中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在當(dāng)前制造業(yè)向自動化、智能化深度轉(zhuǎn)型的背景下，指甲鉗作為日常消費(fèi)品，其生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)面臨著傳統(tǒng)人工檢測模式的諸多瓶頸。傳統(tǒng)人工檢測指甲鉗體外觀缺陷時，不僅存在生產(chǎn)效率低(平均約 1400 PCS/H)、產(chǎn)品合格率不穩(wěn)定(總體合格率 80% 左右)的問題，還需投入大量人力，且檢測環(huán)境中的粉塵、噪聲會對工作人員身心健康造成危害。為順應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢，滿足高效、精準(zhǔn)、安全的生產(chǎn)需求，一套基于可編程邏輯控制器(PLC)、機(jī)器視覺、氣動技術(shù)及高速模組的指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，為指甲鉗行業(yè)的質(zhì)量提升與效率優(yōu)化提供了有效解決方案。以下是2025年指甲鉗行業(yè)技術(shù)分析。

  一、指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  《2025-2030年中國指甲鉗行業(yè)市場分析及發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》指出，系統(tǒng)圍繞指甲鉗體的自動輸送、精準(zhǔn)移動、缺陷檢測及合格分選等核心需求構(gòu)建，主要包含鉗體自動供應(yīng)機(jī)構(gòu)、鉗體移動機(jī)構(gòu)、指甲鉗體移出機(jī)構(gòu)以及鉗體外觀缺陷檢測機(jī)構(gòu)，各機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)指甲鉗體從無序進(jìn)料到有序檢測、分選的全流程自動化。

  (一)指甲鉗鉗體自動供應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

  此機(jī)構(gòu)的核心功能是將成堆、雜亂的指甲鉗體整理為鉗口朝前的隊(duì)列形式，逐個送入檢測線。機(jī)構(gòu)以振動盤為主體，搭配導(dǎo)料槽組成，導(dǎo)料槽與振動盤出料口連接，在導(dǎo)料槽末端安裝有光電傳感器，當(dāng)檢測到指甲鉗體到達(dá)時，會將信號傳遞給 PLC，由 PLC 控制后續(xù)鉗體移動機(jī)構(gòu)動作。振動盤內(nèi)的指甲鉗體在振動機(jī)座的震蕩作用下，沿螺旋環(huán)繞式送料槽上升，隨著上升過程，送料槽逐漸變窄，使指甲鉗體由多個并排逐漸變?yōu)閱蝹€排列。為確保指甲鉗鉗口方向一致朝前，在螺旋環(huán)繞式送料槽中間部位開設(shè)了一個選料口，選料口尺寸大于指甲鉗體尾、小于指甲鉗鉗口。當(dāng)指甲鉗鉗口朝前時，可順利通過選料口;若指甲鉗體尾朝前，經(jīng)過選料口時會重新落入振動盤中，從而實(shí)現(xiàn)指甲鉗體的定向篩選。在人機(jī)交互界面(HMI)上點(diǎn)擊啟動按鈕后，振動盤電機(jī)啟動，指甲鉗體沿環(huán)形導(dǎo)向槽平穩(wěn)、可靠地前進(jìn)，為后續(xù)檢測環(huán)節(jié)提供有序的原料供應(yīng)。

  (二)指甲鉗鉗體移動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

  鉗體移動機(jī)構(gòu)承擔(dān)著將待檢測指甲鉗體精準(zhǔn)輸送至各檢測位置，同時剔除外觀不合格鉗體的重要任務(wù)。該機(jī)構(gòu)采用氣缸驅(qū)動結(jié)構(gòu)，搭配相應(yīng)的氣動控制回路實(shí)現(xiàn)動作控制。氣動控制回路中，各氣缸配備磁性開關(guān)(如 B1、B2)，用于檢測活塞伸出、縮回或擺動是否到位;每個氣缸對應(yīng)一個電磁換向閥(如 Y1)，PLC 通過控制電磁換向閥線圈的通斷電，控制壓縮空氣進(jìn)入氣缸的左腔或右腔，進(jìn)而驅(qū)動氣缸動作;回路中的單向節(jié)流閥則用于調(diào)節(jié)氣缸活塞伸縮或擺動的速度，確保指甲鉗體移動過程平穩(wěn)、精準(zhǔn)。

