基于机器视觉的注塑机智能控制器的制作方法

本申请涉及注塑机的塑料成型加工控制领域，尤其涉及一种基于机器视觉的注塑机智能控制器。

背景技术：
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近年来，各行业对塑料制品的需求量在不断增长，对塑料制品的质量要求也越来越高，包括塑料制品的尺寸精度和重量精度，这要求研制的注塑机能适应相应的精度需求，同时还必须满足成型效率、节能、低噪和低环境污染、操作简便等要求。

注塑机的控制技术是提升注塑机整体技术水平的关键技术之一。传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，多为开环控制，由行程开关和挡块进行动作程序的切换控制，由于采用导线连接，仅适用于某一固定的工艺过程，一旦过程有变化就需要重新连接、安装，研制和调试时间长，寿命短，可靠性差，控制精度低，注塑机水平难以提高。现有注塑机控制系统对控制参数的设定根据操作人员的经验输入，而不同的操作人员设定的参数不一致，参数的设定存在盲目性。在不同的环境状态下，同样的参数有可能注塑出不一样的产品质量，参数的设定存在偶然性。因此，在传统的注塑工艺中很容易出现制品的质量问题，如：短射、飞边、翘曲、熔接痕和尺寸误差等。

随着注塑成型工艺的发展，许多行业对注塑成型制品的精度要求越来越高，然而，国内的注塑成型技术还仅仅停留在对注塑温度或者是注射压力的控制层面上，依靠这些传统的注塑成型手段很难对制品的质量进行控制，也达不到所需要的精度。

技术实现要素：
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为解决现有技术中的注塑机塑料成型加工出的工艺制品存在的质量问题，本申请提供一种基于机器视觉的注塑机智能控制器，其能根据专家经验和当前环境选择最优注塑控制参数，建立注塑模具的合模条件，利用机器视觉和图像处理技术对模具进行自动保护，以及对产品品质进行自动检测，保证产品质量，满足注塑成型快速、精密、节能降耗的要求。

本申请是通过以下技术方案实现的：

基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述控制器包括主机、与主机输入端连接的开关电源、以及与主机输出端连接的人机交互系统，所述主机用于采集机器状态信息并根据设定的参数和工作模式以及机器的控制要求输出控制信号至人机交互系统，所述人机交互系统用于设定机器工作模式以及工作参数，并将从主机接收的机器工作状态的控制信号通过人机交互系统显示，所述开关电源用于为控制主机以及人机交互系统提供正常工作所需电源。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述主机包括处理器芯片、以及与处理器芯片连接的A/D采样模块、D/A输出模块、I/O模块和通讯模块，所述的处理器芯片用于控制注塑机控制系统并处理控制系统指令，所述A/D采样模块用于实现注塑机控制参数传感检测的处理，并按一定的通信协议传输至处理器芯片，所述D/A输出模块用于控制液压系统的比例阀和流量阀，所述I/O模块用于驱动继电器和电磁阀，同时检测限位开关以及其他开关量信号，以此判断注塑机的工作状态。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述人机交互系统包括操作面板和控制面板，所述的控制面板包括按键板、底板、以及核心板，所述的按键板通过串行口与底板相连接，所述底板和核心板通过插针进行物理连接，所述核心板包括MCU、SDRAM闪存、FLASH闪存以及液晶屏转换板，所述底板继承外围接口，包含10/100M以太网络接口，CAN总线，LCD接口，音频接口，USB接口和UART接口；所述按键板采用独立的微处理器控制。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述微处理器为采用16或32位精简指令结构、主频范围在200MHz以上的处理器。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述闪存包括采用32M×16位芯片的NANDFLASH。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述控制器还包括软件设计部分，所述软件设计部分包括人机交互系统软件、主机软件以及专家系统设计软件，所述人机交互系统软件包括键盘模块、显示模块以及通信模块，所述人机交互系统软件基于Linux操作系统和YAFFS2嵌入式文件系统上开发，C语言程序设计编写，采用MinGWStudio进行代码编译，利用QT/E进行人机界面开发；所述主机软件包括通信模块、温度检测控制模块、比例阀控制模块、位移检测模块、以及工艺流程控制模块，所述主机软件用于实现对A/D采样、D/A输出、I/O扫描、以及接收人机交互系统指令并做出相应的处理，控制注塑机的工序动作；所述专家决策系统包括知识库系统、知识库获取机、推理机、中间数据库、以及实时数据库，所述知识库系统与知识获取机连接，所述中间数据库通过推理机与所述知识库系统相互连接，所述实时数据库与所述中间数据库连接，所述专家决策系统将模型计算和知识推理相结合，建立成型参数知识库，并根据自适应控制的目的设计推理机。

