基于視覺識別技術的智能壓合工藝裝備探討

李宗舟 陳 光 嚴 桃 鞏建樂 何愛民

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著科技的不斷發展，生活水平逐步提高，人們對冰箱和冷柜等低溫儲藏箱的需求量穩步增加。目前冰箱和冷柜等低溫儲藏箱，一般由箱體和門體組成，箱內溫度保持在低溫狀態主要由兩方面因素影響：一方面是隔熱保溫材料起到隔熱作用，箱體和門體發泡層中的聚氨酯、真空隔熱板等材料起到隔熱作用，保證箱外熱量不易進入到箱內；另一方面則是制冷系統的制冷作用，制冷系統由蒸發器、壓縮機、冷凝器和節流元件四大組件構成[1]。其中蒸發器是一個熱交換部件，承擔了冰箱向外散熱的主要任務，作用是通過制冷劑蒸發，吸收外界的熱量，從而達到冷凍、冷藏食品的目的，因此蒸發器裝配質量的好壞直接影響到產品的制冷性能[2,3]。

目前，在工業生產過程中，蒸發器的裝配工藝主要分為人工貼合和自動壓合，而這兩種方式均需使用壓合設備進行貼合工作。壓合設備主要由上、下模板組成，通過壓縮空氣驅動并保壓，其中上模板一般可多種類型冰箱通用，由于目前冰箱大小不同，為保證貼合效果，下模板需根據蒸發器類型進行選擇適合的下模板。人工貼合是由人工將產品搬運放入壓合設備進行壓合，根據不同產品更換不同下模板，壓合完成后人工取出并放入后道工序，這種貼合方式需要人工搬運產品，不僅具有效率低、操作勞動強度高和無法滿足實際生產加工需求的缺點，而且可能對搬運者和貼合者造成安全隱患和職業健康風險。由于人工貼合采用手工作業的貼合方式，無法確保產品一致性，當貼合不良時容易使蒸發器與內膽脫離，造成壓縮機長期不停機而導致冷藏箱膽背部結冰[4]。二是采用壓合工藝，自動壓合的貼合方式是將貼好蒸發器的產品通過傳送線進入自動壓合設備，壓合完成后通過傳送線輸入后道工序，因無法自動識別蒸發器種類，自動壓合通常只生產一種蒸發器產品，或由上道工序人員人工判斷，并通過按鈕等方式調整下模板，受限于設備尺寸及節拍，一般不超過兩種蒸發器產品，這種貼合方式可有效解決貼合造成的貼合不均、氣泡和脫粘等缺陷問題，產品質量一致性較好，但同時具有自動化程度低和壓合作業效率低的缺點，不利于大規模的工業生產[5]。人工貼合模式效率低、勞動強度大，自動壓模式適應產品型號受限，同時壓合設備無法對蒸發器的信息進行采集，無法滿足多型號共線生產[6]。

1 常規蒸發器壓合的裝配工藝

行業內主要采用的常規壓合方式是將內襯粘貼在蒸發器后，通過人工搬運的方式搬運到壓合機上，再根據型號選擇更換合適的下模板，人工進行壓合指令操作壓合設備完成貼合工作，最后由人工搬運至后道工序，其中圖1為普通壓合工藝設備的壓合工藝流程圖[5]。其中蒸發器壓合為人工搬運至壓合機，通過壓合機壓合后再搬運至后道工序，員工走動和搬運導致部分人力浪費，設備無防呆功能，在長時間的流水作業過程中可能對員工造成傷害[7]。而且通常廠家產品型號較多，現有自動化設備難以進行型號區分，只能人工進行輔助選擇，難以實現完全無人化、智能化操作。為此，需要一種能夠解決現有技術中存在問題的技術方案。

