CN101915545B - 一种蜂窝陶瓷自动检测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
蜂窝陶瓷自动检测装置，使用接触式测量传感器、照相机或摄像设备即相机、圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的样品固定装置，样品固定装置为样品卡夹，以及数据处理系统对蜂窝陶瓷样品进行检测；相机用于拍摄蜂窝陶瓷的端面、底面和侧面图像，固定于上下方向可移动支架上的接触式测量传感器用于测量样品长度，固定于圆形旋转式透明转盘上的卡夹能同时起码夹住3个样品，并通过所述透明转盘旋转使样品依次进入起码3个工作位置即工位以接受不同参数检测；用于检测蜂窝陶瓷的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等，并与设定值的偏差。可检测孔密度为15-93孔/cm2，长度50～180mm，外径50～180mm的圆形或椭圆形蜂窝陶瓷样品。
Description
技术领域
本发明涉及一种蜂窝陶瓷外观尺寸偏差自动检测方法与装置。
技术背景
蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷，内部由薄壁分割成三角、四方或六角形平行通道，比表面积大，排气阻力小，是当前净化汽车尾气三元催化剂的理想载体和主流产品，截面形状大多为圆形，也有椭圆形或跑道型等，其外径约50～180mm，长度约50～180mm。
蜂窝陶瓷生产由于受到原料、工艺、设备条件和人为因素影响，部分产品的外观指标会不符合设计规定，需要将不合格产品剔除。对此，最长用的方法为手工检测，检测内容和方法如下：
孔密度偏差：在产品端面中心部位的X、Y轴上各数20个孔，用游标卡尺测量所占长度尺寸，精确至0.02 mm,计算出孔密度和偏差。
壁厚偏差：在产品端面中心部位的X、Y轴上各取等距离的5个点，用投影放大仪或工具显微镜测量。或在各点沿孔道方向割开，取其中心部位孔壁用千分尺进行测量，取十点测量值的算术平均值，计算其偏差结果。
外径偏差：在产品二个端面上互成90°方位，用游标尺测量2次，分别计算偏差，取绝对值大的为外径偏差。
高度偏差：在产品外壁部位用游标尺直接测量端面中心的高度值，计算其偏差结果。
平行度偏差：以产品一面为基准，用钢直尺或高度尺测量另一端面的高度值，其最大、最小值之差即为平行度偏差。
垂直度偏差：将产品一段置于平板上，移动直角尺触到产品外框，用钢直尺测量产品另一端面以下10 mm处与直角尺之间的最大间隙，即为垂直度偏差。
阻孔百分率：肉眼观察，计数。由此可见，人工检测步骤繁杂、速度慢、检测质量不能保证，不能适应现代化生产的需要。
目前尚未见到有关蜂窝陶瓷自动检测机的产品和专利报道，本发明“一种蜂窝陶瓷自动检测机”将能填补此领域的空白。
发明内容
本发明的目的是：蜂窝陶瓷是汽车尾气净化用三元催化剂的优良载体，是三元催化净化器的核心部件和关键技术，它的外观和内在质量至关重要，直接影响三元催化净化器的功能和产品使用。本发明旨在提供一种用于检测检测圆柱型蜂窝陶瓷的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等参数的数值，以及与设定值的偏差，从而决定产品合格与否，使生产效率和产品质量得到大幅度提高。
本发明的目的是这样实现的：蜂窝陶瓷自动检测方法，在包括接触式测量传感器，相机，圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的样品固定装置，样品固定装置为样品卡夹，数据处理系统（见图1）等。由照相机用于拍摄蜂窝陶瓷的端面、底面和侧面图像，固定于上下方向可移动支架上的接触式测量传感器用于测量样品长度，固定于圆形旋转式透明转盘上的卡夹能同时起码夹住3个样品（见图2），并通过所述透明转盘旋转使样品依次进入起码3个工位以接受不同参数检测，数据处理系统所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100。样品固定装置也可以为圆形旋转式透明转盘上设有凹盘状样品固定装置，使蜂窝陶瓷正好置于凹盘内。
