一、背景

在石膏板生產(chǎn)過(guò)程中，由于設備，工藝，原料等各種因素影響，往往會(huì )產(chǎn)生各種各樣的次品，例如石膏板表面缺陷，寬度不均勻，厚度不均勻，立邊不垂直等，這些缺陷嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)聲譽(yù)。目前市場(chǎng)上對這些缺陷的檢測一般是采用人工檢測，但由于人工受到環(huán)境，疲勞程度，情緒的影響，無(wú)法保證檢測質(zhì)量。

西安獲德通過(guò) 7 年多的現場(chǎng)反復試驗驗證和持續研發(fā)，利用公司自身技術(shù)優(yōu)勢，融合了人工智能技術(shù)、機器視覺(jué)技術(shù)、結構光技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)、激光技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數據庫技術(shù)等高新技術(shù)，努力克服了石膏板生產(chǎn)現場(chǎng)溫度高、粉塵大、生產(chǎn)線(xiàn)速度高、工藝過(guò)程復雜多變等很多不利條件，研發(fā)了一套完整的石膏板質(zhì)量在線(xiàn)檢測成套裝備，很好地解決了存在的上述問(wèn)題。

西安獲德以工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)的《建材工業(yè)智能制造數字轉型行動(dòng)計劃（2021-2023 年）》的通知為依據，深入生產(chǎn)線(xiàn)，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，打造硬科技。系統實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)在線(xiàn)質(zhì)量檢測，真正解決了多年來(lái)石膏板行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管控的一大痛點(diǎn)，提高和穩定了產(chǎn)品質(zhì)量，節省了人力成本，得到了生產(chǎn)過(guò)程的一手數據資料，解決了目前數字工廠(chǎng)和智能制造最為關(guān)鍵的底層支撐，完成了“最后一公里”的信息化，為石膏板行業(yè)智能制造和數字工廠(chǎng)的建立，打造堅實(shí)的基礎。

二、研發(fā)歷程

1. 初期開(kāi)發(fā)

從 2018 年 3 月開(kāi)始，我們在北新新鄉石膏板廠(chǎng)，持續不斷地開(kāi)發(fā)了以下設備，這一過(guò)程直到 2022，持續 5 年時(shí)間，這一過(guò)程的整個(gè)裝置，我們叫作 1.0 版本；

(1)移動(dòng)式寬度檢測裝置。最后由于現場(chǎng)環(huán)境，還有移動(dòng)式結構無(wú)法保證長(cháng)期運行的精度要求，最后拆除。

(2)固定式寬度檢測裝置。我們首創(chuàng )性的研發(fā)了這一裝置，穩定可靠的解決了寬度檢測的問(wèn)題，一直沿用至今。

(3)上下紙洞檢測裝置：采用我們“機器視覺(jué)”的技術(shù)特長(cháng)，順利完成了紙面缺陷檢測，這一裝置一直正常沿用至今。只是后期由于供應商對紙質(zhì)量提高，后續石膏板廠(chǎng)家，未再進(jìn)一步的采用。

(4)立邊檢測裝置：屬于我們首創(chuàng )性的采用“機器視覺(jué)”3D 測量技術(shù)，完成板立邊的檢測和顯示，這一裝置一直正常沿用至今。有些時(shí)候會(huì )因未及時(shí)清理灰塵導致相機鏡片模糊無(wú)法測量，也有時(shí)會(huì )因故障撞擊導致裝置移位無(wú)法測量。

(5)立邊自動(dòng)控制裝置：這一裝置，本意為了完成立邊的閉環(huán)控制，但由于現場(chǎng)情況太過(guò)復雜，影響立邊的因素太多，單獨控制夾板，無(wú)法達到控制立邊的目的，此裝置未能成功應用，還在持續研發(fā)。

