一种全自动抛光设备的制作方法

本发明涉及抛光设备，尤其涉及一种全自动抛光设备。

背景技术：

1、瓷砖抛光是建筑陶瓷生产过程中的关键工序，其作用是对瓷砖表面进行精细加工，去除表面凹凸不平的缺陷，提高表面平整度和光泽度，使瓷砖达到装饰使用要求。现有瓷砖抛光设备通常由多台抛光机串联组成生产线，依次经过粗抛、中抛、精抛等多道工序，每台抛光机配备多个抛光头，通过磨头的旋转和摆动对瓷砖表面进行磨削抛光。传统抛光设备主要包括机架、输送辊道、抛光主轴、抛光磨头、升降机构、抛光液供给系统等基本组成部分，通过传送带将瓷砖依次输送至各抛光工位，各工位抛光头以固定的压力、转速和进给速度对瓷砖进行连续抛光加工。目前，市场上的瓷砖抛光设备已实现基本自动化生产，能够完成瓷砖的连续输送、自动抛光和在线清洗等功能，部分高端设备还配备了简单的厚度检测和压力调节装置，可对抛光压力进行分段设定；

2、然而，现有设备普遍采用先抛后检或无检测统一抛光的模式，在抛光前不对瓷砖表面缺陷进行检测和分级，所有瓷砖均采用相同的抛光工艺参数进行加工，导致缺陷严重区域抛光不足而完好区域抛光过度，造成抛光不均匀、漏抛和过抛现象并存，严重影响产品质量一致性。其次，现有抛光设备的工艺参数大多为固定设定值，抛光压力、转速、磨头角度等参数在加工过程中保持不变，无法根据瓷砖表面缺陷的实际分布情况进行动态调整，难以实现一砖一参数、一区一工艺的精准抛光，对于复杂表面形貌和缺陷分布多样的瓷砖产品，抛光质量稳定性差。再次，现有设备的工艺调试主要依赖人工经验，对于新规格、新材质的瓷砖产品，需要反复试抛和参数调整，调试周期长、试错成本高，且无法根据磨具磨损、环境变化等时变因素进行自动补偿，长期运行后工艺精度逐渐下降。此外，现有抛光液供给系统多采用粗放式开环供给模式，抛光液浓度、温度、ph值等参数波动大，磨屑去除不彻底，抛光液利用率低，废液排放量大，不仅增加了生产成本和环保压力，还因介质性能波动导致批次间抛光质量差异显著。最后，现有抛光生产线各工位之间缺乏有效协同，单工位出现故障时往往需要全线停机等待维修，生产线运行效率低、停机时间长，设备综合效率oee难以进一步提升，无法满足连续高负荷无人化生产的需求；因此，本发明提出一种全自动抛光设备以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种全自动抛光设备，该全自动抛光设备设置前置ai检测单元，在抛光前融合二维图像识别、三维形貌扫描和多光谱辅助检测技术，通过深度学习模型全域检测瓷砖表面的划痕、凹坑、色差、微裂纹等各类缺陷，完成缺陷类型、深度、范围、数量的像素级数字化分级与三维建模，为每块瓷砖生成独一无二的缺陷分布图和分级数据；实现了先检测后抛光的数字化源头管控，能够精准定位所有缺陷区域及其严重程度，为后续差异化抛光作业提供了精确的数据支撑。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种全自动抛光设备，包括抛光主机和基于抛光主机的前置ai检测单元、缺陷联动式自适应抛光单元、数字孪生工艺优化单元、抛光介质闭环管控单元和全工位协同调度单元，所述前置ai检测单元设置于抛光主机入口前端，融合二维图像识别与三维形貌扫描技术对瓷砖表面进行全域缺陷检测与像素级数字化分级；所述缺陷联动式自适应抛光单元与前置ai检测单元数据连接，根据缺陷分级结果动态调节各区域的抛光压力、主轴转速及抛光头姿态；

3、所述数字孪生工艺优化单元分别与前置ai检测单元和缺陷联动式自适应抛光单元连接，构建涵盖基材特性、磨粒磨损、流体动力学及设备工况的全维度数字孪生模型并迭代优化工艺参数库；所述抛光介质闭环管控单元与抛光主机连接，实现抛光液智能配比、实时监测、多级净化、自动补给与状态调节的全生命周期闭路循环；所述全工位协同调度单元通过时间敏感网络与各工位设备连接，实现全工位毫秒级时间同步、任务优先级动态协商与故障自愈式柔性调度。

4、进一步改进在于：所述前置ai检测单元包括二维成像模块、三维形貌扫描模块、多光谱辅助检测模块和缺陷分级处理模块；所述缺陷分级处理模块通过缺陷严重程度量化模型对缺陷进行分级，缺陷严重程度量化模型满足以下公式：

5、

6、其中，s为缺陷严重程度指数；d为缺陷深度；dmax为该类型缺陷的最大深度阈值；a为缺陷投影面积；atotal为瓷砖总面积；n为单位面积内该类型缺陷的数量；nref为单位面积缺陷数量参考值；w1、w2、w3分别为深度权重、面积权重和数量权重，满足w1+w2+w3=1。

