CN104776817A - 滑动式瓷砖表面平整度检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于瓷砖表面平整度激光检测技术领域，具体地说是一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置及其方法。包括激光发射模块、感应光电触发模块、瓷砖传动模块及数据处理模块，其中瓷砖传动模块用于传送被测陶瓷砖，所述激光发射模块设置于瓷砖传动模块的上方、并与数据处理模块连接，所述激光发射模块产生激光束，并获得被测陶瓷砖的表面与激光发射模块间的距离信息，所述数据处理模块用于处理显示采集到的被测陶瓷砖的表面特征点数据并进行声光提示，所述感应光电触发模块设置于瓷砖传动模块的侧面，所述感应光电触发模块用于同步激光发射模块发射激光的时间。本发明调节方便、安装维修便捷，工作稳定可靠，可以实现对不同尺寸规格的瓷砖平整度的简单、快速以及高精度的检测。

Description

滑动式瓷砖表面平整度检测装置及其方法

技术领域

本发明属于瓷砖表面平整度激光检测技术领域，具体地说是一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置及其方法。

背景技术

我国每年瓷砖的产量占世界的50％以上，位列瓷砖生产大国。据不完全统计，我国年产百万平米以上甚至达千万平方米的大中型瓷砖企业已有800多家，加上小型企业，瓷砖企业的数量达数千家。目前，我国室内陶瓷墙地砖的产量占世界总产量的33.7％，建筑陶瓷砖与卫生陶瓷砖的产量已连续8年位居世界第一。然而，瓷砖的质量与日本、英国、意大利等发达国家相比，多为低中档产品，难与国际接轨。最为制约我国瓷砖产品质量的因素是缺少现代化的自动生产和检测设备。虽然近年来我国的瓷砖生产机械发展迅猛，所采用的生产线和生产设备已经由原来的完全进口到现在的进口与国产并存，但瓷砖的检测方法和设备多年未更新，尤其是自动检测装置至今仍是我国陶瓷机械行业的一个空白。个别进口的瓷砖平整度自动分检系统不适用于质量参差不齐的瓷砖检测，因此没有真正付诸使用甚至束之高阁。

表面平整度是衡量瓷砖质量的重要的几何精度之一。平整度测量的方法主要可以分为接触式和非接触式两大类。目前广泛采用的平台塞尺法是一种依赖手工操作的接触式瓷砖测量方法，首先将一把直尺靠在瓷砖表面的测量位置，然后用塞尺测量直尺下的间隙，根据测量要求选取不同的测量位置，从而测得瓷砖表面的平整度值。平台塞尺法主要存在以下弊端：一方面传统的接触式测量技术主要依靠人工经验和熟练程度，跟不上现代瓷砖企业非接触的测量要求，已成为制约生产效率和加工精度的制主要因素；另一方面，离线静态的测量技术满足不了现代加工中在线动态的测量要求，无法及时控制生产过程，经常出现检测不及时导致废品的情况，严重影响了产品的质量，最终严重影响企业的经济效益。总之，接触式平整度检测方法存在检测速度慢、劳动强度大以及依赖主观经验，检测错误较高，瓷砖出厂质量受限，产品技术含量低等弊端。而限于瓷土配料、生产工艺、流程控制、价格等方面存在国情上的差异，国外非接触式的瓷砖自动检测系统无法在国内得到实际应用，严重制约了产品档次的提高及出口能力的增强，成为阻碍产品品质提升的最大瓶颈，是瓷砖行业中亟需攻克的技术问题。

国内庞大的瓷砖企业对瓷砖表面平整度检测装置的需求潜力巨大，采用高新的瓷砖表面平整度检测技术，结合国际先进检测及计算机设备，研制并开发智能化较高的瓷砖表面平整度检测方法以及装置，对填补国内空白、满足我国瓷砖行业技术装备现代化需求有着重要的社会经济意义，此外可以推动我国瓷砖行业的整体自动化水平。

综上所述，开发一种适合我国瓷土配料、生产工艺、流程控制、价格等方面的瓷砖平整度检测方法及装置，不仅可以节省劳动力以及减轻工人劳动强度，将同时可以提高检测精度，提升瓷砖产品质量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置，包括激光发射模块、感应光电触发模块、瓷砖传动模块及数据处理模块，其中瓷砖传动模块用于传送被测陶瓷砖，所述激光发射模块设置于瓷砖传动模块的上方、并与数据处理模块连接，所述激光发射模块产生激光束，并获得被测陶瓷砖的表面与激光发射模块间的距离信息，所述数据处理模块用于处理显示采集到的被测陶瓷砖的表面特征点数据并进行声光提示，所述感应光电触发模块设置于瓷砖传动模块的侧面，所述感应光电触发模块用于同步激光发射模块发射激光的时间。

