厚度在线检测技术在陶瓷砖坯上的应用分析
何芳芳 张勉 霍志恒
摘 要：陶瓷生产线效率高，生产产量高，陶瓷砖坯的厚度尺寸的稳定性，直接体现了产品的质量，同时为后续工序奠定了基础。往往陶瓷生产线上仅在成品阶段对产品质了进行检测，砖坯的不合格直接导致了后续工序的浪费、成本的提高。本文针对厚度在线检测技术的发展现状，对其在陶瓷砖坯上的应用进行了分析，为实现对陶瓷砖坯厚度进行控制提供借鑒意义。
关健词：陶瓷砖坯；厚度；在线检测；传感器
1 前言
随着节能环保、工业4.0、先进制造等概念不断刷新装备制造业的发展，以“智能制造”为核心的产业巨变正在不断推进全球各行各业的进步。传感器技术、计算机信息技术、控制算法等领域作为智能制造的软硬件基础飞速发展，为在线检测技术提供数据采集、信息处理、反馈及校准、存储等有利条件，各类检测技术及监控系统在智能制造进程中已然不可或缺，得到广泛应用。
2 陶瓷行业检测技术现状
在激烈的市场竞争下，陶瓷砖生产由量往质的发展需要依靠机械装备和自动化程度的提升，同时也需要自动质量检测设备来提高质量管理与监控。近年来，国内的陶瓷机械发展迅猛，基本可以取代进口设备，很多陶瓷机械在国际市场也占据一定地位。而自动质量检测设备的发展较为缓慢，国内虽然在陶瓷生产线上已经出现一些检测技术来实现自动化生产，例如自动分拣、包装线等。但在针对产品质量的自动检测设备方面仍然较为薄弱。而国外陶瓷砖行业自动化检测技术已经成熟应用在几何尺寸、平整度、色差、缺陷检测等方面[1]。
我们可以明显看到陶瓷机械装备技术和生产线自动化程度的的提升，越来越多的检测技术应用于陶瓷砖生产线上。但是，在陶瓷砖生产线的前端，针对陶瓷砖坯的厚度检测基本没有。陶瓷砖坯的厚度从源头影响陶瓷砖的质量，砖坯厚度的测量作为评判砖坯质量的好坏指标，避免不合格产品进入下一工序，导致资源的浪费，同时可指导上一工序压砖机参数调整，提高砖坯质量。
在国内陶瓷砖生产线上，砖坯的厚度检测依然停留在人工操作，通过破坏性检测对砖坯进行抽检，采用游标卡尺，检测砖坯的四角和中间部位。具体操作为掰下四角和中间部位，用游标卡尺卡这五块坯体的厚度。当出现厚度不稳定时，有可能还需要检测四边的部位，所以现陶瓷厂最多的检测为9点。因此，精确监测砖坯厚度变化，及时反馈监测数据从而精确控制布料高度，可有效将砖坯厚度偏差控制在最小限度内，是从源头控制砖坯厚度偏差的关键技术之一，砖坯的厚度检测技术在陶瓷砖生产线上应用具有重要意义。
3 厚度在线检测技术的发展
在应用初期，厚度检测技术主要为离线接触式，这种检测方式可以准确测量所需位置厚度，且设备简单、成本低、便于维护，受到一定的青睐，但是其动态响应差，伴随着机械磨损，阻碍了生产效率的提升。随着生产线速度的提高以及厚度精度要求的提高，在线检测技术不断发展，早期在线检测仍采用接触式测量方式，主要应用在平整度较好、规则且不易磨损的物体上，其简单易于维护、价格低廉，广泛应用于人造板生产线[2]。但是生产线的自动化程度不断提高，接触式测厚设备表现出动态响应不及时，机械磨损大等问题，已经不能满足生产要求，因此接触式测量方式逐步发展到现在的在线非接触式检测。
在线非接触式检测方式主要根据传感器的原理包括射线测厚、红外测厚、超声波测厚、激光测厚、电容电感测厚、涡流测厚、视觉测厚等[3、4]。
可用于测量厚度的射线有X、β、γ射线，其中β、γ射线属于放射性射线，对人体具有一定的伤害，一般不采用。X射线测厚设备的原理是通过X射线穿透被检测物体时的衰减程度对应折算成物体厚度。X射线测厚不受速度影响，但针对不同对象衰减程度不一，且对测量环境要求较高，持续运行稳定性低。
