部件成形机及检验其中模压部件是否存在及数量的方法

摘要

本发明公开了一种设置有一个红外线图象检测装置的部件成形机和一种采用红外线图象检测装置来检验是否存在模压部件及模压部件质量的方法。至少一个红外线传感器(310)与一个部件成形机接合使用，其中红外线传感器(310)根据部件/模具发出的红外线获取部件(22)和/或模具(12)的图象。部件成形机以下述方式对获取的红外线图象作出响应：驱动脱模器(56、58)并对部件/模具进行重新成像，或者继续下一模压步骤。

说明书

技术领域

本发明整体上涉及一种部件成形机，具体而言，本发明涉及一种具有红外线检测功能的部件成形机和一种用于检验成形机内是否存在模压部件和模压部件质量的方法。

发明背景

就税收总量和雇员总量而言，部件成形工业是世界上最大的工业之一。作为一个数十亿美元的工业，即使对制造工艺作出一个非常小的改进，也能够取得巨大的效益，从而降低成本。目前，已经设计出许多种用于制造部件的方法和机器。例如，部件一般由模具、型模制成和/或通过热成形工艺制造而成，其中应用最广泛的应该是模具。利用模具制成部件的方法有很多，例如拉伸吹塑法、挤压吹塑法、喷射吹塑法、真空模压法、旋转模压法和注模法。

制成真空容器的一种常规方法就是一种被广泛采用的拉伸吹塑法，在这种方法中，一般采用一种由三个部分组成的模具，该模具包括有两个相对的侧面部件和一个底模/上推模。通常情况下，一个被加工成试管状的注塑塑坯(也叫做型坯)被插入模具的顶部。将一个杆插入型坯内部，该杆用于将型坯拉伸到模具的底部，此时压缩空气被压入型坯内，从而使型坯首先朝向侧面模具部件的中心向外拉伸，接着覆盖并围绕在上推模具/底模上。在注塑工艺开始前，型坯一般是非定形的；但是，在对型坯进行拉伸后，分子将排列成行，从而形成一种抗拉强度很高的容器。

一种更为通用的方法就是利用注塑工艺制成部件。注塑装置一般用于以下述方式模压塑料部件和一些金属部件：将液态或熔融的塑料或粉末状金属以塑性混合料的形式压入到多个具有特殊形状的模具空腔内，在这些空腔内，塑料或塑性混合料被冷却并凝固，从而形成一个固体部件。为便于说明，在本文中，即使没有提及或具体说明，也应该知道：所引用的塑料和注塑模具也适用于粉末金属的注塑工艺和其它可由注塑法制成的成形部件所用的材料。

常规的注模一般被制造成两个独立的部分或两个独立的模具对拼部分，这两个模具对拼部分被构造成当使其相互配合或将其组装到一起时能够形成一个所需的内部模具空腔或多个所需的空腔。接着，将液态或熔融的塑料注入模具中，以充满模具的一个或多个内部空腔并使其冷却或凝固，从而根据空腔数量的不同而硬化成一个或多个坚硬的塑料部件，然后将两个模具对拼部分分开，以露出一个或多个坚硬的塑料部件，这样就可以将一个或多个部件从模具的一个或多个内部空腔内取出。

在许多种自动注塑装置中，脱模装置用于移动硬质塑料部件并将这些塑料部件从模具空腔内推出。常规的脱模装置包括一个或多个穿过模具对拼部分之一延伸到空腔内的细长顶杆和一个致动器，该致动器与顶杆相连接，用于使顶杆沿纵向滑动并冲入空腔内，从而将坚硬的塑料部件从空腔内推出。但也可以采用其它类型的脱模装置，例如机械手、刮板或其它部件。这些脱模器通常可以有效地移动坚硬的塑料部件并将塑料部件从模具空腔内有效地推出，但是这些脱模器并非十分安全。不论脱模器是否工作，坚硬的塑料部件粘附或悬挂在模具空腔内的情况仍然时有发生。一个非常普通的技术就在于将脱模器设计成能够连续、快速地动作或冲击的结构形式，例如每当需要将坚硬的塑料部件取出时，脱模器都可以连续动作四或五个冲程，这样，如果一个部件在受到脱模器的顶推后仍然粘附在模具空腔上或者不能将该部件从模具空腔内取出，那么脱模器随后的一次或多个撞击将可能使该部件移动。对于在模具内移动经模压制成的硬质塑料部件或将塑料部件从模具中取出而言，这种多冲程的脱模器通常都是有效的。但是，多冲程的脱模器还存在一些缺陷，这些缺陷包括：每当模具被打开时，在模具再次关闭以对下一部件进行注塑加工之前，多冲程脱模器的周期性工作都会需要更多的时间才能将硬化的塑料部件顶出；而且这种多个周期的工作还会增加脱模器和模具的磨损和断裂。因此，在大批量生产线反复工作过程中，经过数日、数周和数月后，这些附加的时间、磨损和断裂都将严重影响产品的数量和成本。

