CN113172866B - 一种自动化膜片成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化膜片成型装置，包括工作站及工作站上的控制中心、转运机构、供膜机构、加热机构、压膜机构；所述控制中心根据设定的加工策略控制转运机构实现压膜机构的上下料，并控制加热机构实现同组压膜机构的膜片加热，即：当膜片加热器完成一个压膜机构的膜片加热后，通过驱动组件带动膜片加热器转移至同组的下一个压膜机构进行膜片加热；完成上料和加热操作后，所述控制中心控制压膜机构进行压膜操作。本发明通过全自动化系统设计实现各加工单元之间的联动控制，从而实现自动化的牙模压膜生产，大大降低人工操作的依赖性和不确定性，高效把控生产节奏，有效提高生产效率和设备利用率，节约成本，改进产品质量。

Description

一种自动化膜片成型装置

技术领域

本发明涉及牙科矫治器技术领域，具体涉及一种自动化膜片成型装置。

背景技术

目前隐形矫正器较常见的制作方式为人工或半自动化，制作过程包括获取患者口内数字模型、3D打印牙模、清洗、固化、压膜、切割、脱膜、抛光、清洗、检验、包装等工序。而半自动化制作只是其中的一些工序实现机械化生产，所述两种制作方式均需要人工参与完成。

在隐形矫正器的生产工艺中，压膜工艺一直是限制隐形矫正器产能的重要因素，目前的膜片成型技术存在加工单元之间相对独立、缺乏联动性、部分设备不支持自动化控制而且也没有合适的控制系统设计等问题。这不仅导致了隐形矫正器生产效率低下，也使得产品质量的稳定性得不到保证，造成资源的浪费。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种自动化膜片成型装置，通过自动化系统设计实现各加工单元之间的联动控制，从而实现自动化的牙模压膜生产，高效把控生产节奏，大大提高生产效率和设备利用率，节约成本，改进产品质量。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提出一种自动化膜片成型装置，包括工作站及工作站上的控制中心、转运机构、供膜机构、加热机构、压膜机构；

其中，所述压膜机构包括牙模承载台、膜片放置槽、压膜组件，所述加热机构包括膜片加热器、驱动组件，且一个加热机构对应一组压膜机构；

所述控制中心根据设定的加工策略控制转运机构实现压膜机构的上下料，并控制加热机构实现同组压膜机构的膜片加热，即：当膜片加热器完成一个压膜机构的膜片加热后，通过驱动组件带动膜片加热器转移至同组的下一个压膜机构进行膜片加热；完成上料和加热操作后，所述控制中心控制压膜机构进行压膜操作。

进一步地，所述转运机构包括机械臂、末端组件，所述末端组件包括工业相机、相机光源、真空吸盘，通过机械臂与末端组件的配合将牙颌模型转运至牙模承载台上，并将对应供膜机构内的膜片转运至膜片放置槽内，最后将完成压膜的牙模组件转运下料。

进一步地，所述压膜组件包括升降驱动件、翻转驱动件、加压筒，所述加压筒的一端为密封结构，其另一端为开口结构，所述加压筒的密封端上设有进气口，所述膜片放置槽设置于加压筒的开口端，所述加压筒上还设有限位组件，通过限位组件实现膜片放置槽内的膜片限位，并通过翻转驱动件实现加压筒的上下翻转，所述牙模承载台设置于加压筒的下方，通过升降驱动件带动加压筒的升降实现压膜操作。

进一步地，所述限位组件包括夹紧驱动件、夹爪，通过夹紧驱动件带动夹爪实现膜片放置槽内的膜片压紧。

进一步地，所述供膜机构包括底座、限位挡板，所述限位挡板围绕底座布置而形成备膜腔，所述底座上布置有压力传感器，用于向控制中心反馈备膜腔内的膜片重量，由此判断备膜腔内剩余的膜片数以及膜片拾取操作是否成功。

进一步地，所述自动化膜片成型装置还包括牙模输送线，所述牙模输送线上设有下料定位组件，用于实现牙颌模型在下料处的传送定位。

进一步地，所述牙模输送线上还设有牙模识别组件，用于实现定位后牙颌模型的身份信息识别，所述控制中心根据所识别的身份信息从数据库内获取对应的加工工艺参数以进行相应的作业控制，所述加工工艺参数包括膜片参数、加热参数、压膜参数等。

进一步地，所述设定的转运策略包括：

A.保证工序完整性：倘若转运机构已经在单一压膜机构的上料或者下料工序中，则优先完成正在进行中的上料或者下料工序，而后根据压膜机构的工作状态进行下一工序的判断，其中单一压膜机构的上料工序包括牙颌模型和膜片的依次上料；