该设备用于检测圆柱型蜂窝陶瓷样品的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等参数的数值，以及与设定值的偏差，如果偏差超出允许值，即产品为不合格。
蜂窝陶瓷自动检测的工艺流程如下：透明转盘旋转使样品依次进入起码四个工位，即样品卡夹设有四个工位，采用步进电机驱动固定了4个样品卡夹和转盘逆时针转动，通过感应传感器控制转盘每隔4秒钟、每次90°的幅度脉冲式转动一次，从而确保样品能准确进入4个工位，使每个工位样品有足够时间停留进行装卸或测定。其中第3号工位处于样品下方一相机通过圆形透明转盘拍摄样品底面图像，样品卡夹旋转一角度的位置设有第4工位，处于第4工位的样品端面上方设有一相机拍摄的样品端面图像，显示的样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；最后转盘旋转一个角度，样品返回1号工位，取下已测样品并装上待测样品，从新开始下一轮操作。
样品卡夹的第一工位即1号工位、此为预备和上下装料工位；样品卡夹旋转一个角度进入2号工位，2号工位的位于样品端面内接正方形顶点上方的4个接触式传感器下降，与端面接触后将测得的样品长度、平行度信息传回储存器；2号工位在蜂窝陶瓷侧面一半高度的水平方向设有2台互成90°的相机，拍摄侧面显示垂直度的图像信息也传回储存器；样品卡夹旋转一个角度进入3号工位，处于样品下方一相机通过圆形透明转盘拍摄样品底面图像，显示的圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；或同时处于样品端面上方设有一相机拍摄的样品端面图像，显示的样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；最后随着转盘逆时针旋转一个角度，样品返回1号工位，取下已测样品并装上待测样品，从新开始下一轮操作。
每批只能测定同一外径或同一长度的蜂窝陶瓷样品，孔密度、壁厚、阻孔等则不受限制。当待测样品的外径或长度改变后，需要调整各工位测量装置的位置，包括样品上下2只相机，侧面互成90°的2只相机，以及样品上端的4个接触式传感器等。
蜂窝陶瓷自动检测装置，包括接触式测量传感器、照相机或摄像设备、圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的样品卡夹、数据处理系统，在固定检测样品的样品卡夹的起码3个停留位置为工作的工位，在1至3个工位上方、底部和侧部分别安装的照相机或摄像设备用于拍摄蜂窝陶瓷的端面、底面和侧面图像，在一个工位上设有固定于上下方向且可移动支架上的接触式测量传感器用于测量样品长度，固定于圆形旋转式透明转盘上的卡夹能同时夹住3-6个样品，并通过所述透明转盘旋转使样品依次进入起码3个，采用步进电机驱动固定样品卡夹的圆形旋转式转盘转动，接触式测量传感器的测量数据和照相机或摄像设备摄入的图像输入装有GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100的数据处理系统，同时设有连接控制步进电机工作的驱动信号。
圆形透明转盘上固定的一个样品卡夹的结构为：根据待检测的最大和最小样品外径，然后以此二样品外径长度画圆，二圆相面积小于50%小圆的面积，二圆的圆心在以中心点为圆心的圆弧线上，中心点即圆形透明转盘的圆心，做上述二园的切线，切线内挖空的形状是卡夹的的形状。二切线交点至中心点为圆心的大圆切点的距离便是弯钩的夹角和边长（见图3）。由此制得到的卡夹能固定外径长度在设定值以内的任何样品，并使它们随转盘旋转时始终保持与圆心等距离而准确进入4个工位。圆形透明转盘上固定的4个样品卡夹，样品卡夹中间为方形，4个顶点有弯钩以夹住样品（见图2），弯钩夹角和边长是根据待测样品的外径长度决定。