另一方面，塑料部件的粘附或没有完全将硬化塑料部件推出还可能使模具造成很大的损坏，而且浪费了大量的生产时间。在大部分注模生产线上，注模机都是自动操作的，一旦将所需的模具安装到位，那么就会连续、反复地执行下述的循环操作：将模具的对拼部分闭合在一起，对其进行加热，将液态或熔融的塑料注入到模具的空腔内，然后冷却，以使模具中的塑料凝固或硬化并形成硬质塑料部件，接着打开模具的对拼部分或使对拼部分相互分开，将模压成形的硬质塑料部件推出，然后将模具的对拼部分重新合拢，以模压另一个部件或另一组部件。将液态或熔融的塑料注射到模具空腔内需要非常高的喷射压力，这样才能将空腔的所有部分及时填满，在注入塑料的过程中，这种高压可能会将模具的对拼部分推开。为防止在塑料的注入过程中使模具的对拼部分相互分离，大部分模压机都设置有能够将模具的对开部分顶推到一起或使模具的对拼部分固定在一起的大功率机械式推杆或液压油缸。如果在前一循环中没有将硬质塑料部件从模具对拼部分之间推出或完全取出，那么大功率的机械式推杆或液压油缸将试图在硬质塑料部件上合拢模具的对拼部分，这样通常会损坏模具对拼部分之一或全部。模具通常由不锈钢或其它硬质金属经精密加工而成，因此更换模具的成本极高，而且更换模具所需的停机时间也很长，这样就降低了产量。模具空腔内的一些塑料与空腔内正被模压的部件的其它部分彼此分开，而且当模压部件的其它部分脱模时，这些塑料仍然滞留在模具空腔内的情况并不常见。残留的材料将有碍于向空腔内正确的填入材料和对后面的部件进行模压，这样就使后面的模压部件存在瑕疵。在自动化的生产线上，操作人员在检测到有缺陷的部件并使注塑机停止工作、以解决问题之前，会生产出大量的有缺陷部件。

为避免出现上述的模具受损、停机时间和制造出缺陷部件的问题，人们开发出了许多种技术，用于在允许机械推杆或液压油缸合拢模具前，检测或确定硬质塑料部件是否已经完全从模具中脱出或将其取出。这种技术包括光束传感器、图像检测装置、气压传感器、真空传感器等等。授权给Kosaka等人的美国专利4841364是图像检测装置的一个实例，在该装置中，多个与一图像装置相连接的摄像机将处于打开状态下的模具对拼部分的视频图像拍摄下来，用来利用计算机与存储在存储器中的空置状态下的模具对拼部分的视频图像进行比较，从而检测出模具空腔内所有未被取出的塑料部件或残余塑料材料。授权给Shibata等人的美国专利4236181也是图像检测装置的一个实例，在该装置中，多个光电传感器设置在一个CRT的面板上，其能够以电学的方式检测出一个部件是否已经脱模的情况。

作为对上述装置的一种改进，授权给Kachnic等人的美国专利提供了一种用于注模机上的跳越式脱模装置，该装置包括：一个图像检测系统，该系统用于在部件脱模器动作后采集处于打开状态下的模具的实际图像；一个控制器，该控制器用于将实际图像与处于打开状态下的模具的理想图像进行对比，从而确定部件是否仍然存留在模具中。如果这样的话，那么控制器就会输出一个脱模器信号，从而使脱模器再次循环工作。此外，授权给Kachnic等人、Kosaka等人和Shibata等人的专利还提供了一种用于检测缺陷部件的装置。

