专利名称：一种木质材料强度的快速在线检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种木材及木质复合材料在线强度性能快速检测的方法及 系统。
背景技术：
木材及木质复合材料的质量检测是保证后续产品质量及其合理使用的 关键。目前的检测手段单一，通常为人工抽样选择一定的样本，进行目测及
破坏性检测。这样的检测手段具有诸多缺陷和缺点
1、 目测主要依赖人为经验的判断，故对操:作人员要求高且存在较大的
人为误差；
2、 材料在破坏性检测完后失去原有的应用价值，造成材料的浪费；
3、 检测过程对被检对象的形状、尺寸和含水率等都需要较为苛刻的要
求；
4、 技术分析复杂，需要考虑木材蠕变、剪切等效应对强度性能测试结 果产生的影响；
5、 测试周期长、费时和费力，并且不能做到现场检测，现场获得结果；
6、 通过局部加载的形式获得测试数据，只能体现材料某一部分的性能， 不能全面反映材料的整体性能。
传统方式存在的这些问题都不符合未来木材产业发展趋势及工厂化运 作的要求。近年来，随着木材无损检测的快速发展，逐步形成了一套以机械 波传播速度为核心的检测体系，运用该体系根据机械波在材料中的传播速度 v及材料密度p之间存在的关系五"V来计算弹性模量&,从而实现对木质 材料方便、快速的定量检测。
发明内容
本发明为了克服传统检测手段的局限性，其目的在于提供一种木材及木 质复合材料在线强度性能快速检测的方法及系统，该方法和系统能够快速4全 测出被检对象的强度性能。
为了解决上述问题，本发明提供了 一种木材及木质复合材料强度性能在
线快速检测系统包括
传送机构，用于传送待4全木材；
激光感应器，设置在传送机构的一侧，用于在线检测所述被检对象的位 置，并根据传送速度和被检对象的截面尺寸确定中心击打时刻；
击打器，设置在传送机构的一侧，用于根据所述激光感应器的击打时刻 指令击打待测被检对象端部的中心区域；
信号拾取器，设置在所述传送机构的与所述击打器相对的另一侧，用于 接收在被检对象上产生的机械波信号；
计算机，用于接收所述信号拾取器的检测数据，并通过计算在线得到所 述被检对象的强度信息。
称重装置，用于检测所述被检对象的质量，并将检测结果传送给所述计 算机。
优选地，所述击打器为电磁振打器。
优选地，所述机械波信号为机械波频率信号或机械波速度信号。
本发明还提供了 一种木材及木质复合材料强度性能快速在线4全测方法， 包括如下步骤
1) 测量被检对象的长度L及体积F,输入到计算机中，作为该批次材 料强度性能检测技术的固定参数；
2) 通过激光感应器在线;险测所述被检对象的位置，并根据传送速度和 被才全对象的截面尺寸确定中心击打时刻；
3) 根据所述激光感应器的击打时刻指令用击打器击打被检对象端部的 中心区域；4) 通过信号拾取器接收在被检对象上产生的机械波频率信号，并传送
给计算机；
5) 根据检测的频率、质量以及被检对象的长度Z和体积K计算被检对 象的弹性模量&,五^4x/2x/;xg/F;其中，/为机械波振动频率，￡为被
检对象的长度，r为被检对象的体积，g为被检对象的质量。
优选地，用经过标定的金属棒在开始检测之前对系统进行校准，所述 金属棒为铝合金棒。
优选地，还包括步骤通过随机选择适量的被检对象，按照所述步
骤l) ~5)分别测量被检对象的弹性模量&，并测定其静态力学弹性
模量进而根据公式(!.=1,2, ...,n计
算检测校样参数"，再根据&= "X,X〃Xg/V J士"在线调整检测的结果。
本发明具有如下优点
1、 本发明所用设备较小，可以进行嵌入式安装，便于在已有的生产流 水线上使用、改造及以后的检修；
2、 检测效率高，传统方式4全测效率为50~200个/小时，采用本发明每 小时可检测样本3000个(/件)以上，；险测效率是传统方式的15~60倍；
3、 劳动强度小，操作简单。以往进行该类型的检测至少需要3人以上， 且检测过程繁瑣。采用本发明， 一人即可监控和完成整个检测过程；
4、 采用了激光感应器和电磁振打器，定位和击打更为精确，设备运转 故障率低，能够有效地击打到^皮;险对象端面的中心区域，而且不会存在漏击 或误击等问题；