B.下一工序遵循“先下后上”原则：倘若工作站上有压膜机构已经完成压膜操作，则优先将完成压膜的牙模组件转运下料(多台下料则按照设定的压膜机构优先级次序依次进行)，再进行上料工序的逻辑判断；

C.上料工序的逻辑判断：倘若工作站上的压膜机构都处于忙碌模式或者故障模式，则暂时不将到位的牙颌模型转运至压膜机构内；倘若有压膜机构处于空闲且无故障状态，则将到位的牙颌模型转运至相应的压膜机构内(多台上料则按照设定的压膜机构优先级次序进行)。

进一步地，所述驱动组件用于实现膜片加热器的旋转或滑移驱动，从而实现膜片加热器在同组压膜机构之间的转移。

有益效果：本发明提供的一种自动化膜片成型装置，相对于现有技术，具有以下优点：

1、通过自动化作业替代手动操作，实现整个加工过程的全无人化，装置定位及操作精度高，结构平稳，动作灵敏，有效保证产品品质，降低人工操作的依赖性和不确定性；

2、通过自动化系统设计实现各加工单元之间的联动控制，高效把控整个装置的生产节奏，实现动态排产，有效提高生产效率和设备利用率，节约成本，改进产品质量，增加制造过程的柔性，减少资源的浪费。

附图说明

图1是本发明优选实施方式的控制原理框图；

图2是本发明优选实施方式中工作站的整体示意图；

图3是本发明优选实施方式中加热机构及压膜机构的结构示意图；

图4是本发明优选实施方式中机械臂末端组件的结构示意图；

附图标记：1、控制中心；2、转运机构；3、供膜机构；4、加热机构；5、压膜机构；6、牙模输送线；7、工作站；21、机械臂，22、连接件，23、视觉相机，24、相机光源，25、真空吸盘，31、底座，32、限位挡板，33、压力传感器，41，固定座，42、旋转气缸，43、连接板，44、膜片加热器，51、牙模承载台，52、无杆气缸，53、气缸滑块，54、翻转气缸，55、加压筒，56、夹爪，57、夹紧气缸，61、下料定位组件，62、牙模识别组件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1、2所示为本发明一种自动化膜片成型装置的优选实施方式，包括工作站7及工作站7上的控制中心1、转运机构2、供膜机构3、加热机构4、压膜机构5、牙模输送线6，且控制中心1分别与转运机构2、供膜机构3、加热机构4、压膜机构5、牙模输送线6通信连接，用于实现各加工单元之间的高效联动控制，从而实现自动化压膜生产。

如图3所示，所述压膜机构5包括牙模承载台51、膜片放置槽、压膜组件，其中压膜组件包括无杆气缸52(即升降驱动件)、翻转气缸54(即翻转驱动件)、加压筒55，无杆气缸52上设有相适配的气缸滑块53，翻转气缸54安装于气缸滑块53上，加压筒55连接于翻转气缸54的输出端；所述加压筒55的一端为密封结构，其另一端为开口结构，加压筒55的密封端上设有进气口，膜片放置槽则设置于加压筒55的开口端。

通过翻转气缸54实现加压筒55的上下翻转，上、下料时加压筒55的开口端翻转向上，加热、压膜过程中加压筒55的开口端翻转向下；而牙模承载台51设置于加压筒55的下方，通过无杆气缸52带动气缸滑块53及加压筒55的升降实现压膜操作。

进一步地，所述加压筒55上还设有限位组件，所述限位组件包括夹紧气缸57(即夹紧驱动件)、夹爪56，夹紧气缸57沿加压筒55的外壁均布，夹爪56安装于夹紧气缸57的活塞杆上，通过夹紧气缸57带动夹爪56实现膜片放置槽内的膜片压紧。

进一步地，牙模放置台上设有若干负压孔，用于实现牙颌模型上料后的吸附定位。

进一步地，所述加热机构4包括膜片加热器44、驱动组件，且一个加热机构4对应一组压膜机构5(每组数量≥2台)，通过驱动组件实现膜片加热器44的旋转或滑移驱动，从而实现膜片加热器44在同组压膜机构5之间的转移。

