徐偉

摘 要：近年來，中國陶瓷企業(yè)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，隨著城鎮(zhèn)化以及全面小康的推進(jìn)，對(duì)陶瓷需求仍會(huì)很大。隨著消費(fèi)不斷升級(jí)，對(duì)陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)和功能也提出更高要求，促使陶瓷生產(chǎn)工藝與技術(shù)設(shè)備向著自動(dòng)化或智能化方向發(fā)展，而瓷磚自動(dòng)打包并自動(dòng)檢測(cè)分級(jí)，圖像傳感器在此生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：圖像傳感器;瓷磚;分級(jí);應(yīng)用

1 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，陶瓷需求量越來越大，再加上智能制造以及工業(yè)4.0，對(duì)陶瓷生產(chǎn)設(shè)備要求更加自動(dòng)化和智能化，瓷磚自動(dòng)打包分級(jí)取代了傳統(tǒng)的人工打包、檢測(cè)、搬運(yùn)與碼垛，大大提高了生產(chǎn)力，降低了勞動(dòng)成本，而圖像傳感器作為檢測(cè)中重要的元件，在瓷磚打包后分級(jí)中起著關(guān)鍵作用。

2 圖像傳感器概述

圖像傳感器是數(shù)字?jǐn)z像頭重要組成部分，也是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，根據(jù)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(shù)字和機(jī)器視覺相機(jī)中用于捕捉靜止和移動(dòng)物體的一種傳感器。CCD傳感器捕捉光線，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以轉(zhuǎn)換成圖像。

CCD有非常高的集成性，照片的讀取速度也很快，內(nèi)部各元件距離很近，所以會(huì)相互干擾，對(duì)相機(jī)成像質(zhì)量造成一定影響，并且噪聲比較大。

CCD成像質(zhì)量好，集成在半導(dǎo)體單晶材料上，但是工藝太過復(fù)雜，制造成本高。

2.2 CMOS類

COMS 代表互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。這是一種集成電路供電的技術(shù)。CMOS技術(shù)為當(dāng)今的許多電子設(shè)備提供動(dòng)力，包括電池、微處理器、數(shù)字和智能手機(jī)相機(jī)，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(wěn)定，壽命也比較長，有很好的抗沖擊和抗震動(dòng)的效果。而且靈敏度較高，噪聲比較小，對(duì)圖像處理后，圖像的變形量較小，不會(huì)出現(xiàn)殘相。

COMS結(jié)構(gòu)簡單，反映速度快，更加省電，適合大規(guī)模集成生產(chǎn)，生產(chǎn)成本也比較低。

3 圖像傳感器在瓷磚打包分級(jí)生產(chǎn)線的應(yīng)用

陶瓷磚經(jīng)過壓機(jī)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(chǎn)工序生產(chǎn)加工形成，生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜。在生產(chǎn)過程中，由于溫度、風(fēng)力、壓力、輸送等原因都會(huì)導(dǎo)致瓷磚彎曲、扭曲變形，影響平整度。每一塊瓷磚被識(shí)別機(jī)檢測(cè)后分級(jí)，疊磚機(jī)構(gòu)把同一等級(jí)瓷磚每三片打?yàn)橐话?，并在紙箱表面打印出等?jí)。經(jīng)過自動(dòng)打包機(jī)打包后，輸送到二級(jí)分級(jí)檢測(cè)設(shè)備。二級(jí)分級(jí)檢測(cè)設(shè)備通過OPTEX圖像傳感器檢測(cè)紙箱上打印的等級(jí)，把信號(hào)發(fā)給PLC與碼垛機(jī)器人，碼垛機(jī)器人抓取后，放到托盤上。同一等級(jí)的瓷磚放到同一托盤上，每個(gè)托盤根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定碼垛的包數(shù)，達(dá)到設(shè)定值后，即為垛滿，機(jī)器人自動(dòng)擺放下一個(gè)空托盤，從而實(shí)現(xiàn)多色號(hào)分類在線包裝碼垛，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約成本與場(chǎng)地，提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.1 OPTEX ?CVS1-R系列 簡介