蜂窝陶瓷自动检测方法中：其中数据处理系统由微处理器、储存器、数据处理、显示报警等部件组成。数据处理系统通过“参数设定” 设定样品的标准高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等7项参数数值，同时设定各参数的允许偏差，所设数据随即进入“储存器”；“储存器”除接受设定参数的信息外还接受接触式传感器、像机测得样品的信息；“数据处理”是将储存的图像信号通过软件和计算机转变成数字化信号，所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100；“显示报警”是将处理得到的7个参数和相应的偏差在屏幕上显示，如过某参数偏差超出允许值，设在屏幕下端的对应报警器就发出光、声信号。
为了确保样品在每个工位停留一定时间以便于装卸或测定，本发明实际使用了四个工位，则步进电机驱动每次转动90度，如三个工位则每次转动120度。采用步进电机驱动固定了4个样品的卡夹和转盘逆时针转动，通过感应传感器控制转盘每隔4秒钟、每次90°的幅度脉冲式转动一次，使样品准确进入4个工位，使每个工位样品有足够时间停留进行装卸或测定。
每批只能测定同一外径或同一长度的蜂窝陶瓷样品，孔密度、壁厚、阻孔等则不受限制。当待测样品的外径或长度改变后，需要调整各工位测量装置的位置，包括样品上下2只相机，侧面互成90°的2只相机，以及样品上端的4个接触式传感器等。
蜂窝陶瓷自动检测装置，包括接触式测量传感器、照相机或摄像设备、圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的样品卡夹、数据处理系统，在固定检测样品的样品卡夹的起码3个停留位置为工作的工位，在1至3个工位上方、底部和侧部分别安装照相机或摄像设备用于拍摄蜂窝陶瓷的端面、底面和侧面图像，在一个工位上设有固定于上下方向且可移动支架上的接触式测量传感器用于测量样品长度，固定于圆形旋转式透明转盘上的卡夹能同时夹住3-6个样品，并通过所述透明转盘旋转使样品依次进入起码3个，采用步进电机驱动固定样品卡夹的圆形旋转式转盘转动，接触式测量传感器的测量数据和照相机或摄像设备摄入的图像输入所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100的数据处理系统，同时设有连接控制步进电机工作的驱动信号。
圆形透明转盘上固定的一个样品卡夹的结构为：根据待检测的最大和最小样品外径，然后以此二样品外径长度画圆，二圆相相交的面积小于50%小圆的面积，二圆的圆心在以中心点为圆心的圆弧线上，中心点即圆形透明转盘的圆心，做上述二园的切线，切线内挖空的形状是卡夹的的形状。二切线交点至中心点为圆心的大圆切点的距离便是弯钩的夹角和边长（见图3）。由此制得到的卡夹能固定外径长度在设定值以内的任何样品，并使它们随转盘旋转时始终保持与圆心等距离而准确进入4个工位。
圆形透明转盘上固定的4个样品卡夹，样品卡夹中间为方形，4个顶点有弯钩以夹住样品（图2），弯钩夹角和边长是根据待测样品的外径长度决定。
本发明的有益效果是：提供了一种用于高速并精度高的检测检测圆柱型蜂窝陶瓷的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等参数的数值、以及与设定值的偏差的方法与装置，从而决定产品合格与否，使生产效率和产品质量得到大幅度提高。尤其是一定直径范围的蜂窝陶瓷样品均可以适应本发明装置，而且精度不变。本发明装置可以检测孔密度为15、31、46、62、93孔/cm2，长度50～180mm，外径50～180mm的圆形或椭圆形蜂窝陶瓷样品，其长度偏差为±0.05mm,外径偏差为±1mm,孔密度偏差为±1～±3孔/cm2,壁厚偏差为±0.02mm,垂直度偏差不大于产品高的1%，平行度偏差小于1.0mm，阻孔百分率小于1%等。检测1个样品时间为4秒钟，比人工检测准确可靠，检测速度大幅度提高。