7、进一步改进在于：所述二维成像模块采用线阵ccd相机配合多角度环形光源采集瓷砖表面高分辨率图像；所述三维形貌扫描模块采用激光线扫或结构光三维重建技术获取瓷砖表面深度信息；所述多光谱辅助检测模块采用偏振光和高光谱成像技术识别亚表面缺陷和微裂纹；所述缺陷分级处理模块基于多模态融合卷积神经网络对融合后的多模态数据进行缺陷类型识别、尺寸测量和严重程度分级。

8、进一步改进在于：所述缺陷联动式自适应抛光单元包括分区抛光执行模块、力控闭环模块和位姿调节模块；所述分区抛光执行模块将瓷砖表面划分为多个独立控制的抛光区域，每个区域配备独立的抛光头组；所述力控闭环模块通过压力自适应调节模型动态调节各区域抛光压力，压力自适应调节模型满足以下公式：

9、

10、其中，p(x,y)为瓷砖表面坐标(x,y)处的抛光压力；p0为基准抛光压力；k为压力增益系数；s(x,y)为坐标(x,y)处的缺陷严重程度指数；f(θ)为抛光头倾斜角度修正函数；θ为抛光头与瓷砖表面法线的夹角。

11、进一步改进在于：所述力控闭环模块采用高精度压电式力传感器和电液伺服阀构成毫秒级力控闭环系统，力传感器采样频率为1khz，伺服阀响应时间小于5ms；所述位姿调节模块包括抛光头倾斜角度调节机构和摆动轨迹调节机构，倾斜角度调节范围为0-15度，角度调节精度为±0.1度；所述位姿调节模块还具备边角保护功能，当抛光头运行至瓷砖边缘区域时自动减小抛光压力并调整倾斜角度。

12、进一步改进在于：所述数字孪生工艺优化单元包括虚拟仿真模块、参数优化模块和模型更新模块；所述虚拟仿真模块构建多物理场耦合的数字孪生模型；所述参数优化模块通过工艺参数迭代优化模型持续更新最优工艺参数库，工艺参数迭代优化模型采用以下公式：

13、

14、其中，θ(n)为第n次迭代的工艺参数向量；θ(n+1)为第n+1次迭代的工艺参数向量；α为学习率；为目标函数j关于工艺参数的梯度向量；β为惯性系数；θ*为历史最优工艺参数向量。

15、进一步改进在于：所述数字孪生模型包括材料去除模型、磨粒磨损模型、热-力耦合模型、流体动力学模型和设备动力学模型；所述模型更新模块每抛光设定数量的瓷砖或每隔设定时间，将实际抛光检测数据与仿真预测结果进行对比，采用贝叶斯优化方法自动调整模型参数；所述数字孪生工艺优化单元还具备新品类瓷砖快速适配功能，利用迁移学习技术将已有工艺知识迁移到新品类，快速构建初始工艺参数库。

16、进一步改进在于：所述抛光介质闭环管控单元包括智能配比模块、在线监测模块、多级净化模块和自动补给模块；所述在线监测模块实时监测抛光液的浓度、ph值、电导率、温度和磨粒粒径分布；所述自动补给模块通过抛光液浓度动态调节模型维持抛光液浓度恒定，抛光液浓度动态调节模型采用以下公式：

17、

18、其中，c(t)为t时刻抛光液的质量浓度；c(t+δt)为t+δt时刻抛光液的质量浓度；η为浓度调节增益系数；ctarget为目标浓度；γ为单位体积磨耗导致的浓度衰减率；v(t)为t时刻抛光液循环流量；δt为时间步长；vtotal为抛光液系统总容积。

19、进一步改进在于：所述智能配比模块依据瓷砖各抛光工序的工况需求，自动定量配比抛光原液、纯水及功能添加剂并搅拌混匀，输出适配工序的标准化浓度抛光液；所述多级净化模块采用离心分离、磁选过滤和精密滤芯三级净化工艺，去除抛光液中0.5μm以上的磨屑颗粒；所述抛光介质闭环管控单元还配备抛光液状态评估和寿命预测功能，综合浓度变化、ph值变化、磨粒粒径分布、磨屑含量等指标建立抛光液健康度评估模型；所述抛光液温度通过加热/冷却换热系统控制在22±1℃范围内

20、进一步改进在于：所述全工位协同调度单元包括tsn网络通信模块、状态监测模块、故障诊断模块和动态调度模块；所述tsn网络通信模块采用时间敏感网络协议实现各工位的毫秒级时间同步和确定性数据传输；所述状态监测模块依托时间敏感网络实时采集抛光生产线各工位设备运行参数、工况状态及执行数据，实现全线设备运行状态全域、高频、确定性数据采集与状态归集；所述故障诊断模块基于预设设备健康基准模型，对接状态监测模块采集的实时工况数据，通过数据偏差比对与智能分析实现全线设备故障识别、异常研判及潜在故障预判；所述动态调度模块通过任务优先级动态调度模型实现故障自愈式柔性调度，任务优先级动态调度模型采用以下公式：

