一、背景

在石膏板生产过程中，由于设备，工艺，原料等各种因素影响，往往会产生各种各样的次品，例如石膏板表面缺陷，宽度不均匀，厚度不均匀，立边不垂直等，这些缺陷严重影响了产品质量和企业声誉。目前市场上对这些缺陷的检测一般是采用人工检测，但由于人工受到环境，疲劳程度，情绪的影响，无法保证检测质量。

西安获德通过 7 年多的现场反复试验验证和持续研发，利用公司自身技术优势，融合了人工智能技术、机器视觉技术、结构光技术、嵌入式控制技术、激光技术、网络技术、自动控制技术、数据库技术等高新技术，努力克服了石膏板生产现场温度高、粉尘大、生产线速度高、工艺过程复杂多变等很多不利条件，研发了一套完整的石膏板质量在线检测成套装备，很好地解决了存在的上述问题。

西安获德以工业和信息化部办公厅印发的《建材工业智能制造数字转型行动计划（2021-2023 年）》的通知为依据，深入生产线，突破关键核心技术，打造硬科技。系统实现了生产过程的实时在线质量检测，真正解决了多年来石膏板行业产品质量管控的一大痛点，提高和稳定了产品质量，节省了人力成本，得到了生产过程的第一手数据资料，解决了目前数字工厂和智能制造最为关键的底层支撑，完成了“最后一公里”的信息化，为石膏板行业智能制造和数字工厂的建立，打造坚实的基础。

二、研发历程

1. 初期开发

从 2018 年 3 月开始，我们在北新新乡石膏板厂，持续不断地开发了以下设备，这一过程直到 2022，持续 5 年时间，这一过程的整个装置，我们叫作 1.0 版本；

(1)移动式宽度检测装置。最后由于现场环境，还有移动式结构无法保证长期运行的精度要求，最后拆除。

(2)固定式宽度检测装置。我们首创性的研发了这一装置，稳定可靠的解决了宽度检测的问题，一直沿用至今。

(3)上下纸洞检测装置：采用我们“机器视觉”的技术特长，顺利完成了纸面缺陷检测，这一装置一直正常沿用至今。只是后期由于供应商对纸质量提高，后续石膏板厂家，未再进一步的采用。

(4)立边检测装置：属于我们首创性的采用“机器视觉”3D 测量技术，完成板立边的检测和显示，这一装置一直正常沿用至今。有些时候会因未及时清理灰尘导致相机镜片模糊无法测量，也有时会因包子故障撞击导致装置移位无法测量。

(5)立边自动控制装置：这一装置，本意为了完成立边的闭环控制，但由于现场情况太过复杂，影响立边的因素太多，单独控制夹板，无法达到控制立边的目的，此装置未能成功应用，还在持续研发。

(6)板面缺陷检测装置：这一装置要求高精度（0.05mm）检测整个板面的凹凸、气泡、皱纹、漏浆等缺陷，属于大幅面（包括摆动达到 1.5 米宽），高速度（最高 120 米/分）的 3D 测量，目前没有成熟的方案。我们经过多次原理探讨和实践，独创性的采用单线结构光+面阵相机+独创的 3D 算法，完美的解决了这一问题。这一装置目前稳定运行并沿用至今。但在研发过程中也经过了很多波折，尤其是多线激光结构光装置的设计、散热、防尘、稳定等反复了多次，还有板面的震动、灰尘的影响、安装结构的优化等。

(7)双板缺陷检测装置：这一装置和上述装置相似，只是相当于上述装置的 2 倍。

(8)喷墨打标装置：为了最终剔除有缺陷的板子，必须对有缺陷板子做标记，起初我们采用喷墨打标装置，基本解决了这一问题。

(9)标识和剔除装置：用“机器视觉”装置，自动识别早期的喷墨标记，给控制产线的 PLC 发信号，剔除有缺陷的板子。

(10) 厚度在线检测装置：独创性的采用激光技术，进行板子厚度的自动检测。完善了板子尺寸测量。

(11) 楔形边测量装置：利用“机器视觉”+激光技术，实时自动完成楔形边的宽度，深度测量。(12) 配套服务器及应用程序。

2. 持续改进

从 2022 年 8 月开始，我们在 1.0 版的基础上，逐步开展北新建材下属的天津、井冈山、富平、故城厂设备的设计和制造，这 4 套设备作为 2.0 版；进一步探索和研发了一些新的在线检测装置，还有对部分 1.0 版装置的优化、完善。这一过程持续到 2024 年。

