一种木材内裂在线无损检测方法及装置与流程

本发明涉及一种木材内裂在线无损检测方法及装置，属于木材检测技术领域。

背景技术：

木材的干缩性是干燥过程中水分的排出所引起的特性，这种特性可能引起木材开裂等问题。理论上讲，当含水率降低到纤维饱和点以下，木材会发生干缩；而实际上，当含水率开始减小后，由于木材外部首先失水以及其它原因，木材已经沿着弦向和径向开始干缩。许多研究表明：木材的横向干缩大于纵向干缩，其中，在横向干缩中弦向明显大于径向。引起木材干缩的因素是细胞壁内的吸着水从木材中排除，导致了细胞壁内微纤丝之间和基本纤丝之间的空隙缩减，使得细胞壁变薄，让木材的尺寸减小。木材因干缩而产生了干缩力(木材在干燥过程中因水分散失发生尺寸上的减小而产生的一种对外作用力和内部应力)，这种力对于木材的内裂起到了决定性的作用，同时也是木制品加工利用中的一大问题，干缩力的精确、智能的控制系统的设计，成为研究控制木材干燥过程的一个重要问题。诸多研究结果表明，当干缩力大于木材开裂的极限值时，会发生内裂。为此，人们对干燥应力及其测定方法进行了大量研究和深入探索。虽然，目前本领域已经提出应变测定法、差异干缩法、声发射法等多种方法进行木材内裂的检测，但这些方法都不能准确地在线实时检测木材的内裂。

因此，怎样能够在线、无损、实时检测木材的内裂，对提高木材的干燥质量和工艺控制有重要的意义。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种木材内裂在线无损检测方法及装置。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种木材内裂在线无损检测装置，其中，所述木材内裂在线无损检测装置包括干燥箱、用于夹设待测木材试件的夹具、力学传感器、a/d转换器及中央处理器；

所述夹具位于干燥箱内，其底部固定于干燥箱的底部，夹具的顶部通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，且夹具与力学传感器的连接处位于干燥箱内；

所述力学传感器与a/d转换器电连接，该a/d转换器与中央处理器电连接，该中央处理器与干燥箱上所设置的触摸显示屏电连接。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测装置中，优选地，所述夹具包括夹具顶板及夹具底板，该夹具顶板的上表面，夹具底板的下表面分别连接有上柱体及下柱体，该上柱体通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，该下柱体固定于干燥箱的底部。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测装置中，优选地，所述夹具为由金属防腐材料制成的夹具。试验过程中，所述干燥箱内为高温高湿环境，使用金属防腐材料制成的夹具可以防止夹具被腐蚀。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测装置中，优选地，所述夹具为由铝合金制成的夹具。

根据本发明具体实施方案，优选地，该木材内裂在线无损检测装置还包括远程控制系统，其与干燥箱上所设置的触摸显示屏电连接。

其中，所述远程控制系统选用远程控制软件vnc(本领域现有的常规软件)进行系统控制，如对干燥箱上所设置的触摸显示屏进行控制。

根据本发明具体实施方案，优选地，该木材内裂在线无损检测装置还包括重量传感器，其固定于所述干燥箱内部顶端，用于放置待测木材试件并测量其含水率；

所述重量传感器与a/d转换器电连接，该a/d转换器与中央处理器电连接，该中央处理器与干燥箱上所设置的触摸显示屏电连接。

其中，本发明所用的力学传感器、重量传感器、a/d转换器、干燥箱及中央处理器均为本领域使用的常规设备。

另一方面，本发明还提供了一种木材内裂在线无损检测方法，其中，所述方法利用以上所述的木材内裂在线无损检测装置，该方法包括以下步骤：

(1)将待测木材试件夹设于夹具，再将其放入干燥箱内，并连接好该木材内裂在线无损检测装置；

(2)设置干燥箱中干燥介质的温度及湿度后开始进行干燥实验并开始计时；

(3)监测干燥过程中不同干燥介质的温度及湿度下，待测木材试件的干缩力随时间的变化关系。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，优选地，步骤(1)中，将待测木材试件夹设于夹具，包括：

