自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線的研制

包君，喬國(guó)昌

自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線的研制

包君，喬國(guó)昌

（山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261206）

闡述了自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線的研制過(guò)程，該生產(chǎn)線采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)和動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)，利用機(jī)器人對(duì)散裝瓶體進(jìn)行自動(dòng)整理，并實(shí)現(xiàn)快速在線檢測(cè)瓶體或標(biāo)簽合格度。

自動(dòng)理瓶；在線檢測(cè)；視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)；動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)

1 國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)械及自動(dòng)理瓶機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查，中國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)每年保持16%左右的增長(zhǎng)速度，主要原因是包裝行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多領(lǐng)域的配套產(chǎn)業(yè)，是促進(jìn)消費(fèi)、彰顯價(jià)值的產(chǎn)業(yè)，它的技術(shù)進(jìn)步和配套服務(wù)能夠?yàn)槠渌a(chǎn)業(yè)帶來(lái)深刻的影響。先進(jìn)的包裝機(jī)械大量采納新型檢測(cè)系統(tǒng)，保證包裝機(jī)械的穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著自動(dòng)化廠商對(duì)行業(yè)滲透的增加與信息技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員接受了先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，并利用先進(jìn)的自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)提升設(shè)備的性能。中國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)有針對(duì)性地對(duì)產(chǎn)品工藝進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)了高新技術(shù)實(shí)用化、產(chǎn)品智能化。

自動(dòng)理瓶機(jī)屬于包裝機(jī)械制造業(yè)。隨著社會(huì)的發(fā)展，生活水平的不斷提高。醫(yī)藥、化妝品行業(yè)的瓶裝產(chǎn)品的瓶體質(zhì)量和檢測(cè)速度變得尤其重要。傳統(tǒng)技術(shù)是人工理瓶及人工檢測(cè)，滿(mǎn)足不了生產(chǎn)要求。自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線是利用機(jī)器人對(duì)散裝瓶體進(jìn)行自動(dòng)整理，包括瓶體方向、排序，標(biāo)簽的識(shí)別、定位一次整理完成，速度也能達(dá)到生產(chǎn)節(jié)拍的要求。更重要的是可以將瓶體放到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送帶上，通過(guò)2D或3D攝像頭快速在線檢測(cè)瓶體或標(biāo)簽合格度。在國(guó)內(nèi)，處于技術(shù)領(lǐng)先地位。

2 產(chǎn)品工作原理

目前市場(chǎng)上，多數(shù)理瓶機(jī)的主要功能是將瓶子“放在”流水線上，人工目視檢測(cè)標(biāo)簽是否有污點(diǎn)，這樣效率低產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。采用2D或3D攝像技術(shù)快速定位瓶體方向和抓取點(diǎn)，迅速擺放在流水線上，并采用高清攝像頭在線檢測(cè)瓶體形狀和標(biāo)簽污點(diǎn)，不合格的產(chǎn)品剔除流水線。大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)生產(chǎn)力。

自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線屬于包裝機(jī)械設(shè)備，本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)客戶(hù)指定的用于藥品包裝的塑料瓶，用于藥品生產(chǎn)車(chē)間，與裝片機(jī)、擰蓋機(jī)等組成智能化藥品包裝生產(chǎn)線。能夠利用人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)適應(yīng)不同的瓶型及不同的污點(diǎn)類(lèi)型，快速自動(dòng)檢測(cè)不合格產(chǎn)品。此智能生產(chǎn)線能夠改善醫(yī)藥、化妝品行業(yè)的瓶體產(chǎn)品的檢測(cè)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3 產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)

3.1 智能機(jī)械手

機(jī)械手通過(guò)多次試驗(yàn)和調(diào)試，通過(guò)對(duì)傳送帶上的塑料瓶進(jìn)行正確的抓取和翻轉(zhuǎn)，把產(chǎn)品按照要求的位置放置在傳送帶上，輸送給下一個(gè)工序。智能機(jī)械手如圖1所示。

圖1 智能機(jī)械手

3.2 視覺(jué)信號(hào)采集設(shè)備

生產(chǎn)線采用先進(jìn)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)光源和相機(jī)采集信號(hào)，結(jié)合視覺(jué)系統(tǒng)的軟件部分，經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，達(dá)到視覺(jué)檢測(cè)的精度要求。視覺(jué)檢測(cè)的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)所要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，篩出不合格的產(chǎn)品。視覺(jué)信號(hào)采集系統(tǒng)如圖2所示。