(6)板面缺陷檢測裝置：這一裝置要求高精度（0.05mm）檢測整個(gè)板面的凹凸、氣泡、皺紋、漏漿等缺陷，屬于大幅面（包括擺動(dòng)達到 1.5 米寬），高速度（ 120 米/分）的 3D 測量，目前沒(méi)有成熟的方案。我們經(jīng)過(guò)多次原理探討和實(shí)踐，獨創(chuàng )性的采用單線(xiàn)結構光+面陣相機+獨創(chuàng )的 3D 算法，完美的解決了這一問(wèn)題。這一裝置目前穩定運行并沿用至今。但在研發(fā)過(guò)程中也經(jīng)過(guò)了很多波折，尤其是多線(xiàn)激光結構光裝置的設計、散熱、防塵、穩定等反復了多次，還有板面的震動(dòng)、灰塵的影響、安裝結構的優(yōu)化等。

(7)雙板缺陷檢測裝置：這一裝置和上述裝置相似，只是相當于上述裝置的 2 倍。

(8)噴墨打標裝置：為了最終剔除有缺陷的板子，必須對有缺陷板子做標記，起初我們采用噴墨打標裝置，基本解決了這一問(wèn)題。

(9)標識和剔除裝置：用“機器視覺(jué)”裝置，自動(dòng)識別早期的噴墨標記，給控制產(chǎn)線(xiàn)的 PLC 發(fā)信號，剔除有缺陷的板子。

(10) 厚度在線(xiàn)檢測裝置：獨創(chuàng )性的采用激光技術(shù)，進(jìn)行板子厚度的自動(dòng)檢測。完善了板子尺寸測量。

(11) 楔形邊測量裝置：利用“機器視覺(jué)”+激光技術(shù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)完成楔形邊的寬度，深度測量。(12) 配套服務(wù)器及應用程序。

2. 持續改進(jìn)

從 2022 年 8 月開(kāi)始，我們在 1.0 版的基礎上，逐步開(kāi)展北新建材下屬的天津、井岡山、富平、故城廠(chǎng)設備的設計和制造，這 4 套設備作為 2.0 版；進(jìn)一步探索和研發(fā)了一些新的在線(xiàn)檢測裝置，還有對部分 1.0 版裝置的優(yōu)化、完善。這一過(guò)程持續到 2024 年。

(1)天津和井岡山，作為北新建材南北兩個(gè)試點(diǎn)工廠(chǎng)，配套了全功能的檢測系統。由于設備加工期間，適逢疫情狂虐，很多配套工作不到位，有些裝置加工出現反復，導致工程進(jìn)度延緩。

①厚度測量裝置：在 1.0 版的基礎上，進(jìn)一步完善厚度測量系統，考慮了電源、溫度影響、添加了除塵功能、高精度近光傳感器、長(cháng)距離傳輸信號損失和干擾問(wèn)題等。

②板面缺陷檢測裝置：主要將單線(xiàn)激光改為多線(xiàn)激光，提高了響應速度核監測精度。但這個(gè)激光器沒(méi)有標準產(chǎn)品，研發(fā)他，經(jīng)歷了很多曲折，解決了電制冷，散熱，防塵，撞擊等工程問(wèn)題，出現了好多次的反復。現在這一裝置已經(jīng)在各地都能穩定運行。

③讀碼裝置：新鄉的噴墨系統雖能解決標記問(wèn)題，但是增加了一套噴墨裝置，尤其消耗了墨水，增加了成本。天津 2.0 方案，完全消除了新鄉的噴墨打標系統，改為采用“機器視覺(jué)”的方式，自動(dòng)閱讀板面已有的時(shí)間標記（讀碼裝置），這樣就非常完美的解決了標記和剔除時(shí)定位板子的問(wèn)題。本裝置一直在運行，但也會(huì )有因維護不及時(shí)，灰塵導致讀碼不準的問(wèn)題。

④加熱爐內溫濕度測：加熱爐內溫度、濕度的在線(xiàn)檢測，解決了高溫下，實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測加熱爐內溫、濕度的方案，本套裝置一直在使用。

⑤泡徑檢測裝置：采用“機器視覺(jué)”技術(shù)，專(zhuān)門(mén)研發(fā)了石膏板泡徑數字化檢測系統，為發(fā)泡質(zhì)量的改進(jìn)提供了有效地手段，詳細可參考《石膏板泡徑數字化檢測系統方案（宣傳）v2.1》