红外测厚一般用于薄膜测厚，采用两种工作原理：光反射原理和光衰减原理。光反射原理是通过特定波长红外光照射，光的能量衰减与薄膜厚度成正比，通过检测被薄膜反射回来的能量多少确定薄膜厚度。光衰减原理又称为透射法，与X射线测厚原理类似，利用厚度与衰减程度的函数关系计算薄膜厚度，但这种测厚原理只适用于测量透明和半透明塑料薄膜的厚度。
采用超声波测厚主要是根据超声波脉冲的反射原理进行厚度测量。经过电路由探头产生超声波发射脉冲波，该脉冲通过被检测物体到达材料分界面时反射回探头，通过超声波在物体中传播的时间测量物体厚度。这就需要被测物体能够使超声波以恒定速度在介质内部传播。同时受环境和被测材料表面性能影响，特别是多孔介质，超声波发生散射和衰减，其检测精度会明显下降。
激光测厚一般是采用两个激光位移传感器对射，激光测厚传感器基于三角测距原理，通过上下两个传感器分别测出被测物体的上下表面位置，再计算得到被测物体的厚度[5]。激光具有高亮度、抗干扰性强等特点，其检测精度优于超声波检测。但对于检测物体表面不平整、粉尘污染严重时，会影响测厚精度。
电容电感测厚通过非电量到电量的转换，可用于精密测量振动、位移、角度、加速度、液位、料位、压差、压力等内容，且稳定性好、适应性强。而其缺点则是输出非线性，灵敏度易受影响，电路复杂。
涡流测厚需要有导电介质的存在才能发挥作用，因此多应用在金属表面涂层的厚度测量上，其原理是通过探头的线圈在交流信号下产生电磁场，探头靠近导体时产生涡流，输出反射抗阻用于表征导体与探头之间的距离，从而测出导体表面涂层的厚度[6]。
视觉检测技术实际上是综合了线阵扫描、图像采集、检测标定、光源应用等多种技术的检测系统，可实现多种检测，如外形尺寸、平整度、表面缺陷识别等等，而不仅仅用于测量厚度[7]。
随着科技的发展，厚度在线检测技术已经趋于成熟，但是各同领域有其自身的独特性和环境的差异性，其检测方式必定是多样性的。各个领域以上述厚度检测原理作为基础，开发适合本领域的测量设备是必然的。
4 厚度在线检测技术在陶瓷砖坯上的应用分析
目前，陶瓷砖生产领域处于一个激烈的竞争环境之下，优胜劣汰是自然法则，陶瓷砖生产线砖坯生产效率高，自动化水平不断提升，陶瓷压砖机已经能够通过模腔内布料高度与压制高度来控制成型后的砖坯厚度，但是其精度还不能完全满足高质量砖坯要求，同时会受压制过程参数调整的影响。因此，对压制成型的砖坯进行精确的厚度测量不仅能了解砖坯质量，通过检测到的数据反馈回压砖机更能及时调整，从源头控制砖坯质量，提高能效，降低成本。
由于陶瓷砖坯硬度较差且存在背纹的特殊性，通过上述现有厚度在线检测技术的分析，射线测厚、红外测厚、超声波测厚、涡流测厚均不能很好地应用于陶瓷砖坯测厚。视觉测厚在陶瓷砖成品的检测中已经开始应用，但是其系统成本高，仅用于测量厚度有些浪费。激光传感器相对较为适合应用与陶瓷砖坯的厚度检测，且原理简单易操作。
生产线上实际应用时，可能根据不同的砖坯、批次质量要求不一致，如果不需要实时监控厚度时，也可进行接触式地定点测厚。要实现陶瓷砖坯的在线自动无损检测，则需要更高要求的装置和传感器进行检测。因此，随着科技的发展，厚度在线检测技术已经完全可以实现对砖坯厚度实时监控，有效提升陶瓷砖质量，同时也是节能降成本的新思路，不过实际应用中还需要根据现场使用情况及检测需求进行选择合适的检测元件。
5 结语
针对我国大部分陶瓷生产企业的生产现状，结合现代化的厚度在线检测技术及信息处理技术，实现厚度在线自动检测是完全可行的。在这方面恒力泰机械有限公司作为一家陶瓷装备生产企业，也一 直致力于为客户提供更适合客户需求的设备，自主研发的厚度检测系统在不久的将来即能推广应用，敬请期待。
参考文献
[1] 刘会朴. 陶瓷砖平整度在线检测系统的研究[D]. 天津大学， 2009.