所述瓷砖传动模块包括驱动电机、光电编码器、皮带及传动滚筒，其中驱动电机的输出端通过皮带与传动滚筒传动连接，所述驱动电机与光电编码器连接，所述光电编码器与数据处理模块连接，所述光电编码器用于输出驱动电机的速度脉冲信号。

所述激光发射模块包括基座、激光位移传感器、滑块及激光器导轨，其中激光器导轨垂直于瓷砖传动方向设置于瓷砖传动模块的上方，所述激光器导轨上连接有多个滑块，各滑块上通过基座安装激光位移传感器，所述激光位移传感器与数据处理模块连接。所述激光位移传感器为三个。所述激光器导轨上设有标尺。

所述感应光电触发模块包括第一感应光电开关、第二感应光电开关及第三感应光电开关，其中第一感应光电开关和第三感应光电开关分别设置于皮带的两端，用于防止待测瓷砖掉落，所述第二感应光电开关设置于皮带的中间、并与激光发射模块相对应，用于同步激光发射模块发射激光的时间。所述第一感应光电开关、第二感应光电开关及第三感应光电开关均包括感应光电发射器和感应光电接收器，所述感应光电发射器和感应光电接收器分别对称设置于皮带的两侧。

所述数据处理模块包括单片机、报警装置及上位机软件，所述单片机与上位机软件连接，所述激光发射模块与单片机连接，所述报警装置与单片机连接。

一种滑动式瓷砖表面平整度的检测方法，被测陶瓷砖通过瓷砖传动模块输送至与感应光电触发模块相对应的位置时，所述感应光电触发模块触发激光发射模块发射与被测陶瓷砖表面垂直的共面激光束，所述激光发射模块获取被测陶瓷砖表面特征点到激光发射模块的距离、并将距离值传给数据处理模块的单片机，所述单片机进行处理，得出被测陶瓷砖表面平整度的评价值。

所述被测陶瓷砖的表面均布九个特征点，所述激光发射模块中的相邻两个激光位移传感器之间的距离通过滑块在导轨上滑动来实现、并由导轨上的标尺的刻度确定各激光位移传感器的精确位置。

本发明的优点及有益效果是：

本发明调节方便、安装维修便捷，工作稳定可靠，可以实现对不同尺寸规格的瓷砖平整度的简单、快速以及高精度的检测。

附图说明

图1是本发明中激光传感器特征点分布图；

图2是本发明的结构示意图；

图3a是本发明检测流程的俯视图之一；

图3b是本发明检测流程的俯视图之二；

图3c是本发明检测流程的俯视图之三；

图4是本发明中平台导轨的结构示意图；

图5是被测陶瓷砖的中心弯曲度示意图；

图6是被测陶瓷砖的翘曲度示意图；

图7是被测陶瓷砖的边弯曲度示意图。

其中：1为第一感应光电开关，2为第二感应光电开关，3为第三感应光电开关，4为被测陶瓷砖，5为导轨，6为激光位移传感器，7为驱动电机，8为光电编码器，9为单片机，10为皮带，11为传动滚筒，12为第一激光位移传感器，13为第二激光位移传感器，14为第三激光位移传感器，15为第一感应光电发射器，16为第一感应光电接收器，17为第二感应光电发射器，18为第二感应光电接收器器，19为第三感应光电发射器，20为第三感应光电接收器，21为标尺，22为第一滑块，23为第二滑块，24为第三滑块，25为第一激光器基座，26为第二激光器基座，27为第三激光器基座，28为报警装置，29为上位机软件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图2、图4所示，本发明一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置，包括激光发射模块、感应光电触发模块、瓷砖传动模块及数据处理模块，其中瓷砖传动模块用于传送被测陶瓷砖4，所述激光发射模块设置于瓷砖传动模块的上方、并与数据处理模块连接，所述激光发射模块产生激光束，并获得被测陶瓷砖4的表面与激光发射模块间的距离信息，所述数据处理模块用于处理显示采集到的被测陶瓷砖4的表面特征点数据并进行声光提示，所述感应光电触发模块设置于瓷砖传动模块的侧面，所述感应光电触发模块用于同步激光发射模块发射激光的时间。