5、 由于采用了检测校样参数，在一定程度上减小了木质材料这种非均 质材料检测误差大的问题，提高检测精度15%以上；
6、 对材料无任何损伤，且对材料进行的是逐一和整体性的检测，较以 往抽样或局部取材检测有了较大的进步；
7、 可以通过计算机建立数据库，这样一方面可以采集大量4企测数据， 为进一步的科学研究和技术升级提供基础数据；另一方面也提高检测的针对性和精确性；
8、 本发明的通用性好，多种无损检测工具都能方便的被使用；
9、 本发明检测的适用范围广，可以对原木、各种规格尺寸的锯材和木 质复合材料在线快速检测。
图l为本发明结构示意图2为电磁振打器的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明包括传送机构1、激光感应器2、击打器3、信 号拾取器4、计算机7和称重装置5。传送机构1用于传送被4佥对象6。激 光感应器2设置在传送机构1的一侧，用于在线检测被检对象6的位置，并 根据传送速度和被检对象6的截面尺寸确定中心击打时刻；击打器3设置在 传送机构1的一侧，用于根据激光感应器2的击打时刻指令击打被检对象6 端部的中心区域；信号拾取器4设置在传送机构1的与击打器3相对的另一 侧，用于接收在被检对象6上产生的机械波频率信号；称重装置5用于检测 被检对象6的质量；计算机7用于接收信号拾取器4的^r测数据和称重装置 5的质量数据，并通过计算在线得到被检对象6的强度信息。
本发明由于采用激光感应器2在线检测被检对象6的位置信息，这样就 能够根据被检对象6的位置、截面尺寸和传送结构1的传送速度确定击打器 3击打到被;险对象6端部中心区域的时刻，再向击打器3发出击打指令，可 以保证击打器3能够准确地击打传送过来的被检对象6端部的中心区域，从 而得到沿被检对象6中心传播的机械波频率，使得测量结果能够更准确地反 映被检对象6的强度真实值。
具体的测量如下，如图1所示
步骤l、首先测量被检对象6的长度Z及体积r，输入到计算机7中， 作为该批次材料强度性能检测的固定参数；
7步骤2、通过激光感应器2在线检测被检对象6的位置，并根据传送速 度和木材的截面尺寸确定中心击打时刻；
3 )根据激光感应器2的击打时刻指令用击打器3击打被^:对象6端部 的中心区域；
3) 通过信号拾取器4接收在被检对象6上产生的机械波频率信号，并 传送给计算机7;
4) 通过称重装置5测量被检对象6的质量，并传送给计算机7;
5) 根据检测的频率、质量以及被检对象的长度丄和体积r计算被检对 象的弹性模量&,五尸4x/2x^xg/F;其中，/为机械波振动频率，Z为被 检对象的长度，r为被检对象的体积，g为被检对象的质量。
通过上述测量步骤，就能够在线快速、准确地检测被检对象的强度&。 另夕卜，还可以在不破坏材料完整性的条件下，方便、快速和准确的测出材料 的弹性模量，同时进行初步的强度分级。
另外，为了校验强度&,还可以通过随机选择适量的被检对象，按照
所述步骤i)~5)分别测量被检对象的弹性模量&，
并测定其静态力学弹性模量&，进而根据公式O", 2, . ， /)计算
检测校样参数a,再根据&= "X,X^Xg/j/ J士o在线调整检测的结果。
这样能够进一步提高测量的精度。
上述检测步骤中，也可以通过信号拾取器4获取被检对象6的机械波速 度信号，这样，根据速度与频率的关系可以得到被检对象6的机械波频率值， 或是通过弹性模量与速度的关系直接计算得到弹性模量的值。
上述的击打器3可以采用电磁振打器。如图2所示，电磁振打器包括 电-兹线圈31、电i兹铁32、振打锤33和复位弹簧34,电》兹4失32套设在电》兹 线圈31内，振打锤33可拆卸安装在电磁铁32上，振打锤33的端面为球面 或柱面，并且根据木质材料的硬度而选择使用，复位弹簧34套装在振打锤 33上，并使振打锤33保持弹性复位的状态。当向电磁振打器发出击打指令 时，电磁线圈31和电磁铁32通电，电磁铁32在电磁线圏31的磁场作用下 驱动振打4垂33击打^皮检对象6。激光感应器2包括激光发射端21和激光感应端22,激光发射端21 发射连续的激光束(脉冲波)， 一束激光发出后，如果中间无障碍(被;险材 料)，对应的感应端22立即接收到直射的激光束；反之，被检材料阻挡了 激光束的直射，感应端22立即发出有材料通过定位点的信号。
