CN110044274A - 一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪及测试方法，适用于陶瓷砖、石材或其它板材的尺寸、变形的测定，包含长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度检测。测量过程单个检测样品只需定位一次；采用激光距离传感器非接触式测量，测量精度高；传感器可实现平面运动、升降和回转运动，完整扫描检测陶瓷砖工作面和四个侧边；采集的测量数据通过测量软件计算出检测结果，并直接生成检测报告，存储和查取；完全替代实验室陶瓷砖和石材板尺寸的人工检测方法，本发明检测准确，检测周期短，高效智能。

Description

一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪及测试方法

技术领域

本发明提出了一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，属于检测技术领域，适用于检测实验室内陶瓷砖、石材或其它薄型板材的尺寸、变形的检测。

背景技术

近年来，随着我国建材行业的快速发展，以及世界建材制造强国地位形成，有力地推动我国建材机械装备的创新发展。在建材的制造设备方面，不断进步，已达到世界先进水平。但是在部分建材产品的检测设备方面，创新投入不足，检测设备相对简陋，方法原始。

对于陶瓷砖的尺寸检测，应用市场上现有的设备，长度和宽度采用游标卡尺测量；厚度采用螺旋测微仪测量；边直度、直角度、表面平整度采用带有对应尺寸的标准板和千分尺的仪器对比测量；一块检测样品在测量过程需要转动四次，需要操作人员依次各个仪表的检测数据，同时根据算式计算检测结果，填写纸质检测记录表。

中国发明专利（授权公告号为CN101169452 B和CN104111260 B）公开了两种陶瓷砖生产线上陶瓷砖尺寸和表面质量检测设备，存在以下不足：1、设备结构复杂，维护困难；2、性价比不足，一台设备调校好以后，只能检测对应一种规格的陶瓷砖产品，不适用于实验室多规格的产品检测。

急切需要一种劳动强度低，测量精度高，测试效率高，可对不同规格陶瓷砖检测的智能测试设备，来满足不断发展的陶瓷行业生产、科研、质量管理的需要。

发明内容

本发明公开了一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，适用于用于方形陶瓷砖和石材板的尺寸的检测，包含长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，包括机架，检测平台，龙门式平面运动模组，激光检测装置，所述检测平台和龙门式平面运动模组安装在机架上，所述机架底部设有四个水平调节轮，用于调节测试仪的水平；所述检测平台用于放置和定位检测试样,所述龙门式运动模组上设有运动滑块，所述运动滑块上安装有激光检测装置，所述激光检测装置上安装有激光距离传感器，所述龙门式平面运动模组由三条直线模组组成，包括两侧平行的直线模以及与两侧平行的直线模都垂直的直线模组，所述两侧平行的直线模组用一根同步轴连接，与两侧平行的直线模都垂直的直线模组的两侧都安装有槽型光电开关用于设定X-Y轴原点，所述激光检测装置上安装的激光距离传感器为2个，分别为第一激光距离传感器，用于扫描检测试样的四个侧边，第二激光距离传感器固定安装在激光检测装置的面板上，用于扫描检测试样工作面。

其中，所述激光检测装置的面板上还安装有第一电机、第二电机，所述第一电机用于第一激光距离传感器的升降，第二电机用于第一激光距离传感器的回转。

其中，所述激光检测装置的面板上还安装有第一光电传感器，第二光电传感器，所述第一光电传感器用于定位第一激光距离传感器升降原点，第二光电传感器用于定位第一激光距离传感器回转原点。

其中，所述测试仪还包括安装在机架上的控制系统为工业计算机，用于实现测量过程中与检测模块的数据采集和运动控制。

本发明还提供了一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试方法，包括以下步骤：

步骤一、检测前激光测量机构（4）在设备的起始原点，将同一批次的各个检测试样分次平放在检测设备的检测平台（2）上；

步骤二、激光测量机构（4）从设备的检测坐标原点开始，根据不同尺寸规格试样的检测轨迹，正对扫描试样的四个侧面和工作面上的21个检测点，采集检测点到激光距离传感器的距离数据；

步骤三、采用所采集的距离数据和激光检测机构（4）在设备检测坐标下的位置，重建各个检测点空间坐标，根据相对应的国家标准中关于各个尺寸要素（长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度）的定义，在测量软件（5）中编入各个尺寸要素的计算方法，计算得到检验数据；

步骤四、根据同一批次检测试样的检测数据，生成某一批次检测试样产品的电子检测表格（Excel格式）。

与现有技术相比，本发明的有益之处为：设备可以自动检测多个尺寸规格的方形陶瓷砖和石材板产品；每一件检测试样检测时只需要定位一次，劳动强度更低；结合测量软件自动检测每块检测试样的尺寸更加精确；设备结构简单可靠，易于维护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明激光检测机构的结构示意图；