圖1 常規蒸發器壓合工藝流程圖

2 基于視覺識別技術的智能壓合方案

2.1 智能壓合設備技術方案

整個設備可分為四部分：上料機構、識別模塊、壓合模塊和下料滑軌。

圖2所示為上料機構結構示意圖，上料機構中裝有輸送帶，目的是將待壓合的蒸發器輸送至識別模塊，減少人力浪費。

圖2 上料機構

圖3、圖4、圖5所示為識別模塊結構示意圖，識別模塊用于識別蒸發器的型號并其輸送至壓合模塊，其中識別模塊上設有輸送帶，輸送帶的側面裝有定位光電開關，輸送帶上端設有視覺識別攝像頭，在視覺識別攝像頭的下方并排安裝若干補光光源，其中補光光源通過鉸接方式安裝在識別模塊上，可以根據現場調節補光光源的角度。在識別模塊的框架上裝有遮光罩，通過遮光罩對識別模塊進行遮蓋，避免外部光源對識別模塊造成影響。

圖3 視覺識別原理圖

圖4 視覺識別模塊

圖5 視覺識別定位模塊

圖6、圖7所示為壓合模塊結構示意圖，壓合模塊將蒸發器進行壓合處理。壓合模塊上設有輸送帶，輸送帶上安裝不同的壓合下模塊，并且輸送帶下端設有可驅動壓合下模塊前后移動的移動氣缸，通過移動氣缸調節壓合下模板位置與升起不同的壓合模板。壓合下模板包括3塊壓合模板，壓合模板分別為壓合模板A、壓合模板B、壓合模板C，滿足3種不同蒸發器產品自動混線生產。其中A模板單獨升起壓合對應1號產品，A+B模板同時升起壓合對應2號產品，C模板單獨升起壓合對應3號產品。

圖6 壓合模塊

圖7 壓合托盤實物結構

圖8所示為下料滑軌結構示意圖，下料滑軌裝有輸送帶，將產品進行下料，以便傳送至后道工序，減少人力浪費。

圖8 下料滑軌

2.2 智能壓合工藝流程

圖9為智能壓合工藝設備的壓合工藝流程圖，首先將內襯粘貼在蒸發器后，然后裝備通過視覺識別蒸發器后自動選擇合適下模板進行壓合工作，最后通過傳送至后道工序。

圖9 智能壓合工藝流程圖

在壓合設備前端工序增加視覺識別工位，產品在通過此工位時定位、攝像頭拍照，視覺分析蒸發器尺寸，判斷蒸發器型號，輸出信號至壓合設備，將三款不同蒸發器的產品，攝像頭識別蒸發器寬度尺寸，判斷產品型號，并將信號傳入壓合設備。

粘貼蒸發器內襯由前端皮帶線經入料導向定位后進入視覺識別模塊，視覺識別模塊通過光電感應開關定位，上部攝像頭拍照識別蒸發器大小，輸出產品型號至對應的1號、2號或3號壓合模塊，內襯通過皮帶線進入壓合模塊，壓合設備根據視覺識別模塊輸入的型號，匹配適應的下模板進行壓合，壓合完成后內襯經下料滑軌流入后續流水線。

改進后壓合工藝不存在人工搬運壓合，工序之間實現一個流作業，達到自動化代人的目的，且較目前行業內的單型號自動壓合提升為依靠視覺識別系統聯動自動壓合設備可滿足三種不同蒸發器混線生產，對降低員工勞動強度及提升壓合質量均有一定收益。

3 結論

基于視覺識別技術的智能壓合工藝裝備屬于冰箱裝配流水線的一部分，通過設置識別模塊識別蒸發器，實現自動判斷產品型號，不需人工判斷與人工操作壓合設備，并且通過設置可調節的壓合下模板，適用于不同型號的蒸發器，實現多種型號蒸發器的混線生產，降低生產成本。

采取視覺識別、自動選擇合適下模板壓合、傳送至后道工序的工藝流程，且壓合壓力和時間可根據需求調節、壓合工作效率高、占地面積小、無噪音污染以及可實現全自動連續工作，能保證蒸發器與內膽緊密粘貼，確保制冷效果，極大提高了工業生產效率、產品工藝一致性和產品裝配質量,徹底解放繁重的人工操作和減少人力資源的浪費。目前，此項采用視覺識別自動判斷型號的蒸發器全自動壓合設備為國內首例。相關視覺識別、下模板自動選擇以實現多個型號全自動共線生產等技術應用已申請相關專利。該項技術成功為視覺識別功能應用積累相關經驗，促進行業內基于視覺識別技術設備的開發和應用，解放員工的繁重體力操作，降低蒸發器壓合人工操作安全隱患以及帶來的職業健康風險。