基于机器视觉的瓷砖缺陷检测机构

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于机器视觉的瓷砖缺陷检测机构范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】随着现代陶瓷墙地砖生产工艺的迅速发展，本文就提高瓷砖产品的生产质量、生产效率，设计了一种快速、高精度的瓷砖缺陷自动检测机构，力求实现瓷砖产品的快速动态全场测量。

【关键词】瓷砖缺陷；机器视觉；结构设计

1引言

随着我国陶瓷工业的迅速发展，在20世纪发生了巨大的变化：在短短的几十年时间里，陶瓷瓷砖产量大幅度提高，同时生产工艺技术，机械装备也有了根本性的改革和发展，己经成为了陶瓷瓷砖生产的大国。特别是近几年，我国陶瓷砖的生产能力、花色品种、技术装备、产品质量等方面都有了明显的提高，大大缩小了我国与国外先进水平的差距，越来越多的陶瓷瓷砖生产企业开始走出国门，面对广阔的海外市场。

然而，就行业总体水平而言，档次偏低、技术水平不高。我国陶瓷瓷砖生产企业在激烈的市场竞争中，正面临着新的挑战。如何提高产品质量，与国际接轨，走向国际市场，己是摆在陶瓷瓷砖企业面前的重要课题。在这种情况下，迫切需要研制出一种快速、高精度的自动检测机构，实现瓷砖产品的快速动态全场测量。这对提高瓷砖产品的生产质量、效率具有十分重要的意义[1-2]。

2 瓷砖缺陷检测机构

2.1检测机构的功能

在现有瓷砖检测系统中，采用机器视觉技术对瓷砖进行自动检测是最直接的一种技术。即，利用相机采集瓷砖图像并将陶瓷几何尺寸、对角度及表面缺陷（崩边、裂痕）等转换为适当的光学量，通过对光学量的检测、光电转换和后继处理，从而实现尺寸、外部缺陷、颜色测量的在线动态测量。而传统的瓷砖检测是人工操作，检测效果和效率主要依赖检验人员的经验，人为影响因素大、自动化程度低。此外，纯人工检测操作也存在工人劳动强度大、生产效率低的缺陷[3-4]。

针对现有技术存在的缺陷，设计了一种瓷砖缺陷检测机构，解决瓷砖质量问题，从而提高生产效率。

2.2检测过程

瓷砖检测开始的时候，根据用户输入的待检测瓷砖类型，上位机发送瓷砖类型到PLC中，通过移动固定相机支架丝杆的伺服电机把相机运动到相应的位置，开始检测时，打开光源，当瓷砖运动到相机下方，传感器感应到瓷砖时，发出触发信号，相机接到触发信号后，拍摄瓷砖四个角的照片，采用双目测量原理测量瓷砖四条边和对角线的长度，并把检测结果显示检测系统中，通过数据对比把瓷砖等级分选出来，同时把测量结果写入SQL数据库，供日常生产数据分析和数据归档[5-6]。

基于瓷砖自动检测机构实线的瓷砖检测工作过程如图1-1所示。

图1-1 瓷砖自动检测工作过程

2.3检测机构的实施方式

如图1-2所示，一种瓷砖自动检测装置，包括：面板1，大滑块2，大光轴3，大丝杆4，中光轴5，中丝杆6，中滑块7，环形光源8，工业CCD相机9，小光轴10，小滑块11和小丝杠12。

其中，大滑块2分别和大丝杠4、大光轴3活动连接，大丝杠4和大光轴3固定在面板盖1上，中滑块7分别和中丝杆8、中光轴5活动连接，中丝杠6和中光轴5固定在大滑块2上，小滑块11分别和小丝杆12、小光轴10活动连接，小丝杆12和小光轴10固定在中滑块7上，同时小滑块11上还安装有环形光源8和工业CCD相机9。