图3为本发明激光检测机构的运动轨迹图；

图4为本发明操作系统和测量软件控制原理图；

图5为本发明涉及测量方法中试件检测点位置及定义；

图6为本发明检测操作流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，包括机架（1），检测平台（2），龙门式平面运动模组（3），激光检测装置（4），所述检测平台（2）和龙门式平面运动模组（3）安装在机架（1）上，所述机架（1）底部设有四个水平调节轮（12），用于调节测试仪的水平；所述检测平台（2）用于放置和定位检测试样,所述龙门式运动模组（3）上设有运动滑块，所述运动滑块上安装有激光检测装置（4），所述激光检测装置（4）上安装有激光距离传感器，所述龙门式平面运动模组（3）由三条直线模组组成，包括两侧平行的直线模（15）以及与两侧平行的直线模都垂直的直线模组（14），所述两侧平行的直线模组用一根同步轴（16）连接，与两侧平行的直线模都垂直的直线模组的两侧都安装有槽型光电开关（13）用于设定X-Y轴原点，所述激光检测装置（4）上安装的激光距离传感器为2个，分别为第一激光距离传感器（10），用于扫描检测试样的四个侧边，第二激光距离传感器（11）固定安装在激光检测装置的面板上，用于扫描检测试样工作面。

其中，所述激光检测装置的面板上还安装有第一电机（6）、第二电机（9），所述第一电机（6）用于第一激光距离传感器（10）的升降，第二电机（9）用于第一激光距离传感器（10）的回转。

其中，所述激光检测装置的面板上还安装有第一光电传感器（7），第二光电传感器（8），所述第一光电传感器（7）用于定位第一激光距离传感器（10）升降原点，第二光电传感器（8）用于定位第一激光距离传感器（10）回转原点。

其中，所述测试仪还包括安装在机架（1）上的控制系统（5）为工业计算机，用于实现测量过程中与检测模块的数据采集和运动控制。

在一种实施方式中，机架（1）作为设备上所有结构的支撑，检测平台（2）和龙门式平面运动模组（3）安装在机架（1）上，机架（1）底部带有四个水平调节轮，可调整整个设备的水平。

检测平台（2）用于放置和定位检测试样,可以带有三个侧边定位块。检测平台（2）可以带四个高度调节的支撑螺杆，可调整基准平台的水平，达到与龙门式运动模组（3）的平行。

龙门式运动模组（3）的运动滑块上安装激光检测装置（4），满足激光检测装置（4）在检测试样的工作面上方的平面移动。其中，龙门式平面运动模组（3）由三条直线模组组成，两侧的直线模组用一根同步轴连接，可以使两侧滑块运动同步，均采用闭环步进电机或者伺服电机驱动，在互相垂直的直线运动模组上安装有槽型光电开关设定X-Y轴原点。

激光检测机构（4）采用两支激光距离传感器，第一距离传感器（10）用于扫描瓷砖产品的四个侧边，第一电机（6）用于第一距离传感器（10）的升降，第二电机（9）用于第一距离传感器（10）的回转，第一光电传感器（7）定位升降原点，第二光电传感器（8）定位回转原点。第二距离传感器（11）用于扫描陶瓷砖的上表面。其中，图3为本发明激光检测机构的运动轨迹图。

控制系统和测量软件（5）是来实现测量过程中与检测模块的数据采集和运动控制，核心为工业计算机。其中，图4为本发明操作系统和测量软件控制原理图，显示屏用于操作界面显示，测量过程显示和检测结果显示。编码器，光电传感器，闭环步进电机或伺服电机，电机驱动器，运动控制卡，工业计算机共同组成运动控制系统。数据采集卡和激光距离传感器组成数据采集模块，运动控制卡和数据采集卡安装在工业计算机内部。

为了实现检测功能，具体实施方式如下：

1)为了保证检测精度大于0.1mm，需要满足如下设备安装要求：

安装前，同步模组的安装平面需调整到水平；

龙门式运动模组的两条同步直线导轨需要安装在机架的同一个加工平面上，平面满足跳动公差不大于0.05mm；两条同步直线模组平行安装，间距的差值不超过0.05mm；

作为横梁的直线模组（与两侧平行的直线模都垂直的直线模组），与同步模组的安装平面平行，横梁两头与同步模组安装平面的高度差不大于0.05mm；作为横梁的直线模组，与同步模组垂直，直角度偏差不大于0.05mm；

