厚度在線檢測技術在陶瓷磚坯上的應用分析

何芳芳 張勉 霍志恒

摘 要：陶瓷生產(chǎn)線效率高，生產(chǎn)產(chǎn)量高，陶瓷磚坯的厚度尺寸的穩(wěn)定性，直接體現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量，同時為后續(xù)工序奠定了基礎。往往陶瓷生產(chǎn)線上僅在成品階段對產(chǎn)品質(zhì)了進行檢測，磚坯的不合格直接導致了后續(xù)工序的浪費、成本的提高。本文針對厚度在線檢測技術的發(fā)展現(xiàn)狀，對其在陶瓷磚坯上的應用進行了分析，為實現(xiàn)對陶瓷磚坯厚度進行控制提供借鑒意義。

關健詞：陶瓷磚坯；厚度；在線檢測；傳感器

1 前言

隨著節(jié)能環(huán)保、工業(yè)4.0、先進制造等概念不斷刷新裝備制造業(yè)的發(fā)展，以“智能制造”為核心的產(chǎn)業(yè)巨變正在不斷推進全球各行各業(yè)的進步。傳感器技術、計算機信息技術、控制算法等領域作為智能制造的軟硬件基礎飛速發(fā)展，為在線檢測技術提供數(shù)據(jù)采集、信息處理、反饋及校準、存儲等有利條件，各類檢測技術及監(jiān)控系統(tǒng)在智能制造進程中已然不可或缺，得到廣泛應用。

2 陶瓷行業(yè)檢測技術現(xiàn)狀

在激烈的市場競爭下，陶瓷磚生產(chǎn)由量往質(zhì)的發(fā)展需要依靠機械裝備和自動化程度的提升，同時也需要自動質(zhì)量檢測設備來提高質(zhì)量管理與監(jiān)控。近年來，國內(nèi)的陶瓷機械發(fā)展迅猛，基本可以取代進口設備，很多陶瓷機械在國際市場也占據(jù)一定地位。而自動質(zhì)量檢測設備的發(fā)展較為緩慢，國內(nèi)雖然在陶瓷生產(chǎn)線上已經(jīng)出現(xiàn)一些檢測技術來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，例如自動分揀、包裝線等。但在針對產(chǎn)品質(zhì)量的自動檢測設備方面仍然較為薄弱。而國外陶瓷磚行業(yè)自動化檢測技術已經(jīng)成熟應用在幾何尺寸、平整度、色差、缺陷檢測等方面[1]。

我們可以明顯看到陶瓷機械裝備技術和生產(chǎn)線自動化程度的的提升，越來越多的檢測技術應用于陶瓷磚生產(chǎn)線上。但是，在陶瓷磚生產(chǎn)線的前端，針對陶瓷磚坯的厚度檢測基本沒有。陶瓷磚坯的厚度從源頭影響陶瓷磚的質(zhì)量，磚坯厚度的測量作為評判磚坯質(zhì)量的好壞指標，避免不合格產(chǎn)品進入下一工序，導致資源的浪費，同時可指導上一工序壓磚機參數(shù)調(diào)整，提高磚坯質(zhì)量。

在國內(nèi)陶瓷磚生產(chǎn)線上，磚坯的厚度檢測依然停留在人工操作，通過破壞性檢測對磚坯進行抽檢，采用游標卡尺，檢測磚坯的四角和中間部位。具體操作為掰下四角和中間部位，用游標卡尺卡這五塊坯體的厚度。當出現(xiàn)厚度不穩(wěn)定時，有可能還需要檢測四邊的部位，所以現(xiàn)陶瓷廠最多的檢測為9點。因此，精確監(jiān)測磚坯厚度變化，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)從而精確控制布料高度，可有效將磚坯厚度偏差控制在最小限度內(nèi)，是從源頭控制磚坯厚度偏差的關鍵技術之一，磚坯的厚度檢測技術在陶瓷磚生產(chǎn)線上應用具有重要意義。