(1)天津和井冈山，作为北新建材南北两个试点工厂，配套了全功能的检测系统。由于设备加工期间，适逢疫情狂虐，很多配套工作不到位，有些装置加工出现反复，导致工程进度延缓。

①厚度测量装置：在 1.0 版的基础上，进一步完善厚度测量系统，考虑了电源、温度影响、添加了除尘功能、高精度近光传感器、长距离传输信号损失和干扰问题等。

②板面缺陷检测装置：主要将单线激光改为多线激光，提高了响应速度核监测精度。但这个激光器没有标准产品，研发他，经历了很多曲折，解决了电制冷，散热，防尘，撞击等工程问题，出现了好多次的反复。现在这一装置已经在各地都能稳定运行。

③读码装置：新乡的喷墨系统虽能解决标记问题，但是增加了一套喷墨装置，尤其消耗了墨水，增加了成本。天津 2.0 方案，完全消除了新乡的喷墨打标系统，改为采用“机器视觉”的方式，自动阅读板面已有的时间标记（读码装置），这样就非常完美的解决了标记和剔除时定位板子的问题。本装置一直在运行，但也会有因维护不及时，灰尘导致读码不准的问题。

④加热炉内温湿度测：加热炉内温度、湿度的在线检测，解决了高温下，实时在线检测加热炉内温、湿度的方案，本套装置一直在使用。

⑤泡径检测装置：采用“机器视觉”技术，专门研发了石膏板泡径数字化检测系统，为发泡质量的改进提供了有效地手段，详细可参考《石膏板泡径数字化检测系统方案（宣传）v2.1》

⑥干燥机层间蒸发量动态检测装置：板面温度检测采用非接触式红外热成像仪，监控干燥机出来的石膏板的温度，连续的检测，可以预估炉内温度。对这一系统我们设计制作了专门的装置和软件，并进行了现场测试，但由于安装位置原因，没有达到预期的目的。

(2)富平，故城，按照客户需要，只上了部分功能的检测装置。

①富平，干板的动态称重装置：我们在石膏板行业首创的设计了动态称重的装置，解决了石膏板单重指标的自动检测，测试效果良好，此装置一直稳定工作至今。详细请看《富平石膏板称重测试报告 9.17-18-1》。

②富平，对角线尺寸在线测量装置：采用“机器视觉”技术，设计制作了石膏板行业首套对角线尺寸在线测量装置，验证了原理的正确，深入分析了精度、误差和运动板材的之间的关系。目前这一系统，还有待晚上，精度有待进一步提高，方能满足生产需要。

(3)宜昌。属于泰山石膏下属企业。

①3D 相机：首次采用 3D 相机进行楔形边、宽度、立边的测量，虽成本较高，但系统更加简洁、稳定，并且安装简单；截止现在一直在正常运行。

②浆料面积自动检测装置：采用“机器视觉”的方式检测浆料面积，并且输出信号给控制 PLC。

(4)在上述 5 个工厂，解决了很多的工艺问题，例如，产短板搭配剔除，剔除线不一样，二维码识别自动切换，喷码识别，也了解了更多的工艺场景；

3. 追求卓越

从 2023 年 8 月越开，我们对 2.0 版本进行全面的讨论和审查，通过将二控的所有功能集成为一体、进一步完善和改进一控和三控的设备、增强服务器的功能等措施，极大的简化了现场改造安装的难度、简化了操作、增强了可靠性、减少了维护工作、进一步提高了设备的标准化，正式推出了 3.0 版本。3.0 版介绍可参考《石膏板外观质量检测系统 V3.0》

