高精度陶瓷砖平整度检测系统的研究

1、分类号 级 密学校代码 UDC Researchonhigh-ceramicflatnessdetection分类号 级 密学校代码 UDC Researchonhigh-ceramicflatnessdetection年月日书本权(的在说明年月日年月年月日书本权(的在说明年月日年月日摘要数据、16A/D0. 02mm摘要数据、16A/D0. 02mm0. 第一章 主要介绍研究陶瓷墙地砖产业生产、检测的背景，介绍国内外瓷砖检测第二章 对平整度检测算法、数据滤波算法和数据补偿算法进行研究和选择，为In recent years，our country e a brick of pottery a

2、nd porcelain and er， but it is er In terms of technology equipment，although in recentIn recent years，our country e a brick of pottery and porcelain and er， but it is er In terms of technology equipment，although in recent years，China ceramic industry has been a echanicalequipmentand thedevelopment，he

3、industry overallthelevelisstilllow，thetechnicallevelobviouslyisnothigh. Atpresent，althoughthe domestichavedevelopedsomebrickofpotteryandporcelainqualitytestingsystems，but onthewhole，thedomesticceramictiletestingequipmentandtestinginstrumentsare unable to satisfy the business ent rise of brick of pot

4、tery and porcelain size and roughness detection and meet the requirements of the degree of This situation seriously affected the accuracy of brick of pottery and porcelain confines the enhancing of products and enhancement of the ability to e the biggest Improving product he ceramic industry urgentn

5、eedethe technical In view of the usquoofChinasceramicwalland floortilesdetectionthis r designs a kind of high This system is ed of ceramic tile surface flatness on-line acquisition module which is designed ourselves， data acquisitionof high and data laser sing This system through sordata，16-bitA/Dco

6、nverterforsling，high rate of single puter serial ， and with median filtering procedures and applicable flatness calculation and algorithm of compensation of the algorithm to make the detection system can adapt to sus quo of Chinas ceramic tile production rises and achieve high requirements，eventuall

7、y achieve the detection of 0. 02 mm which is far n the e regulations 0. 1mm requirements of forimprovingtheoverallqualityofbrickofpotteryandt is of great Mainsof thisthesis areprovide as In Chapter thisrtheresearch background of floor tile of of pottery and porcelain industry production and testing，

8、 the situationofceramictiledetectiontechnologyathome andabroad，illustratesthe ofthistopicresearch. full text.In Chapter data filtering and Finally，making a roduction of the technical route of sbeenstudiedandthechoicetotheflatnessdetectingompensation algorithm，which provides theoretical basis for des

9、ignofsoftwareandhardwareoftheIn Chapter 3， Mainly relates to In Chapter 3， Mainly relates to hardware circuit design， including lection key ，thecircuit design ofmainfunction InChapter4，Mainlytothedesignofsoftwareincludingdatafiltering，calculation， compensation and storage transfer and other aspects

10、of the software implemenIn Chapter 5，Mainly on the testing and debugging the performance of system，through which to t the test system can steadily run in real In Chapter 6，Give a summary to the design of full text research and puts prospectforstudyinsufficientKeywords:ceramictile，platness，onlineinsp

11、ection，laser目录第1章绪1 课题背景及研究的目的及意123课题来课题研究的背课题研究的意义及目2国内外瓷砖检测技术的现目录第1章绪1 课题背景及研究的目的及意123课题来课题研究的背课题研究的意义及目2国内外瓷砖检测技术的现1. 2. 1 国外的现状介1. 2. 2 国内的现状介课题的主要研究内1. 3. 1 课题主要内1. 3. 2 技术路线简瓷砖平整度检测的原理和计算方平整度的定平整度检测的测量方32122. 2. 1工测2. 2. 2 非接触式测量方法介陶瓷墙地砖平整度的算法分31算企业实际标准算本系统采用的平整度检测算4测量数据预处2. 4. 1 各种滤波算法的介绍及比2.

12、 4. 2 中值滤波算法详测量误差介绍及位移传感器水平校正的数据补偿算2. 5. 1 测量过程中的误差介2. 5. 2 位移传感器水平校正的数据补偿算536 本章小瓷砖平整检测系统的硬件设检测系统整体硬件设计框检测系统关键器件的选型及电路设123位移传感器的选择及设电磁开关及A/D转换器的选微控制器的选3 系统数据传输部分的设3. 3. 1 SPI总线介3. 3. 2 RS-232总线介4 本章小4平整度检测系设123. 3. 1 SPI总线介3. 3. 2 RS-232总线介4 本章小4平整度检测系设123设计的总体结构及开发工系统主要程序流12345系统标定流程设实设人机交互界面设4.4.