附图说明
图1 蜂窝陶瓷自动检测机示意图
图2 转盘及样品卡夹俯视图
图3 以二不同外径作圆的切线图
蜂窝陶瓷样品1、2、3、4，圆形透明玻璃转盘5，金属的蜂窝陶瓷样品卡夹6，像机7、8、9、10，支架11，升降杆12，伺服电机13，步进电机14，联轴器15，接触式测量传感器16。
具体实施方式
具体实施方式包括：本发明采用蜂窝陶瓷自动检测机制备进行样品检测，检测的信息均进入存储器，然后经数据处理，数字处理后显示报警。
蜂窝陶瓷自动检测机制备：制造设备所需的工业计算机、图像处理软件、报警灯、显示器、键盘，相机、接触式传感器、伺服电机、步进电机、联轴器、感应传感器等部件由外购得到；金属样品卡夹由不锈钢加工制得；圆形透明玻璃转盘由钢化玻璃加工制得；升降杆，支架，检测机的箱体等均为自加工制得。接触式测量传感器采用光栅长度测量器。
蜂窝陶瓷自动检测的工艺流程如下：手工将待测样品放入样品卡夹的一弯钩内固定，该位置即为1号工位，样品便进入预备状态；样品卡夹置于圆形透明转盘上旋转90°，样品便进入2号工位，处于样品端面内接正方形顶点上方的4个接触式传感器下降，与端面接触后将测得的样品长度、平行度信息传回储存器；2号工位在蜂窝陶瓷侧面一半高度的水平方向设有2台互成90°的相机，拍摄侧面显示垂直度的图像信息传回储存器；转盘逆时针旋转90°样品便进入3号工位，这时处于样品下方一相机通过圆形透明转盘拍摄样品底面图像，显示的圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；转盘再逆时针旋转90°使样品处于4号工位，这时处于样品端面上方一相机拍摄的样品端面图像，显示的样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；最后随着转盘逆时针旋转90°，样品返回1号工位，取下已测样品并装上待测样品，从新开始下一轮操作。
样品检测的程序是：首先通过“参数设定” 键盘设定标准样品的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率等7项参数标准数值，同时设定各参数的允许偏差，所设数据随即进入“储存器”。然后用手工将待测样品放入卡夹的一弯钩内固定，该位置即为1号工位，样品便进入预备状态；随着圆形透明转盘逆时针旋转90°，样品便进入2号工位，这时处于样品端面内接正方形顶点上方的4个接触式传感器下降，与端面接触后将测得的样品长度、平行度信息传回储存器。同时，2号工位在蜂窝陶瓷侧面一半高度的水平面上设有2台互成90°的相机，拍摄侧面显示垂直度的图像信息也传回储存器；转盘逆时针旋转90°样品便进入3号工位，这时处于样品下方一相机通过圆形透明转盘拍摄底面图像，显示的圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；转盘再逆时针旋转90°使样品处于4号工位，这时处于样品端面上方一相机拍摄的样品端面图像，显示的样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率等信息传回储存器；最后随着转盘逆时针旋转90°，样品返回1号工位，取下已测样品并装上待测样品，从新开始下一轮操作。
数据处理与显示报警：接触式传感器、相机测得样品的图像信息以及预先设定的样品参数信息进入“储存器”后，通过所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100（以商业图像识别软件为基础）转变成数字化信号。最后，将处理得到的7个参数和相应的偏差在屏幕上显示，如过某参数偏差超出允许值，设在屏幕下端的报警器就发出光、声信号。
