裴艳
广东特地陶瓷有限公司
摘要：在我国快速发展的过程中，提出了基于平面CCD的瓷砖产品的表面质量检测的准则与方法.首先对瓷砖产品的缺陷特征进行分类,得到两大类结构特征--斑点结构和广义线性结构,针对这两种几何特征,本文提出两种有针对的滤波器,结果表明这种滤波方案是有效的.本文也对各种照明与视觉条件及补偿进行了详细的讨论.
关键词：机器人；自动化；瓷砖铺贴技术；要点
引言
陶瓷砖是人们生活中必不可少的装修材料，表面缺陷是其重要的指标之一。陶瓷砖表面缺陷种类较多，包括裂纹、釉裂、缺釉、针孔、斑点和毛边等。目前，国内陶瓷砖的检验仍以人工方式为主。国标GB/T3810.2-2006规定，陶瓷砖表面缺陷检验是在照度为300lx的灯光均匀照射下，在垂直距离为1m处用肉眼观察被检测砖表面缺陷。这种检测方法不但效率低，对陶瓷砖只能做到抽样检测，而且检测结果易受到人为干扰。基于上述情况，本文提出了一种基于机器视觉的陶瓷砖表面缺陷检测方法，以实现陶瓷砖的快速在线检测。该方法利用中值滤波对图像进行降噪处理，采用形状匹配算法实现图像的对齐，利用局部门限算法实现图像缺陷的分割，利用特征提取技术获取陶瓷砖的表面缺陷指标。实验结果证明：本文所提出的方法可较好地实现陶瓷砖部分表面缺陷的快速检测，精度符合检测要求。
1瓷砖自动分类系统的设计
根据瓷砖生产的技术要求和环境条件,笔者设计了一种瓷砖分类的在线检测系统。该系统主要由光照、照相机、图像处理(图像预处理和特征参数提取)、图像分析和智能判断等模块组成。光照模块是由光源和灯具组成,其作用是为了使目标得到充分地照明,以保证像平面有足够的照度,使得后续的图像采集效果好。图像采集(照相机)是采用一定设备获取可输入计算机的,反映客观场景的数字图像,它涉及几何学、辐射度学,还与采样和量化有关。图像传感器在采集过程中,会因自身的特性而产生色彩失真。传输数据时可能伴随有噪声也是无法避免的。同时生产线上设置的相机镜头不宜经常被调整,获取的图像往往包含有无关信息,如:生产线上的传送带等,均是在图像预处理中待处理的影响因素。图像分析则是对图像中感兴趣目标进行检测和计算,获得它们的客观信息,建立对图像和目标的描述-提取特征参数。最后则是用智能判断取代人工分类模块,实现对瓷砖进行的自动分类.
2机器人自动化瓷砖铺贴技术方法
2.1瓷砖位置检测与定位技术
瓷砖的位置测量与定位是机器人自动化瓷砖铺贴最为关键的技术要点，对于瓷砖铺贴的精度有着重要影响。1）点激光使机器人带动点激光测头在空间中划过固定轨迹，由点激光传感器信号值的变化可以得到瓷砖的几何尺寸和位置信息，从而计算出待铺瓷砖的位置。该技术具有较高精度，并且几乎不受光照条件的影响，能在黑暗环境中很好地使用，但存在成本高、效率低、算法复杂等缺点。2）机器视觉机器视觉是可以解决测量与定位问题的一种通用技术，同样也适用于瓷砖的位置检测与定位。与点激光方法相比，计算机视觉可以同时获取更多关于瓷砖的几何尺寸和位置信息，缩短了机器人检测末端在空间中的移动距离，节省了瓷砖位置检测的时间，从而进一步提高了瓷砖铺贴的效率。但另一方面，机器视觉的使用同时需要具备较好的光照条件，并且瓷砖表面的反光以及花纹可能会使机器视觉产生误检测。3）?线激光加机器视觉该技术在机器视觉的基础上增加了线激光发射器，将线激光而非瓷砖表面作为瓷砖方位参考物，从而避免瓷砖表面的反光以及花纹所可能带来的机器视觉的误检测。具体实现方法为：将线激光以固定入射角照射到相邻瓷砖的缝隙中，再通过机器视觉来识别每段缝隙中线激光的长度、方向和位置，从而确定待铺瓷砖的实时位置以及最终的铺贴位置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆使用该技术可以在瓷砖铺贴时达到0.2mm的线性精度以及0.1°的角度精度。