3.3 方鋼框架

方框框架采用整體的鋁型材框架，起到支撐零部件的作用?？蚣苌习惭b玻璃門(mén)窗，保護(hù)內(nèi)部的零部件及觀察生產(chǎn)線的運(yùn)行情況，便于保養(yǎng)和維護(hù)。方鋼框架如圖3所示。

圖2 視覺(jué)信號(hào)采集系統(tǒng)

圖3 方鋼框架

3.4 進(jìn)、出產(chǎn)品輸送系統(tǒng)

進(jìn)、出產(chǎn)品輸送系統(tǒng)保證產(chǎn)品的傳輸。進(jìn)、出產(chǎn)品輸送系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 進(jìn)、出產(chǎn)品輸送系統(tǒng)

4 產(chǎn)品研究的內(nèi)容

自動(dòng)理瓶機(jī)工作時(shí)，瓶子通過(guò)產(chǎn)品輸送系統(tǒng)進(jìn)入指定位置，運(yùn)用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采集信號(hào)，然后通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行分析計(jì)算，把信號(hào)輸送給機(jī)器手，機(jī)械手進(jìn)行抓取，把瓶子送到傳送帶上，在傳送的同時(shí)，利用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)產(chǎn)品表面的污點(diǎn)情況，以及標(biāo)簽的完整情況。在最后設(shè)置了剔除裝置，把不滿(mǎn)足表面質(zhì)量要求的產(chǎn)品，在生產(chǎn)線上刪除。

4.1 生產(chǎn)線軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

編程控制2D攝像頭對(duì)流水線上進(jìn)入的瓶體進(jìn)行拍照，并對(duì)瓶體編號(hào)、方向定位、確定抓取點(diǎn)，然后將信息傳輸給機(jī)器人。機(jī)器人內(nèi)部編程將瓶體抓取并準(zhǔn)確放到流水線上。最后利用流水線兩邊的高清攝像頭圖像傳感器從瓶體的兩面采集圖像信息，通過(guò)2D或3D視覺(jué)算法計(jì)算相應(yīng)結(jié)果，最終發(fā)出控制的信息。

4.2 整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的軟硬件兼容，整體外觀設(shè)計(jì)

整合控制系統(tǒng)指令編輯、視覺(jué)標(biāo)定、模板匹配及視覺(jué)參數(shù)設(shè)定、傳送帶標(biāo)定等功能為一個(gè)整體控制箱。添加安全防護(hù)板及燈箱等機(jī)構(gòu)，保障安全性及檢測(cè)質(zhì)量不受外部干擾。

5 產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)

利用機(jī)器人對(duì)散裝瓶體進(jìn)行自動(dòng)整理。主要包括瓶體方向、排序，標(biāo)簽方向的識(shí)別、抓取點(diǎn)定位一次完成。采用2D或3D攝像技術(shù)快速定位瓶體方向和抓取點(diǎn)，同時(shí)將信號(hào)傳給機(jī)器人迅速抓取擺放在流水線上?？赏瑫r(shí)控制一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人根據(jù)瓶身正反狀態(tài)和傾斜角度抓取、旋轉(zhuǎn)歸正，然后分別放置到輸送帶上。重復(fù)抓取位置精度可以控制在 ±0.5 mm以?xún)?nèi)。采用高清攝像頭在線檢測(cè)瓶體形狀和標(biāo)簽污點(diǎn)，不合格的產(chǎn)品剔除流水線。利用人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)適應(yīng)不同的瓶型以及不同的污點(diǎn)類(lèi)型，快速自動(dòng)檢測(cè)不合格產(chǎn)品。

自動(dòng)理瓶、在線檢測(cè)智能生產(chǎn)線是利用機(jī)器人對(duì)散裝瓶體進(jìn)行自動(dòng)整理。包括瓶體方向、排序，標(biāo)簽方向的識(shí)別、抓取點(diǎn)定位一次完成。采用2D或3D攝像技術(shù)快速定位瓶體方向和抓取點(diǎn)，同時(shí)將信號(hào)傳給機(jī)器人迅速抓取擺放在流水線上?？赏瑫r(shí)控制一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人根據(jù)瓶身正反狀態(tài)和傾斜角度抓取、旋轉(zhuǎn)歸正，然后分別放置到輸送帶上。重復(fù)抓取位置精度可以控制在±0.5 mm以?xún)?nèi)，節(jié)約了大量的人力物力，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

［1］李運(yùn)華.機(jī)電控制［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.048

2095－6835（2019）22－0121－02

〔編輯：張思楠〕