旋转型注塑叶片缺料故障在线诊断装置

摘要

本发明涉及一种旋转型注塑叶片缺料故障在线诊断装置，属于产品质量在线监测技术领域，可自动识别注塑叶片的质量缺陷。该装置包括：传感器模块、模拟信号处理模块、电源模块、直流电机旋转平台模块、单片机中央信息处理模块及双色LED故障显示模块。本发明的装置，可用于注塑叶片的工业生产线上，可对注塑叶片的缺料故障进行在线即时监测与识别。

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转型注塑叶片缺料故障在线诊断装置，属于产品质量在线 监测与诊断技术领域，主要用于在线监测及诊断注塑叶片质量缺陷。

背景技术

注塑叶片是空调、空气净化器等设备送风叶轮的重要零部件之一，它的质量 好坏直接影响了设备的空气动力性能和噪声性能。注塑叶片通过焊接工艺组成注 塑件，通过多个注塑件的焊接组成送风叶轮，在其生产过程中会出现注塑叶片缺 料或缺叶等质量问题。在很多注塑叶片加工企业中，注塑叶片的缺料检测主要依 靠人工进行检测，人工检测除了人工成本的增加外，还存在一些不容小视的缺点： 一是完全凭主观判断，没有客观数据依据，易造成误判；二是经过长时间工作， 人眼容易疲劳，可能出现错判、漏判现象，效率和准确性都比较低。所以，用自 动化检测方法代替人工检测非常迫切。

空调、空气净化器等设备送风叶轮部件是由注塑叶片焊接而成的，为了保证 送风效率和降低送风产生的噪声，叶片结构设计较为复杂，由众多叶片组成的风 轮中每个叶片的角度、间隙都是不相等的，这就给自动化检测带来很大困难。所 以，到目前为止，仍没有一种普遍适用的自动化检测设备。

目前，针对注塑件的注塑叶片缺料故障，国内外主要是借助ＣＣＤ或ＣＭＯ Ｓ等图像采集技术，对采集到的图像进行处理和判断。根据资料（刘薇.贯流风 叶焊接机视觉定位系统实现[J].制造业自动化，2012,13.第12期，51-53；徐文， 叶世栋.贯流风扇叶缺陷自动检测系统的设计[J].机电工程技术，2012,41.第05 期，34-38），这些技术离实际应用仍有一定的距离。基于机器视觉的图像监测设 备可用于注塑叶片的缺陷检测，但其存在的问题也比较突出，由于叶片形状的不 规则性导致图像分割与识别工作量较大，为了保证高识别率，需要提高ＣＣＤ器 件的性能，进而导致成本增加，在成本严格控制的时代不适合企业大面积推广。

发明内容：

为了解决注塑叶片的检测精准度不高，检测成本高的技术问题，本发明提出 了一种基于近红外传感器阵列的旋转型注塑叶片监测方法，该方法采用直线型红 外ＬＥＤ发射阵列，基于凹形塑模旋转平台，对置于旋转平台上的注塑件进行发 射和接收红外光，通过采集经过注塑叶片透过的红外光，再由单片机系统诊断和 识别，实现了注塑叶片缺陷的在线监测。

本发明的目的是提出一种注塑叶片缺陷在线诊断装置，该装置采用近红外光 技术，能够实现即时在线注塑叶片质量监测与缺陷诊断。

本发明提出的旋转型注塑叶片缺料故障在线诊断装置，由传感器模块、模拟 信号处理模块、电源模块、直流电机旋转平台模块、单片机中央信息处理模块以 及双色LED故障显示模块组成。

（1）传感器模块，所述传感器模板由近红外传感器发射阵列和接收阵列组成； 近红外传感器发射阵列向被测注塑叶片发射近红外光束，近红外传感器接收阵列 接收透过注塑叶片的近红外光波，作为故障诊断的监测信号源；

（2）模拟信号处理模块，由发射电路模块、接收电路模块以及信号处理电路 组成，用于信号的采集、放大和滤波处理；

（3）电源模块，给传感器、模拟信号处理电路、电机旋转平台、单片机及 LED故障显示模块供电；

（4）直流电机旋转平台模块，由低速直流电机、凹形塑模平台及金属支撑底 座组成，通过平台的旋转带动注塑件转动实现对注塑叶片的全面检测；

（5）单片机中央信息处理模块，用于接收阵列传感器测得信号，对数据进行 运算处理及故障判断，并通过显示模块显示出缺料缺陷；

（6）双色LED故障显示模块，由红、绿两种颜色的LED组成，用于显示注 塑叶片是否存在缺料质量缺陷。

上述装置中的各模块的组成及功能主要包括：

（1）传感器模块，传感器分布方式如下：近红外传感器发射部分位于凹形 塑模平台的内圈，由若干型号相同的红外光发射传感器组成，不间断向外发射平 行红外线光束；近红外传感器接收部分位于凹形塑模平台的外圈，接收经注塑叶 片透射的红外光。

（2）发射电路模块是近红外传感器发射阵列驱动电路，驱动红外光发射阵 列不间断向外发射近红外光波；接收电路模块用于处理接收传感器阵列接收到的 光波信号，信号处理电路具有放大和滤波功能。

