圖像傳感器在瓷磚打包分級生產(chǎn)線中應用

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，對陶瓷需求仍會很大。隨著消費不斷升級，對陶瓷產(chǎn)品的品質和功能也提出更高要求，促使陶瓷生產(chǎn)工藝與技術設備向著自動化或智能化方向發(fā)展，而瓷磚自動打包并自動檢測分級，圖像傳感器在此生產(chǎn)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(jīng)濟快速發(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，對陶瓷生產(chǎn)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(tǒng)的人工打包、檢測、搬運與碼垛，大大提高了生產(chǎn)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(shù)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(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(shù)字數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)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(wěn)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(xiàn)殘相。

COMS結構簡單，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生產(chǎn)線的應用

陶瓷磚經(jīng)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(chǎn)工序生產(chǎn)加工形成，生產(chǎn)工藝十分復雜。在生產(chǎn)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(jīng)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(fā)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(jù)實際情況設定碼垛的包數(shù)，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(xiàn)多色號分類在線包裝碼垛，降低勞動強度，節(jié)約成本與場地，提高生產(chǎn)力，實現(xiàn)自動化生產(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、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(nèi)輸出信號。

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別圖像從CCD寫入存儲器后，再重新從存儲器中讀取數(shù)據(jù)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(xiàn)高速圖像處理，高速響應速度。

3.1.2 穩(wěn)定信號檢測

傳統(tǒng)的圖像傳感器想要實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)顏色變換算法，即使振動導致1/3輝度變化，也能穩(wěn)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(wěn)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(nèi)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(wǎng)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(fā)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(jù)等級擺放到相對應的垛，從而實現(xiàn)多色號分類在自動線包裝碼垛，降低勞動成本，提過生產(chǎn)效率。

4 結 語

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，對陶瓷產(chǎn)品需求越來越旺盛，同時陶瓷產(chǎn)品也呈現(xiàn)出更加多樣化與個性化，消費者對其質量、環(huán)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(chǎn)工藝中非常重要的一個環(huán)節(jié)，圖像傳感器在此得到了很好應用，使生產(chǎn)更加自動化和智能化，從而降低勞動成本，提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)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(fā)展趨勢.