所述瓷砖传动模块包括驱动电机7、光电编码器8、皮带10及传动滚筒11，其中驱动电机7的输出端通过皮带10与传动滚筒11传动连接，所述驱动电机7与光电编码器8连接，所述光电编码器8与数据处理模块连接，所述光电编码器8用于输出驱动电机7的速度脉冲信号。

所述激光发射模块包括基座、激光位移传感器、滑块及激光器导轨5，其中激光器导轨5垂直于皮带10的输送方向设置于皮带10的上方，所述激光器导轨5上连接有第一滑块22、第二滑块23及第三滑块24，所述第一滑块22上通过第一激光器基座25安装有第一激光位移传感器12，所述第二滑块23上通过第二激光器基座26安装有第二激光位移传感器13，所述第三滑块24上通过第三激光器基座27安装有第三激光位移传感器15，所述第一激光位移传感器12、第二激光位移传感器13及第三激光位移传感器14均与数据处理模块连接。所述激光器导轨5上设有标尺21，通过调整激光位移传感器间的相互距离，从而实现对不同规格尺寸的被测陶瓷砖4平整度的检测，由标尺21的刻度，确定各滑块的精确位置。

如图2、图3所示，所述感应光电触发模块包括第一感应光电开关1、第二感应光电开关2及第三感应光电开关3，其中第一感应光电开关1和第三感应光电开关3分别设置于皮带10的两端，用于防止待测瓷砖掉落。当被测陶瓷砖4传送到皮带线边缘时，第一感应光电开关1和第三感应光电开关3探测到被测陶瓷砖4，控制驱动电机7改变转动方向，实现目标瓷砖的往复运动。所述第二感应光电开关2设置于皮带10的中间、并与激光发射模块相对应，用于同步激光发射模块发射激光的时间。各感应光电开关均包括感应光电发射器和感应光电接收器，所述感应光电发射器和感应光电接收器分别对称设置于皮带10的两侧。所述第一感应光电开关1由第一感应光电发射器15和第一感应光电接收器16组成，所述第一感应光电发射器15和第一感应光电接收器16分别对称设置于皮带10的起始端两侧；第二感应光电开关2由第二感应光电发射器17和第二感应光电接收器18组成，位于皮带10中部与激光位移传感器平行的位置；第三感应光电开关3由第三感应光电发射器19和第三感应光电接收器20组成，第三感应光电发射器19和第三感应光电接收器20分别位于皮带10的末端两侧。

所述数据处理模块包括单片机9、报警装置28及上位机软件29，所述单片机9与上位机软件29连接，所述激光发射模块与单片机9连接，所述报警装置28与单片机9连接。

本发明中各种金属框架均采用铝制材料，结构轻便，具有一定的硬度和刚度。所述驱动电机7、光电编码器8、第一感应光电开关1、第二感应光电开关2及第三感应光电开关3的外部安装防护玻璃罩，用于防尘。

本发明的检测方法：

如图1所示，所述待检测瓷砖的表面均布9个特征点，所述激光发射模块中的相邻两个激光位移传感器之间的距离通过滑块在导轨5上滑动来实现、并由导轨5上的标尺21的刻度确定各激光位移传感器的精确位置。

被测陶瓷砖4通过皮带10输送，当被测陶瓷砖4的前端运行到与第二感应光电开关2相对应的位置处时，第二感应光电开关2触发三个激光位移传感器6发射三束垂直向下的共面激光，共面激光束与被测陶瓷砖4的表面互相垂直；激光位移传感器6首先提取出被测陶瓷砖4特征点A、B、C到激光位移传感器6的距离，同时光电编码器8将驱动电机7的速度信息发送至单片机9；单片机9有选择的选取被测陶瓷砖4的特征点D、E、F、G、H、I到激光位移传感器6的距离；激光位移传感器6获得被测陶瓷砖4表面的9个位移量坐标，并将9个位移量坐标数据发送给单片机9进行处理，最终得出被测陶瓷砖4的表面平整度的评价值。