两道同步模组卧式安装，横梁直线模组采用立式安装，垂直于同步模组的安装平面；

检测平台的加工平面度公差要求不大于0.1mm；检测平台的两条侧边分别于同步模组和横梁模组平行；检测平台与横梁模组的运动平面平行，差值小于0.05mm；

控制第一距离传感器回转的步进第二电机安装平面与横梁模组的运动平面平行；

2)设备原点的设置，需要采用如下方式：

整个机器的坐标零位定义为当激光检测机构处于起始位置时，以第一电机的轴心线在X-Y平面上的投影点为X轴和Y轴的零点，以第二距离传感器的检测光发出平面为Z轴坐标为0的平面。在同步直线模组和横梁直线模组的起始端部安装光电传感器作为设备X-Y轴零点的输出信号；

激光检测机构的起始位置的定义为第一距离传感器正对检测平台第一个角的相邻的两条侧边的距离读数为0.00mm时；

对于需要升降和回转的第一距离传感器，设置一个升降的原点和回转原点，均采用槽型光电传感器，作为回转原点的光电传感器的挡光元件为一个带有狭缝的不透光圆盘。

3)激光检测机构的运动控制

直线运动模组可采用丝杠或同步的形式，要求位置重复精度高于0.05mm。驱动电机可采用闭环步进电机或伺服电机的形式，都带有编码器反馈；距离传感器1升降采用丝杠步进电机和直线滑块的组合实现，回转采用高精度步进电机实现，以达到第一距离传感器正对侧边测量；

不同规格检测试样对应不同的检测轨迹文件，轨迹文件包含图3轨迹示意图中每一步X-Y轴运动对应电机的脉冲数值；再通过驱动器驱动电机实现机构检测机构运动。

4)检测数据的采集

在检测过程中，根据X-Y轴运动驱动电机的编码器信号，判断运动到激光距离传感器正对检测试样上检测点时，激光距离传感器采集距离数据；

在工控机中设定一组数组，依次存储各个检测点位置对应的激光距离传感器采集距离数据，用于后部数据处理。

取同一类别10块陶瓷砖产品，分别通过激光距离传感器扫描单块瓷砖产品的所有检测点，在机器坐标系下生成各个检测点的位置坐标，根据《GB/T 3812.2-2016陶瓷砖试验方法 第二部分：尺寸和表面质量的检测》中的计算方法，计算得到尺寸（长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度）检验结果，根据10块产品的检测数据，生成某一类别瓷砖产品的电子检验报表，完全替代实验室陶瓷砖和石材板尺寸的人工检测，本发明检测准确，检测周期短，高效智能。

一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试方法，包括以下步骤：

步骤一、检测前激光测量机构（4）在设备的起始原点，将同一批次的各个检测试样分次平放在检测设备的检测平台（2）上；

步骤二、激光测量机构（4）从设备的检测坐标原点开始，根据不同尺寸规格试样的检测轨迹，扫描试样的四个侧面和工作面上的21个检测点，采集检测点到激光距离传感器的距离数据；

步骤三、采用采集的距离数据和激光检测机构（4）在设备检测坐标下的位置，重建各个检测点空间坐标，根据相对应的国家标准中关于各个尺寸要素（长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度）的定义，在测量软件（5）中编入各个尺寸要素的计算方法，计算得到检验数据；

步骤四、根据同一批次检测试样的检测数据，生成某一批次检测试样产品的电子检测表格（Excel格式）。

所述的智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试方法中，放置检测试样时，应与检测平台侧边的三个定位块靠齐。

所述的智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试方法中，上表面检测位置为四个距离相邻侧边10mm处和四个侧边中心位置往里10mm处，试样工作面中心点。侧边检测位置为每个侧边中心位置和距离角点5mm处。

关于检测点的定义和位置如图5所示。四条检测点依次为B11，B12，B13,B21，B22,B23,B31,B32,B33,B41,B42,B43；

工作面检测点依次为M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9靠近原点为角1，顺时针方向依次为角2、3、4，B1、B2、B3、B4依次为边1、2、3、4；

检测时如图6所示。具体步骤如下：

1）接通电源，设备检测系统启动。

系统启动后，进入登录界面，输入用户名和密码，进入系统自检界面。界面有原点校准和平台校准两项，先校准原点，再校准平台。坐标原点包含所有直线模组滑块处于前端复位位置，限位开关有信号输出；距离传感器1升到顶部，且在回转原点；按下“平台校准”按钮后，激光检测机构自动运行至检测平台上方四个距离相邻侧边各10mm的角点，距离传感器2扫描检测平台测得距离，相互差值不超过0.1mm为标准，差值过大时，手动调整测量检测平台四角的水平高度。

