圖像傳感器在瓷磚打包分級生產線中應用

徐偉

摘 要：近年來，中國陶瓷企業如雨后春筍般不斷涌現，隨著城鎮化以及全面小康的推進，對陶瓷需求仍會很大。隨著消費不斷升級，對陶瓷產品的品質和功能也提出更高要求，促使陶瓷生產工藝與技術設備向著自動化或智能化方向發展，而瓷磚自動打包并自動檢測分級，圖像傳感器在此生產中得到廣泛應用。

關鍵詞：圖像傳感器;瓷磚;分級;應用

1 前 言

隨著經濟快速發展，陶瓷需求量越來越大，再加上智能制造以及工業4.0，對陶瓷生產設備要求更加自動化和智能化，瓷磚自動打包分級取代了傳統的人工打包、檢測、搬運與碼垛，大大提高了生產力，降低了勞動成本，而圖像傳感器作為檢測中重要的元件，在瓷磚打包后分級中起著關鍵作用。

2 圖像傳感器概述

圖像傳感器是數字攝像頭重要組成部分，也是應用在攝影攝像方面的高端技術元件，根據元件不同可分為CCD與CMOS兩大類。

2.1 CCD類

CCD代表電荷耦合器件。它是數字和機器視覺相機中用于捕捉靜止和移動物體的一種傳感器。CCD傳感器捕捉光線，并將其轉換成數字數據以轉換成圖像。

CCD有非常高的集成性，照片的讀取速度也很快，內部各元件距離很近，所以會相互干擾，對相機成像質量造成一定影響，并且噪聲比較大。

CCD成像質量好，集成在半導體單晶材料上，但是工藝太過復雜，制造成本高。

2.2 CMOS類

COMS 代表互補金屬氧化物半導體。這是一種集成電路供電的技術。CMOS技術為當今的許多電子設備提供動力，包括電池、微處理器、數字和智能手機相機，不需要特殊制造。

COMS體積小、重量輕，使用功耗較小，性能比較穩定，壽命也比較長，有很好的抗沖擊和抗震動的效果。而且靈敏度較高，噪聲比較小，對圖像處理后，圖像的變形量較小，不會出現殘相。

COMS結構簡單，反映速度快，更加省電，適合大規模集成生產，生產成本也比較低。

3 圖像傳感器在瓷磚打包分級生產線的應用

陶瓷磚經過壓機沖壓成型、生坯干燥處理、窯爐高溫煅燒、磨邊拋光等十幾道生產工序生產加工形成，生產工藝十分復雜。在生產過程中，由于溫度、風力、壓力、輸送等原因都會導致瓷磚彎曲、扭曲變形，影響平整度。每一塊瓷磚被識別機檢測后分級，疊磚機構把同一等級瓷磚每三片打為一包，并在紙箱表面打印出等級。經過自動打包機打包后，輸送到二級分級檢測設備。二級分級檢測設備通過OPTEX圖像傳感器檢測紙箱上打印的等級，把信號發給PLC與碼垛機器人，碼垛機器人抓取后，放到托盤上。同一等級的瓷磚放到同一托盤上，每個托盤根據實際情況設定碼垛的包數，達到設定值后，即為垛滿，機器人自動擺放下一個空托盤，從而實現多色號分類在線包裝碼垛，降低勞動強度，節約成本與場地，提高生產力，實現自動化生產。

3.1 OPTEX ?CVS1-R系列 簡介

OPTEX ?CVS1-R系列圖像傳感器是集成相機、照明、顯示、控制一體的智能儀表，通過CMOS圖像傳感器拍攝，計算每個像素的色調來識別，與采樣顏色相同的檢測顏色面積，當檢測的顏色面積在設定的上下閥值范圍內輸出信號。

3.1.1 高速圖像處理

一般情況下，傳統圖像傳感器是先把識別圖像從CCD寫入存儲器后，再重新從存儲器中讀取數據進行處理。而OPTEX ?CVS1則無需寫入存儲器，識別的圖像在傳送同時進行處理并判斷，從而實現高速圖像處理，高速響應速度。

3.1.2 穩定信號檢測

傳統的圖像傳感器想要實現高精度的檢測時，很容易受到工件的抖動、外來光線干擾、照明亮度變化等情況的影響，但是OPTEX CVS1通過計算每個像素的RGB比率，不僅實現整個圖像亮度的補償，同時也不會受到陰影及照明變化等影響。采用自主研發顏色變換算法，即使振動導致1/3輝度變化，也能穩定檢測。

3.2 OPTEX ?CVS1-R 接線

OPTEX傳感器與三菱PLC Q03UDE CPU 連接，由于三菱PLC輸入類型輸入NPN型，接線如 圖 1所示。

3.3 OPTEX ?CVS1-R 調試步驟：

（1） 正確連接圖像傳感器CVS1-R與PLC接線，注意電源線和信號線的顏色與極性，以免燒壞圖像傳感器。

（2） 圖像傳感器安放于要檢測位置，注意高度與水平，便于觀察、調試、維修，固定在安裝支架上。

（3） 取帶有打印等級的紙箱樣品放于檢測工位，進入示教界面，調整視野范圍。如果粗略檢測某種顏色時，可以增大示教窗口尺寸，以提高穩定性;如果細微檢測色差時，可以減小示教窗口尺寸，以提高分辨率。

（4） 登錄被檢測顏色，不僅要求視野范圍內能識別出顏色，而且也可以通過箭頭來選擇所需檢測的顏色。

（5） 通過調整顏色范圍和閥值來選擇低精度或者高精度顏色識別，取樣完成。

（6） 設定項目表，可以對一些輸入或者輸出進行設定。

在OPTEX圖像傳感器檢測過程中，當檢測到與取樣相似的顏色時，就會輸出ON信號，PLC接收到ON信號，從而通過程序對信號進行處理，換算成等級。PLC通過以太網與 三菱HMI GS2110-WTBD通信， PLC把采集信號轉化等級在HMI顯示，從而清晰直觀的顯示每包瓷磚的等級。PLC通過CC-LINK與發那科機器人R-30通信，把等級傳送給機器人。機器人抓取瓷磚后，根據等級擺放到相對應的垛，從而實現多色號分類在自動線包裝碼垛，降低勞動成本，提過生產效率。

4 結 語

隨著國家經濟的發展，對陶瓷產品需求越來越旺盛，同時陶瓷產品也呈現出更加多樣化與個性化，消費者對其質量、環保、技術和工藝要求越來越高。為了迎合市場需求，多色號分類自動在線包裝碼垛整線設備是陶瓷生產工藝中非常重要的一個環節，圖像傳感器在此得到了很好應用，使生產更加自動化和智能化，從而降低勞動成本，提高生產效率，提高生產工藝。

參考文獻

[1] 范偉.基于機器視覺的汽車車身零部件表面劃痕檢測的研究.

[2] 倪景華，黃其煜.CMOS 傳感器及其發展趨勢.