本发明中单片机9使用mega16，频率可以达到12MHz，当被测陶瓷砖4运行到外触发感应发光电相应位置时，触发3个激光位移传感器将被测陶瓷砖表面前三个特征点A、B、C距离值存储至单片机9中，同时光电编码器8将驱动电机7的速度信息上传至单片机9。通过计算光电编码器8传递过来的脉冲数，单片机9有选择的提取被测陶瓷砖4中间三个特征点H、I、D及最后三个特征点G、E、F到激光位移传感器6的距离，激光位移传感器6最后一共获得被测陶瓷砖4的表面九个位移量坐标，若激光器测得各点距离分别为H_a，H_b，H_c，H_h，H_i，H_d，H_g，H_f，H_e，则各点相应空间三维坐标为A(0，0，H_a)、B(L／2，0，H_b)、C(L，0，H_c)、H(0，L／2，H_h)、I(L／2，L／2，H_i)、D(L，L／2，H_d)、G(0，L，H_g)、F(L／2，L，H_f)、E(L，L，H_e)(详见图1)。采用该测量方案的优势在于：激光探头采用的测量方案是一直保持开通状态。因为激光探头的开启时间为2ms～20ms，若采用单片机控制激光探头开关方式将导致测量误差增大，不能准确提取瓷砖特征点。经过测量的三路模拟量电压信号首先传入AD574芯片。此芯片拥有四路A／D转换器，内部带有锁存电路。因此，测量的模拟量电压信号可以保证同时性。同时，此芯片的采样精度为14位，可以实现对应的外部距离精度为20／8192mm=0.0025mm。

本发明中上位机软件平台基于VS2010单文档程序框架，采用Multigen-Paradim公司Crea tor三维建模软件。由于添加了颜色、纹理、材质和光照信息，可以增加三维场景真实感，它所支持的Open flight数据格式标准是世界上领先的可视化数据库标准，结合仿真开发软件Vega Prime完全能满足测量系统高可靠、硬实时性要求。其中上部界面可显示系统运行状况，下方界面可实时显示接收到的9个特征点高度信息及平整度分级结果。

本发明的工作原理是：

按照国标GB／T3810.2-2006规定，瓷砖平整度主要通过中心弯曲度、边弯曲度和翘曲度三个指标进行衡量，其中中心弯曲度是指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；边弯曲度是指瓷砖的一条边的中点偏离两个端点所确定的直线的距离；翘曲度是由陶瓷砖的三个角点所确定一个平面，第四个角点偏离该平面的距离。

陶瓷砖平整度定义及计算方法：

陶瓷砖平整度定义：

1.中心弯曲度d_C

如图5所示，中心弯曲度是指砖的中心点偏离被测陶瓷砖4个角中的3个角所决定的平面的距离，如图5所示。如求I到AGE的距离，先根据A、G、E点坐标求出平面AGE的三元一次方程ax+by+cz+d=0(a，b，c，d为方程系数，且a²+b²+c²≠0)，再利用距离公式求出I(L／2，L／2，H_i)到AGE的距离如此分别求出I点到平面AGE(d₁)、CGE(d₂)、CAE(d₃)、CAG(d₄)的距离的最大值为d_C=max{d₁ d₂ d₃ d₄}。

其中(x_I，y_I，z_I)为I的三维空间坐标，d_i(i=1，2，3，4)分别为I点到不同平面(AGE、CGE、CGE、CAG)的距离，L为工作尺寸(详见图1)，H_i为激光器测得激光器到瓷砖表面I点的高度信息。

2.翘曲度d_W

如图6所示，翘曲度是指被测陶瓷砖4的三个角决定一个平面，其第四个角偏离该平面的距离。即C、A、G、E点到平面AGE(d₁)、CGE(d₂)、CGE(d₃)、CAG(d₄)的距离的最大值为d_W=max{d₁ d₂ d₃ d₄}。d_i(i=1，2，3，4)分别为I点到不同平面(AGE、CGE、CGE、CAG)的距离。

3.边弯曲度d_L

如图7所示，边弯曲度是指砖一条边的中点到该边两端连线的距离，也就是点H、F、D、B分别到直线AG、GE、EC、CA的距离。可证明，点H到空间直线AG的距离为

$d=\frac{|(a_1{x}_H+b_1{y}_H+c_1{z}_H+d_1)\stackrel{\→}{n_2}-(a_2{x}_H+b_2{y}_H+c_2{z}_H+d_2)\stackrel{\→}{n_1}|}{|\stackrel{\→}{n_1}\×\stackrel{\→}{n_2}|}$