该机构能够实现四个工业CCD相机在水平面X、Y轴方向上的移动，设置了一套大丝杠大滑块机构和两套中丝杆中滑块机构，并通过三个伺服电机来控制滑块的运动路径，实现对不同规格的瓷砖的尺寸图像的采集，同时还设置了四套小丝杆小滑块机构并通过四个电机来控制相机的上下移动以适应实际工作环境下正确对焦并对瓷砖图像的准确采集，自动化程度高。

实际工作过程中，用户输入待检测瓷砖的类型，上位机发送瓷砖类型到PLC控制系统中，通过伺服电机驱动大丝杆4运动，从而带动两个大滑块2沿着大丝杆4的方向做水平运动，由于大丝杆4两端分别是左右螺纹，所以运动过程中，两个大滑块2运动的方向相反，实现了沿着大丝杆4方向张开和闭合的动作，即中滑块7沿着大丝杆4的方向移动；同样当伺服电机驱动中丝杆6运动时，中丝杆6带动两个中滑块7沿着中丝杆6的方向做相反的运动，实现了与大丝杆4相互垂直方向的运动；最后根据实际工作环境需要通过电机驱动四个小丝杆12分别实现四个小滑块11在竖直平面上的微调，最终把四个工业CCD相机9运动到相应的位置，为瓷砖检测做好准备。开始检测时，打开环形光源8，当瓷砖运动到工业CCD相机9下方，传感器感应到瓷砖时，发出触发信号，工业CCD相机9接到触发信号后，拍摄瓷砖四个角的照片，采用双目测量原理测量瓷砖四条边和对角线的长度，并把检测结果显示检测系统中，通过数据对比把瓷砖等级分选出来，同时把测量结果写入SQL数据库，供日常生产数据分析和数据归档。在实际瓷砖自动检测过程中，完全可以采用该系统代替人工检查，自动化程度高、且检测质量得到保证。通过伺服电机控制丝杆，实现对瓷砖尺寸的准确测量，通过综合人工神经网络、模糊技术和遗传算法，解决了颜色特征矢量设计以及基于颜色的瓷砖分类器设计，避免人工检测存在人为因素的影响，实用性好。

1-面板盖，2-大滑块，3-大光轴，4-大丝杆，5-中光轴，6-中丝杆，7-中滑块，8-环形光源，9-工业CCD相机，10-小光轴，11-小滑块，12-小丝杆

图1-2 瓷砖缺陷检测机构

3 结语

本结构基于PLC控制和必要的电气元件，能够对陶瓷瓷砖产品进行产品质量、瑕疵、规格、尺寸等进行检测的机构，并按产品等级进行分拣的控制装置，安装在生产线上，以实现产品的自动检测和等级分拣。根据生产现场对产品检测的各项目要求，针对选定的设计方案建立数学模型，确定检测算法，并进行优化。运用一种新的改良遗传算法，解决了瓷砖图像的配准问题；通过综合人工神经网络、模糊技术和遗传算法，建立了一种混合智能模型，解决了颜色特征矢量设计以及基于颜色的瓷砖分类器设计；利用人工神经网络技术，实现瓷砖的边缘检测，从而提高了检测效率。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准总局GB/T 3810.2-1999陶瓷砖试验方法；第三部分：尺寸和表面质量的检验.

[2]王庆有.图像传感器应用技术.电子工业出版社，2003，9.

[3]段志姣，用线阵CCD传感器测量工件外轮廓尺寸.计量与测试技术.2004，31（5）：26-27.

[4] 陈就，叶树林，华蕊等. 基于计算机测试技术的瓷砖误差检测系统研发[J].测控技术， 2007， 6： 52-54.

[5] 李鸿艳，冯新喜，王 芳.一种新的机动目标模型及其自适应跟踪算法[J] . 电子与信息学报，2004，26（6）：966- 970.

[6]孙双花.视觉测量关键技术及在自动检测中的应用[D].天津：天津大学精密仪器与光电工程学院，2007.

项目名称：佛山市工业产品精密检测科研基础平台（编号：2013AG10010）