本实施例中，工作站7上共有两组压膜机构，每组压膜机构的数量有两台(分别为1号、2号)，驱动组件包括固定座41、固定座41上的旋转气缸42，膜片加热器44通过连接板43安装于旋转气缸42的输出端，通过旋转气缸42带动膜片加热器44在同组两个压膜机构之间的转移，以实现同组压膜机构之间的错拍生产，即：当膜片加热器44完成其中一个压膜机构的膜片加热后，通过旋转气缸42带动膜片加热器44转移至另一个压膜机构处进行膜片加热。同组压膜机构的错拍生产能够有效减少设备等待空隙，充分保证生产效率和设备利用率的平衡。

如图4所示，所述转运机构2包括机械臂21、末端组件，其中末端组件包括连接件22、视觉相机23、相机光源24、真空吸盘25，通过机械臂21与末端组件的配合将牙颌模型转运至牙模承载台51上，并将对应供膜机构3内的膜片转运至膜片放置槽内，最后将完成压膜的牙模组件转运下料。

进一步地，所述控制中心1根据设定的加工策略控制转运机构2实现压膜机构5的上下料，其中设定的转运策略包括：

A.保证工序完整性：倘若转运机构已经在单一压膜机构的上料或者下料工序中，则优先完成正在进行中的上料或者下料工序，而后根据压膜机构的工作状态进行下一工序的判断，其中单一压膜机构的上料工序包括牙颌模型和膜片的依次上料；

B.下一工序遵循“先下后上”原则：倘若工作站上有压膜机构已经完成压膜操作，则优先将完成压膜的牙模组件转运下料(多台下料则按照设定的压膜机构优先级次序依次进行)，再进行上料工序的逻辑判断；

C.上料工序的逻辑判断：倘若工作站上的压膜机构都处于忙碌模式或者故障模式，则暂时不将到位的牙颌模型转运至压膜机构内；倘若有压膜机构处于空闲且无故障状态，则将到位的牙颌模型转运至相应的压膜机构内(多台上料则按照设定的压膜机构优先级次序进行)。

进一步地，所述供膜机构3包括底座31、限位挡板32，所述限位挡板32围绕底座31布置而形成备膜腔，所述底座31上布置有压力传感器33，用于向控制中心1反馈备膜腔内的膜片重量，由此判断备膜腔内剩余的膜片数以及膜片拾取操作是否成功，如果膜片剩余数量低于设定值或者膜片拾取不成功，则控制中心发出提示或警报。

本实施例中，围绕每个底座31布置3个限位挡板32，其内壁所围成的形状与膜片相适配，这样膜片和内壁之间间隙较小，吸盘在吸取膜片的时候受摩擦阻力的影响，保证每次仅吸取一片，有效实现膜片的分离。工作站7上根据实际需要可设置多个供膜机构3，用于存放不同参数的膜片，以满足不同类型隐形矫正器的生产需求。

进一步地，所述牙模输送线6上设有下料定位组件61、牙模识别组件62，其中下料定位组件61包括对射传感器、挡板机构，通过对射传感器与挡板机构的配合实现牙模在下料处的挡停定位，进而通过牙模识别组件62实现定位后牙颌模型的身份信息识别。识别方式可以是图像匹配识别、二维码识别、RFID标签识别等，而后控制中心根据所识别的身份信息从数据库内获取对应的加工工艺参数以进行相应的作业控制。

本发明的具体实施方式如下：

1)牙模定位：控制中心控制牙模输送线进行牙颌模型的传送，牙模到位时控制中心接收到对射传感器发出的信号，并控制挡板机构实现牙模在下料处的挡停定位；

2)牙模识别：牙模到位后通过牙模识别组件实现定位后牙颌模型的身份信息识别，控制中心根据所识别的身份信息从数据库内获取对应的加工工艺参数，包括膜片参数、加热参数、压膜参数等；

3)转运上料：控制中心根据设定的加工策略，控制转运机构将下料处的牙颌模型转运至选定压膜机构的牙模承载台上，并根据获取的膜片参数将对应供膜机构内的膜片转运至选定压膜机构的膜片放置槽内；

4)膜片加热：上料完成后，控制中心控制夹紧气缸带动夹爪压紧膜片放置槽内的膜片，并通过翻转气缸实现加压筒的向下翻转，同时通过旋转气缸带动膜片加热器转移至膜片放置槽下方，根据加热参数对膜片放置槽内的膜片进行加热处理；

5)加压压膜：加热完成后，控制中心首先控制旋转气缸带动膜片加热器转移至另一压膜机构实现加热，而后通过无杆气缸带动加压筒下降，使膜片放置槽内的膜片与牙模承载台上的牙模贴合，同时根据压膜参数控制加压筒进行加压操作，使加热后的膜片紧紧贴合在牙模上，直至成型；