另外，还可以再设置一校准装置8， 一方面显示材料的规格尺寸，另一 方面显示待测材料运动速度，自动计算材料运动到电磁振打器的时间，并依 据时间参数产生脉冲电流，自动在线校准传送带速度变化产生的击打位置偏 差。该在线校准装置8可以采用由运算器、控制器、存储器、输入和输出设 备组成的微型机。
此外，在检测之前，可以先用经过标定的金属棒对系统进行校准，以提 高检测的准确度，这里采用的金属棒为铝合金棒。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种木质材料强度的快速在线检测系统，包括传送机构，用于传送被检对象；激光感应器，设置在传送机构的一侧，用于在线检测所述被检对象的位置，并根据传送速度和被检对象的截面尺寸确定中心击打时刻；击打器，设置在传送机构的一侧，用于根据所述激光感应器的击打时刻指令击打被检对象端部的中心区域；信号拾取器，设置在所述传送机构的与所述击打器相对的另一侧，用于接收在被检对象上产生的机械波频率信号；计算机，用于接收所述信号拾取器的检测数据，并通过计算在线得到所述被检对象的强度信息。
2、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，还包括称重装置，用于检 测所述被4全对象的质量，并将检测结果传送给所述计算机。
3、 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述击打器为电磁振 打器。
4、 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述机械波信号为机械波 频率信号或机械波速度信号。
5、 一种木质材料强度的快速在线检测方法，包括如下步骤1) 测量被检对象的长度Z及体积F ,输入到计算机中，作为该批次材 料强度性能检测的固定参数；2) 通过激光感应器在线检测所述#1检对象的位置，并根据传送速度和 被^r对象的截面尺寸确定中心击打时刻；3) 根据所述激光感应器的击打时刻指令用击打器击打被检对象端部的 中心区域；3)通过信号拾取器接收在被;险对象上产生的机械波频率信号，并传送 给计算机；4)根据检测的频率、质量以及被检对象的长度Z和体积r计算被检对 象的弹性模量&,五^^x,x〃xg/y;其中，/为机械波振动频率，L为被 检对象的长度，K为待测木材的体积，g为^皮检对象的质量。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过随机选择适量的被^r对象，按照所述步骤l) ~5)分别测量被检对象的弹性模量&，并测定其 静态力学弹性模量&,进而根据公式"=丄芏五J (z' = l, 2， . .， O i十算才企测才交才羊参凄ta,再#4居 ￡d=(^x/2X//xg/r it"在线调整检测的结果。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，用经过标定的金属棒在开 始检测之前对系统进行校准，所述金属棒为铝合金棒。
全文摘要
本发明公开了一种木材及木质复合材料强度性能在线快速检测系统，包括传送机构；激光感应器，用于在线检测所述被检对象的位置，并根据传送速度和被检对象的截面尺寸确定中心击打时刻；击打器，用于根据所述激光感应器的击打时刻指令击打被检对象端部的中心区域；信号拾取器，用于接收在被检对象上产生的机械波信号；计算机，用于接收所述信号拾取器的检测数据。本发明还提供了一种木材及木质复合材料强度性能快速在线检测方法。本发明采用了激光感应器和电磁振打器，定位和击打更为精确，设备运转故障率低，能够有效地击打到被检对象端面的中心区域，而且不会存在漏击或误击等问题。
文档编号G01N3/34GK101509857SQ20091008061
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者波 刘, 姜笑梅, 张训亚, 殷亚方, 彬 罗, 边明明 申请人:中国林业科学研究院木材工业研究所