聚氨酯型材的加工生产线及控制系统的制作方法

本发明涉及聚氨酯加工，具体地说，涉及聚氨酯型材的加工生产线及控制系统。

背景技术：

1、聚氨酯型材加工生产线用于原材料准备、成型、加工、检测、包装等多个环节，旨在实现聚氨酯型材从原料到成品的连续、高效、自动化生产。

2、现有的聚氨酯型材加工生产线及控制系统已广泛采用了图像处理技术的上件移载机，由上件移载机抓取输送带上的聚氨酯型材并准确地将其放置于成品预处理段的工位上，能够快速、准确地抓取输送带上已完成初步加工的聚氨酯型材，并将其精准地放置到成品预处理段的指定工位上；

3、然而，在实际生产环境中，可能会遇到强烈反光、阴影、局部遮挡等情况，导致上件移载机对聚氨酯型材识别能力降低，因此，提供聚氨酯型材的加工生产线及控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供聚氨酯型材的加工生产线及控制系统，以解决上述背景技术中提出的在实际生产环境中，可能会遇到强烈反光、阴影、局部遮挡等情况，导致上件移载机对聚氨酯型材识别能力降低的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了聚氨酯型材的加工生产线，包括若干型材成型与初加工段、成品预处理段、喷漆段和成品筛选段，若干型材成型与初加工段一侧设置有输送带，所述输送带用于将经型材成型与初加工段加工成型的聚氨酯型材统一输送至后续工位，所述输送带一端设置有上件移载机，所述上件移载机用于抓取输送带上的聚氨酯型材并准确地将其放置于成品预处理段的工位上；

3、所述成品预处理段包括自动检测区，所述自动检测区用于检测聚氨酯型材质量，识别并自动剔除存在缺陷的次品，合格的聚氨酯型材通过输送装置经自动检测区依次送入打磨区和除尘区；

4、所述喷漆段包括底漆喷涂区和面漆喷涂区，经喷漆段涂装完成后的聚氨酯型材被送入成品筛选段进行质量检测，成品筛选段用以对聚氨酯型材的良品与次品进行区分；

5、具体的，底漆喷涂区包括底漆室、烘烤段、燃气加热室和凉冷段；

6、底漆室用于对聚氨酯型材进行底漆喷涂，待底漆喷涂完成后，将聚氨酯型材送入烘烤段，并采用燃气加热的方式进行烘干固化，用于加速底漆的化学反应和干燥过程，形成牢固的漆膜，其中，燃气加热室用于产生热量并通过热交换器或直接送风的方式将热量传递到烘烤段，从烘烤段出来的型材温度较高，通过凉冷段进行冷却至接近室温，防止过快冷却导致漆膜应力过大或后续工序处理时烫伤工人，凉冷段通过自然对流或强制风冷实现降温；

7、进一步的，面漆喷涂区包括面漆室，还包括与底漆喷涂区相同的烘烤段、燃气加热室和凉冷段。

8、作为本技术方案的进一步改进，所述型材成型与初加工段均包括纱架、注胶区、拉挤区和切割区，其中，纱架上还设置有自动供料装置、自动调温装置、自动调湿装置以及中央空调控制模块；

9、所述纱架用于存储并提供制造聚氨酯型材所需的纤维材料，并为注胶工序提供纤维材料；

10、所述注胶区用于混合、配制和精确施加聚氨酯树脂体系；

11、所述拉挤区用于连续牵引增强纤维材料通过树脂浸渍区，使纤维完全浸渍在聚氨酯树脂中，然后通过模具树脂固化成型为具有预定截面形状的连续型材；

12、所述切割区用于对生产的聚氨酯型材进行定长切割。

13、作为本技术方案的进一步改进，所述成品筛选段包括质量检测装置和成品分拣机构；

14、其中，所述质量检测装置用于对喷漆质量进行评估，所述成品分拣机构基于对喷漆质量评估的结果，基于预设的质量标准和分级规则，执行分拣动作，进行良品和次品的分类，如成品分拣机构改变输送带方向、启动推板推送产品至指定区域、由机械手抓取并放置到对应容器中。

