论文部分内容阅读
摘 要： 厚度是陶瓷砖的一项重要参数，它直接影响产品性能、制造能耗以及使用。本文介绍了陶瓷砖厚度测量的标准要求及主要测量方法，应用主要测量方法，对6种具有代表性的陶瓷砖样品进行厚度测试。测试结果显示，采用智能化的非接触式厚度测量设备，能按标准要求进行厚度测试，测量结果的准确度及重复性均优于传统的测试方法，值得推广和应用。
关键词： 陶瓷砖 ;厚度;非接触式传感器
1 前 言
厚度是陶瓷砖的一项重要参数，它直接影响了产品性能、制造能耗，产品运输、仓储以及后续的施工，因而受到制造企业和用户的高度重视。为适应节能减排的需要，中国标准GB/T 4100-2015《陶瓷砖》[1] 首次对陶瓷砖厚度做了限制，规定了不同规格产品的最大厚度要求;为保证产品的规整度，GB/T 4100、GB/T 23266等一系列陶瓷砖（板）标准均对产品的厚度偏差做了明确的要求。为保证产品适应在运输、施工的要求，相关产品标准均根据陶瓷砖的厚度，规定了不同厚度陶瓷砖的强度要求。因此，厚度测量对于产品的性能评价和质量控制是非常重要的。
2陶瓷砖厚度测量方法
2.1 标准方法
在国内，陶瓷砖厚度测量的标准方法为GB/T 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》[2] ，标准中规定的测试方法如下：对表面平整的砖，在砖面上画两条对角线，测量4条线段（如图1中AO、BO、CO、DO）每段上最厚的点，每块试验测量4点，测量值精确到0.1mm。对表面不平整的砖，垂直于一边在砖面上画4条直线，4条直线距砖边的距离分别为边长的0.125倍、0.375倍、0.625倍和0.875倍（如图2中A1A2、B1B2、C1C2、D1D2），在每条直线上的最厚处测量厚度。
目前，能按标准进行厚度测量的设备包括传统的测厚仪以及新开发出的智能化厚度测试仪。
2.2 测厚仪法
测厚儀为目前使用最为广泛的厚度测试设备，其外观参见图5。测厚仪由C型结构架和百分表组成。测量时先将百分表调零，而后提起百分表测量针，移动样品或测厚仪，使针尖对准测点，放下百分表测量针，读取百分表数值，此数值则为陶瓷砖被测点的厚度，测点位置见图1图2。该法的测量过程符合标准要求，但是只能在测量段上逐点进行测试，测点无法全部覆盖测量段，而且，测试距离受到C型结构架长度的影响，无法按标准完成大规格产品的厚度测试。由于设备较重，通常需要多人进行操作，因此测试效率非常低。且测量人员的手势、取点位置容易出现偏差，对测试结果产生影响。
2.3 智能化厚度测试仪法
智能化厚度测试仪是新开发出的一类非接触式厚度测试仪，其外观参见图6。设备主体使用C型钢架结构，测量部件采用非接触式位移传感器，样品输送装置采用双滑轨导轨驱动支撑平台形式。测试前先用标准量块校准设备，在将样品放置在定位点上，使样品输送平台带动样品行走，与此同时，传感器对样品进行正面和底面扫描，获得样品在移动路径上的高度，通过测量软件，可自动获取各测量段的最大厚度。该设备能按标准的要求进行厚度测试，测点覆盖全部测量段，测试精度高，速度快。
2.4 游标卡尺/螺旋测微器法
制造企业的产品质量控制通常采用该方法。该法采用游标卡尺/螺旋测微器测量陶瓷砖边缘的厚度，测点位置参见图3。该法操作简便，但是测量过程不符合标准要求，且测量人员手势和取点位置偏差会对测量结果产生影响。
3实验
3.1 试样材料
选择6款具有代表性的陶瓷砖样品进行厚度测量，样品的特征参数见表1。
3.2 试验设备
游标卡尺（广陆，精度0.01mm）如图4.