蜂窝陶瓷自动检测机的圆形透明转盘上固定了一卡夹，卡夹中间为方形，4个顶点有弯钩以夹住样品，弯钩夹角和边长是根据待测样品的外径长度决定。即预先设定待检测的最大和最小样品外径，然后以二外径长度做圆相交，使二直径的延长线交于卡夹的中心点（即圆盘的圆心），再做二园切线，得到的切线形状、二切线交点至大圆切点的距离便是弯钩的夹角和变长（见图3的二个圆是最大与最小样品的尺寸）。由此制得到的卡夹能固定外径长度在设定值以内的任何样品，并使它们随转盘旋转时始终保持与圆心等距离而准确进入4个工位。
蜂窝陶瓷自动检测机每批只能测定同一外径或同一长度的蜂窝陶瓷样品，孔密度、壁厚、阻孔等则不受限制。当待测样品的外径或长度改变后，需要调整各工位测量装置的位置，包括样品上下2只相机、侧面互成90°的2只相机、以及样品上端的4个接触式测量传感器（光栅尺）等。通过转动转盘卡夹上的蜂窝陶瓷样品先后在3个工位接受不同参数的检测，数据经系统处理后由屏幕显示。如果测得值与设定值比较超出允许偏差，系统就会闪光报警，表明产品不合格。本发明装置可以检测孔密度为15、31、46、62、93孔/cm2，长度50～180mm，外径50～180mm的圆形或椭圆形蜂窝陶瓷样品，其长度偏差为±0.05mm,外径偏差为±1mm,孔密度偏差为±1～±3孔/cm2,壁厚偏差为±0.02mm,垂直度偏差不大于产品高的1%，平行度偏差小于1.0mm，阻孔百分率小于1%等。检测1个样品时间为4秒钟，比人工检测准确可靠，检测速度大幅度提高。
按照上述整机设计与加工得到的蜂窝陶瓷自动检测机，其主要参数为：
1、待检蜂窝陶瓷样品的直径 Φ50～180mm
2、待检蜂窝陶瓷样品的长度 50～180mm
3、待检蜂窝陶瓷样品的孔密度 15、31、46、62、93孔/cm2
4、待检蜂窝陶瓷样品的长度偏差 ±0.05mm
5、待检蜂窝陶瓷样品的外径偏差 ±1mm
6、待检蜂窝陶瓷样品的孔密度偏差 ±1～±3孔/cm2
7、待检蜂窝陶瓷样品的壁厚偏差 ±0.02mm
8、待检蜂窝陶瓷样品垂直度偏差不大于产品高的1%
9、待检蜂窝陶瓷样品的平行度偏差小于1.0mm
10、待检蜂窝陶瓷样品的阻孔百分率小于1%
11、检测速度 1个样品/4s
12、外形尺寸 1200×mm×600mm×800mm
13、总功率 0.75KW
14、净重 80Kg
15、电源 50 Hz、220V
16、工作环境 常温。
Claims (5)
1.圆柱型蜂窝陶瓷自动检测方法，其特征是：使用接触式测量传感器、照相机、圆形旋转式透明转盘及其固定在上面的样品固定装置，以及数据处理系统；所述的样品固定装置为样品卡夹，所述的数据处理系统所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100，所述的照相机用于拍摄圆柱型蜂窝陶瓷的端面、底面和侧面图像，固定于上下方向可移动支架上的所述的接触式测量传感器用于测量待测样品长度，固定于所述的圆形旋转式透明转盘上的所述的样品卡夹能同时起码夹住3个待测样品，并通过所述圆形旋转式透明转盘旋转使待测样品依次进入起码3个工作位置即工位以接受不同参数检测；
该方法对圆柱型蜂窝陶瓷自动检测的工艺流程如下：所述的样品卡夹的第一工位即1号工位，此为预备和上下装料工位；所述的样品卡夹旋转一个角度进入2号工位，2号工位的位于待测样品端面内接正方形顶点上方的4个所述的接触式测量传感器下降，与端面接触后将测得的待测样品长度、平行度信息传回储存器；2号工位在待测样品侧面一半高度的水平方向设有2台互成90°的照相机，拍摄侧面显示垂直度的图像信息也传回储存器；所述的样品卡夹旋转一个角度进入3号工位，处于待测样品下方一照相机通过所述的圆形旋转式透明转盘拍摄待测样品底面图像，显示的圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率信息传回储存器；或同时处于待测样品端面上方设有一照相机拍摄的待测样品端面图像，显示的待测样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率信息传回储存器；最后随着所述的圆形旋转式透明转盘逆时针旋转一个角度，待测样品返回1号工位，取下该待测样品并装上新待测样品，重新开始下一轮操作；