2.2控制面板设计原则
控制面板是机械设备中重要的组成部分,是操作者观察、操纵机器运转的主要平台,在设计时主要考虑旋钮按钮、仪表、显示屏、文字、颜色等因素。对于控制面板上众多的功能开关,需要按功能划分原则对其进行排布,按钮旋钮的操作状态要与仪表或显示屏上的数据含义相对应,符合操纵与显示的相合性规律,便于操作者记忆操作,减少误操作率;对于仪表的设计,刻度的粗细、大小,需要有较强的可读性,保证操作者读数的准确率;对于显示屏尺寸的选择,需要符合操作者在特定环境下的视觉因素,即清晰辨认。而控制面板上文字的大孝颜色也要符合特定环境下的要求,对于特殊提示文字,可用醒目的色彩加以提示,从而达到可读性高、辨认性强的目的。控制面板是人机交互的最直接的部分,也是人机界面设计最重要的部分之一,因此对抛光机生产线的控制面板进行设计时,一定要遵循上述设计原则,增强"人机互动","宜人性"的关系。
2.3机器人移动方式
要实现瓷砖铺贴的自动化，机器人应当具备自主移动能力，建筑物是固定不动的，瓷砖铺贴机器人要能在各个房间范围内进行自由移动，从而实现完整的铺贴过程。1）滑轨式该方式是预先在房间内部设好平面二维方向上的滑轨，使机器人末端可以在房间的X、Y轴方向上进行移动。这种方式的铺贴精度很大程度上取决于滑轨的安装精度，而且每进行一个房间的瓷砖铺贴都需要对滑轨进行一次拆装，比较麻烦。2）轮式轮式移动根据驱动轮的情况可分为前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动，根据转向时所使用的方式可分为偏转转向和差速转向。另外还存在特殊轮式机构，如麦克纳姆全向轮，可以轻松实现横向移动和转弯半径为零的原地转向运动等，能很好地适用于空间狭小的房间的瓷砖铺贴。但是总的来说，轮式移动比较适合于薄贴法瓷砖铺贴工艺，在相对平整的地面可以灵活移动，而在不太平整的地面则具有较差的移动精度及移动能力。3）履带式该方式是在多轮机构的基础上环绕一圈履带，移动时通过履带而非轮子与地面直接进行接触，这样可以很好地防止轮子的打滑，另外也能增加移动机构与地面的接触面积，从而增强瓷砖铺贴机器人的移动能力。相比于轮式移动，该方式能够更好地在粗糙不平整的地面上进行移动。在遇到凸起或凹陷的坡坑时，也不会造成运动的停止和偏差。
结语
近年来,我国瓷砖生产线的产量持续增长,技术水平和质量也不断提高。由于我国瓷砖生产线大量出口于国外,而在国际市场上的竞争力还不高,除了在精度、人机性、操作性等方面落后先进国家,在造型上也远远落后先进国家。因此,应该注重瓷砖生产线造型设计,提高瓷砖生产线操作的人机性能和认知性能,从而提高在国际市场上的竞争力。从人机界面角度对瓷砖生产线造型进行设计,增强人机互动关系,优化人机之间的关系,充分发挥人的能动性,可塑性、创造性,通过学习训练提高技能等方面的特长,使人机系统更好地发挥效能,达到降低事故发生率,提高工作效率,提高企业的竞争力为目的,同时也为其他生产线的造型设计提供了思路,因而具有很好的研究价值。然而,随着虚拟现实技术的不断发展和提高,利用虚拟现实技术对瓷砖生产线进行虚拟仿真,将能更好地说明人、机和周围环境三者之间的关系,因而可以大大缩短产品投入市场的时间,提高产品安全性。因此在瓷砖生产线的造型设计中利用虚拟现实技术,将是未来的发展趋势。
参考文献
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论文作者:裴艳
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：瓷砖论文; 图像论文; 机器人论文; 技术论文; 表面论文; 视觉论文; 精度论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;