  當(dāng)檢測位置 1、2 分別完成指甲鉗體 A 面、B 面檢測后，PLC 會按預(yù)設(shè)邏輯控制相關(guān)電磁換向閥動作：首先控制伸縮氣缸無桿腔通入壓縮空氣，活塞桿伸出到位后，磁性開關(guān)發(fā)送信號至 PLC;接著控制升降氣缸無桿腔進(jìn)氣，活塞桿伸出到位后，磁性開關(guān)再次反饋信號;隨后，3 個手指氣缸的有桿腔通入壓縮空氣，帶動氣爪同時夾緊指甲鉗體(分別夾取導(dǎo)料槽、檢測位置 1、檢測位置 2 的指甲鉗體)，氣爪夾緊到位后，手指氣缸上的磁性開關(guān)將信號傳遞給 PLC;之后，升降氣缸有桿腔進(jìn)氣，活塞桿縮回，磁性開關(guān)反饋信號;最后，伸縮氣缸有桿腔進(jìn)氣，活塞桿縮回，完成一輪指甲鉗體的移動。若圖像處理軟件判定某檢測位置的指甲鉗體面不合格，PLC 會控制對應(yīng)檢測位置的不合格品推料氣缸動作，將不合格指甲鉗體剔除，避免其進(jìn)入下一個檢測環(huán)節(jié)，節(jié)省資源消耗。

  (三)指甲鉗體移出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

  指甲鉗體移出機(jī)構(gòu)的功能是將檢測完成的指甲鉗體從檢測設(shè)備中移出，其中刃口合格的指甲鉗體送入研磨流水線，刃口不合格的則送入不合格品箱。機(jī)構(gòu)運(yùn)作時，首先需解決指甲鉗體檢測時鉗體面不一致的問題，為保證后續(xù)刃口研磨加工的一致性，PLC 會根據(jù)檢測位置 2 圖像中是否有商標(biāo)的判別結(jié)果，控制擺動氣缸帶動夾臂，使指甲鉗體翻轉(zhuǎn) 180°，確保有商標(biāo)的鉗體面朝左。當(dāng)刃口圖像采集完畢后，由于出料氣缸活塞桿固定，缸體帶動固定板向左運(yùn)動;同時，步進(jìn)電機(jī)通過直線模組帶動夾料氣缸向右運(yùn)動，當(dāng)出料氣缸向左運(yùn)動到位時，夾料氣缸恰好運(yùn)動至指甲鉗體上方，此時手指氣缸帶動氣爪夾緊指甲鉗體，夾料氣缸活塞縮回到位后，步進(jìn)電機(jī)通過直線模組帶動夾料氣缸向左運(yùn)動。若指甲鉗體刃口合格，則直接送入研磨機(jī)流水線;若刃口不合格，則送至檢測設(shè)備與研磨機(jī)之間的不合格品收集箱。導(dǎo)料槽末端的光電傳感器會將信號傳遞給 PLC，控制出料氣缸向右運(yùn)動，回到刃口檢測位置，準(zhǔn)備下一次移出操作。

  (四)指甲鉗體外觀缺陷檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

  該機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)指甲鉗體缺陷精準(zhǔn)識別的核心，借助機(jī)器視覺技術(shù)完成指甲鉗體面、刃口圖像數(shù)據(jù)的采集與判別。機(jī)構(gòu)在滿足生產(chǎn)效率的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性，采用 “1 個可移動攝像頭 + 1 個固定攝像頭” 的配置：由高速直線模組帶動攝像頭 1，對指甲鉗體的 A 面、B 面進(jìn)行圖像采集;攝像頭 2 固定設(shè)置，專門采集指甲鉗體刃口的圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)指甲鉗體在檢測位置 1、2 之間移動時，步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動攝像頭 1 快速移動，使攝像頭 1 的移動與指甲鉗體的移動保持同步，確保采集到的圖像清晰、完整。

  指甲鉗體的銹斑、劃痕、刃口缺失等外觀缺陷在采集的圖像中呈現(xiàn)為暗色，其他正常區(qū)域則為光亮色。在圖像處理軟件中，預(yù)先設(shè)定 3 張標(biāo)準(zhǔn)的指甲鉗體圖像，每張標(biāo)準(zhǔn)圖像劃定 3 個檢測區(qū)域，對每個區(qū)域內(nèi)暗色區(qū)域的大小、面積、連續(xù)性及差異范圍等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。圖像采集軟件會自動將實(shí)際采集的指甲鉗體圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比，若實(shí)際圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的差異超過設(shè)定范圍，則判定為不合格，輸出信號 0 給 PLC;若差異在設(shè)定范圍內(nèi)，則判定為合格，輸出信號 1 給 PLC，同時將判定結(jié)果顯示在液晶屏幕上，方便工作人員實(shí)時監(jiān)控檢測情況。