测厚仪（宁夏机械研究院，测量精度0.01mm）如图5。
智能化测厚仪（自研，传感器分辨率0.001mm）如图6。
4结果与讨论
4.1 测试结果
4.2 测试结果的差异性分析
从表2-表4我们可以从两个方向进行分析：
平整面瓷砖：新型厚度测试设备和简易厚度测试设备按照标准进行测试，样品序号1、3、4、5测试结果都非常接近，测试结果准确。使用卡尺测试厚度时，样品序号3、5测试结果与另外两台测试设备测试结果有明显差异。从测试样品分析我们可知，卡尺测试厚度只对样品边缘进行测试，针对最大厚度在边缘的样品，卡尺测试和厚度测试设备结果一致。但是针对样品的最大厚度不在边缘时，卡尺是无法准确测量样品最大厚度，所以产生数据上的差异。
非平整面瓷砖：新型厚度测试设备和简易厚度测试设备进行比较，两种测试设备测试出的结果一致，两个都是满足标准要求的测试设备。使用卡尺测试厚度的数据偏小，因为非平整面瓷砖中间出现明显的凹凸，最厚的位置大多集中在瓷砖中间，卡尺无法测试。所以卡尺测试厚度的数据偏小。
上述分析可知，针对平整面瓷砖，新型厚度测试设备测试数据与简易厚度测试设备一致，但是新设备比传统设备测试效率高了十几倍。卡尺测试平整面瓷砖厚度时，若样品最厚点的位置在边角位置，卡尺测试厚度与新型厚度测试设备及简易厚度测试设备一致，对若样品最厚点不在边角位置，用卡尺则无法测试出样品真实厚度。针对非平整面砖，新型厚度测试设备和简易厚度测试设备测试结果一致，测试效率新型厚度测试设备远高于简易厚度测试设备。但是，卡尺无法测试非平整面砖的真实厚度。
4.3多种测试方法重复性测试
陶瓷砖厚度不是均匀的，最厚的点可能分布于陶瓷砖任意一个点，对于平整面的陶瓷砖来说底纹高度差异是造成陶瓷砖厚度不均匀的一大因素，下面我们使用新型厚度测试设备、传统简易厚度测试设备和卡尺对平整面陶瓷砖不同底纹不同尺寸陶瓷砖样品进行测试比较。 测量结果的重复性（测量的重复性），是在相同测量方法、相同观测者、相同测量仪器、相同场所、相同工作条件和短时期内，对同一被测量对象连续测量所得结果之间的一致程度。重复性评定使用贝塞尔法（公式1.1）进行评定。
S：标准偏差（%）
n：试样总数或测试次数。
i：各次测量值1～n
我们选用样品3（经过测试，样品3的对角线最厚点在角的位置）进行设备重复性测试的样品，使用新型厚度测试设备、传统厚度测试设备和卡尺测试厚度（只测4个角）的重复性测试。
从表5可知，新式厚度测试设备的设备重复性均高于传统厚度测试设备和卡尺。主要原因：1、传统简易厚度测试设备的操作繁琐，每次无法准确的重复测试回同一个测试点，测试出的结果就会出现偏大或偏小的情况。2、传统简易厚度测试设备和卡尺均是人工操作。在人工操作中，測试设备容易发生倾斜，当测试设备和样品不垂直，则此测试点上的测试结果就会偏大。这两个原因致使手工测试的结果重复性差，标准差变大，测试数据可靠性降低。
5结论
本文介绍的几种厚度测试设备及方法，新型厚度测试设备和传统简易厚度测试设备严格按照标准GB 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》中厚度测试方法要求，新型厚度测试设备的测试效率较传统简易厚度测试设备大大提高，测试结论与传统简易厚度测试设备数据一致。用卡尺测试厚度依然是工厂主流的测试方法，但是卡尺测试厚度并不能准确的表现出陶瓷砖的真实厚度，非真实的产品厚度可能会对日后的市场销售存在风险。
多种厚度测试方法的重复性比较中，新型厚度测试设备的设备重复性最好，测试结果可靠性最好。从工作原理及数据采集点来说，新型厚度测试设备属于真正意义上的全线段扫描测试，全线段测试结果能自动保存，测试结果更为可靠准确。随着陶瓷产品的迭代，部分传统的测试设备已跟不上时代的脚步。新型的自动化智能化检测设备将进入一个新的时代。
参考文献
[1] GB/T 4100-2015《陶瓷砖》[S].
[2] GB 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》[S].
