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：陶瓷生產線效率高，生產產量高，陶瓷磚坯的厚度尺寸的穩定性，直接體現了產品的質量，同時為后續工序奠定了基礎。往往陶瓷生產線上僅在成品階段對產品質了進行檢測，磚坯的不合格直接導致了后續工序的浪費、成本的提高。本文針對厚度在線檢測技術的發展現狀，對其在陶瓷磚坯上的應用進行了分析，為實現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

隨著節能環保、工業4.0、先進制造等概念不斷刷新裝備制造業的發展，以“智能制造”為核心的產業巨變正在不斷推進全球各行各業的進步。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展，為在線檢測技術提供數據采集、信息處理、反饋及校準、存儲等有利條件，各類檢測技術及監控系統在智能制造進程中已然不可或缺，得到廣泛應用。

2 陶瓷行業檢測技術現狀

在激烈的市場競爭下，陶瓷磚生產由量往質的發展需要依靠機械裝備和自動化程度的提升，同時也需要自動質量檢測設備來提高質量管理與監控。近年來，國內的陶瓷機械發展迅猛，基本可以取代進口設備，很多陶瓷機械在國際市場也占據一定地位。而自動質量檢測設備的發展較為緩慢，國內雖然在陶瓷生產線上已經出現一些檢測技術來實現自動化生產，例如自動分揀、包裝線等。但在針對產品質量的自動檢測設備方面仍然較為薄弱。而國外陶瓷磚行業自動化檢測技術已經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線上。但是，在陶瓷磚生產線的前端，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量，磚坯厚度的測量作為評判磚坯質量的好壞指標，避免不合格產品進入下一工序，導致資源的浪費，同時可指導上一工序壓磚機參數調整，提高磚坯質量。

在國內陶瓷磚生產線上，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。當出現厚度不穩定時，有可能還需要檢測四邊的部位，所以現陶瓷廠最多的檢測為9點。因此，精確監測磚坯厚度變化，及時反饋監測數據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，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線上應用具有重要意義。

3 厚度在線檢測技術的發展

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，但是其動態響應差，伴隨著機械磨損，阻礙了生產效率的提升。隨著生產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線[2]。但是生產線的自動化程度不斷提高，接觸式測厚設備表現出動態響應不及時，機械磨損大等問題，已經不能滿足生產要求，因此接觸式測量方式逐步發展到現在的在線非接觸式檢測。

在線非接觸式檢測方式主要根據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，且對測量環境要求較高，持續運行穩定性低。

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超聲波脈沖的反射原理進行厚度測量。經過電路由探頭產生超聲波發射脈沖波，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內部傳播。同時受環境和被測材料表面性能影響，特別是多孔介質，超聲波發生散射和衰減，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、壓力等內容，且穩定性好、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的存在才能發揮作用，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生電磁場，探頭靠近導體時產生渦流，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，可實現多種檢測，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]。

隨著科技的發展，厚度在線檢測技術已經趨于成熟，但是各同領域有其自身的獨特性和環境的差異性，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，陶瓷磚生產領域處于一個激烈的競爭環境之下，優勝劣汰是自然法則，陶瓷磚生產線磚坯生產效率高，自動化水平不斷提升，陶瓷壓磚機已經能夠通過模腔內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量磚坯要求，同時會受壓制過程參數調整的影響。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量，通過檢測到的數據反饋回壓磚機更能及時調整，從源頭控制磚坯質量，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開始應用，但是其系統成本高，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。

生產線上實際應用時，可能根據不同的磚坯、批次質量要求不一致，如果不需要實時監控厚度時，也可進行接觸式地定點測厚。要實現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，隨著科技的發展，厚度在線檢測技術已經完全可以實現對磚坯厚度實時監控，有效提升陶瓷磚質量，同時也是節能降成本的新思路，不過實際應用中還需要根據現場使用情況及檢測需求進行選擇合適的檢測元件。

5 結語

針對我國大部分陶瓷生產企業的生產現狀，結合現代化的厚度在線檢測技術及信息處理技術，實現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企業，也一 直致力于為客戶提供更適合客戶需求的設備，自主研發的厚度檢測系統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的設計[J]. 木材工業， 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， 桂衛華. 幾種測厚儀器的研究現狀及其應用[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]. 工業技術創新， 2015（3）：380-384.

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