[2] 葛娇， 花军， 刘亚秋. 在线接触式人造板厚度检测系统的设计[J]. 木材工业， 2013， 27（1）：13-16.
[3] 賈治国， 卢治功. 在线厚度检测技术[J]. 仪表技术， 2009（2）：19-21.
[4] 田世锋， 桂卫华. 几种测厚仪器的研究现状及其应用[J]. 中南大学学报（自然科学版）， 2003， 34（s1）：130-132.
[5] 祖汉松， 张厚江， 贺昌勇，等. 人造板厚度激光非接触测量研究[J]. 西北林学院学报， 2015， 30（2）：221-226.
[6] 陈文刚， 丁建军. 几种测厚仪器的研究与应用[J]. 工业技术创新， 2015（3）：380-384.
[7] 晁中元.（2008）. 瓷砖几何尺寸在线检测系统的研究. （Doctoral dissertation， 天津大学）.
摘 要：陶瓷生产线效率高，生产产量高，陶瓷砖坯的厚度尺寸的稳定性，直接体现了产品的质量，同时为后续工序奠定了基础。往往陶瓷生产线上仅在成品阶段对产品质了进行检测，砖坯的不合格直接导致了后续工序的浪费、成本的提高。本文针对厚度在线检测技术的发展现状，对其在陶瓷砖坯上的应用进行了分析，为实现对陶瓷砖坯厚度进行控制提供借鑒意义。
关健词：陶瓷砖坯；厚度；在线检测；传感器
1 前言
随着节能环保、工业4.0、先进制造等概念不断刷新装备制造业的发展，以“智能制造”为核心的产业巨变正在不断推进全球各行各业的进步。传感器技术、计算机信息技术、控制算法等领域作为智能制造的软硬件基础飞速发展，为在线检测技术提供数据采集、信息处理、反馈及校准、存储等有利条件，各类检测技术及监控系统在智能制造进程中已然不可或缺，得到广泛应用。
2 陶瓷行业检测技术现状
在激烈的市场竞争下，陶瓷砖生产由量往质的发展需要依靠机械装备和自动化程度的提升，同时也需要自动质量检测设备来提高质量管理与监控。近年来，国内的陶瓷机械发展迅猛，基本可以取代进口设备，很多陶瓷机械在国际市场也占据一定地位。而自动质量检测设备的发展较为缓慢，国内虽然在陶瓷生产线上已经出现一些检测技术来实现自动化生产，例如自动分拣、包装线等。但在针对产品质量的自动检测设备方面仍然较为薄弱。而国外陶瓷砖行业自动化检测技术已经成熟应用在几何尺寸、平整度、色差、缺陷检测等方面[1]。
我们可以明显看到陶瓷机械装备技术和生产线自动化程度的的提升，越来越多的检测技术应用于陶瓷砖生产线上。但是，在陶瓷砖生产线的前端，针对陶瓷砖坯的厚度检测基本没有。陶瓷砖坯的厚度从源头影响陶瓷砖的质量，砖坯厚度的测量作为评判砖坯质量的好坏指标，避免不合格产品进入下一工序，导致资源的浪费，同时可指导上一工序压砖机参数调整，提高砖坯质量。
在国内陶瓷砖生产线上，砖坯的厚度检测依然停留在人工操作，通过破坏性检测对砖坯进行抽检，采用游标卡尺，检测砖坯的四角和中间部位。具体操作为掰下四角和中间部位，用游标卡尺卡这五块坯体的厚度。当出现厚度不稳定时，有可能还需要检测四边的部位，所以现陶瓷厂最多的检测为9点。因此，精确监测砖坯厚度变化，及时反馈监测数据从而精确控制布料高度，可有效将砖坯厚度偏差控制在最小限度内，是从源头控制砖坯厚度偏差的关键技术之一，砖坯的厚度检测技术在陶瓷砖生产线上应用具有重要意义。