如此分别求出H到AG的距离(d₁)、F到GE的距离(d₂)、D到CE的距离(d₃)、B到AC的距离(d₄)。取d_L=max{d₁ d₂ d₃ d₄}即为边弯曲度误差值。其中(x_H，y_H，z_H)为H的三维空间坐标，空间直线AG可表示为平面AGE三元一次方程a₁x+b₁y+c₁z+d₁=0(a₁，b₁，c₁，d₁为方程系数，且)与平面AGC三元一次方程a₂x+b₂y+c₂z+d₂=0(a₂，b₂，c₂，d₂为方程系数，且 $a_2^2+b_2^2+c_2^2\≠0$ )交线，即 $\left\{\begin{array}{c}{a}_{1}x+b_{1}y+c_{1}z+d_1=0\\ a_{2}x+b_{2}y+c_{2}z+d_2=0\end{array}\right.$

Claims (10)

1.一种滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：包括激光发射模块、感应光电触发模块、瓷砖传动模块及数据处理模块，其中瓷砖传动模块用于传送被测陶瓷砖(4)，所述激光发射模块设置于瓷砖传动模块的上方、并与数据处理模块连接，所述激光发射模块产生激光束，并获得被测陶瓷砖(4)的表面与激光发射模块间的距离信息，所述数据处理模块用于处理显示采集到的被测陶瓷砖(4)的表面特征点数据并进行声光提示，所述感应光电触发模块设置于瓷砖传动模块的侧面，所述感应光电触发模块用于同步激光发射模块发射激光的时间。

2.按权利要求1所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述瓷砖传动模块包括驱动电机(7)、光电编码器(8)、皮带(10)及传动滚筒(11)，其中驱动电机(7)的输出端通过皮带(10)与传动滚筒(11)传动连接，所述驱动电机(7)与光电编码器(8)连接，所述光电编码器(8)与数据处理模块连接，所述光电编码器(8)用于输出驱动电机(7)的速度脉冲信号。

3.按权利要求1所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述激光发射模块包括基座、激光位移传感器、滑块及激光器导轨(5)，其中激光器导轨(5)垂直于瓷砖传动方向设置于瓷砖传动模块的上方，所述激光器导轨(5)上连接有多个滑块，各滑块上通过基座安装激光位移传感器，所述激光位移传感器与数据处理模块连接。

4.按权利要求3所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述激光位移传感器为三个。

5.按权利要求3所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述激光器导轨(5)上设有标尺(21)。

6.按权利要求2所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述感应光电触发模块包括第一感应光电开关(1)、第二感应光电开关(2)及第三感应光电开关(3)，其中第一感应光电开关(1)和第三感应光电开关(3)分别设置于皮带(10)的两端，用于防止待测瓷砖掉落，所述第二感应光电开关(2)设置于皮带(10)的中间、并与激光发射模块相对应，用于同步激光发射模块发射激光的时间。

7.按权利要求6所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述第一感应光电开关(1)、第二感应光电开关(2)及第三感应光电开关(3)均包括感应光电发射器和感应光电接收器，所述感应光电发射器和感应光电接收器分别对称设置于皮带(10)的两侧。

8.按权利要求1所述的滑动式瓷砖表面平整度检测装置，其特征在于：所述数据处理模块包括单片机(9)、报警装置(28)及上位机软件(29)，所述单片机(9)与上位机软件(29)连接，所述激光发射模块与单片机(9)连接，所述报警装置(28)与单片机(9)连接。

9.一种按权利要求1-8任一项所述装置的检测方法，其特征在于：被测陶瓷砖(4)通过瓷砖传动模块输送至与感应光电触发模块相对应的位置时，所述感应光电触发模块触发激光发射模块发射与被测陶瓷砖(4)表面垂直的共面激光束，所述激光发射模块获取被测陶瓷砖(4)表面特征点到激光发射模块的距离、并将距离值传给数据处理模块的单片机(9)，所述单片机(9)进行处理，得出被测陶瓷砖(4)表面平整度的评价值。

10.按权利要求9所述的方法，其特征在于：所述被测陶瓷砖(4)的表面均布九个特征点，所述激光发射模块中的相邻两个激光位移传感器之间的距离通过滑块在导轨(5)上滑动来实现、并由导轨(5)上的标尺(21)的刻度确定各激光位移传感器的精确位置。