15、另一方面，本发明提供了一种聚氨酯型材的加工生产线控制系统，聚氨酯型材的加工生产线控制系统用于上述任意一项所述的聚氨酯型材的加工生产线，所述聚氨酯型材的加工生产线控制系统包括自动移栽单元、次品筛分单元、质量检测单元和成品筛分单元。

16、作为本技术方案的进一步改进，所述上件移载机基于自动移栽单元实现对聚氨酯型材的定位抓取和转移操作，且自动移栽单元包括控制模块、驱动与传动模块、感知与测量模块、末端执行器模块；

17、其中，所述控制模块用于处理模块间数据并发送控制指令；

18、所述感知与测量模块基于传感器技术和图像处理技术对聚氨酯型材进行实时识别与定位，并为驱动与传动模块和末端执行器模块提供数据支持，其中，传感器技术基于摄像头捕捉型材图像；

19、所述驱动与传动模块用于提供精确的动力输出，基于感知与测量模块识别的数据驱动末端执行器轴向运动；

20、所述末端执行器模块基于感知与测量模块识别的数据，控制末端执行器的抓取聚氨酯型材。

21、作为本技术方案的进一步改进，所述图像处理技术基于模板匹配算法对捕捉的聚氨酯型材图像进行解析，提取出聚氨酯型材的位置、姿态信息，其中，所述图像处理算法涉及的具体步骤为：

22、s6.1、根据生产线上待识别的聚氨酯型材种类，选取代表目标聚氨酯型材特征的模板图像，聚氨酯型材特征包括边缘、轮廓、纹理、标记信息；

23、s6.2、将摄像头采集到的图像作为搜索图像，使用模板匹配算法进行模板匹配；模板在图像上滑动，计算每个位置的相似度，找到全局最大值对应的坐标；

24、s6.3、匹配得到的最大相似度位置即为型材在图像中的位置；该位置信息用于以指导机器人进行抓取；

25、s6.4、根据提取的型材位置和姿态信息，控制模块计算并发送指令给末端执行器模块，精确调整其末端执行器的位置和姿态，进行型材的抓取和移栽操作；

26、提取出型材的位置、姿态信息被实时反馈给控制模块，用于生成精确的移栽指令；另一方面，直接提供给驱动与传动模块和末端执行器模块，作为它们执行动作的依据。

27、作为本技术方案的进一步改进，所述s6.2中，模板匹配算法具体为：

28、对模板图像中的每个像素，计算其均值

29、

30、其中，对搜索图像中模板覆盖的区域，计算器均值

31、

32、式中，t表示模板图像；表示模板图像的均值；i表示搜索图像；表示搜索图像窗口w的均值；m·n表示模板图像t的尺寸；ti,j表示模板图像中位于第i行第j列的像素值；表示搜索图像窗口w中位于第i行第j列的像素值；w表示搜索图像窗口，搜索图像中与模板尺寸相同的窗口区域，随着模板在搜索图像上的滑动，w代表当前模板覆盖的图像区域；

33、计算模板图像与搜索图像窗口中对应像素值的乘积之和，减去各自均值的乘积，得到归一化交叉项

34、

35、式中，c表示归一化交叉项；

36、计算模板图像和搜索窗口的自相关项，即各自像素值与均值差的平方和，然后取平方根得到归一化常数

37、

38、

39、式中，a表示搜索图像窗口w的归一化常数；b表示模板图像t的归一化常数；

40、归一化互相关值计算

41、

42、式中，ncc(w,t)表示搜索图像窗口w与模板图像t的相似度，取值范围为-1到1。

43、在聚氨酯型材加工生产线控制系统中，通过对模板图像和搜索图像进行相似度度量，以识别和定位待移栽的聚氨酯型材，在整个搜索过程中，模板t在搜索图像i上以一定的步长滑动，每次滑动后计算对应窗口w与模板的ncc值,滑动完成后，找到ncc值最大的位置，对应的搜索窗口中心坐标即为模板在搜索图像中的最佳匹配位置，选择ncc值最大处作为模板的最佳匹配位置，从而确定型材在图像中的准确位置信息，为后续的抓取与移栽操作提供指导。