其中每批只能测定同一外径或同一长度的圆柱型蜂窝陶瓷待测样品，孔密度、壁厚、阻孔则不受限制；当待测样品的外径或长度改变后，需要调整各工位测量装置的位置，包括待测样品上下2只照相机，待测样品侧面互成90°的2只照相机，以及待测样品上端的4个接触式测量传感器。
2.根据权利要求1所述圆柱型蜂窝陶瓷自动检测方法，其特征是：所述的数据处理系统设定参数，即设定标准样品的高度、外径、孔密度、壁厚、垂直度、平行度、阻孔百分率7项参数标准数值，同时设定各参数的允许偏差，所设参数随即进入储存器；储存器除接受设定参数的信息外还接受接触式测量传感器、照相机测得待测样品的信息；所述的数据处理系统所用软件为GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100；所述的数据处理系统将储存的图像信号通过软件GT蜂窝陶瓷自动检测系统V100转变成数字化的测量信号；此测量信号与上述各参数进行显示和比较，即将处理得到的7个参数和相应的偏差在屏幕上显示，并得到待测样品合格或不合格品的判断；如某参数偏差超出允许值，设在屏幕下端的报警器就会发出光、声信号。
3.根据权利要求1所述圆柱型蜂窝陶瓷自动检测方法，其特征是：所述的圆形旋转式透明转盘旋转使待测样品依次进入起码四个工位，即样品卡夹设有四个工位，其中样品卡夹的第3号工位处于待测样品下方设有的一照相机通过所述的圆形旋转式透明转盘拍摄样品底面图像，样品卡夹旋转一角度的位置设有第4工位，处于第4工位的待测样品端面上方设有一照相机拍摄的待测样品端面图像，显示的待测样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率信息传回储存器；最后所述的圆形旋转式透明转盘旋转一个角度，待测样品返回1号工位，取下该待测样品并装上新待测样品，重新开始下一轮操作。
4.根据权利要求2所述圆柱型蜂窝陶瓷自动检测方法，其特征是：手工将待测样品放入样品卡夹的一弯钩内固定，此时位置即为1号工位，待测样品便进入预备状态；样品卡夹置于所述的圆形旋转式透明转盘上旋转90°，待测样品便进入2号工位，处于待测样品端面内接正方形顶点上方的4个接触式测量传感器下降，与端面接触后将测得的待测样品长度、平行度信息传回储存器；2号工位在待测样品侧面一半高度的水平方向设有2台互成90°的照相机，拍摄侧面显示垂直度的图像信息传回储存器；所述的圆形旋转式透明转盘逆时针旋转90°待测样品便进入3号工位，这时处于待测样品下方一照相机通过所述的圆形旋转式透明转盘拍摄待测样品底面图像，显示的圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率信息传回储存器；所述的圆形旋转式透明转盘再逆时针旋转90°使待测样品处于4号工位，这时处于待测样品端面上方一照相机拍摄的待测样品端面图像，显示的待测样品圆整度、孔密度、壁厚、阻孔百分率信息传回储存器；最后随着所述的圆形旋转式透明转盘逆时针旋转90°，待测样品返回1号工位，取下该待测样品并装上新待测样品，重新开始下一轮操作。
5.根据权利要求3所述的圆柱型蜂窝陶瓷自动检测方法，其特征是：采用步进电机驱动固定了4个待测样品的所述的样品卡夹和所述的圆形旋转式透明转盘逆时针转动，通过感应传感器控制所述的圆形旋转式透明转盘每隔4秒钟、每次90°的幅度脉冲式转动一次，从而确保待测样品能准确进入4个工位，使每个工位待测样品有足够时间停留进行装卸或测定。
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