（3）电源模块将220V交流电转换为±5V直流电，供传感器模块、模拟信 号处理模块、单片机中央信息处理模块、直流电机旋转平台模块及LED故障显 示电路使用。

（4）直流电机旋转平台模块由凹形塑模平台、直流电机及金属支撑底座组 成，凹形塑模平台用于放置注塑件，注塑件放置于凹形塑模内圈和外圈之间，直 流电机的旋转带动凹形塑模底面的旋转，进而可以对注塑件的注塑叶片进行全面 测量。

（5）单片机中央信息处理模块中采用C8051F020单片机为核心，将多通道 传感器信号经单端放大和电平转换后送入单片机，用于实时检测和记录接收传感 器的信号，并对注塑叶片质量缺陷进行诊断与识别。

（6）双色LED故障显示，分别用红、绿两种颜色LED显示注塑叶片是否 存在质量缺陷。

采用本发明的技术方案，利用近红外线的抗干扰性强，发明检测效率高，识 别率高，本发明的成本低，适合大面积推广，在现有的注塑叶片缺料检测中具有 优势。

附图说明：

图1为本发明中旋转型注塑叶片缺料故障在线诊断装置系统组成图。

图2为本发明中的凹形塑模旋转平台示意图。

图3为本发明中实施例中传感器布设示意图。

图4为本发明中的被检测部件图。

图5为本发明中装置装配总图。

图6为本发明实施例中电路原理图。

实施例及具体实施方式：

下面结合附图及一个实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的装置中诊断装置系统组成图，电源模块给传感器模块、 模拟信号处理模块、直流电机选择平台模块、单片机中央信息处理模块以及双色 LED显示模块提供电源，传感器模块发射红近红外光和接收穿过待检测的注塑叶 片的红外光，模拟信号处理模块对信号进行滤波、放大、转换处理，单片机中央 信息处理模块对信号进行处理，同时将处理结果发送到LED双色显示模块，显示 出来。其中电源模块为常用宽电压输入的直流电平转换模块。通过电源模块，可 以得到±5V的电压。

如图2所示，本装置中凹形塑模旋转平台示意图。主要由凹形塑模平台的内 圈1，凹形塑模平台的外圈2组成，所述凹形塑模平台的内圈1上设有安装红外 LED发射阵列的内环插槽1-1，所述凹形塑模平台的外圈2上设有安装红外LED 发射阵列的外环插槽2-1，所述凹形塑模平台设置在旋转底座4上，凹形塑模平 台固定不动。

如图3所示，本装置中的传感器布设示意图，实例中采用上下放置对应的一 对发射、接收近红外传感器，每对采用5个相同型号发射传感器、1个接收传感 器（IR67-21C-TR10和PT17-21B-L41-TR8）分别放置于凹形塑模平台的内圈1、 凹形塑模平台的外圈2，其工作电压为+5V供电，用于监测注塑叶片。图3中圆 点为发射和接收电路板的对齐点，用来保证发射接收电路板位于同一铅垂线上。 其长方形为相应的传感器，数目按实际要求设定。

其平台的底面通过齿轮与直流电机相连，电机的旋转带动底面转动，进而使 放置于平台内圈与外圈之间的注塑件转动。其中平台内圈、外圈的插槽里分别放 置近红外传感器发射、接收阵列，并保证发射、接收阵列相互对齐，处于同一铅 垂线上。

如图4所示，为本发明中的被检测部件—注塑叶片的示意图，所述注塑叶片 放置在凹形塑模平台的内圈1和凹形塑模平台的外圈2之间。

本装置中LED故障模块，采用的普通发光二极管，有红、绿两种颜色，用于 显示注塑叶片的质量缺陷。实例中，红色代表叶片有缺料，不合格；绿色代表叶 片没有缺料，合格。

本发明实物装置及用于空调风叶注塑缺料检测的装配图如图5所示，可以快 速、准确自动识别注塑件的缺料缺陷，所述直流电机10通过支架11固定，支架 11的底部固定在底盘5上，支架11的顶端固定在旋转底座4上，所述直流电机 10通过小齿轮8与大齿轮9啮合，带动带动平台3旋转，被测工件放置在旋转 平台3上。旋转平台3通过轴承6与弹簧挡圈7与中心固定部12连接。被测工 件放置在旋转平台3上与其一起旋转，被测产品做匀速圆周运动，从而实现产品 的360度检测。

如图6所示，本装置中单片机中央信息处理单元电路，传感器信号经过模拟 信号处理模块后与单片机的A/D采集口AIN0、AIN1相连接，实例中，电机旋转 带动注塑件转动，传感器监测上下注塑叶片，传感器串接限流电阻，为提高近红 外发射阵列发射功率，限流电阻为300Ω，而接收传感器串接10KΩ电阻。

单片机型号为C8051F020，该单片机与C51系列单片机具有兼容的控制器内 核，采用流水线结构，指令执行速度大大提高，本例中晶振为22MHz，上、下两 路信号通过AD转换输入单片机，采集注塑叶轮转动一圈得到的数据，根据实验 所得数据阈值进行判断比较。实例中，对上、下路传感器输出的信号，经模拟信 号处理模块后，将模拟信号接入单片机A/D模数转换，通过已设定的程序处理， 将结果显示给LED故障显示。