陶瓷磚厚度測量方法比對分析

顧軒

摘 要： 厚度是陶瓷磚的一項重要參數(shù)，它直接影響產(chǎn)品性能、制造能耗以及使用。本文介紹了陶瓷磚厚度測量的標準要求及主要測量方法，應(yīng)用主要測量方法，對6種具有代表性的陶瓷磚樣品進行厚度測試。測試結(jié)果顯示，采用智能化的非接觸式厚度測量設(shè)備，能按標準要求進行厚度測試，測量結(jié)果的準確度及重復(fù)性均優(yōu)于傳統(tǒng)的測試方法，值得推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 陶瓷磚 ;厚度;非接觸式傳感器

1 前 言

厚度是陶瓷磚的一項重要參數(shù)，它直接影響了產(chǎn)品性能、制造能耗，產(chǎn)品運輸、倉儲以及后續(xù)的施工，因而受到制造企業(yè)和用戶的高度重視。為適應(yīng)節(jié)能減排的需要，中國標準GB/T 4100-2015《陶瓷磚》[1] 首次對陶瓷磚厚度做了限制，規(guī)定了不同規(guī)格產(chǎn)品的最大厚度要求;為保證產(chǎn)品的規(guī)整度，GB/T 4100、GB/T 23266等一系列陶瓷磚（板）標準均對產(chǎn)品的厚度偏差做了明確的要求。為保證產(chǎn)品適應(yīng)在運輸、施工的要求，相關(guān)產(chǎn)品標準均根據(jù)陶瓷磚的厚度，規(guī)定了不同厚度陶瓷磚的強度要求。因此，厚度測量對于產(chǎn)品的性能評價和質(zhì)量控制是非常重要的。

2陶瓷磚厚度測量方法

2.1 標準方法

在國內(nèi)，陶瓷磚厚度測量的標準方法為GB/T 3810.2-2016《陶瓷磚試驗方法 第2部分：尺寸和表面質(zhì)量的檢驗》[2] ，標準中規(guī)定的測試方法如下：對表面平整的磚，在磚面上畫兩條對角線，測量4條線段（如圖1中AO、BO、CO、DO）每段上最厚的點，每塊試驗測量4點，測量值精確到0.1mm。對表面不平整的磚，垂直于一邊在磚面上畫4條直線，4條直線距磚邊的距離分別為邊長的0.125倍、0.375倍、0.625倍和0.875倍（如圖2中A1A2、B1B2、C1C2、D1D2），在每條直線上的最厚處測量厚度。

目前，能按標準進行厚度測量的設(shè)備包括傳統(tǒng)的測厚儀以及新開發(fā)出的智能化厚度測試儀。

2.2 測厚儀法

測厚儀為目前使用最為廣泛的厚度測試設(shè)備，其外觀參見圖5。測厚儀由C型結(jié)構(gòu)架和百分表組成。測量時先將百分表調(diào)零，而后提起百分表測量針，移動樣品或測厚儀，使針尖對準測點，放下百分表測量針，讀取百分表數(shù)值，此數(shù)值則為陶瓷磚被測點的厚度，測點位置見圖1圖2。該法的測量過程符合標準要求，但是只能在測量段上逐點進行測試，測點無法全部覆蓋測量段，而且，測試距離受到C型結(jié)構(gòu)架長度的影響，無法按標準完成大規(guī)格產(chǎn)品的厚度測試。由于設(shè)備較重，通常需要多人進行操作，因此測試效率非常低。且測量人員的手勢、取點位置容易出現(xiàn)偏差，對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.3 智能化厚度測試儀法

智能化厚度測試儀是新開發(fā)出的一類非接觸式厚度測試儀，其外觀參見圖6。設(shè)備主體使用C型鋼架結(jié)構(gòu)，測量部件采用非接觸式位移傳感器，樣品輸送裝置采用雙滑軌導(dǎo)軌驅(qū)動支撐平臺形式。測試前先用標準量塊校準設(shè)備，在將樣品放置在定位點上，使樣品輸送平臺帶動樣品行走，與此同時，傳感器對樣品進行正面和底面掃描，獲得樣品在移動路徑上的高度，通過測量軟件，可自動獲取各測量段的最大厚度。該設(shè)備能按標準的要求進行厚度測試，測點覆蓋全部測量段，測試精度高，速度快。

2.4 游標卡尺/螺旋測微器法

制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量控制通常采用該方法。該法采用游標卡尺/螺旋測微器測量陶瓷磚邊緣的厚度，測點位置參見圖3。該法操作簡便，但是測量過程不符合標準要求，且測量人員手勢和取點位置偏差會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

3實驗

3.1 試樣材料

選擇6款具有代表性的陶瓷磚樣品進行厚度測量，樣品的特征參數(shù)見表1。

3.2 試驗設(shè)備

游標卡尺（廣陸，精度0.01mm）如圖4.