⑥干燥機層間蒸發(fā)量動(dòng)態(tài)檢測裝置：板面溫度檢測采用非接觸式紅外熱成像儀，監控干燥機出來(lái)的石膏板的溫度，連續的檢測，可以預估爐內溫度。對這一系統我們設計制作了專(zhuān)門(mén)的裝置和軟件，并進(jìn)行了現場(chǎng)測試，但由于安裝位置原因，沒(méi)有達到預期的目的。

(2)富平，故城，按照客戶(hù)需要，只上了部分功能的檢測裝置。

①富平，干板的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置：我們在石膏板行業(yè)首創(chuàng )的設計了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的裝置，解決了石膏板單重指標的自動(dòng)檢測，測試效果良好，此裝置一直穩定工作至今。詳細請看《富平石膏板稱(chēng)重測試報告 9.17-18-1》。

②富平，對角線(xiàn)尺寸在線(xiàn)測量裝置：采用“機器視覺(jué)”技術(shù)，設計制作了石膏板行業(yè)首套對角線(xiàn)尺寸在線(xiàn)測量裝置，驗證了原理的正確，深入分析了精度、誤差和運動(dòng)板材的之間的關(guān)系。目前這一系統，還有待晚上，精度有待進(jìn)一步提高，方能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

(3)宜昌。屬于泰山石膏下屬企業(yè)。

①3D 相機：首次采用 3D 相機進(jìn)行楔形邊、寬度、立邊的測量，雖成本較高，但系統更加簡(jiǎn)潔、穩定，并且安裝簡(jiǎn)單；截止現在一直在正常運行。

②漿料面積自動(dòng)檢測裝置：采用“機器視覺(jué)”的方式檢測漿料面積，并且輸出信號給控制 PLC。

(4)在上述 5 個(gè)工廠(chǎng)，解決了很多的工藝問(wèn)題，例如，產(chǎn)短板搭配剔除，剔除線(xiàn)不一樣，二維碼識別自動(dòng)切換，噴碼識別，也了解了更多的工藝場(chǎng)景；

3. 追求卓越

從 2023 年 8 月越開(kāi)，我們對 2.0 版本進(jìn)行全面的討論和審查，通過(guò)將二控的所有功能集成為一體、進(jìn)一步完善和改進(jìn)一控和三控的設備、增強服務(wù)器的功能等措施，簡(jiǎn)化了現場(chǎng)改造安裝的難度、簡(jiǎn)化了操作、增強了可靠性、減少了維護工作、進(jìn)一步提高了設備的標準化，正式推出了 3.0 版本。3.0 版介紹可參考《石膏板外觀(guān)質(zhì)量檢測系統 V3.0》

4. 一點(diǎn)感悟

(1)石膏板行業(yè)是一個(gè)小眾行業(yè)，全國不過(guò) 100 多條線(xiàn)，在自動(dòng)檢測這個(gè)方面，大的廠(chǎng)家沒(méi)有動(dòng)力投入人力物力，去深入研究和探索，深耕這個(gè)行業(yè)。但由于市場(chǎng)化的原因，有些小公司也做了一些嘗試，但面對石膏板生產(chǎn)環(huán)境的惡劣，例如高溫、低溫、灰塵、泥漿、震動(dòng)、撞擊、高速移動(dòng)等，還有諸多綜合技術(shù)，例如機器視覺(jué)，激光，人工智能，數據庫等等的諸多要求，很多小廠(chǎng)都淺嘗輒止，有半途而廢者，也有折戟沉沙者。

(2)西安獲德，機緣巧合，進(jìn)入本行業(yè)，從 2018 年開(kāi)始，我們歷經(jīng) 7 年多的時(shí)間，首創(chuàng )性的設計和研發(fā)了本行業(yè) 22 種以上的在線(xiàn)檢測裝置，我們自籌資金，前后共計投入超過(guò) 五 百多萬(wàn)元，花費了大量的人力和物力，和客戶(hù)一道，一直在持續不斷的探索和解決遇到的一個(gè)個(gè)問(wèn)題，持續改進(jìn)和完善。這個(gè)過(guò)程真的很艱辛、很漫長(cháng)！當然，我們的巨大投入也使得我們自然的成為全國本行業(yè)內首屈一指的成套技術(shù)和設備的提供者，是的我們自然地站在了本行業(yè)自動(dòng)檢測的前沿。當然，技術(shù)無(wú)止境，相比國外同類(lèi)產(chǎn)品，我們還有很多工作要做，例如含水率測量，高精度板長(cháng)檢測等等。