但是，与本发明的装置和方法相比，这些现有的装置存在很多缺陷。具体而言，上述的装置一般采用能够采集模具图像的电荷耦合器(CCD)摄像机。CCD摄像机能够在可见光的光谱范围内看到物体，而可见光的光谱被限定为波长介于400nm至780nm之间的电磁辐射，另外，CCD摄像机还要受到注模机周围的照明环境的影响。一般情况下，由于在一个制造环境中存在着高架荧光灯、天窗、高架起重机、操作人员和许多其它因素，因此很难对照明环境进行控制。因此，在采集图像，同时与前一图像进行对比的过程中，即使照明环境中出现一个微小的变化都将使检测工作遭到错误的拒绝。

因此，很清楚，需要提供一种设置有图像检测装置的部件成形机，这种图像检测装置不受在常规制造过程中可能发生的各种环境照明变化的影响，而且能够减少被误拒的可能性。因此，本发明旨在提供这样一种改进。

发明内容

根据本发明的主要方面，本发明大体上是一种设置有红外线或近红外线图像检测装置的部件成形机和一种用于检验成形机内是否存在模压部件和模压部件质量的方法。

本发明的一个特征和优点在于提供一种经过改进的新型部件成形机，这种部件成形机具有红外线图像检测性能，即能够抓拍到模具的红外线或近红外线图像并确定是否存在模压部件和/或模压部件质量。

本发明的另一特征和优点在于提供一种经过改进的新型部件成形机，这种部件成形机具有可以减少现有技术中由于环境照明的影响而产生的误拒绝次数的红外线图像检测功能。

本发明的又一特征和优点在于提供一种经过改进的新型部件成形机，这种部件成形机具有可提高图像检测装置之精确度的红外线图像检测功能，从而提高部件成形工艺的效率。

本发明的再一特征和优点在于提供一种经过改进的新型部件成形机，这种部件成形机设置有可在不同的可见光强度和设定值条件下精确工作的红外线或近红外线图像检测装置。

本发明的另一特征和优点在于提供一种通过应用红外线和近红外线图像装置来检验在部件成形机内是否存在模压部件和模压部件质量的改进的新方法。

本发明的又一特征和优点在于提供一种不论部件成形机的可见光环境照明情况如何都能够用于检验在部件成形机内是否存在模压部件和模压部件质量的改进的新方法。

本发明的再一特征和优点在于提供一种用于检验在部件成形机内是否存在模压部件和模压部件质量的改进的新方法，该方法可减少误拒绝的次数，从而提高部件成形机的效率和产量。

本领域的技术人员通过阅读附图、说明书和权利要求书将会清楚本发明的目的、特征和优点。

附图说明

通过参照附图阅读下面对最佳和可选实施例的详细说明，可以更好地理解本发明，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的结构和类似的部件，其中：

图1为安装有一个IR图像检测装置的常规注模机的透视图；

图2为图1所示的注模机的局部剖视图，图中示出了处于缩回位置上的脱模器；

图3为图1所示的注塑机的局部剖视图，图中示出了处于伸出位置上的脱模器；

图4为一种被称为跳越式脱模装置的现有技术的逻辑流程图；

图5为一种被称为跳越式脱模装置的现有技术的控制部分的功能方框图；

图6为注模机的控制器和分析部件的功能方框图。

具体实施方式

在对图示的本发明之最佳实施例进行说明的过程中，为简明起见，采用了一些特定的术语。但是，本发明并非局限于这些所选的特定术语，应该理解：每个特定的部件都包括能够以类似方式工作并实现类似功能的所有等同替换。

对于在本说明书中所描述的所有实施例而言，应该知道：在本发明的范围内，还可设置一些可选的特征，这些特征包括：从美学上讲令人感觉愉快的色彩和表面设计、标签和商标等，但并非局限于此。