将所述待测木材试件通过粘合剂(如胶水)与夹具相粘连，再于室温下密封，以使待测木材试件与夹具的粘接强度达到最大。

例如，在本发明一具体实施方式中，将所述待测木材试件通过粘合剂与夹具相粘连，再于室温下密封24小时，以使待测木材试件与夹具的粘接强度达到最大。

根据本发明具体实施方案，优选地，该方法步骤(1)之前还包括对所述待测木材试件进行前处理的操作，该操作包括：

将待测木材试件置于冰柜中进行冷冻，将其从冰柜中取出后放于室温环境中解冻一段时间，解冻后再将其夹设于夹具。

本发明中，使待测木材试件与夹具的粘接强度达到最大后，再对待测木材试件进行干燥实验，这样粘连的优势可以保证待测木材试件不受损坏，在检测其干缩力的过程中没有外力的影响，使得测量的值更加准确。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，所选用的试件应为无缺陷的试件，如在本发明一具体实施方式中，所用的试件为无节、无腐朽、无毛刺的樟子松试件。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，优选地，将所述待测木材试件的纵向两个面通过粘合剂与夹具相粘连，并将弦向两个面做封端处理。在本发明具体实施方式中，将弦向两个面用胶做封端处理。

实际干燥过程中，试件端头(弦向两个面)要封端，而水分主要沿木材径向移动，所以最好将试件纵向两个面通过粘合剂与夹具相粘连。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，优选地，步骤(1)中，将待测木材试件夹设于夹具，并需要保证夹具的夹具顶板及夹具底板的中心处在同一中心轴上。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，优选地，所述待测木材试件的厚度(径向)为25-60mm。

其中，待测木材试件的厚度影响干燥实验过程中的干燥工艺，如干燥介质的温度及湿度；而待测木材试件的长度及宽度对干燥实验过程中的干燥工艺影响不大，因此本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置长度及宽度的具体值即可。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法步骤(2)中，本发明对干燥箱中干燥介质的温度及湿度不做具体要求，本领域技术人员可以根据作业需要，依据干燥基准、待测木材试件材种和厚度进行合理设置，主要保证可以实现本发明的目的即可。如在本发明具体实施方式中，所述干燥介质的温度选取了70℃、80℃及90℃，所述干燥介质的湿度设置为了30％。

根据本发明具体实施方案，优选地，该木材内裂在线无损检测方法还包括：

监测干燥过程中不同干燥介质的温度及湿度下，待测木材试件的含水率随时间的变化关系，并将待测木材试件的含水率随时间的变化关系与干缩力随时间的变化关系相结合来检测木材内裂情况。

根据本发明具体实施方案，在所述的木材内裂在线无损检测方法中，开始干燥实验后，首先，通过力学传感器采集干燥过程中产生的力，并把采集到的力转化为电信号并将其传送至a/d转换器；其次，a/d转换器将力学传感器传送来的电信号转换为数字信号并送入中央处理器中处理；最后，中央处理器先对数字信号进行提取，然后对提取出的数字信号进行解码，再将解码出的数字信号通过执行指令进行运算，再一次写回并反馈到触摸显示屏上。

本发明所提供的该木材内裂在线无损检测方法及装置可以对木材试件干燥过程中产生的干缩力进行实时监测和调控。监测系统主要以包括mcgs组态软件的触摸显示屏为上位机作为管理级，该触摸显示屏具有数据实时显示、数据储存、干燥控制、报警信息查询和显示等功能，可对现场数据进行实时记录和处理。选用远程控制软件vnc进行系统控制，通过该触摸显示屏可以对设备进行参数的设定、系统的启动、数据的备份、故障检测和保护、系统停止和关机等工作过程。

其中，所述触摸显示屏采用mcgs软件(本领域使用的常规软件)，其可以快速构造和生成上位机监控系统，主要功能为完成现场的数据监测。因此，上位机是在mcgs的平台上编制干缩力监测软件。

本发明所提供的该木材内裂在线无损检测方法及装置具有以下有益技术效果：

由于本领域目前使用的传统方法无法在线检测到木材的内裂情况，因此本发明将传感器技术、计算机技术等结合为一体，将力学传感器安装在干燥箱顶部；触摸显示屏安装在干燥箱箱体的正下方，方便观察；在干燥过程中，可以通过触摸显示屏实时观察木材干缩力的变化，确定木材内裂的时间；通过粘合剂把试件和夹具相粘连，保证了试件不会因为外力作用而产生内裂。综上所述，本发明所提供的方法及装置可以在线、无损、实时地检测木材内裂的发生，为精准控制工艺过程和提高木材干燥质量提供在线实时依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的木材内裂在线无损检测装置的结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的夹具的结构示意图及夹具与试件粘连的示意图。

图3a为本发明实施例中干燥温度为70℃时木材干缩力随时间的变化曲线图。

图3b为本发明实施例中干燥温度为80℃时木材干缩力随时间的变化曲线图。

图3c为本发明实施例中干燥温度为90℃时木材干缩力随时间的变化曲线图。

主要附图标号说明：

1、干燥箱；

2、力学传感器；

3、夹具；

4、待测木材试件；

5、触摸显示屏；

6、夹具顶板；

7、夹具底板；

8、上柱体；

9、下柱体。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种木材内裂在线无损检测装置，其中，该装置的结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，该装置包括：