44、作为本技术方案的进一步改进，所述自动检测区基于次品筛分单元实现对聚氨酯型材次品的筛选，且次品筛分单元包括数据采集模块、图像处理分析模块、质量评估模块和决策控制模块；

45、其中，所述数据采集模块用于实时采集型材的视觉图像和尺寸参数数据；

46、所述图像处理分析模块基于u-net算法模型对图像进行实时分析，识别聚氨酯型材是否存在缺陷；

47、所述质量评估模块基于预设的质量标准和阈值，对缺陷数据进行直接比较；

48、所述决策控制模块根据质量评估模块对比的结果，对型材进行等级划分，根据缺陷等级，触发相应的剔除动作，如当次品到达预定位置时，启动气缸或电动推杆驱动的推板，将次品从主输送线推离，送入指定的次品收集区域，确保次品及时从生产线中移除。

49、作为本技术方案的进一步改进，所述u-net算法模型的具体建模步骤为：

50、s9.1、收集包含聚氨酯型材的图像数据集；

51、s9.2、为每张图像标注出缺陷区域，生成像素级的二值掩码，其中缺陷区域标为特定类别，如1代表缺陷，0代表背景或正常区域；

52、s9.3、对图像进行标准化、归一化、缩放等预处理，将标注的掩码数据转换为one-hot编码格式；

53、s9.4、将数据集划分为训练集、验证集和测试集，用于模型训练、超参数调整和最终性能评估；

54、s9.5、构建u-net模型，并设置dice系数损失作为的损失函数，设置sgd优化器；

55、s9.6、将训练集数据输入模型进行前向传播，计算损失，使用反向传播更新模型参数，在每个训练周期结束后，使用验证集评估模型性能，监控损失曲线和指标，并根据验证集表现调整超参数或执行早停策略；

56、s9.7、将训练好的u-net模型集成到次品筛分单元中，实时接收摄像头采集的型材图像，通过u-net模型推理得到缺陷分割掩码，根据掩码信息，控制系统触发次品剔除动作。

57、作为本技术方案的进一步改进，所述成品筛选段基于质量检测单元和成品筛分单元实现喷漆质量检测和良品分类；

58、其中，所述质量检测单元基于faster r-cnn目标检测模型，识别喷漆部件是否存在明显的局部缺陷，如橘皮、流挂、色差、灰尘、划痕；

59、faster r-cnn目标检测模型通过生成候选区域，对每个候选区域进行分类和边界框回归，从而准确识别并定位喷漆部件上的各类缺陷；

60、所述成品筛分单元基于质量检测单元识别的结果，基于预设的质量标准和分级规则，控制成品分拣机构做出分拣决策，如果评估结果显示为良品，则保持产品在原输送线路径上继续前进；如果评估结果显示为次品，则触发相应的分拣动作。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果：

62、1、该聚氨酯型材的加工生产线及控制系统中，在成品预处理段设置有上件移载机，由上件移载机抓取输送带上的聚氨酯型材并准确地将其放置于成品预处理段的工位上，通过机械化、自动化的方式代替人工搬运，能够快速、准确地抓取输送带上已完成初步加工的聚氨酯型材，并将其精准地放置到成品预处理段的指定工位上。相较于人工操作，机器移载的速度更快，不受疲劳影响，可实现连续作业，显著提高了生产节拍和整体加工效率。

63、2、该聚氨酯型材的加工生产线及控制系统中，上件移载机基于自动移栽单元实现对聚氨酯型材的定位抓取和转移操作，自动移栽单元通过模板匹配算法对捕捉的聚氨酯型材图像进行解析，具备较强的抗干扰能力，能够有效消除全局亮度和对比度变化的影响，确保在光照条件变化或背景复杂的情况下仍能维持较高的匹配精度，使移载机在面对生产环境中的常见变量时，依然能稳定、准确地定位和抓取型材。