3 厚度在線檢測技術的發(fā)展

在應用初期，厚度檢測技術主要為離線接觸式，這種檢測方式可以準確測量所需位置厚度，且設備簡單、成本低、便于維護，受到一定的青睞，但是其動態(tài)響應差，伴隨著機械磨損，阻礙了生產(chǎn)效率的提升。隨著生產(chǎn)線速度的提高以及厚度精度要求的提高，在線檢測技術不斷發(fā)展，早期在線檢測仍采用接觸式測量方式，主要應用在平整度較好、規(guī)則且不易磨損的物體上，其簡單易于維護、價格低廉，廣泛應用于人造板生產(chǎn)線[2]。但是生產(chǎn)線的自動化程度不斷提高，接觸式測厚設備表現(xiàn)出動態(tài)響應不及時，機械磨損大等問題，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，因此接觸式測量方式逐步發(fā)展到現(xiàn)在的在線非接觸式檢測。

在線非接觸式檢測方式主要根據(jù)傳感器的原理包括射線測厚、紅外測厚、超聲波測厚、激光測厚、電容電感測厚、渦流測厚、視覺測厚等[3、4]。

可用于測量厚度的射線有X、β、γ射線，其中β、γ射線屬于放射性射線，對人體具有一定的傷害，一般不采用。X射線測厚設備的原理是通過X射線穿透被檢測物體時的衰減程度對應折算成物體厚度。X射線測厚不受速度影響，但針對不同對象衰減程度不一，且對測量環(huán)境要求較高，持續(xù)運行穩(wěn)定性低。

紅外測厚一般用于薄膜測厚，采用兩種工作原理：光反射原理和光衰減原理。光反射原理是通過特定波長紅外光照射，光的能量衰減與薄膜厚度成正比，通過檢測被薄膜反射回來的能量多少確定薄膜厚度。光衰減原理又稱為透射法，與X射線測厚原理類似，利用厚度與衰減程度的函數(shù)關系計算薄膜厚度，但這種測厚原理只適用于測量透明和半透明塑料薄膜的厚度。

采用超聲波測厚主要是根據(jù)超聲波脈沖的反射原理進行厚度測量。經(jīng)過電路由探頭產(chǎn)生超聲波發(fā)射脈沖波，該脈沖通過被檢測物體到達材料分界面時反射回探頭，通過超聲波在物體中傳播的時間測量物體厚度。這就需要被測物體能夠使超聲波以恒定速度在介質(zhì)內(nèi)部傳播。同時受環(huán)境和被測材料表面性能影響，特別是多孔介質(zhì)，超聲波發(fā)生散射和衰減，其檢測精度會明顯下降。

激光測厚一般是采用兩個激光位移傳感器對射，激光測厚傳感器基于三角測距原理，通過上下兩個傳感器分別測出被測物體的上下表面位置，再計算得到被測物體的厚度[5]。激光具有高亮度、抗干擾性強等特點，其檢測精度優(yōu)于超聲波檢測。但對于檢測物體表面不平整、粉塵污染嚴重時，會影響測厚精度。

電容電感測厚通過非電量到電量的轉(zhuǎn)換，可用于精密測量振動、位移、角度、加速度、液位、料位、壓差、壓力等內(nèi)容，且穩(wěn)定性好、適應性強。而其缺點則是輸出非線性，靈敏度易受影響，電路復雜。

渦流測厚需要有導電介質(zhì)的存在才能發(fā)揮作用，因此多應用在金屬表面涂層的厚度測量上，其原理是通過探頭的線圈在交流信號下產(chǎn)生電磁場，探頭靠近導體時產(chǎn)生渦流，輸出反射抗阻用于表征導體與探頭之間的距離，從而測出導體表面涂層的厚度[6]。

視覺檢測技術實際上是綜合了線陣掃描、圖像采集、檢測標定、光源應用等多種技術的檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)多種檢測，如外形尺寸、平整度、表面缺陷識別等等，而不僅僅用于測量厚度[7]。

