數包括注塑機上壓力、速度、溫度、轉速、位移等模擬量參數，A/D采樣模塊利用對外界傳感器或監測裝置訪問的方式，對慢變信號采用輪詢方式按周期T采集，對快變信號采用中斷的方式；對采集到的信號按一定的通信協議傳輸。所述D/A輸出模塊主要是將數字信號轉換為模擬信號輸出，用于控制液壓系統的比例閥和流量閥，所述I/O模塊用于驅動繼電器和電磁閥，同時檢測限位開關以及其他開關量信號，以此判斷注塑機的工作狀態。處理器芯片為DSP芯片，采用TMS320F2812芯片(32位定點數字信號處理器芯片)，具有豐富的外設接口，系統時鐘可達150MHz，大大提高了系統運行的速度，滿足注塑機控制系統對多種任務的實時性的要求。

所述人機交互系統包括操作面板和控制面板，所述的控制面板包括按鍵板、底板、以及核心板，所述的按鍵板通過串行口與底板相連接，所述底板和核心板通過插針進行物理連接，所述核心板包括MCU、SDRAM閃存、FLASH閃存以及液晶屏轉換板，所述底板集成外圍接口，包含10/100M以太網絡接口，CAN總線，LCD接口，音頻接口，USB接口和UART接口；所述按鍵板采用獨立的微處理器控制。人機交互系統方便修改并存儲注塑成型所用信息，如各段料筒溫度設置、開鎖模、射膠、熔膠等的位置、時間參數，注塑機的運行歷史數據等，信息也可通過USB接口保存至U盤，或通過網絡上傳至中央控制室，便于進行數據分析。人機交互系統采用SAMSUNG2410(ARM9內核)作為微處理器，采用16或32位精簡指令結構，主頻高達203MHz，配備大容量的SDRAM閃存(同步動態隨機存儲器)、采用32M×16位芯片的NANDFLASH，底板與核心板采用分離的設計架構，便于擴展外圍設備，同時在人機交互系統中引入專家知識庫及自主決策機制，實現生產用成型參數自動生成、自整定、自優化，使加工過程更加智能化。根據生產過程中的外界影響(如電壓、環境溫度等)自動優化相關參數并決策具體操作流程，確定注射成型加工的最佳加工條件。

所述控制器還包括軟件設計部分，所述軟件設計部分包括人機交互系統軟件、主機軟件以及專家系統設計軟件，所述人機交互系統軟件包括鍵盤模塊、顯示模塊以及通信模塊，所述人機交互系統軟件基于Linux操作系統和YAFFS2嵌入式文件系統上開發，C語言程序設計編寫，采用MinGWStudio進行代碼編譯，利用QT/E進行人機界面開發；所述主機軟件包括通信模塊、溫度檢測控制模塊、比例閥控制模塊、位移檢測模塊、以及工藝流程控制模塊，所述主機軟件用于實現對A/D采樣、D/A輸出、I/O掃描、以及接收人機交互系統指令并做出相應的處理，控制注塑機的工序動作；所述專家決策系統包括知識庫系統、知識庫獲取機、推理機、中間數據庫、以及實時數據庫，所述知識庫系統與知識獲取機連接，所述中間數據庫通過推理機與所述知識庫系統相互連接，所述實時數據庫與所述中間數據庫連接，所述專家決策系統將模型計算和知識推理相結合，建立成型參數知識庫，并根據自適應控制的目的設計推理機。主機主程序流程圖如圖6所示，主程序采用單任務循環處理的程序結構，可提高系統響應中斷的實時性。如圖4所示，專家決策系統充分發揮了專家系統以知識推理形式解決定性分析問題的特點，又發揮了決策支持系統以模型計算為核心的解決定量分析問題的特點，充分做到了定性分析和定量分析的有機結合，為臨近空間資源配置問題提供了一種解決方案。本申請的專家決策系統將模型計算和知識推理相結合，建立成型參數知識庫，并根據自適應控制的目標設計了推理機。系統根據輸入、輸出變量自動修改控制規則，達到優化控制的目的。如：料筒溫度的區段控制。決策支持系統通過計算機進行模型計算、知識推理以及從知識庫中獲取相關信息和知識，實現輔助決策，自動生成注塑機的最佳成型參數。當環境參數變化時，控制器可在毫秒級時間內調用專家知識庫，運行自主決策優化及調解程序，對參數進行調節。

所述控制器還包括與主機進行通信的機器視覺系統，所述機器視覺系統用于完成對模具的保護和產品品質的檢測，在注塑機合模前，對合模前的機器視覺圖像進行圖像處理，根據提取的圖像特征判斷是否滿足注塑模具的合模條件，決定成型機是否可以鎖模，以保護模具；取出產品后，利用高分辨率CCD獲得產品的數字化圖像并對圖像進行處理，對圖像進行處理后提取產品圖像特征對產品的品質進行評價和缺陷檢測；檢測結果作為專家決策系統生成注塑成型參數的重要依據，從而實現注塑過程的自適應控制。此外，此部分功能為添加注塑機械手取件，實現高速、全自動化注塑奠定基礎。機器視覺系統與主機采用SPI總線方式通信，所述主機用于啟動機器視覺系統并向其發送操作指令，所述機器視覺系統依據接收的操作指令執行相應的操作并將操作結果反饋至主機，主機根據機器視覺系統的結果作出相應的操作。

除上述用于獲取注塑產品的品質參數的機器視覺系統外，所述控制器還包括伺服控制系統，所述伺服控制系統包括多參數多通道實時數據收集和閉環伺服控制系統兩部分，所述多參數多通道實時數據收集用于收集專家系統推理所需的外界數據信息，利用對外界傳感器或監測裝置訪問的方式對慢變信號采用輪詢方式按周期T采集，對快變信號采用中斷的方式，對采集到信號按一定的通信協議傳輸；所述閉環伺服控制系統用于實現多參量閉環實時檢測控制，達到精度和實時性指標。所述閉環伺服控制系統分兩級，上位機專家系統用于完成模型參數優化及控制決策，下位機主機用于完成基礎自動化單回路調節及開關量控制。成型條件的設定：由上位機通過通信接口發送到下位機，即注塑機的控制裝置中，該系統基于智能控制技術，根據注塑的主要工藝參數與實測值對控制進行修正，不斷改善控制效果，提高產品質量。

本申請采用先進的微處理器控制技術，將智能控制技術應用于注塑機的多參數控制，實現了高精度、高效率的控制，可滿足多品種復雜成型注塑機械產品的加工需要，有利于實現傳統產業的技術改造，提高塑料加工的控制水平和整機的自動化程度。本申請的基于機器視覺的注塑機智能控制器能根據專家經驗和當前環境，以及產品品質檢測結果，旋轉最優注塑控制參數，建立注塑模具的合模條件和產品品質的檢測模型，利用機器視覺和圖像處理技術對模具進行自動保護，以及實現注塑過程的自適應控制，伺服控制系統的運用保證了注塑成型過程的精確控制，同時也實現了注塑機的節能降耗，滿足了注塑成型快速、精密、節能降耗的要求。

如上所述是結合具體內容提供的一種或多種實施方式，并不認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。凡與本實用新型的方法、結構等近似、雷同，或是對于本實用新型構思前提下做出若干技術推演或替換，都應當視為本實用新型的保護范圍。