13、 1 MFC多线程实4. 2 动态库的调55本章小瓷砖平整度检测系统的实现与实前期的硬件电路检11233烧录程序前的初烧录单片机程试老化试6传感器高度标数据滤波效果检系统重复性精度检测实检测系统各项技术指标简本章小结论与展1 本文总6. 1. 1 本课题主要工作总6. 1. 2 本系统设计特点总2 课题展参考文致攻读学位期间的研究成11. 11. 1. 11. 1. 211. 11. 1. 11. 1. 2行业竞争激烈，生存、发展比较艰难；(313200030001.540002。伴随着广199385。19843757m2200964.27成为名副其实的墙地砖生产大国37321.5692009

14、64.27219843757m2200964.27成为名副其实的墙地砖生产大国37321.569200964.27220094.42利等这些陶瓷砖生产和消费的大国6。20086.713.7，成为了世界上最大的陶瓷砖出口国73(1)墙地砖产业从市场供求关系看，依旧是供大于求，国内 业之间竞争十分激烈4。(2)200320(3的趋势51. 1. 31. 1. 3地砖的生产厂家仍然延续人工抽样和手工检测的方法来实现对陶瓷墙地砖平整度及尺寸的检测和质量分级，这种检测方法产生的测量误差比较大，而且漏检率也较高，因此很难确保瓷砖的整体质量。到目前为止也有一些企业引进国外的陶瓷砖检测设界定都非常重要1011

15、1. 21.2.1外的现状介界定都非常重要10111. 21.2.1外的现状介备的制造商也都推出了适合各自国家实际情况的陶瓷砖质量检测技术。如德国的 MEDAV公司、Massen公司，意大利的T/P公司和System Cermais公司等，已经可以生产出成 关于陶瓷砖尺寸以及平整度的自动检测装置1213。其中，System的 PLANARLINER200010外，NUOVAFIMA、Surface Examina1.2.2内的现状介在国内，关于陶瓷墙地砖自动检测这方面的研究开始的比较晚。早在 20 世纪 80KDC600、技机检测和分类的装置18瓷墙地砖的色差进行分级检测的分类器进行了设计开发

16、22KDC600、技机检测和分类的装置18瓷墙地砖的色差进行分级检测的分类器进行了设计开发221. 31.31题主要内设1-1 ，61-1 ，6，71-2SPIRS-232PC示界面来显现。（2）位移传感的数据通过电磁开关，传送给A/D转换器实现模/数转换5A/DSPIPC(3)、(4)（5）PC。（2）位移传感的数据通过电磁开关，传送给A/D转换器实现模/数转换5A/DSPIPC(3)、(4)（5）PC。（6）PC1.3.2术路线简（1），再由较高精度的 （2）(322. 1由 ISO/TC189(国际陶瓷砖标准化组织)发布的关于陶瓷砖产品质量的国际标准是 ISO13006:199814IS

17、O10545-116含抽样方案在内的1622. 1由 ISO/TC189(国际陶瓷砖标准化组织)发布的关于陶瓷砖产品质量的国际标准是 ISO13006:199814ISO10545-116含抽样方案在内的16222个行业级标准；其中包括1个基础标准、6个产品标准、17个方法标准和1个强制性标准，其他为 性的标准23。相应的国际标准 IS013006：1998 即陶瓷砖：定义、分类、性能和标记我国的标其中在附录 G0.2，2.0mm2. 22.2.1工测(2)2.2.2接触式测量方法介（1）0.1mm，运动中的瓷砖将对传感器测头产生很大的冲击，会影响正常的检测242.2.2接触式测量方法介（1）

18、0.1mm，运动中的瓷砖将对传感器测头产生很大的冲击，会影响正常的检测24该系统利用高度集成的 SOC 单片机 AduC 841ReflexWenglor（3）进行分级，比较适合于现实生产过程中的质量控制26PLCA/DPLC的计算，最后再次通过 PLC 控制器实现对瓷砖的分级处理以及对设备的整体控制。实（5）2. 32.3.算GB/T3810.2-2006(1)42-1L，L，(1)离，然后取这三个距离值中的最大值，就是该边的边弯曲度。以 AB 边为例，AB 边的弯曲度指的就是点 F、F1、F2 在空间坐标系中到分别到直线 AB 的距离，取这三个距ABAB2-6 2-6 2. 42.4.1种

19、滤波算法的介绍及比A/D50Hz2. 42.4.1种滤波算法的介绍及比A/D50Hz。(2 （1）Wiener如果信号和噪声的频谱存在相的区域，就可以考虑采用Wiener滤波算FIR WeinerWeiner-Hoff其收敛于最佳值30FIR WeinerWeiner-Hoff其收敛于最佳值30限幅滤波算N；Nn)，N；Nn)，JJF1001-19982.5.2移传2.5.2移传感器水平校正的数据补偿算2-95 5高度进行标定。5552-102-1033-1A/D33-1A/D实现人机交互界面的设计和最终结3-23. 1CP1H-X卡27NIPCI-PLC-812PG硬微控制器(单片机3-PC

