墙地砖平整度在线检测系统的研究

　　0 引 言

　　平整度是衡量陶瓷墙地砖表面质量的一个重要指标。目前,国内墙地砖生产企业对瓷砖平整度误差的检测和质量分级一般采用人工抽样与手工检测的方法,测量误差大,漏检率高,难以保证产品的整体质量;限于工艺等各方面的原因,国外较成熟的墙地砖检测系统无法在国内得到实际应用。因此,开发一种适应我国国情的墙地砖平整度自动检测系统具有重要的现实意义。本文提出一种用于墙地砖平整度在线检测系统,采用高精度反射式激光位移传感器来获取墙地砖表面特征参数,利用微控制器AduC841实现数据的采集处理和设备的控制。大量实验证明,该系统具有高速度、高精度、高稳定性且不受瓷砖表面花纹影响等优点,可满足陶瓷砖平整度在线检测的需要。

　　1 平整度的检测原理与计算方法

　　1.1 检测原理

　　按照GB/T 3810. 2-2006[1]的相关规定,瓷砖平整度主要决定于以下3个指标:中心弯曲度、边弯曲度和翘曲度,其中,中心弯曲度是指陶瓷砖中心点偏离由四个角点中的三点所确定的平面上的距离;边弯曲度是指陶瓷砖的一条边的中点偏离2个端点所确定的直线的距离;翘曲度是由陶瓷砖的3个角点确定一个平面,第四个角点偏离该平面的距离。国标还规定:墙地砖的平整度取中心弯曲度、边弯曲度和翘曲度这3个指标的最差值。

　　根据平整度定义和墙地砖生产的具体要求,设计检测系统如图1所示。由水平线架、带轮、皮带构成传送机构,墙地砖在皮带的带动下水平运动。当墙地砖到达指定位置时,传感器在微控制器的控制下采集墙地砖表面特征点(图2:P0~P8)的表面平整度信息。微控制器内置的A/D转换器对传感器输出信号进行采样和A/D转换,按照平整度检测算法进行计算,即可得到被检测砖的平整度。

　　系统选用的传感器是Reflex公司的Wenglor系列反射式激光传感器,该传感器基于激光光三角原理[2],常用于检测各种回转体、箱体零件的尺寸和形位误差[3]。

　　该传感器采用了高分辨率的CMOS线性阵列和DSP技术,从根本上消除了材料颜色和亮度等相关的因素对测量结果的影响。传感器工作距离为30~80mm,量程为50mm,分辨力高达10μm,线性度在测量范围内优于0.2%,传感器输出电压为0~10V。

　　1.2 平整度的计算方法

　　以特征点P4对应的传感器位置为坐标原点[4,5],建立空间坐标系。假定各特征点到对应传感器的距离分别为H0,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8,令H4=h,则各点的相对距离为H0-h,H1-h,H2-h,H3-h,0,H5-h,H6-h,H7-h,H8-h。由此,各特征点的坐标如下(L为工作尺寸):