3 厚度在线检测技术的发展
在应用初期，厚度检测技术主要为离线接触式，这种检测方式可以准确测量所需位置厚度，且设备简单、成本低、便于维护，受到一定的青睐，但是其动态响应差，伴随着机械磨损，阻碍了生产效率的提升。随着生产线速度的提高以及厚度精度要求的提高，在线检测技术不断发展，早期在线检测仍采用接触式测量方式，主要应用在平整度较好、规则且不易磨损的物体上，其简单易于维护、价格低廉，广泛应用于人造板生产线[2]。但是生产线的自动化程度不断提高，接触式测厚设备表现出动态响应不及时，机械磨损大等问题，已经不能满足生产要求，因此接触式测量方式逐步发展到现在的在线非接触式检测。
在线非接触式检测方式主要根据传感器的原理包括射线测厚、红外测厚、超声波测厚、激光测厚、电容电感测厚、涡流测厚、视觉测厚等[3、4]。
可用于测量厚度的射线有X、β、γ射线，其中β、γ射线属于放射性射线，对人体具有一定的伤害，一般不采用。X射线测厚设备的原理是通过X射线穿透被检测物体时的衰减程度对应折算成物体厚度。X射线测厚不受速度影响，但针对不同对象衰减程度不一，且对测量环境要求较高，持续运行稳定性低。
红外测厚一般用于薄膜测厚，采用两种工作原理：光反射原理和光衰减原理。光反射原理是通过特定波长红外光照射，光的能量衰减与薄膜厚度成正比，通过检测被薄膜反射回来的能量多少确定薄膜厚度。光衰减原理又称为透射法，与X射线测厚原理类似，利用厚度与衰减程度的函数关系计算薄膜厚度，但这种测厚原理只适用于测量透明和半透明塑料薄膜的厚度。
采用超声波测厚主要是根据超声波脉冲的反射原理进行厚度测量。经过电路由探头产生超声波发射脉冲波，该脉冲通过被检测物体到达材料分界面时反射回探头，通过超声波在物体中传播的时间测量物体厚度。这就需要被测物体能够使超声波以恒定速度在介质内部传播。同时受环境和被测材料表面性能影响，特别是多孔介质，超声波发生散射和衰减，其检测精度会明显下降。
激光测厚一般是采用两个激光位移传感器对射，激光测厚传感器基于三角测距原理，通过上下两个传感器分别测出被测物体的上下表面位置，再计算得到被测物体的厚度[5]。激光具有高亮度、抗干扰性强等特点，其检测精度优于超声波检测。但对于检测物体表面不平整、粉尘污染严重时，会影响测厚精度。
电容电感测厚通过非电量到电量的转换，可用于精密测量振动、位移、角度、加速度、液位、料位、压差、压力等内容，且稳定性好、适应性强。而其缺点则是输出非线性，灵敏度易受影响，电路复杂。
涡流测厚需要有导电介质的存在才能发挥作用，因此多应用在金属表面涂层的厚度测量上，其原理是通过探头的线圈在交流信号下产生电磁场，探头靠近导体时产生涡流，输出反射抗阻用于表征导体与探头之间的距离，从而测出导体表面涂层的厚度[6]。