  二、指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)的軟件平臺設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)軟件平臺以 PLC 為控制核心，搭配 HMI 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，確保各硬件機(jī)構(gòu)按預(yù)設(shè)邏輯精準(zhǔn)運(yùn)作，同時實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示與操作控制。

  (一)基于 PLC 的指甲鉗檢測系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

  根據(jù)系統(tǒng)對輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的需求，選用 FX2N-64MT-D 型 PLC 作為控制核心。各傳感器(如光電傳感器、磁性開關(guān))、操作按鈕的輸出信號傳入 PLC 后，PLC 經(jīng)過運(yùn)算判斷，向各氣缸電磁閥、電機(jī)接觸器等執(zhí)行元件發(fā)送控制信號，驅(qū)動氣缸、電機(jī)完成指甲鉗體移動、圖像采集、不合格品剔除等相關(guān)動作。

  在鉗體移動機(jī)構(gòu)控制流程中，啟動信號由 PLC 綜合伸縮氣缸和升降氣缸活塞縮回到位磁性開關(guān)信號、導(dǎo)料槽末端光電傳感器信號、圖像處理軟件信號等多種信號后生成;當(dāng)接收到啟動信號，且各氣缸伸出到位磁性開關(guān)有信號反饋時，依次控制升降氣缸活塞伸出、氣動手指夾緊、升降氣缸活塞縮回、伸縮氣缸活塞縮回，再到下一輪的升降氣缸活塞伸出、氣動手指松開、升降氣缸活塞縮回，完成指甲鉗體的移動循環(huán);若檢測到鉗體面不合格，PLC 會控制不合格品推料氣缸活塞伸出，將不合格品剔除，伸出到位后再控制活塞縮回。

  在圖像采集機(jī)構(gòu)控制流程中，當(dāng)檢測位置 1 完成指甲鉗體圖像采集后，PLC 控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動攝像頭 1 移動至檢測位置 2 進(jìn)行圖像采集;檢測位置 2 圖像采集完成后，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，攝像頭 1 回到初始位置，等待下一次檢測位置 1 的圖像采集任務(wù)，確保攝像頭 1 與指甲鉗體移動的同步性，保障圖像采集質(zhì)量。

  在鉗體移出機(jī)構(gòu)控制流程中，刃口圖像采集完成后，PLC 控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時控制出料氣缸向左運(yùn)動;當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)到位且磁性開關(guān)有信號反饋時，依次控制夾料氣缸活塞伸出、氣動手指夾緊(磁性開關(guān)檢測到夾緊信號)、夾料氣缸活塞縮回(磁性開關(guān)檢測到縮回信號);若光電傳感器無信號，且刃口檢測合格，PLC 控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，將指甲鉗體送入研磨流水線;若刃口不合格，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)一半行程，將不合格品送入不合格品箱;最后，控制出料氣缸向右運(yùn)動，到位后等待下一次刃口圖像采集完成后的移出操作。

  在 HMI 上點(diǎn)擊 “啟動” 按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài);按下 “停止” 按鈕，系統(tǒng)完成當(dāng)前正在進(jìn)行的動作后停止運(yùn)行;若遇到緊急情況，點(diǎn)擊 “急停” 按鈕，系統(tǒng)會立即停止運(yùn)行，保障設(shè)備與人員安全。

  (二)指甲鉗檢測系統(tǒng)的 HMI 軟件設(shè)計(jì)

  選用威倫觸摸屏作為人機(jī)交互接口，設(shè)計(jì)了功能完善的自動運(yùn)行界面。界面上實(shí)時顯示指甲鉗體檢測的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前檢測總量(單位：PCS)、累計(jì)檢測總量(單位：PCS)、不合格品(NG)數(shù)量(單位：PCS)以及合格品(OK)數(shù)量(單位：PCS)，數(shù)據(jù)顯示格式均為 7 位數(shù)字(如 0000000 PCS)，方便工作人員直觀掌握生產(chǎn)檢測進(jìn)度與質(zhì)量情況。同時，界面設(shè)置了產(chǎn)品選擇區(qū)域，可支持 6 種不同規(guī)格指甲鉗產(chǎn)品的檢測切換(產(chǎn)品 1 至產(chǎn)品 6)，還能實(shí)時顯示各檢測位置(1# 位、2# 位、3# 位及總體檢測)的 OK/NG 狀態(tài)。此外，界面配備了主頁、報(bào)警信息、I/O 監(jiān)視、輸入頁、輸出頁等功能按鈕，工作人員可通過這些按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障排查及參數(shù)設(shè)置等操作，提升系統(tǒng)操作的便捷性與可維護(hù)性。