OPTEX ?CVS1-R系列圖像傳感器是集成相機(jī)、照明、顯示、控制一體的智能儀表，通過CMOS圖像傳感器拍攝，計(jì)算每個(gè)像素的色調(diào)來識(shí)別，與采樣顏色相同的檢測(cè)顏色面積，當(dāng)檢測(cè)的顏色面積在設(shè)定的上下閥值范圍內(nèi)輸出信號(hào)。

3.1.1 高速圖像處理

一般情況下，傳統(tǒng)圖像傳感器是先把識(shí)別圖像從CCD寫入存儲(chǔ)器后，再重新從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而OPTEX ?CVS1則無需寫入存儲(chǔ)器，識(shí)別的圖像在傳送同時(shí)進(jìn)行處理并判斷，從而實(shí)現(xiàn)高速圖像處理，高速響應(yīng)速度。

3.1.2 穩(wěn)定信號(hào)檢測(cè)

傳統(tǒng)的圖像傳感器想要實(shí)現(xiàn)高精度的檢測(cè)時(shí)，很容易受到工件的抖動(dòng)、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(jì)算每個(gè)像素的RGB比率，不僅實(shí)現(xiàn)整個(gè)圖像亮度的補(bǔ)償，同時(shí)也不會(huì)受到陰影及照明變化等影響。采用自主研發(fā)顏色變換算法，即使振動(dòng)導(dǎo)致1/3輝度變化，也能穩(wěn)定檢測(cè)。

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(diào)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(hào)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(cè)位置，注意高度與水平，便于觀察、調(diào)試、維修，固定在安裝支架上。

（3） 取帶有打印等級(jí)的紙箱樣品放于檢測(cè)工位，進(jìn)入示教界面，調(diào)整視野范圍。如果粗略檢測(cè)某種顏色時(shí)，可以增大示教窗口尺寸，以提高穩(wěn)定性;如果細(xì)微檢測(cè)色差時(shí)，可以減小示教窗口尺寸，以提高分辨率。

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

（5） 通過調(diào)整顏色范圍和閥值來選擇低精度或者高精度顏色識(shí)別，取樣完成。

（6） 設(shè)定項(xiàng)目表，可以對(duì)一些輸入或者輸出進(jìn)行設(shè)定。

在OPTEX圖像傳感器檢測(cè)過程中，當(dāng)檢測(cè)到與取樣相似的顏色時(shí)，就會(huì)輸出ON信號(hào)，PLC接收到ON信號(hào)，從而通過程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，換算成等級(jí)。PLC通過以太網(wǎng)與 三菱HMI GS2110-WTBD通信， PLC把采集信號(hào)轉(zhuǎn)化等級(jí)在HMI顯示，從而清晰直觀的顯示每包瓷磚的等級(jí)。PLC通過CC-LINK與發(fā)那科機(jī)器人R-30通信，把等級(jí)傳送給機(jī)器人。機(jī)器人抓取瓷磚后，根據(jù)等級(jí)擺放到相對(duì)應(yīng)的垛，從而實(shí)現(xiàn)多色號(hào)分類在自動(dòng)線包裝碼垛，降低勞動(dòng)成本，提過生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 語

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)陶瓷產(chǎn)品需求越來越旺盛，同時(shí)陶瓷產(chǎn)品也呈現(xiàn)出更加多樣化與個(gè)性化，消費(fèi)者對(duì)其質(zhì)量、環(huán)保、技術(shù)和工藝要求越來越高。為了迎合市場(chǎng)需求，多色號(hào)分類自動(dòng)在線包裝碼垛整線設(shè)備是陶瓷生產(chǎn)工藝中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，圖像傳感器在此得到了很好應(yīng)用，使生產(chǎn)更加自動(dòng)化和智能化，從而降低勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)工藝。

參考文獻(xiàn)

[1] 范偉.基于機(jī)器視覺的汽車車身零部件表面劃痕檢測(cè)的研究.

[2] 倪景華，黃其煜.CMOS 傳感器及其發(fā)展趨勢(shì).