20、3. 23.硬微控制器(单片机3-PC3. 23.2.1移传感器的选择及设1、位移传感器的选A/D54321感器的电容变化量很小，通常感器的电容变化量很小，通常只有几十 pF 甚至几 pF，这使它极易受外界干扰，而且CD33-50NV3-4CD33-50NV3-5 2、CD33-50NV 激光位移传感器简CD33-50NV到0.1%F.S。CD33-50NVCD33 CD33 素的处理方法，它的分析度能够达到 2um 的高准确度的位移量测量，通过这种方式CD33CD33-50NV3-6 位移传感器工作原理简图CD33垂3-6 位移传感器工作原理简图CD33垂50mm0.51.0mm；60mm为

21、 0.40.9mm。如此类推，每一个距离都对应着唯一的一个光斑面积，此时就可以4、CD33 激光位移传感器构造、面板简3-7CD335、激光位移传感器电路设3-16MAX4624MAX46240(1(3-16MAX4624MAX46240(1(A/D转换A/DADA/D，n转换器可以区分 2n 个不同等级的模拟输入信号，可以区分的输入信号的最小值是满量程输入设定的 1/2n。如果信号最大输入值为一定值，那么输出的位数越多，则该 A/DA/D3)转换时间。转换时间指的是从 A/D 转换器信号的输入开始计算，一直到输出端3-17TLC4545TLC45450-5V4-20mA200RX70构坚固，

22、它的精度可达 0.1%-0.01%，可以精确显示激光位移传感器所输出电流量的微小变化，保证系统精度。A/D3-18A/D3.2.3控制器的选3.2.3控制器的选ADATmega88ATmega88AVRRISC8CMOS执行时间，从而大大提高了代码效率，使其具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10ATmega881MIPS/MHz速率、高处理速度的要求。图3-19 其中，ADSD0、ADSCLK、A/D转换器的控制，S1、S2、S33. 3CPUA/DSPIPCRS-2323.3.1SPI线介SPI(Serial erface34I/O3.3.1SPI线介SPI(Serial erface

23、34I/O设CPU钟信号)，CS(4)CSCS8SPI电路设计3.3.2RS-232线介RS-232-CEIA RS-232-C)1970“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制接术标25DB25表3-21 PC之间的串行接口电路 3-22 3. 4的硬件设计。其中涉及到各种关键器件的选型，包括激光位移传感器、A/D9 针串口25 针串口182332457625DB25表3-21 PC之间的串行接口电路 3-22 3. 4的硬件设计。其中涉及到各种关键器件的选型，包括激光位移传感器、A/D9 针串口25 针串口182332457667485944. 44. 主控PC4.

24、4.4. 4.3.1统标定流程10mm。4-410mm4.3.10mm。4-410mm4.3.2行通设Windows3：(1)WindowsAPI；(2)APIAPI。AT88。AT88。AT88。AT88ADPC始0 xAA，0 x55，HH0，LL0，HH1，LL1，. . . 5ADADPC4.3.3波算实4-94-9 4-10 为1ms；1ms4. 4.4.1MFC线程实进程为1ms；1ms4. 4.4.1MFC线程实进程s它的调度单元其实是线程42。在 Windows 下的多线程技术中，操作系统会将 CPU 的时个线程都会被分配到一个对应的 CPU 的时间片，如果某个线程被激活了，它

25、就开始正内共享 CPU 的资源，只不过因为每个时间片都非常的短，所以往往给用户的感觉就好整个应用系统的死锁，WinAPI 设计了多个同步控制对象用以解决资源共享时的WIN32CPUWIN32CPUWIN32VC+6.0WIN32APIWIN32VC+6.0WIN32APIMFCMFC现(1)CPU；(2)CPU，也可以自动完成数据的共享37据，这样就大大提高了程序的执行效率454.4.2态库的调WindowsAPI据，这样就大大提高了程序的执行效率454.4.2态库的调WindowsAPI运行的方法主要有两种：影和显。DLL（3）DLLWindowsDLLsDLLs到DLLs如 Windows

26、MFCMFCRegularDLLMFCMFCMFCRegularDLLMFCDLLProject|AddToProject/SettingDLL4. 555. 155. 15.1.1录程序前的初5-1ATmega88USBAVR JTAG5.1.试RS232ATmega88USBAVR JTAG5.1.试RS232RS232RS232PCCOM1本令开35-4”。停命令由如下3个字节组成”。停命令由如下3个字节组成。5-5 。5DB9562.2K5. 255. 255感器的位置，再次标定，直到符合标准为止485-8 47.7mm，显示范围为(+/-)0.5mm，0.0017mm。5，235-1