測厚儀（寧夏機械研究院，測量精度0.01mm）如圖5。

智能化測厚儀（自研，傳感器分辨率0.001mm）如圖6。

4結(jié)果與討論

4.1 測試結(jié)果

4.2 測試結(jié)果的差異性分析

從表2-表4我們可以從兩個方向進行分析：

平整面瓷磚：新型厚度測試設(shè)備和簡易厚度測試設(shè)備按照標準進行測試，樣品序號1、3、4、5測試結(jié)果都非常接近，測試結(jié)果準確。使用卡尺測試厚度時，樣品序號3、5測試結(jié)果與另外兩臺測試設(shè)備測試結(jié)果有明顯差異。從測試樣品分析我們可知，卡尺測試厚度只對樣品邊緣進行測試，針對最大厚度在邊緣的樣品，卡尺測試和厚度測試設(shè)備結(jié)果一致。但是針對樣品的最大厚度不在邊緣時，卡尺是無法準確測量樣品最大厚度，所以產(chǎn)生數(shù)據(jù)上的差異。

非平整面瓷磚：新型厚度測試設(shè)備和簡易厚度測試設(shè)備進行比較，兩種測試設(shè)備測試出的結(jié)果一致，兩個都是滿足標準要求的測試設(shè)備。使用卡尺測試厚度的數(shù)據(jù)偏小，因為非平整面瓷磚中間出現(xiàn)明顯的凹凸，最厚的位置大多集中在瓷磚中間，卡尺無法測試。所以卡尺測試厚度的數(shù)據(jù)偏小。

上述分析可知，針對平整面瓷磚，新型厚度測試設(shè)備測試數(shù)據(jù)與簡易厚度測試設(shè)備一致，但是新設(shè)備比傳統(tǒng)設(shè)備測試效率高了十幾倍?？ǔ邷y試平整面瓷磚厚度時，若樣品最厚點的位置在邊角位置，卡尺測試厚度與新型厚度測試設(shè)備及簡易厚度測試設(shè)備一致，對若樣品最厚點不在邊角位置，用卡尺則無法測試出樣品真實厚度。針對非平整面磚，新型厚度測試設(shè)備和簡易厚度測試設(shè)備測試結(jié)果一致，測試效率新型厚度測試設(shè)備遠高于簡易厚度測試設(shè)備。但是，卡尺無法測試非平整面磚的真實厚度。

4.3多種測試方法重復(fù)性測試

陶瓷磚厚度不是均勻的，最厚的點可能分布于陶瓷磚任意一個點，對于平整面的陶瓷磚來說底紋高度差異是造成陶瓷磚厚度不均勻的一大因素，下面我們使用新型厚度測試設(shè)備、傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備和卡尺對平整面陶瓷磚不同底紋不同尺寸陶瓷磚樣品進行測試比較。

測量結(jié)果的重復(fù)性（測量的重復(fù)性），是在相同測量方法、相同觀測者、相同測量儀器、相同場所、相同工作條件和短時期內(nèi)，對同一被測量對象連續(xù)測量所得結(jié)果之間的一致程度。重復(fù)性評定使用貝塞爾法（公式1.1）進行評定。

S：標準偏差（%）

n：試樣總數(shù)或測試次數(shù)。

i：各次測量值1～n

我們選用樣品3（經(jīng)過測試，樣品3的對角線最厚點在角的位置）進行設(shè)備重復(fù)性測試的樣品，使用新型厚度測試設(shè)備、傳統(tǒng)厚度測試設(shè)備和卡尺測試厚度（只測4個角）的重復(fù)性測試。

從表5可知，新式厚度測試設(shè)備的設(shè)備重復(fù)性均高于傳統(tǒng)厚度測試設(shè)備和卡尺。主要原因：1、傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備的操作繁瑣，每次無法準確的重復(fù)測試回同一個測試點，測試出的結(jié)果就會出現(xiàn)偏大或偏小的情況。2、傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備和卡尺均是人工操作。在人工操作中，測試設(shè)備容易發(fā)生傾斜，當測試設(shè)備和樣品不垂直，則此測試點上的測試結(jié)果就會偏大。這兩個原因致使手工測試的結(jié)果重復(fù)性差，標準差變大，測試數(shù)據(jù)可靠性降低。

5結(jié)論

本文介紹的幾種厚度測試設(shè)備及方法，新型厚度測試設(shè)備和傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備嚴格按照標準GB 3810.2-2016《陶瓷磚試驗方法 第2部分：尺寸和表面質(zhì)量的檢驗》中厚度測試方法要求，新型厚度測試設(shè)備的測試效率較傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備大大提高，測試結(jié)論與傳統(tǒng)簡易厚度測試設(shè)備數(shù)據(jù)一致。用卡尺測試厚度依然是工廠主流的測試方法，但是卡尺測試厚度并不能準確的表現(xiàn)出陶瓷磚的真實厚度，非真實的產(chǎn)品厚度可能會對日后的市場銷售存在風險。

多種厚度測試方法的重復(fù)性比較中，新型厚度測試設(shè)備的設(shè)備重復(fù)性最好，測試結(jié)果可靠性最好。從工作原理及數(shù)據(jù)采集點來說，新型厚度測試設(shè)備屬于真正意義上的全線段掃描測試，全線段測試結(jié)果能自動保存，測試結(jié)果更為可靠準確。隨著陶瓷產(chǎn)品的迭代，部分傳統(tǒng)的測試設(shè)備已跟不上時代的腳步。新型的自動化智能化檢測設(shè)備將進入一個新的時代。

參考文獻

[1] GB/T 4100-2015《陶瓷磚》[S].

[2] GB 3810.2-2016《陶瓷磚試驗方法 第2部分：尺寸和表面質(zhì)量的檢驗》[S].

[3] 祖漢松，張厚江，賀昌勇，周盧婧.人造板厚度激光非接觸測量研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報，2015，30（02）：221-226.

[4] 晁中元. 瓷磚幾何尺寸在線檢測系統(tǒng)的研究[D].天津大學(xué)，2008.