6)转运下料：完成压膜操作后，控制中心根据设定的加工策略，控制转运机构实现牙模组件的转运下料。

上述操作过程为单一压膜机构的压膜过程，而同组压膜机构之间可实现错拍生产，例如：1号压膜机构的加热过程中，2号压膜机构进行上料，当1号加热完成后，膜片加热器转移至2号进行加热，2号加热过程中，1号完成压膜及下料并继续下一个牙模的上料，如此交替作业，以便提高压膜机组的工作效率。

本发明通过自动化系统设计实现各加工单元之间的联动控制，从而实现自动化的牙模压膜生产，高效把控整个装置的生产节奏，尤其是同组压膜机构之间的错拍生产和转运机构的加工策略，有效提高生产效率的同时充分保证设备利用率，降低生产成本，增加制造过程的柔性控制，减少材料浪费，加快库存的周转。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.一种自动化膜片成型装置，其特征在于，包括工作站及工作站上的控制中心、转运机构、供膜机构、加热机构、压膜机构；其中，所述压膜机构包括牙模承载台、膜片放置槽、压膜组件，所述加热机构包括膜片加热器、驱动组件，且一个加热机构对应一组压膜机构，每组压膜机构数量大于2台；所述驱动组件用于实现膜片加热器的旋转或滑移驱动；所述压膜组件包括升降驱动件、翻转驱动件、加压筒，所述加压筒的一端为密封结构，其另一端为开口结构，所述加压筒的密封端上设有进气口，所述膜片放置槽设置于加压筒的开口端，所述加压筒上还设有限位组件，所述限位组件包括夹紧气缸、夹爪，夹紧气缸沿加压筒的外壁均布，夹爪安装于夹紧气缸的活塞杆上，通过夹紧气缸带动夹爪实现膜片放置槽内的膜片压紧；通过翻转驱动件实现加压筒的上下翻转，所述牙模承载台设置于加压筒的下方，通过升降驱动件带动加压筒的升降实现压膜操作；所述控制中心根据设定的转运策略控制转运机构实现压膜机构的上下料，并控制加热机构实现同组压膜机构的膜片加热，即：当膜片加热器完成一个压膜机构的膜片加热后，控制中心首先控制驱动组件的旋转气缸带动膜片加热器转移至另一压膜机构实现加热，而后通过压膜组件的无杆气缸带动加压筒下降，使膜片放置槽内的膜片与牙模承载台上的牙模贴合，同时根据压膜参数控制加压筒进行加压操作，使加热后的膜片紧紧贴合在牙模上，直至成型；所述设定的转运策略包括：

A .保证工序完整性：倘若转运机构已经在单一压膜机构的上料或者下料工序中，则优先完成正在进行中的上料或者下料工序，而后根据压膜机构的工作状态进行下一工序的判断；

B .下一工序遵循“先下后上”：倘若工作站上有压膜机构已经完成压膜操作，则优先将完成压膜的牙模组件转运下料，再进行上料工序的逻辑判断；

C .上料工序的逻辑判断：倘若工作站上的压膜机构都处于忙碌模式或者故障模式，则暂时不将到位的牙模转运至压膜机构内；倘若有压膜机构处于空闲且无故障状态，则将到位的牙模转运至相应的压膜机构内；所述供膜机构包括底座、限位挡板，所述限位挡板围绕底座布置而形成备膜腔，每个底座布置3个限位挡板，所述底座上布置有压力传感器，用于向控制中心反馈备膜腔内的膜片重量，由此判断备膜腔内剩余的膜片数以及膜片拾取操作是否成功。

2.根据权利要求1所述的一种自动化膜片成型装置，其特征在于，所述转运机构包括机械臂、末端组件，所述末端组件包括工业相机、相机光源、真空吸盘，通过机械臂与末端组件的配合将牙模转运至牙模承载台上，并将对应供膜机构内的膜片转运至膜片放置槽内，最后将完成压膜的牙模组件转运下料。

3.根据权利要求1所述的一种自动化膜片成型装置，其特征在于，还包括牙模输送线，所述牙模输送线上设有下料定位组件，用于实现牙模在下料处的传送定位。

4.根据权利要求3所述的一种自动化膜片成型装置，其特征在于，所述牙模输送线上还设有牙模识别组件，用于实现定位后牙模的身份信息识别，所述控制中心根据所识别的身份信息从数据库内获取对应的加工工艺参数以进行相应的作业控制，所述加工工艺参数包括膜片参数、加热参数、压膜参数。

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