27、0 5-10 47.6mm，显示范围为(+/-)1.0mm，0.0033mm5. 45-1边弯曲度1-0. -0. -0. -0. 2-0. -0. -0. -0. 3-0. -0. -0. -0. 4-0. -0. -0. -0. 5-0. -0. -0. -0. 6-0. -0. -0. -0. 7-0. -0. -0. -0. 8-0. -0. -0. -0. 9-0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0

28、. -0. -0. -0. -0. -0. 5-1边弯曲度1-0. -0. -0. -0. 2-0. -0. -0. -0. 3-0. -0. -0. -0. 4-0. -0. -0. -0. 5-0. -0. -0. -0. 6-0. -0. -0. -0. 7-0. -0. -0. -0. 8-0. -0. -0. -0. 9-0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0

29、. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. 5-2对角弯曲度中心弯曲度1-0.0. 0. 0. 2-0.0. 0. 0. 3-0.0. 0. 0. 4-0.0. 0. 0. 5-0.0. 0. 0. 6-0.

30、0. 0. 0. 7-0.0. 0. 0. 8-0.0. 0. 0. 9-0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 5-2对角弯曲度中心弯曲度1-0.0. 0. 0. 2-0.0. 0. 0. 3-0.0. 0. 0. 4-0.0. 0. 0. 5-0.0. 0. 0. 6-0.0. 0. 0. 7-0.0. 0. 0. 8-0.0. 0. 0. 9-0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0.

31、 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. 0. 0. 0. 0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. -0. 0. 0. -0. 370.02mm，0.02mm5. 51、被检测瓷砖的尺寸2-0.0. 0. 0.

32、-0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. 370.02mm，0.02mm5. 51、被检测瓷砖的尺寸2-0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0.

33、0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.0. 0. 0. -0.-0.-0. -0.5. 65. 666. 16.1.1课题主要工作总（1）（2）（3）66. 16.1.1课题主要工作总（1）（2）（3）（4）（5）Visual C+6.00.02mm6.1.2系统设计特点总（1）（2）5（3）卡CD33-1ms0.1%F.S50ns；16A/DCD33-1ms0.1%F.S50ns；16A/DTLC4545 200ksps200RX700.1%-0.01%ATmega881MIPS/MHz度的要求。（4）6. 2（2）

34、则只有 5J. 江苏陶瓷，. 建筑卫生陶瓷技术展望J. 中国陶瓷. 建筑卫生陶瓷工业现状及技术发展趋势(上)J.4 ，2000后的任务J. 陶瓷. 2009J. 佛山陶瓷.发展J. 陶瓷中国建筑卫生陶瓷发展形势分析J. 陶瓷科学与艺术. 我国卫生陶瓷发展对策研究J. 陶瓷. 瓷质墙地砖的镜面加工J新型建筑材料，1994(11):41-10SMITHL, J. 江苏陶瓷，. 建筑卫生陶瓷技术展望J. 中国陶瓷. 建筑卫生陶瓷工业现状及技术发展趋势(上)J.4 ，2000后的任务J. 陶瓷. 2009J. 佛山陶瓷.发展J. 陶瓷中国建筑卫生陶瓷发展形势分析J. 陶瓷科学与艺术. 我国卫生陶瓷发展

35、对策研究J. 陶瓷. 瓷质墙地砖的镜面加工J新型建筑材料，1994(11):41-10SMITHL, RICHARD J.Automated inspection of textured ceramic tilesJ. inIndustry,2000(43):73-KURM, QUANC, TAYCJ. Surface profiling using fringe projection basedonLaueffectJ.Optics&LaserTechnology,2007,39(1):453-12 MEDAV Dig.Sig. GmbH-TEGULA-CONTROL-Fully autom

36、ated quality control system for roofing t13MASSENGmbh,-Opticalcheckingsystemfor14 C. Fernandez, J. Fernandez, R. egral 0n-line Machine Inspection the Manufacturing s of Ceramic Tiles, SPIE, nnual ium on ImagingJ.ScienceandTechnology,15 F. Lopez, J. M. nte, F. Acebron. Sistema automatico de inspeccio

37、n optica defectosegridadenpiezasceramicas,A 97, 509-518, 16 0. J. Tobias, R. Seara, F. A. P. Soares and J. C. M. Bermudez. An Algorithm for Using in the Ceramic IndustryM. Proc. 5th. Conf. On Signal sing Applications and Technology, 1754：10611065，1994. 基于计算机视觉的墙地砖颜色分类和缺陷检测研究D广州:华南理工大学，. 墙地砖色差的计算机视觉检测研究J.陶瓷，与工程版)J，2001，3(