1 引言
我國建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)后期得到迅猛的發(fā)展,建筑陶瓷出口量年平均增長率達(dá)20-30%,占世界陶瓷墻地磚總產(chǎn)量的50％以上,現(xiàn)在已成為世界最大的陶瓷產(chǎn)區(qū),未來將是世界傳統(tǒng)陶瓷的強(qiáng)大制造中心。然而,在我國建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時也伴隨著諸多問題,就行業(yè)總體水平而言,檔次偏低、技術(shù)水平不高,如何提高產(chǎn)品質(zhì)量,與國際接軌,走向國際市場,己是擺在企業(yè)面前的重要課題。自動檢測機(jī)械至今仍是我國陶瓷機(jī)械行業(yè)的一個空白,目前在大批量生產(chǎn)的陶瓷墻地磚中,通常都采用人工檢測的方法[1]。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的人工接觸式測量方法跟不上現(xiàn)代墻地磚加工工業(yè)的非接觸測量要求,另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的離線、靜態(tài)測量方法又滿足不了現(xiàn)代加工中主動測量的實(shí)際需要,不能及時控制生產(chǎn)過程,在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)因不能及時檢測產(chǎn)品、控制流程而造成廢品的情況,再者人工測量為靜態(tài)和局部單點(diǎn)測量,存在檢測速度慢、效率低等問題,檢測時人為影響因素很大,如受讀數(shù)、測量方法、測量習(xí)慣、量具磨損等因素影響 [2]。隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展,要求檢測設(shè)備應(yīng)具備速度快、精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、實(shí)時自動檢測等特點(diǎn)。因此,研制適合我國國情的墻地磚實(shí)時自動檢測系統(tǒng)不僅可以大大提高分揀的準(zhǔn)確度,保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性,而且符合主動、在線、實(shí)時、非接觸測量的現(xiàn)代檢測要求,將大幅度地節(jié)省勞動力,并減輕工人勞動強(qiáng)度。對滿足我國建陶行業(yè)技術(shù)裝備現(xiàn)代化需求,使我國盡早成為陶瓷生產(chǎn)強(qiáng)國有著重要社會經(jīng)濟(jì)意義。出于這種目的,本文對檢測理論及軟、硬件設(shè)計(jì)部分進(jìn)行細(xì)致的研究,設(shè)計(jì)了基于PLC的瓷磚平整度在線檢測分級系統(tǒng)。
2 檢測系統(tǒng)的整體框架
平整度分揀系統(tǒng)由傳送、檢測和分級三部分組成。應(yīng)用光學(xué)三角法檢測技術(shù)[3],通過編碼器及PLC的高速計(jì)數(shù)器功能對移動中的待檢測瓷磚的采樣位置進(jìn)行精確定位,當(dāng)傳感器感應(yīng)到待檢瓷磚進(jìn)入到檢測區(qū)域時,由PLC通過I/O端口給出采樣指令,使用激光位移傳感器對移動中的瓷磚表面進(jìn)行信息采集,經(jīng)過傳感器內(nèi)部運(yùn)算得出距離數(shù)據(jù),以4-20mA的電流信號傳遞給PLC的AD轉(zhuǎn)換模塊,將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息提供給PLC的主機(jī)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算,在PLC內(nèi)部按照特定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將得出的瓷磚各邊平整度數(shù)據(jù)與HMI中設(shè)定的分級閥值進(jìn)行比較分級、判定凸凹。PLC根據(jù)判定結(jié)果通過I/O端口驅(qū)動電磁閥控制相應(yīng)的分級氣缸帶動鉛筆為瓷磚做出標(biāo)記,以便于后期工人分揀。檢測時在HMI中顯示實(shí)時測量數(shù)據(jù)及相關(guān)的檢測信息?？刂屏鞒倘鐖D1所示。
3 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
在瓷磚平整度在線檢測過程中,激光傳感器直接的測量值是傳感器到瓷磚表面的距離 (瓷磚表面的高度信息)。在線測量的過程中,能否準(zhǔn)確獲取這個距離對于瓷磚平整度的測量結(jié)果有較大影響[4]。所以瓷磚在檢測工位的平穩(wěn)傳送是保證測量值準(zhǔn)確無誤的必要條件。由此可見,在瓷磚平整度在線測量系統(tǒng)中,輸送機(jī)構(gòu)能否使瓷磚正確、平穩(wěn)的經(jīng)過檢測工位是實(shí)現(xiàn)平整度的準(zhǔn)確無誤檢測的前提。
基于上述考慮,本測量系統(tǒng)采用圖2所示的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)墻地磚的平穩(wěn)傳送。系統(tǒng)的傳送機(jī)構(gòu)由前方導(dǎo)向輪、滾筒、檢測水平臺、傳送皮帶、無級減速電機(jī)組成。機(jī)械支承與傳送部分可嵌入生產(chǎn)線中,高度和長度可按實(shí)際生產(chǎn)線情況定制。
由于平整度檢測系統(tǒng)屬高精度檢測設(shè)備且工業(yè)現(xiàn)場條件惡劣環(huán)境復(fù)雜,所以在設(shè)計(jì)檢測系統(tǒng)的機(jī)械部分時應(yīng)考慮到各種影響檢測精度的因素,通過理論結(jié)合實(shí)踐給出一套適用于工業(yè)現(xiàn)場的機(jī)構(gòu)方案,使檢測系統(tǒng)有一個相對穩(wěn)定的物理平臺[5]?？紤]到陶瓷墻地磚生產(chǎn)現(xiàn)場震源較多、震動頻繁,對測量結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響,故將檢測電柜與檢測平臺連為一體,當(dāng)發(fā)生震動時,傳感器與檢測平臺、待檢瓷磚一起做同步震動可減少震動對測量數(shù)據(jù)的影響。檢測平臺選用厚度為2cm且平整度小于0.1 mm的玻璃板,相對鑄鐵平臺玻璃平臺更加耐磨、更耐腐蝕,而且成本低廉,安裝更換容易。由于玻璃的自重和支撐玻璃平臺支架的微觀變形,會導(dǎo)致檢測平臺的自身形變增大,對測量結(jié)果產(chǎn)生影響,因此在檢測平臺底部安裝變形調(diào)節(jié)裝置。通過調(diào)節(jié)下方的8個調(diào)節(jié)螺絲,可對檢測平臺的變形進(jìn)行校正。
4 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)
檢測系統(tǒng)選用維綸通的MT6070iH觸摸屏作為人機(jī)交互界面。按照功能可分為實(shí)時檢測信息顯示界面、參數(shù)設(shè)置界面和調(diào)試界面。通過編寫HMI程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)下載、實(shí)時信息顯示、高級窗口調(diào)試、歷史數(shù)據(jù)記錄等人機(jī)交互功能。
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