4. 一点感悟

(1)石膏板行业是一个小众行业，全国不过 100 多条线，在自动检测这个方面，大的厂家没有动力投入人力物力，去深入研究和探索，深耕这个行业。但由于市场化的原因，有些小公司也做了一些尝试，但面对石膏板生产环境的恶劣，例如高温、低温、灰尘、泥浆、震动、撞击、高速移动等，还有诸多综合技术，例如机器视觉，激光，人工智能，数据库等等的诸多要求，很多小厂都浅尝辄止，有半途而废者，也有折戟沉沙者。

(2)西安获德，机缘巧合，进入本行业，从 2018 年开始，我们历经 7 年多的时间，首创性的设计和研发了本行业 22 种以上的在线检测装置，我们自筹资金，前后共计投入超过 五 百多万元，花费了大量的人力和物力，和客户一道，一直在持续不断的探索和解决遇到的一个个问题，持续改进和完善。这个过程真的很艰辛、很漫长！当然，我们的巨大投入也使得我们自然的成为全国本行业内首屈一指的成套技术和设备的提供者，是的我们自然地站在了本行业自动检测的前沿。当然，技术无止境，相比国外同类产品，我们还有很多工作要做，例如含水率测量，高精度板长检测等等。

(3)产品的研发规律，是需要不断的迭代，持续的投入，用户的大力支持，方可完善和稳定。更何况石膏板行业，涉及到二十多种检测装置和技术，所以用户的支持就显得尤为重要。目前我们是国内石膏板行业唯一一家能提供成套在线检测设备的厂家，希望能继续获得石膏板行业客户的大力支持，使我们能持续不断推出新的检测设备，不断迭代，为石膏板行业的数字化工厂建设，贡献力量。

三、3.0 版解决的主要问题和功能介绍

1. 尺寸测量的自动化：立边、楔形边、宽度、厚度基本尺寸的完全自动测量。

2. 缺陷检测的自动化：凹凸、褶皱、漏浆、气泡、板面印刷等外观缺陷的自动化测量。

3. 报表自动生成：对产量，成品率，废品率，缺陷板的分类统计等报表自动生成。

4. 生产过程的数字化：石膏板产线的自动检测，是石膏板数字工厂和智能制造最为关键的基础支撑和坚实基础。

5. 功能的详细介绍可以参考《石膏板外观质量检测 V3.0》

四、投资及回报测算

1. 下表为 xx 厂一个礼拜的产量统计，平均大约每天 2.4 米标准板大约 3.5 万张，每张板子售价 28 元，每天产值 98 万元，一年按照 300 天计算，产值大约为 2.94 亿元。每米标准板成本大致 3.5 元，人工、材料、能源各占三分之一:

2. 使用本系统，综合考虑测量厚度、宽度、立边角度、楔形边、板面缺陷、自动剔除、还有报表生成等等，估计可以减少一个人，3 班运转可减少 3 人，人均费用按照 10万计算，年可节省 30 万元；

3. 本套装置的主要功能，是对石膏板生产过程的品质监控，主要是对板形尺寸和外观缺陷进行实时的监控，一旦发现缺陷，就及时报警，提示人工干预；从这一点来讲，能够减少事态扩大，减少废品，减少能源消耗，提高良品率，提高效益。这个需要统计一段时间（例如 1--2 个月）内，不使用本套设备和不使用本套系统的一个数据作为支撑。但是通过排除的不良板的数量和连续的次数，可以对此有个大概估算。

(1)检测到缺陷，不进入烘箱，直接排湿板，节省能源：200 张

(2)及时报警，减少事故扩大，每天减少产生的缺陷板：400 张

以上合计，每年可以节省能源费用 300 天 x 600 张 x 10/6 = 30 万；

4. 剔除掉缺陷板，保证质量，不流入市场。因此而产生的商誉价值，无法估计。

五、获德产品和同类其他产品的比较优势

LIMAB：瑞典公司，1979 年成立，致力于石膏板行业的测量系统研发，在国内有几个工厂在使用，由于国外品牌人所共知的高价格、交货和服务不及时，难以得到推广。但其尺寸测量系统和含水率在线检测系统很有特色，值得我们学习和研究。