如上所述的基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述控制器还包括与主机进行通信的机器视觉系统，所述机器视觉系统用于完成对模具的保护和产品品质的检测，在注塑机合模前，对合模前的机器视觉图像进行图像处理，根据提取的图像特征判断是否满足注塑模具的合模条件，决定成型机是否可以锁模，以保护模具；取出产品后，利用高分辨率CCD获得产品的数字化图像并对图像进行处理，对图像进行处理后提取产品图像特征对产品的品质进行评价和缺陷检测；所述主机用于启动机器视觉系统并向其发送操作指令，所述机器视觉系统依据接收的操作指令执行相应的操作并将操作结果反馈至主机，主机根据机器视觉系统的结果作出相应的操作。

与现有技术相比，本申请有如下优点：

1、有利于建立注塑机专家知识库，将获取的该领域专家知识或专业技能规则化，并存入知识库系统，为后续的成型参数自适应生成奠定基础；

2、有利于引入自主决策机制，通过传感器检测多种环境参数，机器视觉检测产品品质参数，根据注塑机专家知识库推理，自适应生成当前环境下的最优注塑成型参数；

3、有利于建立安全合模条件和产品检测模型，对合模前的机器视觉图像进行图像处理，根据机器视觉和图像处理的结果，判断是否满足注塑模具的合模条件，实现模具的自动保护；

4、有利于建立产品品质的检测模型，利用机器视觉提取图像特征，对产品的品质进行评价和缺陷检测。

附图说明：

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的控制器的总体结构图；

图2为本申请的人机交互系统结构图；

图3为本申请的主机系统结构图；

图4为本申请的专家决策系统总体结构图；

图5为本申请的人机交互系统程序流程图；

图6为本申请的主机主程序流程图；

图7为本申请的机器视觉系统内部结构图。

具体实施方式：

为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

基于机器视觉的注塑机智能控制器，所述控制器包括主机100、与主机输入端连接的开关电源200、以及与主机输出端连接的人机交互系统300，所述主机用于采集机器状态信息并根据设定的参数和工作模式以及机器的控制要求输出控制信号至人机交互系统，所述人机交互系统用于设定机器工作模式以及工作参数，并将从主机接收的机器工作状态的控制信号通过人机交互系统显示，所述开关电源用于为控制主机以及人机交互系统提供正常工作所需电源。控制器选用ARM+DSP的双处理器结构，构成上、下位机系统，上位机即人机交互系统部分以ARM为核心，下位机即主机以DSP为核心。控制器采用嵌入式操作系统(RTOS)作为软件平台，电子电路顺序控制采用分立元件或部分采用集成电路，以门电路代替继电器，以直流电磁阀代替交流电磁阀，用无触点行程开关及挡块实现动作顺讯的切换，具有响应较快，体积小，成本低等优点。

所述主机包括处理器芯片101、以及与处理器芯片连接的A/D采样模块102、D/A输出模块103、I/O模块104和通讯模块，所述的处理器芯片用于控制注塑机控制系统并处理控制系统指令，所述A/D采样模块用于实现注塑机控制参数传感检测的处理，并按一定的通信协议传输至处理器芯片，控制参数包括注塑机上压力、速度、温度、转速、位移等模拟量参数，A/D采样模块利用对外界传感器或监测装置访问的方式，对慢变信号采用轮询方式按周期T采集，对快变信号采用中断的方式；对采集到的信号按一定的通信协议传输。所述D/A输出模块主要是将数字信号转换为模拟信号输出，用于控制液压系统的比例阀和流量阀，所述I/O模块用于驱动继电器和电磁阀，同时检测限位开关以及其他开关量信号，以此判断注塑机的工作状态。处理器芯片为DSP芯片，采用TMS320F2812芯片(32位定点数字信号处理器芯片)，具有丰富的外设接口，系统时钟可达150MHz，大大提高了系统运行的速度，满足注塑机控制系统对多种任务的实时性的要求。

所述人机交互系统包括操作面板和控制面板，所述的控制面板包括按键板、底板、以及核心板，所述的按键板通过串行口与底板相连接，所述底板和核心板通过插针进行物理连接，所述核心板包括MCU、SDRAM闪存、FLASH闪存以及液晶屏转换板，所述底板集成外围接口，包含10/100M以太网络接口，CAN总线，LCD接口，音频接口，USB接口和UART接口；所述按键板采用独立的微处理器控制。人机交互系统方便修改并存储注塑成型所用信息，如各段料筒温度设置、开锁模、射胶、熔胶等的位置、时间参数，注塑机的运行历史数据等，信息也可通过USB接口保存至U盘，或通过网络上传至中央控制室，便于进行数据分析。人机交互系统采用SAMSUNG2410(ARM9内核)作为微处理器，采用16或32位精简指令结构，主频高达203MHz，配备大容量的SDRAM闪存(同步动态随机存储器)、采用32M×16位芯片的NANDFLASH，底板与核心板采用分离的设计架构，便于扩展外围设备，同时在人机交互系统中引入专家知识库及自主决策机制，实现生产用成型参数自动生成、自整定、自优化，使加工过程更加智能化。根据生产过程中的外界影响(如电压、环境温度等)自动优化相关参数并决策具体操作流程，确定注射成型加工的最佳加工条件。