隨著科技的發(fā)展，厚度在線檢測技術已經(jīng)趨于成熟，但是各同領域有其自身的獨特性和環(huán)境的差異性，其檢測方式必定是多樣性的。各個領域以上述厚度檢測原理作為基礎，開發(fā)適合本領域的測量設備是必然的。

4 厚度在線檢測技術在陶瓷磚坯上的應用分析

目前，陶瓷磚生產(chǎn)領域處于一個激烈的競爭環(huán)境之下，優(yōu)勝劣汰是自然法則，陶瓷磚生產(chǎn)線磚坯生產(chǎn)效率高，自動化水平不斷提升，陶瓷壓磚機已經(jīng)能夠通過模腔內(nèi)布料高度與壓制高度來控制成型后的磚坯厚度，但是其精度還不能完全滿足高質(zhì)量磚坯要求，同時會受壓制過程參數(shù)調(diào)整的影響。因此，對壓制成型的磚坯進行精確的厚度測量不僅能了解磚坯質(zhì)量，通過檢測到的數(shù)據(jù)反饋回壓磚機更能及時調(diào)整，從源頭控制磚坯質(zhì)量，提高能效，降低成本。

由于陶瓷磚坯硬度較差且存在背紋的特殊性，通過上述現(xiàn)有厚度在線檢測技術的分析，射線測厚、紅外測厚、超聲波測厚、渦流測厚均不能很好地應用于陶瓷磚坯測厚。視覺測厚在陶瓷磚成品的檢測中已經(jīng)開始應用，但是其系統(tǒng)成本高，僅用于測量厚度有些浪費。激光傳感器相對較為適合應用與陶瓷磚坯的厚度檢測，且原理簡單易操作。

生產(chǎn)線上實際應用時，可能根據(jù)不同的磚坯、批次質(zhì)量要求不一致，如果不需要實時監(jiān)控厚度時，也可進行接觸式地定點測厚。要實現(xiàn)陶瓷磚坯的在線自動無損檢測，則需要更高要求的裝置和傳感器進行檢測。因此，隨著科技的發(fā)展，厚度在線檢測技術已經(jīng)完全可以實現(xiàn)對磚坯厚度實時監(jiān)控，有效提升陶瓷磚質(zhì)量，同時也是節(jié)能降成本的新思路，不過實際應用中還需要根據(jù)現(xiàn)場使用情況及檢測需求進行選擇合適的檢測元件。

5 結(jié)語

針對我國大部分陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)代化的厚度在線檢測技術及信息處理技術，實現(xiàn)厚度在線自動檢測是完全可行的。在這方面恒力泰機械有限公司作為一家陶瓷裝備生產(chǎn)企業(yè)，也一 直致力于為客戶提供更適合客戶需求的設備，自主研發(fā)的厚度檢測系統(tǒng)在不久的將來即能推廣應用，敬請期待。

參考文獻

[1] 劉會樸. 陶瓷磚平整度在線檢測系統(tǒng)的研究[D]. 天津大學， 2009.

[2] 葛嬌， 花軍， 劉亞秋. 在線接觸式人造板厚度檢測系統(tǒng)的設計[J]. 木材工業(yè)， 2013， 27（1）：13-16.

[3] 賈治國， 盧治功. 在線厚度檢測技術[J]. 儀表技術， 2009（2）：19-21.

[4] 田世鋒， 桂衛(wèi)華. 幾種測厚儀器的研究現(xiàn)狀及其應用[J]. 中南大學學報（自然科學版）， 2003， 34（s1）：130-132.

[5] 祖漢松， 張厚江， 賀昌勇，等. 人造板厚度激光非接觸測量研究[J]. 西北林學院學報， 2015， 30（2）：221-226.

[6] 陳文剛， 丁建軍. 幾種測厚儀器的研究與應用[J]. 工業(yè)技術創(chuàng)新， 2015（3）：380-384.

[7] 晁中元.（2008）. 瓷磚幾何尺寸在線檢測系統(tǒng)的研究. （Doctoral dissertation， 天津大學）.