视觉检测技术实际上是综合了线阵扫描、图像采集、检测标定、光源应用等多种技术的检测系统，可实现多种检测，如外形尺寸、平整度、表面缺陷识别等等，而不仅仅用于测量厚度[7]。
随着科技的发展，厚度在线检测技术已经趋于成熟，但是各同领域有其自身的独特性和环境的差异性，其检测方式必定是多样性的。各个领域以上述厚度检测原理作为基础，开发适合本领域的测量设备是必然的。
4 厚度在线检测技术在陶瓷砖坯上的应用分析
目前，陶瓷砖生产领域处于一个激烈的竞争环境之下，优胜劣汰是自然法则，陶瓷砖生产线砖坯生产效率高，自动化水平不断提升，陶瓷压砖机已经能够通过模腔内布料高度与压制高度来控制成型后的砖坯厚度，但是其精度还不能完全满足高质量砖坯要求，同时会受压制过程参数调整的影响。因此，对压制成型的砖坯进行精确的厚度测量不仅能了解砖坯质量，通过检测到的数据反馈回压砖机更能及时调整，从源头控制砖坯质量，提高能效，降低成本。
由于陶瓷砖坯硬度较差且存在背纹的特殊性，通过上述现有厚度在线检测技术的分析，射线测厚、红外测厚、超声波测厚、涡流测厚均不能很好地应用于陶瓷砖坯测厚。视觉测厚在陶瓷砖成品的检测中已经开始应用，但是其系统成本高，仅用于测量厚度有些浪费。激光传感器相对较为适合应用与陶瓷砖坯的厚度检测，且原理简单易操作。
生产线上实际应用时，可能根据不同的砖坯、批次质量要求不一致，如果不需要实时监控厚度时，也可进行接触式地定点测厚。要实现陶瓷砖坯的在线自动无损检测，则需要更高要求的装置和传感器进行检测。因此，随着科技的发展，厚度在线检测技术已经完全可以实现对砖坯厚度实时监控，有效提升陶瓷砖质量，同时也是节能降成本的新思路，不过实际应用中还需要根据现场使用情况及检测需求进行选择合适的检测元件。
5 结语
针对我国大部分陶瓷生产企业的生产现状，结合现代化的厚度在线检测技术及信息处理技术，实现厚度在线自动检测是完全可行的。在这方面恒力泰机械有限公司作为一家陶瓷装备生产企业，也一 直致力于为客户提供更适合客户需求的设备，自主研发的厚度检测系统在不久的将来即能推广应用，敬请期待。
参考文献
[1] 刘会朴. 陶瓷砖平整度在线检测系统的研究[D]. 天津大学， 2009.
[2] 葛娇， 花军， 刘亚秋. 在线接触式人造板厚度检测系统的设计[J]. 木材工业， 2013， 27（1）：13-16.
[3] 賈治国， 卢治功. 在线厚度检测技术[J]. 仪表技术， 2009（2）：19-21.
[4] 田世锋， 桂卫华. 几种测厚仪器的研究现状及其应用[J]. 中南大学学报（自然科学版）， 2003， 34（s1）：130-132.
[5] 祖汉松， 张厚江， 贺昌勇，等. 人造板厚度激光非接触测量研究[J]. 西北林学院学报， 2015， 30（2）：221-226.
[6] 陈文刚， 丁建军. 几种测厚仪器的研究与应用[J]. 工业技术创新， 2015（3）：380-384.
[7] 晁中元.（2008）. 瓷砖几何尺寸在线检测系统的研究. （Doctoral dissertation， 天津大学）.