所述控制器还包括软件设计部分，所述软件设计部分包括人机交互系统软件、主机软件以及专家系统设计软件，所述人机交互系统软件包括键盘模块、显示模块以及通信模块，所述人机交互系统软件基于Linux操作系统和YAFFS2嵌入式文件系统上开发，C语言程序设计编写，采用MinGWStudio进行代码编译，利用QT/E进行人机界面开发；所述主机软件包括通信模块、温度检测控制模块、比例阀控制模块、位移检测模块、以及工艺流程控制模块，所述主机软件用于实现对A/D采样、D/A输出、I/O扫描、以及接收人机交互系统指令并做出相应的处理，控制注塑机的工序动作；所述专家决策系统包括知识库系统、知识库获取机、推理机、中间数据库、以及实时数据库，所述知识库系统与知识获取机连接，所述中间数据库通过推理机与所述知识库系统相互连接，所述实时数据库与所述中间数据库连接，所述专家决策系统将模型计算和知识推理相结合，建立成型参数知识库，并根据自适应控制的目的设计推理机。主机主程序流程图如图6所示，主程序采用单任务循环处理的程序结构，可提高系统响应中断的实时性。如图4所示，专家决策系统充分发挥了专家系统以知识推理形式解决定性分析问题的特点，又发挥了决策支持系统以模型计算为核心的解决定量分析问题的特点，充分做到了定性分析和定量分析的有机结合，为临近空间资源配置问题提供了一种解决方案。本申请的专家决策系统将模型计算和知识推理相结合，建立成型参数知识库，并根据自适应控制的目标设计了推理机。系统根据输入、输出变量自动修改控制规则，达到优化控制的目的。如：料筒温度的区段控制。决策支持系统通过计算机进行模型计算、知识推理以及从知识库中获取相关信息和知识，实现辅助决策，自动生成注塑机的最佳成型参数。当环境参数变化时，控制器可在毫秒级时间内调用专家知识库，运行自主决策优化及调解程序，对参数进行调节。

所述控制器还包括与主机进行通信的机器视觉系统，所述机器视觉系统用于完成对模具的保护和产品品质的检测，在注塑机合模前，对合模前的机器视觉图像进行图像处理，根据提取的图像特征判断是否满足注塑模具的合模条件，决定成型机是否可以锁模，以保护模具；取出产品后，利用高分辨率CCD获得产品的数字化图像并对图像进行处理，对图像进行处理后提取产品图像特征对产品的品质进行评价和缺陷检测；检测结果作为专家决策系统生成注塑成型参数的重要依据，从而实现注塑过程的自适应控制。此外，此部分功能为添加注塑机械手取件，实现高速、全自动化注塑奠定基础。机器视觉系统与主机采用SPI总线方式通信，所述主机用于启动机器视觉系统并向其发送操作指令，所述机器视觉系统依据接收的操作指令执行相应的操作并将操作结果反馈至主机，主机根据机器视觉系统的结果作出相应的操作。

除上述用于获取注塑产品的品质参数的机器视觉系统外，所述控制器还包括伺服控制系统，所述伺服控制系统包括多参数多通道实时数据收集和闭环伺服控制系统两部分，所述多参数多通道实时数据收集用于收集专家系统推理所需的外界数据信息，利用对外界传感器或监测装置访问的方式对慢变信号采用轮询方式按周期T采集，对快变信号采用中断的方式，对采集到信号按一定的通信协议传输；所述闭环伺服控制系统用于实现多参量闭环实时检测控制，达到精度和实时性指标。所述闭环伺服控制系统分两级，上位机专家系统用于完成模型参数优化及控制决策，下位机主机用于完成基础自动化单回路调节及开关量控制。成型条件的设定：由上位机通过通信接口发送到下位机，即注塑机的控制装置中，该系统基于智能控制技术，根据注塑的主要工艺参数与实测值对控制进行修正，不断改善控制效果，提高产品质量。

本申请采用先进的微处理器控制技术，将智能控制技术应用于注塑机的多参数控制，实现了高精度、高效率的控制，可满足多品种复杂成型注塑机械产品的加工需要，有利于实现传统产业的技术改造，提高塑料加工的控制水平和整机的自动化程度。本申请的基于机器视觉的注塑机智能控制器能根据专家经验和当前环境，以及产品品质检测结果，旋转最优注塑控制参数，建立注塑模具的合模条件和产品品质的检测模型，利用机器视觉和图像处理技术对模具进行自动保护，以及实现注塑过程的自适应控制，伺服控制系统的运用保证了注塑成型过程的精确控制，同时也实现了注塑机的节能降耗，满足了注塑成型快速、精密、节能降耗的要求。

如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。凡与本实用新型的方法、结构等近似、雷同，或是对于本实用新型构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本实用新型的保护范围。