[发明专利]面向真空注型的自动气泡消除系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于视觉传感器的气泡自动检测及消除系统及方法，特别是针对真空注型过程中浇注材料包含的气泡的自动检测和消除的系统及方法。

背景技术

市场竞争日益激烈，对新产品的开发周期及质量提出了越来越高的要求，这已使得快速成型与快速模具技术在制造领域中得到了广泛使用。真空注型工艺是快速制模技术的重要内容，其特点在于能利用真空消除注型材料中的气泡，在制造薄壁件，透明件方面具有独特优势，在汽车、家电、轻工、工艺品和儿童玩具等行业有广阔的应用前景。

在真空注型过程中，材料自身卷入的空气以及两种材料混合并发生反应时吸入的空气，会使注型材料中产生大量气泡。气泡过多，会导致产品结构疏松，机械性能降低，而且严重影响产品精度和美观性，这都将造成产品质量下降甚至造成废品。因此，真空注型工艺包含通过往真空环境中注入空气，来减少或消除注型材料中的气泡的过程，即进气消泡过程。进气消泡过程的执行效果对真空注型制品质量起到关键作用。

目前，真空注型装置主要采用手动、全电控手动及记忆模式三种控制方式，进气消泡过程的执行方式有人工手动消泡和记忆模式自动消泡两种。手动消泡一般是人为观察气泡数量，主观决定进气时刻、进气时间及消泡次数，因此该方式完全依赖于操作人员的经验及操作熟练程度，误操作等极易导致气泡消除不净，造成废品；记忆模式消泡的特点在于针对性强，即设定的一组参数只是对应一种生产条件，然而不同体积和材料的零件所需消泡的时间和次数差异很大，因此仍然需要人为进行参数调整。可见，现有的消泡方式对人为因素依赖性强、柔性差，消泡效果不稳定，这往往导致产品质量不均一，产品质量难以保证，生产效率低下等问题。目前的真空注型装备还无法有效实现消泡过程。气泡问题目前已成为影响真空注型装备制品质量的重要因素，这在制备薄壁类、透明类、网格类及复杂形状等塑料件时表现的更为突出。

发明内容

本发明的目的在于克服已有真空注型装备在消泡方式上的弊端，提供一种基于视觉传感器技术的面向真空注型的自动气泡消除系统及方法，将自动控制、视觉传感器和图像处理等技术相结合，实现了气泡状态的实时检测和气泡的自动消除。本发明的实施可以很大程度降低现有消泡方法对于人为因素的依赖性，提高真空注型装备适应产品变化的能力，降低其因气泡而导致的废品率。

为达到上述目的本发明的构思是：

设计一种基于视觉传感器的自动消泡系统，用视觉传感器取代人工目测实现气泡的自动实时检测；通过设计图像处理算法并编制程序，实现对采集到的气泡图像的客观分析与判断，从而取代主观判断消泡效果；将分析判断结果传给电控元件，然后电控元件驱动浇注过程或自动循环消泡过程。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明建立模块化的气泡自动监控系统，实现真空注型气泡的自动消除。系统包含图像采集模块、处理器模块和执行模块。图像采集模块负责气泡图像的采集，实现用视觉传感器取代人工目测进行气泡的自动实时检测，包含CCD数字摄像机、光源、相机支架；处理器模块负责监控整个消泡过程，包含可编程逻辑控制器PLC和工控机；执行模块负责根据处理器模块的控制信号进行动作，包含真空泵、电磁阀、电机。处理器模块和执行模块共同实现对获取到的气泡图像进行客观分析和判断，并完成自动循环消泡和浇注任务的自动选择。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

上述自动气泡消除系统的各组件模块介绍如下：

一种面向真空注型的自动气泡消除系统，包括混料杯、配料杯、真空注型的真空泵、搅拌电机和浇注电机以及控制进气消泡和抽真空的电磁阀，其特征在于：

(1)、在所述混料杯上方设有光源，并安置一个CCD高速数字相机，其镜头对准混料杯中的液面，构成图像采集模块；

(2)、一个工控机的输入端通过USB接口连接所述CCD高速数字相机的输出端，所述工控机通过串行接口连接一个PLC，构成处理器模块；

(3)、所述的PLC输出信号连接到所述真空泵、电机和电磁阀，构成执行模块；

所述采集模块采集气泡图像，经处理器模块处理，并监控整个消泡过程，向执行模块发送控制信号，由执行模块完成自动循环消泡和浇注任务。

1.图像采集模块

CCD摄像机——为便于计算机处理，选用黑白数字相机。由于观测对象是混料杯中运动的液面，最大线速度达0.18m/s，所以最高曝光速度要达到0.0001s。需辨别的最小气泡直径约为0.5mm，故其分辨率要求在130万像素以上。