  三、指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)的測試結(jié)果與分析

  為驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，將編制好的 PLC 程序和 HMI 程序通過數(shù)據(jù)線分別下載到 PLC 控制器和觸摸屏中，在 HMI 界面點(diǎn)擊啟動按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)，對系統(tǒng)的產(chǎn)能、品質(zhì)、人力需求及對工作人員健康影響等方面與傳統(tǒng)人工檢測進(jìn)行對比測試，測試結(jié)果如下：

  (一)產(chǎn)能提升效果

  系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，指甲鉗體檢測平均效率達(dá)到 2000 PCS/H，相較于傳統(tǒng)人工檢測的 1400 PCS/H，產(chǎn)能提升幅度約為 42.9%，大幅縮短了指甲鉗體的檢測周期，有效提升了整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，滿足了指甲鉗行業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的需求。

  (二)品質(zhì)改善情況

  系統(tǒng)借助機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行指甲鉗體外觀缺陷檢測，通過與標(biāo)準(zhǔn)圖像的精準(zhǔn)對比，檢測結(jié)果精準(zhǔn)、出錯率低，指甲鉗體總體合格率穩(wěn)定在 99.6% 左右，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)人工檢測 80% 左右的合格率。人工檢測時易出現(xiàn)的錯看、誤判問題得到徹底解決，顯著提升了指甲鉗產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，減少了因產(chǎn)品不合格導(dǎo)致的返工、報(bào)廢成本。

  (三)人力節(jié)省優(yōu)勢

  傳統(tǒng)人工檢測模式下，1 名工作人員僅能負(fù)責(zé) 1 臺檢測設(shè)備;而該自動化系統(tǒng)運(yùn)行時，1 名工作人員可同時管理 4-5 臺設(shè)備，大幅減少了人力投入，降低了企業(yè)的人力成本。同時，工作人員無需直接參與指甲鉗體的近距離檢測操作，減少了重復(fù)勞動，降低了勞動強(qiáng)度。

  (四)人身健康保護(hù)作用

  傳統(tǒng)人工檢測環(huán)境中存在粉塵、噪聲等有害物質(zhì)，長期工作會對工作人員身心健康造成危害。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了指甲鉗體檢測的全自動化，工作人員只需在遠(yuǎn)離檢測區(qū)域的控制室通過 HMI 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，可有效遠(yuǎn)離粉塵、噪聲環(huán)境，減少對身心的傷害，符合以人為本的生產(chǎn)理念。

  此外，通過更換系統(tǒng)中的振動盤，并修改圖像處理軟件的判定標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)可適用于不同規(guī)格、且需用研磨機(jī)磨口的指甲鉗體外觀缺陷檢測，具備較強(qiáng)的產(chǎn)品適應(yīng)性，應(yīng)用效果良好，完全符合設(shè)計(jì)要求。

  四、指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)的應(yīng)用價值總結(jié)

  傳統(tǒng)人工檢測指甲鉗體外觀缺陷的方式，在生產(chǎn)效率、人力成本、人身健康保護(hù)及品質(zhì)管理等方面存在明顯不足，已無法適應(yīng)制造業(yè)向自動化、智能化轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢。而基于 PLC、機(jī)器視覺、氣動技術(shù)及高速模組的指甲鉗體外觀缺陷檢測系統(tǒng)，通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與完善的軟件控制，實(shí)現(xiàn)了指甲鉗體檢測的全流程自動化。

  該系統(tǒng)不僅具備自動化程度高、操作簡便、產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)顯示直觀等特點(diǎn)，還在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著的綜合優(yōu)勢：在產(chǎn)能方面，較人工檢測提升 42.9%;在品質(zhì)方面，合格率提升至 99.6%;在人力成本方面，1 人可管理 4-5 臺設(shè)備，大幅減少人力投入;在健康保護(hù)方面，避免工作人員接觸有害環(huán)境。同時，系統(tǒng)可靈活適配不同規(guī)格指甲鉗產(chǎn)品檢測，為指甲鉗行業(yè)的技術(shù)升級提供了可行路徑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，未來在指甲鉗行業(yè)及類似小型五金件外觀檢測領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

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