为更好地理解本发明的装置及方法，了解一些现有的常规注模机的基础知识是有帮助的。因此，参照图1至3，图中示出了一种传统的自动注模机10，该注模机10安装有一个包括两个模具对拼部分14、16的模具12、一个滑动式的杆状脱模部件18和一个红外线(IR)传感器310，该传感器310用于以电子格式采集处于打开状态下的模具对拼部分14内的红外线或近红外线视频图像，这种电子格式能够被数字化并可存储在存储器内，而且经过处理后，能够检测到模具对拼部分14内是否存在塑料部件或塑性材料。在最佳实施例中，IR传感器310是一个IR摄像机；但是，也可以采用其它形式的IR传感器。

整体上说，这种示意性的传统注模机10包括两个压板24、26，这两个压板被安装在一个机架上，该机架由四个细长的实心架杆28、20、32、34构成，这四个架杆用于安装模具12的两个对拼部分14、16。固定压板24被固定连接到架杆28、30、32、34上，而活动压板26可滑动地安装在架杆28、30、32和34上，从而使压板26能够相对固定压板24沿箭头36所示的方向往复移动。因此，安装在活动压板26上的模具对拼部分16也可以相对另一个安装在固定压板24上的模具对拼部分14沿箭头36所示的方向移动。一个能够施加一个巨大轴向力的大型液压缸或机械杆38与活动压板26相连接，以用于将模具对拼部分16移动到与模具对拼部分14相互接触的位置上并在将液态或熔融的塑料注入到模具12中时，使对拼部分14、16非常紧密地保持在一起，如图2所示。大部分模具12还包括多个内部导管15、17，这些导管用于使加热流体和冷却流体(例如热水和冷水)通过各个模具对拼部分14、16循环流动。冷却流体进送软管19、21将导管15、17与流体源和泵送装置(未示出)连接在一起。热流体通常在导管15、17内循环流动，目的是在将液态或熔融的塑料40注入到空腔50内的过程中使模具12保持热度。冷流体在导管15、17内循环流动，目的是冷却模具12，从而允许液态或熔融的塑料40固化成图3所示的硬质塑料部件22。一般的注塑机或挤压装置42可包括一个注入管44，该注入管44上设置有一个螺旋推进器45，该螺旋推进器45用于将液态或熔融的塑料40经固定压板24上的孔46和模具对拼部分14上的导管48压入模具空腔50内，其中模具空腔50是通过机加工或其它方式设置在模具对拼部分16内的。在许多应用场合下，在模具12中设置有一个以上用于模压循环的空腔。在具有多个空腔的模具中，需要设置多个能够将硬质模压部件从所有空腔内顶出的脱模器。塑料挤压装置42还包括一个用于将颗粒状的固体塑料41添加到注射管44内的漏斗52、一个加热线圈47或其它加热装置和一个用于驱动螺旋推进器46的电机54，其中该其他加热装置缠绕在管44上，用于将颗粒状塑料41加热到足以使在管44内的塑料熔化成液态或熔融塑料40的程度。

如图2所示，在将液态或熔融的塑料40注射到模具12内，以将模具空腔50填满后，在模具空腔内的塑料40按照上述方式固化后，液压缸38开始动作，以将模具对拼部分16与模具对拼部分14拉开，从而能够将硬质塑料部件22从模具空腔50内推出。IR传感器310首先采集模具对拼部分16的图像，然后对图像进行分析，从而确定模具对拼部分16内是否存在部件22。如上所述，可利用多种机构或方法将硬质塑料部件22推出，但本发明的机构和方法更加有效，效率也更高，图1至3所示的脱模器18只是一个便于对本发明进行说明的实例。该脱模器18包括两个可滑动的脱模杆56、58，这两个脱模杆穿过活动压板26和模具对拼部分16延伸到模具空腔50内。当模具12被闭合，以将塑料40注入到模具空腔50内时，如图2所示，脱模器56、58伸出，但并未伸入模具空腔内。但是，当模具12被打开时，如图3所示，脱模器的驱动机构60就会将脱模杆56、58顶推到模具空腔50内，以撞击并移动硬质塑料部件22并将其推出空腔50，其中驱动机构60包括有两个小型的液压缸62、66和一个连接到脱模杆56，58的横杆68。由于脱模杆56、58的一次撞击或顶推有时不足以移动塑料部件22并将硬质塑料部件22一直推出空腔50，因此一般要使脱模器的驱动机构60循环动作若干次，以使脱模杆56、58重复性地往复进出空腔50，这样，如果已经硬化的塑料部件22仍然滞留在空腔内，那么就再撞击和顶推若干次，从而将硬质塑料部件22不完全脱模的情况降低到最少。接着，聚焦在模具对拼部分16内的IR传感器310将采集模具对拼部分16的图像，包括空腔50的图像，并将图像以电子格式发送到图像处理系统，在图像处理系统内，计算机或微处理器将图像数字化并与模具对拼部分16的理想图像及空置的模具空腔50的理想图像进行比对。如果图像比较结果表明模具空腔50是空的，而且已经将硬质塑料部件22从模具对拼部分16内清出，那么液压缸38就会动作，以使模具12闭合，从而开始新的模压循环。另一方面，如果图像比较结果表明硬质塑料部件22尚未从空腔50内移出或从模具对拼部分16内清出，那么液压缸38就不能关闭模具12，而且会产生一个信号，通知操作人员检查模具并将所有残余的塑料或硬化的模压部件22从空腔50和模具12内清出，然后重新起动注模机10。