(3)產(chǎn)品的研發(fā)規律，是需要不斷的迭代，持續的投入，用戶(hù)的大力支持，方可完善和穩定。更何況石膏板行業(yè)，涉及到二十多種檢測裝置和技術(shù)，所以用戶(hù)的支持就顯得尤為重要。目前我們是國內石膏板行業(yè)能提供成套在線(xiàn)檢測設備的廠(chǎng)家，希望能繼續獲得石膏板行業(yè)客戶(hù)的大力支持，使我們能持續不斷推出新的檢測設備，不斷迭代，為石膏板行業(yè)的數字化工廠(chǎng)建設，貢獻力量。

三、3.0 版解決的主要問(wèn)題和功能介紹

1. 尺寸測量的自動(dòng)化：立邊、楔形邊、寬度、厚度基本尺寸的完全自動(dòng)測量。

2. 缺陷檢測的自動(dòng)化：凹凸、褶皺、漏漿、氣泡、板面印刷等外觀(guān)缺陷的自動(dòng)化測量。

3. 報表自動(dòng)生成：對產(chǎn)量，成品率，廢品率，缺陷板的分類(lèi)統計等報表自動(dòng)生成。

4. 生產(chǎn)過(guò)程的數字化：石膏板產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)檢測，是石膏板數字工廠(chǎng)和智能制造最為關(guān)鍵的基礎支撐和堅實(shí)基礎。

5. 功能的詳細介紹可以參考《石膏板外觀(guān)質(zhì)量檢測 V3.0》

四、投資及回報測算

1. 下表為 xx 廠(chǎng)一個(gè)禮拜的產(chǎn)量統計，平均大約每天 2.4 米標準板大約 3.5 萬(wàn)張，每張板子售價(jià) 28 元，每天產(chǎn)值 98 萬(wàn)元，一年按照 300 天計算，產(chǎn)值大約為 2.94 億元。每米標準板成本大致 3.5 元，人工、材料、能源各占三分之一:

2. 使用本系統，綜合考慮測量厚度、寬度、立邊角度、楔形邊、板面缺陷、自動(dòng)剔除、還有報表生成等等，估計可以減少一個(gè)人，3 班運轉可減少 3 人，人均費用按照 10萬(wàn)計算，年可節省 30 萬(wàn)元；

3. 本套裝置的主要功能，是對石膏板生產(chǎn)過(guò)程的品質(zhì)監控，主要是對板形尺寸和外觀(guān)缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，一旦發(fā)現缺陷，就及時(shí)報警，提示人工干預；從這一點(diǎn)來(lái)講，能夠減少事態(tài)擴大，減少廢品，減少能源消耗，提高良品率，提高效益。這個(gè)需要統計一段時(shí)間（例如 1--2 個(gè)月）內，不使用本套設備和不使用本套系統的一個(gè)數據作為支撐。但是通過(guò)排除的不良板的數量和連續的次數，可以對此有個(gè)大概估算。

(1)檢測到缺陷，不進(jìn)入烘箱，直接排濕板，節省能源：200 張

(2)及時(shí)報警，減少事故擴大，每天減少產(chǎn)生的缺陷板：400 張

以上合計，每年可以節省能源費用 300 天 x 600 張 x 10/6 = 30 萬(wàn)；

4. 剔除掉缺陷板，保證質(zhì)量，不流入市場(chǎng)。因此而產(chǎn)生的商譽(yù)價(jià)值，無(wú)法估計。

五、獲德產(chǎn)品和同類(lèi)其他產(chǎn)品的比較優(yōu)勢

LIMAB：瑞典公司，1979 年成立，致力于石膏板行業(yè)的測量系統研發(fā)，在國內有幾個(gè)工廠(chǎng)在使用，由于國外品牌人所共知的高價(jià)格、交貨和服務(wù)不及時(shí)，難以得到推廣。但其尺寸測量系統和含水率在線(xiàn)檢測系統很有特色，值得我們學(xué)習和研究。