干燥箱1、用于夹设待测木材试件4的夹具3、力学传感器2、a/d转换器(图中未示出)及中央处理器(图中未示出)；

所述夹具位于干燥箱内，其底部通过螺纹杆固定于干燥箱的底部(即夹具的夹具底板7上所连接的下柱体9通过螺纹杆固定于干燥箱的底部)，夹具的顶部通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，且夹具与力学传感器的连接处位于干燥箱内；

所述力学传感器与a/d转换器电连接，该a/d转换器与中央处理器电连接，该中央处理器与干燥箱上所设置的触摸显示屏5电连接；

本实施例中，所述夹具(如图2所示)包括夹具顶板6及夹具底板7，该夹具顶板的上表面，夹具底板的下表面分别连接有上柱体8及下柱体9，该上柱体通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，该下柱体固定于干燥箱的底部；

本实施例中，所述夹具顶板6及夹具底板7均为圆板；

本实施例中，所述夹具为由铝合金制成的夹具。

实施例2

本实施例提供了一种木材内裂在线无损检测装置，其中，该装置包括：

干燥箱、用于夹设待测木材试件的夹具、力学传感器、重量传感器、a/d转换器及中央处理器；

所述夹具位于干燥箱内，其底部通过螺纹杆固定于干燥箱的底部(即夹具的夹具底板上所连接的下柱体通过螺纹杆固定于干燥箱的底部)，夹具的顶部通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，且夹具与力学传感器的连接处位于干燥箱内；

所述力学传感器与a/d转换器电连接，该a/d转换器与中央处理器电连接，该中央处理器与干燥箱上所设置的触摸显示屏5电连接；

所述重量传感器固定于所述干燥箱内部顶端，用于放置另一待测木材试件(夹具所夹设的试件与重量传感器所盛放的试件为取自木材同一年轮的相邻的两个试件)并测量其含水率；该重量传感器还与a/d转换器电连接，该a/d转换器与中央处理器电连接，该中央处理器与干燥箱上所设置的触摸显示屏电连接；

本实施例中，所述夹具包括夹具顶板及夹具底板，该夹具顶板的上表面，夹具底板的下表面分别连接有上柱体及下柱体，该上柱体通过螺纹杆与位于干燥箱外部顶端的所述力学传感器相连接，该下柱体固定于干燥箱的底部；

本实施例中，所述夹具顶板及夹具底板均为圆板。

本实施例中，所述夹具为由铝合金制成的夹具。

实施例3

本实施例提供了一种木材内裂在线无损检测方法，其中，该方法利用实施例2提供的该木材内裂在线无损检测装置，该方法包括以下步骤：

本实施例中以国产樟子松为例，所选试件为无节、无腐朽、无毛刺的弦切板，初始含水率为85％-95％，试件规格为30mm×30mm×30mm；

(1)将待测木材试件置于冰柜中进行冷冻，将其从冰柜中取出后放于室温环境中解冻3h，解冻后再将其通过粘合剂(如胶水)与夹具相粘连，试件与夹具粘好后装于密封袋内，再于室温下密封冷却24h，以使待测木材试件与夹具的粘接强度达到最大；夹设时需要保证夹具的夹具顶板及夹具底板的中心处在同一中心轴上；

待测木材试件与夹具的粘接面是试件纵向的两个面(待测木材试件与夹具相粘结的两个面及夹具顶板、夹具底板与待测木材试件相接触的面均需要事先打磨光滑)，端头(弦向两个面)用胶做封端处理，其中，夹具与试件相接触的面积大约是706mm²；

(2)将已经达到最大粘接强度的试件和夹具一同固定于干燥箱内，设置干燥介质温度分别为70℃、80℃、90℃，湿度为30％，开始进行干燥实验并开始计时；

(3)监测干燥过程中不同干燥介质的温度(70℃、80℃、90℃)及湿度(30％)下，待测木材试件的干缩力随时间的变化关系，具体数据如下表1及图3a至图3c所示。

表1

从表1及图3a至图3c中可以看出，70℃、80℃、90℃下，当待测木材试件的含水率分别降到18％、22％、24％时，待测木材试件的干缩力分别达到最大值，依次为338n、424n、398n后其干缩力开始下降，原因是木材试件产生了内裂，使干缩力得到释放；干缩力达到最大后并出现降低趋势的该时刻即为待测木材试件产生內裂的时刻。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。