21、

22、其中，pri(i,t)为t时刻工位i的任务优先级；d(i,t)为t时刻工位i的待处理瓷砖数量；dtotal为全线待处理瓷砖总数；t(i,t)为工位i预计故障恢复时间；tmax为最大允许停机时间；f(i,t)为工位i故障状态因子；λ1、λ2、λ3为权重系数，满足λ1+λ2+λ3=1。

23、本发明的有益效果为：

24、1、本发明设置前置ai检测单元，在抛光前融合二维图像识别、三维形貌扫描和多光谱辅助检测技术，通过深度学习模型全域检测瓷砖表面的划痕、凹坑、色差、微裂纹等各类缺陷，完成缺陷类型、深度、范围、数量的像素级数字化分级与三维建模，为每块瓷砖生成独一无二的缺陷分布图和分级数据；实现了先检测后抛光的数字化源头管控，能够精准定位所有缺陷区域及其严重程度，为后续差异化抛光作业提供了精确的数据支撑，使抛光过程从盲抛转变为精准抛，大幅提升了抛光质量的可控性和可预测性，多模态融合检测技术不仅能识别表面可见缺陷，还能通过偏振光和高光谱成像检测亚表面缺陷和微裂纹，检测精度和全面性优于传统单一视觉检测方案，为高品质瓷砖生产提供了可靠的质量保障基础。

25、2、本发明设置缺陷联动式自适应抛光单元，基于前置ai检测单元生成的缺陷分级数据，自动将缺陷严重程度映射为具体的抛光工艺参数，动态调节各区域的抛光压力、主轴转速、抛光头倾斜角度及摆动轨迹，并通过高精度力控闭环算法实现毫秒级压力微调，实现了一砖一参数、一区一工艺的精准抛光，系统能够根据缺陷深度自动匹配合适的抛光姿态与抛光力，对缺陷严重区域施加更大抛光压力和更多抛光盘旋次数，对完好区域则采用轻度抛光或跳过策略，消除了因参数固化导致的过抛、漏抛和边角塌边问题，分区独立控制的抛光头组设计使得各区域抛光参数互不干扰，能够同时处理同一瓷砖表面不同严重程度的缺陷，提升了复杂表面形貌和缺陷分布多样的瓷砖产品的抛光一致性和表面质量，抛光后瓷砖表面平整度和光泽度均匀性大幅改善。

26、3、本发明设置数字孪生工艺优化单元，构建涵盖瓷砖基材特性、磨粒磨损行为、流体动力学效应及设备工况的全维度数字孪生模型，与物理设备实时联动，基于实际加工数据和检测结果，通过智能优化算法在虚拟空间中自动仿真、迭代，持续更新最优工艺参数库；赋予了抛光设备自主学习与持续进化能力，大幅缩短了新品类瓷砖的工艺调试周期，降低了试错成本和材料浪费；数字孪生模型能够精确模拟抛光过程中的材料去除速率、表面温度分布、磨粒磨损状态等物理现象，为工艺参数优化提供科学依据，而非仅凭经验猜测；且能够基于实时运行数据持续补偿磨具磨损、环境温湿度变化等时变因素的影响，保障长期运行的工艺稳定性，使设备越用越精准，实现了工艺知识的积累和传承。

27、4、本发明设置抛光介质闭环管控单元，集成抛光液的智能配比、实时监测、多级净化、自动补给与状态调节功能，根据加工工序和实时工况动态维持抛光液的浓度、ph值、温度和洁净度恒定，实现抛光液全生命周期的闭路循环利用；使抛光液利用率大幅提升，趋近零废液排放，降低了抛光液消耗成本和环保处理成本；通过精确控制抛光液温度在设定范围内波动，并通过多级净化系统高效去除0.5μm以上的磨屑颗粒，确保批量抛光时磨削环境高度一致，消除了质量不稳定问题，同时，在线监测模块实时跟踪抛光液的各项性能指标，当磨粒粒径分布偏离正常范围或化学成分发生变化时，系统能够及时预警并自动调整补给策略，保证抛光液始终处于最佳工作状态，为稳定的抛光质量提供了介质层面的保障。

28、5、本发明设置全工位协同调度单元，打破传统工位壁垒，通过时间敏感网络协议对送料、粗抛、中抛、精抛、清洗、检测等全工位进行毫秒级时间同步与任务优先级动态协商，系统7×24小时监测各工位运行状态，单工位故障时能够自动调整上下游节拍、启动冗余补偿或旁路输送，无需全线停机，将整线运行稳定性大幅提升，单线停机时间显著减少，实现了故障工况下的自愈式柔性生产，且tsn网络的确定性通信保障了各工位之间的精确协同，使得多工位能够在时间维度上精准配合，故障预测与自愈调度功能使得设备能够在故障发生前提前预警并采取预防措施，在故障发生后快速重构生产流程，最大限度减少停机损失，极大提升了整体设备综合效率和生产线的柔性适应能力。