[3] 祖汉松，张厚江，贺昌勇，周卢婧.人造板厚度激光非接触测量研究[J].西北林学院学报，2015，30（02）：221-226.
[4] 晁中元. 瓷砖几何尺寸在线检测系统的研究[D].天津大学，2008.
关键词： 陶瓷砖 ;厚度;非接触式传感器
1 前 言
厚度是陶瓷砖的一项重要参数，它直接影响了产品性能、制造能耗，产品运输、仓储以及后续的施工，因而受到制造企业和用户的高度重视。为适应节能减排的需要，中国标准GB/T 4100-2015《陶瓷砖》[1] 首次对陶瓷砖厚度做了限制，规定了不同规格产品的最大厚度要求;为保证产品的规整度，GB/T 4100、GB/T 23266等一系列陶瓷砖（板）标准均对产品的厚度偏差做了明确的要求。为保证产品适应在运输、施工的要求，相关产品标准均根据陶瓷砖的厚度，规定了不同厚度陶瓷砖的强度要求。因此，厚度测量对于产品的性能评价和质量控制是非常重要的。
2陶瓷砖厚度测量方法
2.1 标准方法
在国内，陶瓷砖厚度测量的标准方法为GB/T 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》[2] ，标准中规定的测试方法如下：对表面平整的砖，在砖面上画两条对角线，测量4条线段（如图1中AO、BO、CO、DO）每段上最厚的点，每块试验测量4点，测量值精确到0.1mm。对表面不平整的砖，垂直于一边在砖面上画4条直线，4条直线距砖边的距离分别为边长的0.125倍、0.375倍、0.625倍和0.875倍（如图2中A1A2、B1B2、C1C2、D1D2），在每条直线上的最厚处测量厚度。
目前，能按标准进行厚度测量的设备包括传统的测厚仪以及新开发出的智能化厚度测试仪。
2.2 测厚仪法
测厚儀为目前使用最为广泛的厚度测试设备，其外观参见图5。测厚仪由C型结构架和百分表组成。测量时先将百分表调零，而后提起百分表测量针，移动样品或测厚仪，使针尖对准测点，放下百分表测量针，读取百分表数值，此数值则为陶瓷砖被测点的厚度，测点位置见图1图2。该法的测量过程符合标准要求，但是只能在测量段上逐点进行测试，测点无法全部覆盖测量段，而且，测试距离受到C型结构架长度的影响，无法按标准完成大规格产品的厚度测试。由于设备较重，通常需要多人进行操作，因此测试效率非常低。且测量人员的手势、取点位置容易出现偏差，对测试结果产生影响。
2.3 智能化厚度测试仪法
智能化厚度测试仪是新开发出的一类非接触式厚度测试仪，其外观参见图6。设备主体使用C型钢架结构，测量部件采用非接触式位移传感器，样品输送装置采用双滑轨导轨驱动支撑平台形式。测试前先用标准量块校准设备，在将样品放置在定位点上，使样品输送平台带动样品行走，与此同时，传感器对样品进行正面和底面扫描，获得样品在移动路径上的高度，通过测量软件，可自动获取各测量段的最大厚度。该设备能按标准的要求进行厚度测试，测点覆盖全部测量段，测试精度高，速度快。
2.4 游标卡尺/螺旋测微器法
制造企业的产品质量控制通常采用该方法。该法采用游标卡尺/螺旋测微器测量陶瓷砖边缘的厚度，测点位置参见图3。该法操作简便，但是测量过程不符合标准要求，且测量人员手势和取点位置偏差会对测量结果产生影响。
3实验
3.1 试样材料
选择6款具有代表性的陶瓷砖样品进行厚度测量，样品的特征参数见表1。
3.2 试验设备
游标卡尺（广陆，精度0.01mm）如图4.
