图像传感器在瓷砖打包分级生产线中应用
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摘 要：近年来，中国陶瓷企业如雨后春笋般不断涌现，随着城镇化以及全面小康的推进，对陶瓷需求仍会很大。随着消费不断升级，对陶瓷产品的品质和功能也提出更高要求，促使陶瓷生产工艺与技术设备向着自动化或智能化方向发展，而瓷砖自动打包并自动检测分级，图像传感器在此生产中得到广泛应用。
关键词：图像传感器;瓷砖;分级;应用
1 前 言
随着经济快速发展，陶瓷需求量越来越大，再加上智能制造以及工业4.0，对陶瓷生产设备要求更加自动化和智能化，瓷砖自动打包分级取代了传统的人工打包、检测、搬运与码垛，大大提高了生产力，降低了劳动成本，而图像传感器作为检测中重要的元件，在瓷砖打包后分级中起着关键作用。
2 图像传感器概述
图像传感器是数字摄像头重要组成部分，也是应用在摄影摄像方面的高端技术元件，根据元件不同可分为CCD与CMOS两大类。
2.1 CCD类
CCD代表电荷耦合器件。它是数字和机器视觉相机中用于捕捉静止和移动物体的一种传感器。CCD传感器捕捉光线，并将其转换成数字数据以转换成图像。
CCD有非常高的集成性，照片的读取速度也很快，内部各元件距离很近，所以会相互干扰，对相机成像质量造成一定影响，并且噪声比较大。
CCD成像质量好，集成在半导体单晶材料上，但是工艺太过复杂，制造成本高。
2.2 CMOS类
COMS 代表互补金属氧化物半导体。这是一种集成电路供电的技术。CMOS技术为当今的许多电子设备提供动力，包括电池、微处理器、数字和智能手机相机，不需要特殊制造。
COMS体积小、重量轻，使用功耗较小，性能比较稳定，寿命也比较长，有很好的抗冲击和抗震动的效果。而且灵敏度较高，噪聲比较小，对图像处理后，图像的变形量较小，不会出现残相。
COMS结构简单，反映速度快，更加省电，适合大规模集成生产，生产成本也比较低。
3 图像传感器在瓷砖打包分级生产线的应用
陶瓷砖经过压机冲压成型、生坯干燥处理、窑炉高温煅烧、磨边抛光等十几道生产工序生产加工形成，生产工艺十分复杂。在生产过程中，由于温度、风力、压力、输送等原因都会导致瓷砖弯曲、扭曲变形，影响平整度。每一块瓷砖被识别机检测后分级，叠砖机构把同一等级瓷砖每三片打为一包，并在纸箱表面打印出等级。经过自动打包机打包后，输送到二级分级检测设备。二级分级检测设备通过OPTEX图像传感器检测纸箱上打印的等级，把信号发给PLC与码垛机器人，码垛机器人抓取后，放到托盘上。同一等级的瓷砖放到同一托盘上，每个托盘根据实际情况设定码垛的包数，达到设定值后，即为垛满，机器人自动摆放下一个空托盘，从而实现多色号分类在线包装码垛，降低劳动强度，节约成本与场地，提高生产力，实现自动化生产。
3.1 OPTEX CVS1-R系列 简介
OPTEX CVS1-R系列图像传感器是集成相机、照明、显示、控制一体的智能仪表，通过CMOS图像传感器拍摄，计算每个像素的色调来识别，与采样颜色相同的检测颜色面积，当检测的颜色面积在设定的上下阀值范围内输出信号。
3.1.1 高速图像处理
一般情况下，传统图像传感器是先把识别图像从CCD写入存储器后，再重新从存储器中读取数据进行处理。而OPTEX CVS1则无需写入存储器，识别的图像在传送同时进行处理并判断，从而实现高速图像处理，高速响应速度。
3.1.2 稳定信号检测
传统的图像传感器想要实现高精度的检测时，很容易受到工件的抖动、外来光线干扰、照明亮度变化等情况的影响，但是OPTEX CVS1通过计算每个像素的RGB比率，不仅实现整个图像亮度的补偿，同时也不会受到阴影及照明变化等影响。采用自主研发颜色变换算法，即使振动导致1/3辉度变化，也能稳定检测。
3.2 OPTEX CVS1-R 接线
OPTEX传感器与三菱PLC Q03UDE CPU 连接，由于三菱PLC输入类型输入NPN型，接线如 图 1所示。
3.3 OPTEX CVS1-R 调试步骤：
（1） 正确连接图像传感器CVS1-R与PLC接线，注意电源线和信号线的颜色与极性，以免烧坏图像传感器。
（2） 图像传感器安放于要检测位置，注意高度与水平，便于观察、调试、维修，固定在安装支架上。
（3） 取带有打印等级的纸箱样品放于检测工位，进入示教界面，调整视野范围。如果粗略检测某种颜色时，可以增大示教窗口尺寸，以提高稳定性;如果细微检测色差时，可以减小示教窗口尺寸，以提高分辨率。
（4） 登录被检测颜色，不仅要求视野范围内能识别出颜色，而且也可以通过箭头来选择所需检测的颜色。
（5） 通过调整颜色范围和阀值来选择低精度或者高精度颜色识别，取样完成。
（6） 设定项目表，可以对一些输入或者输出进行设定。
在OPTEX图像传感器检测过程中，当检测到与取样相似的颜色时，就会输出ON信号，PLC接收到ON信号，从而通过程序对信号进行处理，换算成等级。PLC通过以太网与 三菱HMI GS2110-WTBD通信， PLC把采集信号转化等级在HMI显示，从而清晰直观的显示每包瓷砖的等级。PLC通过CC-LINK与发那科机器人R-30通信，把等级传送给机器人。机器人抓取瓷砖后，根据等级摆放到相对应的垛，从而实现多色号分类在自动线包装码垛，降低劳动成本，提过生产效率。
4 结 语
随着国家经济的发展，对陶瓷产品需求越来越旺盛，同时陶瓷产品也呈现出更加多样化与个性化，消费者对其质量、环保、技术和工艺要求越来越高。为了迎合市场需求，多色号分类自动在线包装码垛整线设备是陶瓷生产工艺中非常重要的一个环节，图像传感器在此得到了很好应用，使生产更加自动化和智能化，从而降低劳动成本，提高生产效率，提高生产工艺。
参考文献
[1] 范伟.基于机器视觉的汽车车身零部件表面划痕检测的研究.
[2] 倪景华，黄其煜.CMOS 传感器及其发展趋势.
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