如上所述，用于传统注模装置上的脱模杆56、58的反复循环工作减少了硬化塑料部件22未移离空腔50和从模具对拼部分16内取出的可能性。但是，对于许多情况而言，当脱模杆56、58的一次撞击很难推动硬化塑料部件22并将其推出时，就需要脱模杆56、58以更多的次数进行撞击或顶推，每当模具12被打开时，脱模装置18就会反复工作，这种反复工作也会浪费很多时间，而且会使脱模装置18和模具12产生不良的磨损和断裂。作为一种改进，授权给Kachnic等人的美国专利5928578经常被采用，在该专利中，脱模装置18仅在需要时才会动作。例如，在塑性部件的模压过程中，替代每当模具12被打开时就使脱模杆56、58以固定的数量进行撞击或循环，使脱模杆56、58以可变的数量进行撞击或循环，从而满足各种模压周期的脱模需要。撞击循环是否重复进行决定于通过IR传感器装置300得到的模具12的图象。

在最佳实施例中，IR传感器装置300一般包括IR传感器310和用于分析来自IR传感器310的图象并用于将模具对拼部分14、16内是否存在模压部件的信息传送给部件成形机的控制装置72的部件330。分析部件330最好是一种可编程的计算机，计算机可用于通过程序分析IR图象，以确定在模具12内是否存在部件并将结果传送给部件成形机的控制部件72。如果给出一些已知的参数，那么本领域的技术人员就能够开发出用于分析模具12的IR图象或近IR图象的软件。分析部件330最好与部件成形机的控制部件72一体制成；但是，也可以采用一个与部件成形机的控制部件72联通的独立控制器/电脑。

对由IR传感器310获得的第一IR图象或近IR图象进行分析，以确定部件22是否存在于模具的活动部分内。接着，脱模杆56、58开始执行第一循环。在本发明的一个实施例中，如图4所示，在脱模杆56、58伸出和缩回完成一个周期后，仅当由IR传感器310和分析部件330记录下来的第二IR图象或近IR图象表明硬化塑料部件22尚未从空腔50内移出或从模具12内取出时，脱模装置18才会再次动作。

在图4所示的第一状态A下，分析部件330通过一个电接口72或通过其它数据通讯部件将模具关闭的信号发送给注模机10。在响应过程中，包括有一液压缸驱动器的关闭/打开机构驱动液压缸38，以将模具16与模具14闭合并将模具16压靠在模具14上，接着塑料挤压装置42开始工作，目的是将液体或熔融的塑料注入到模具12内，形成塑料部件。在经过足够时间使塑料硬化后，工序沿箭头76所示的方向进入状态B，在该状态B下，液压缸38受到驱动，从而沿远离模具14的方向拉动模具16。当模具12打开时，如状态B所示，IR传感器310将采集打开的模具对拼部分16的IR图象或近IR图象并通过电缆78将图象传送给分析部件330，分析部件330将这些图象与模具对拼部分16的理想图象进行对比，其中理想图象应该出现为具有在空腔内的正确形成塑料部件22。分析部件330的这种对比功能在图4中由判定块80表示。按照这种顺序，此时在模具对拼部分16内应该有一个完整成形的硬化塑料部件22。因此，如果在判定块80处的对比表明：在模具对拼部分16内没有塑料部件22，或者塑料部件22的确存在，但没有完整成形，那么分析部件330就会停止指令序列并向警报器82或其它部件发送一个信号，如箭头84所示，以通知操作人员86进入并检查注塑机10。但是，如果对比结果表明在模具12内有一个完整成形的塑料部件22，那么正如我们希望的那样，分析部件330使该指令序列继续执行，如箭头88所示，并通过经注塑机控制器72发送一个信号而进入状态C，从而启动脱模部件18，以使脱模杆56、58伸出，从而循环一次，以将硬化塑料部件推离模具对拼部分16。但是，如上所述，有时，脱模杆56、58伸出一次并不能将硬化塑料部件22从模具对拼部分16内移出或清出。因此，分析部件330使指令序列进入状态D，如箭头90所示。