2）按下“开始检测”，选择陶瓷砖和石材板尺寸规格，当按下“开始检测”后，软件界面上会出现多个对应类型按钮，根据所检测试样的尺寸规格选择一种类别，按“下一步”。

3）放置检测试样，检测平台上有三个定位块，放置检测试样时靠齐即可。

放置好检测试样后，按下“扫描”按钮，“扫描”指示灯点亮，颜色为绿色。

检测装置先扫描检测试样的四个侧边，共12个检测位置；然后扫描上表面检测位置，共9个检测位置，采集检测点到激光距离传感器的距离数据。检测点位置如图5所示。上表面检测位置为四个距离相邻侧边10mm处和四个侧边中心位置往里10mm处。侧边检测位置为每个侧边中心位置和距离角点5mm处。扫描相邻的下一个侧边时，第一距离传感器需要水平旋转90°，扫描完侧边后，第一距离传感器上升收起。扫描结束传感器回到原点位置。

4） 采用采集的距离数据和激光检测机构在设备检测坐标下的位置，重建各个检测点空间坐标，根据相对应的国家标准中关于各个尺寸要素（长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度）的定义，在测量软件中编入各个尺寸要素的计算方法，计算得到检验数据。

单块陶瓷砖完成扫描后，系统在显示界面提示“完成扫描，更换下一块检测试样”，扫描指示灯熄灭。

5)放置好检测试样后，按下“扫描”，重复步骤5至步骤8，完成同一批次试样检测。

6)根据前面多块检测试样的测量数据，生成某批次产品尺寸变形检测记录表，同时存储测量结果。

7)完成一批次试样的检测后，系统提示“测量结束”。

Claims (5)

1.一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，包括机架（1），检测平台（2），龙门式平面运动模组（3），激光检测装置（4），其特征在于，所述检测平台（2）和龙门式平面运动模组（3）安装在机架（1）上，所述机架（1）底部设有四个水平调节轮（12），用于调节测试仪的水平；所述检测平台（2）用于放置和定位检测试样,所述龙门式运动模组（3）上设有运动滑块，所述运动滑块上安装有激光检测装置（4），所述激光检测装置（4）上安装有激光距离传感器，所述龙门式平面运动模组（3）由三条直线模组组成，包括两侧平行的直线模（15）以及与两侧平行的直线模都垂直的直线模组（14），所述两侧平行的直线模组用一根同步轴（16）连接，与两侧平行的直线模都垂直的直线模组的两侧都安装有槽型光电开关（13）用于设定X-Y轴原点，所述激光检测装置（4）上安装的激光距离传感器为2个，分别为第一激光距离传感器（10），用于扫描检测试样的四个侧边，第二激光距离传感器（11）固定安装在激光检测装置的面板上，用于扫描检测试样工作面。

2.根据权利要求1所述的一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，其特征在于，所述激光检测装置的面板上还安装有第一电机（6）、第二电机（9），所述第一电机（6）用于第一激光距离传感器（10）的升降，第二电机（9）用于第一激光距离传感器（10）的回转。

3.根据权利要求2所述的一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，其特征在于，所述激光检测装置的面板上还安装有第一光电传感器（7），第二光电传感器（8），所述第一光电传感器（7）用于定位第一激光距离传感器（10）升降原点，第二光电传感器（8）用于定位第一激光距离传感器（10）回转原点。

4.根据权利要求1所述的一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括安装在机架（1）上的控制系统（5）为工业计算机，用于实现测量过程中与检测模块的数据采集和运动控制。

5.一种智能化陶瓷石材板尺寸变形综合测试方法，其特征在于，使用上述权利要求中任一项所述的测试仪进行检测，包括以下步骤：

步骤一、检测前激光测量机构（4）在设备的起始原点，将同一批次的各个检测试样分次平放在检测设备的检测平台（2）上；

步骤二、激光测量机构（4）从设备的检测坐标原点开始，根据不同尺寸规格试样的检测轨迹，正对扫描试样的四个侧面和工作面上的21个检测点，采集检测点到激光距离传感器的距离数据；

步骤三、采用所采集的距离数据和激光检测机构（4）在设备检测坐标下的位置，重建各个检测点空间坐标，根据相对应的国家标准中关于各个尺寸要素（长度、宽度、厚度、边直度、直角度、表面平整度）的定义，在测量软件（5）中编入各个尺寸要素的计算方法，计算得到检验数据；

步骤四、根据同一批次检测试样的检测数据，生成某一批次检测试样产品的电子检测表格（Excel格式）。