测厚仪（宁夏机械研究院，测量精度0.01mm）如图5。
智能化测厚仪（自研，传感器分辨率0.001mm）如图6。
4结果与讨论
4.1 测试结果
4.2 测试结果的差异性分析
从表2-表4我们可以从两个方向进行分析：
平整面瓷砖：新型厚度测试设备和简易厚度测试设备按照标准进行测试，样品序号1、3、4、5测试结果都非常接近，测试结果准确。使用卡尺测试厚度时，样品序号3、5测试结果与另外两台测试设备测试结果有明显差异。从测试样品分析我们可知，卡尺测试厚度只对样品边缘进行测试，针对最大厚度在边缘的样品，卡尺测试和厚度测试设备结果一致。但是针对样品的最大厚度不在边缘时，卡尺是无法准确测量样品最大厚度，所以产生数据上的差异。
非平整面瓷砖：新型厚度测试设备和简易厚度测试设备进行比较，两种测试设备测试出的结果一致，两个都是满足标准要求的测试设备。使用卡尺测试厚度的数据偏小，因为非平整面瓷砖中间出现明显的凹凸，最厚的位置大多集中在瓷砖中间，卡尺无法测试。所以卡尺测试厚度的数据偏小。
上述分析可知，针对平整面瓷砖，新型厚度测试设备测试数据与简易厚度测试设备一致，但是新设备比传统设备测试效率高了十几倍。卡尺测试平整面瓷砖厚度时，若样品最厚点的位置在边角位置，卡尺测试厚度与新型厚度测试设备及简易厚度测试设备一致，对若样品最厚点不在边角位置，用卡尺则无法测试出样品真实厚度。针对非平整面砖，新型厚度测试设备和简易厚度测试设备测试结果一致，测试效率新型厚度测试设备远高于简易厚度测试设备。但是，卡尺无法测试非平整面砖的真实厚度。
4.3多种测试方法重复性测试
陶瓷砖厚度不是均匀的，最厚的点可能分布于陶瓷砖任意一个点，对于平整面的陶瓷砖来说底纹高度差异是造成陶瓷砖厚度不均匀的一大因素，下面我们使用新型厚度测试设备、传统简易厚度测试设备和卡尺对平整面陶瓷砖不同底纹不同尺寸陶瓷砖样品进行测试比较。 测量结果的重复性（测量的重复性），是在相同测量方法、相同观测者、相同测量仪器、相同场所、相同工作条件和短时期内，对同一被测量对象连续测量所得结果之间的一致程度。重复性评定使用贝塞尔法（公式1.1）进行评定。
S：标准偏差（%）
n：试样总数或测试次数。
i：各次测量值1～n
我们选用样品3（经过测试，样品3的对角线最厚点在角的位置）进行设备重复性测试的样品，使用新型厚度测试设备、传统厚度测试设备和卡尺测试厚度（只测4个角）的重复性测试。
从表5可知，新式厚度测试设备的设备重复性均高于传统厚度测试设备和卡尺。主要原因：1、传统简易厚度测试设备的操作繁琐，每次无法准确的重复测试回同一个测试点，测试出的结果就会出现偏大或偏小的情况。2、传统简易厚度测试设备和卡尺均是人工操作。在人工操作中，測试设备容易发生倾斜，当测试设备和样品不垂直，则此测试点上的测试结果就会偏大。这两个原因致使手工测试的结果重复性差，标准差变大，测试数据可靠性降低。
5结论
本文介绍的几种厚度测试设备及方法，新型厚度测试设备和传统简易厚度测试设备严格按照标准GB 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》中厚度测试方法要求，新型厚度测试设备的测试效率较传统简易厚度测试设备大大提高，测试结论与传统简易厚度测试设备数据一致。用卡尺测试厚度依然是工厂主流的测试方法，但是卡尺测试厚度并不能准确的表现出陶瓷砖的真实厚度，非真实的产品厚度可能会对日后的市场销售存在风险。
多种厚度测试方法的重复性比较中，新型厚度测试设备的设备重复性最好，测试结果可靠性最好。从工作原理及数据采集点来说，新型厚度测试设备属于真正意义上的全线段扫描测试，全线段测试结果能自动保存，测试结果更为可靠准确。随着陶瓷产品的迭代，部分传统的测试设备已跟不上时代的脚步。新型的自动化智能化检测设备将进入一个新的时代。
参考文献
[1] GB/T 4100-2015《陶瓷砖》[S].
[2] GB 3810.2-2016《陶瓷砖试验方法 第2部分：尺寸和表面质量的检验》[S].
[3] 祖汉松，张厚江，贺昌勇，周卢婧.人造板厚度激光非接触测量研究[J].西北林学院学报，2015，30（02）：221-226.
[4] 晁中元. 瓷砖几何尺寸在线检测系统的研究[D].天津大学，2008.