在状态D下，分析部件330通过电缆78采集到另一个来自IR传感器310的IR图象或近IR图象并将该图象与一个存储在存储器内的模具对拼部分16的理想图象进行对比，如判定块92所示，该理想图象是在已将硬化塑料部件22从模具对拼部分16内清出，而且模具空腔50(在图4中未示出)为空时的图象。如果在判定块92处的对比表明部件22已被清出，而且腔体50是空的，那么分析部件330就会继续执行箭头94所示的指令序列并通过经注塑机控制器72发送一个信号而返回状态A，从而驱动液压缸38再次关闭模具12并驱动挤压装置42，以再次将模具12内装满塑料。另一方面，如果在判定块92处的对比结果表明部件22被粘附在模具对拼部分16内(如虚线22’所示)或者没有被完全清出，那么分析部件330就会按照箭头96所示的方式检查脱模器56、58伸出或循环的次数。如果如判定块98所示，脱模杆56、58已经以合理的次数循环动作过，例如5次，仍然没有将部件22成功移出或清出，那么分析部件330就会停止执行指令序列，而且将一个信号发送给警报器82或其它部件86，以通知操作人员。但是，如果努力的次数没有超过该数量，例如5次，那么分析部件330就会通过经控制器72向脱模驱动器发送一个信号而使程序返回状态C，如箭头102所示，从而使脱模杆56、58再次启动或循环，以再次撞击或顶推部件22。接着，分析部件330继续执行程序，如箭头90所示，进入状态D，在该状态下，利用IR传感器310采集模具对拼部分16的另一IR图象或近IR图象并在92处再次与理想图象进行对比，在理想图象中，模具对拼部分16应该露出，而且部件已被清出。如果部件22已在脱模杆56、58最后的伸出或循环动作下被成功清出，那么程序进入状态A，如箭头94所示。但是，如果在92处的对比结果表明部件22’仍然处于粘附状态或仍然未被清出，那么分析部件330就会在98处核对努力的次数，如果没有超过该数量，例如5次，那么程序将再次返回状态C。在判定块98内设定的努力次数可以是任意的数字，但最好设定一个数量，例如5次，我们相信该数量能够使脱模杆56、58有足够的循环或伸出，以将部件22以合理的希望方式移出或清出，这样就不会徒劳。这样，当部件被粘住时，就可以使脱模杆56、58的伸出和缩回得以多次循环进行和使用，但是当部件22已经从模具中移出和清出，本发明可防止脱模杆56、58作不需要的重复动作。

应该知道：尽管上述的IR传感器是在与跳跃式脱模装置组合使用时得到说明的，但IR传感器可与任何部件成形机一起使用。还应该知道：可以采用任意数量的IR传感器。

此外，还应该注意：还可以采用本领域公知的IR发射源，其中发射源可以发射出IR或近IR频率，以利于模具/部件的成象。还可以采用一个红外线过滤器，这样就可以防止非红外线频率进入IR传感器，以允许IR频率通过。

上面已经对本发明的实施例作成了说明，但是本领域的技术人员应该知道：上述的内容仅是举例性的，在本发明的范围内，可以对其作成多种变换、修改和替换。因此，本发明并非局限于上述的实施例，其范围仅由所附的权利要求书来限定。