钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法与流程

本发明涉及金属材料试验机，具体涉及一种钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法。

背景技术：

1、钢筋与混凝土是构成建筑结构的主要材料。钢筋与混凝土之间具有良好的粘结力，钢筋与混凝土的温度线膨胀系数相近，更主要的是钢筋包裹在混凝土内免遭外界环境的腐蚀，混凝土对钢筋起到很好的保护作用。在建筑结构材料中，钢筋是一个重要的组成部分，钢筋性能的好坏直接影响影响结构的适用和安全。因此钢筋的质量要求十分高，钢筋在用于工程建设之前都需要进行必要的性能检测。

2、拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。其中，钢筋的抗拉强度、伸长率和屈服强度是钢筋最基本的三项力学性能指标，而这三项指标都是通过钢筋拉伸试验得到的。钢筋拉伸检测要用到拉伸试验机，拉伸试验机也叫材料拉伸试验机、万能拉伸强度试验机，是集电脑控制、自动测量、数据采集、屏幕显示、试验结果处理为一体的新一代力学检测设备，通过拉伸试验机上的夹具将钢筋机械连接接头夹住进行拉伸压缩检测工作。

3、目前在钢筋拉伸试验测定过程中仍采用人工上下料钢筋试件，工作人员从物料周转小推车上搬取一件待测钢筋试件，摆放到万能试验机上下钳口中心位置，按下夹持启动按钮，上下钳口将待测钢筋试件夹紧，再按下试验启动按钮，万能机进行抗拉强度试验测定。测试完成后人工将试验试件取出，并再次从物料周转小推车上搬取下一个钢筋试件重复上述操作。现行操作上存在有劳动强度大、效率低、成本高等缺点，而且对工作人员有安全隐患。

4、由于钢筋需要承受轴向拉力，因此对于钢筋的两端需要进行可靠的固定，当前试验装置在夹紧钢筋时采用的夹具多为楔形夹具，但这种楔形夹具是被动式的夹具，它的夹紧效果与试验力、夹持块的状态有关，当试验力越大，它夹紧的力也就越大，但试验力突然消失（即试样断裂）时，夹紧力也突然消失，会出现夹具突然松开的现象，此时因原来力的惯性作用，就会对夹具产生冲击，出现较严重的振动和声响。另外，在上钳口装置、下钳口装置夹紧试样时，由于夹持块是由液压缸驱动动力驱动板推动与滑块一起向上移动，左右两个夹持块向上运动的过程中，同时产生相向的水平移动将试样夹紧，上钳口装置、下钳口装置会对试样在轴向施加相向的的压缩力，导致直径较小的试样弯曲，脆性材料的试样甚至会被损坏。还有一种液压平推夹具，液压平推夹具是以油源压力作为动力，平行推动夹具体两侧油缸中的夹紧活塞动作，达到夹紧试样的目的，具有夹紧力大，夹持效果好的优点。但仍存在一定的缺陷，一是在工作中活塞杆有可能发生自转，影响试样的装夹和试验精度；二是两个液压缸不易同步，造成钳口伸出速度不一致，钳口夹持位置不对中，导致试样的轴线与加载机构的施力轴线不一致，造成试验时加载机构的受力偏斜，影响试验参数的真实性、准确性，而且容易使加载机构受损。在固定钢筋试样时，为了保证钢筋试样垂直于地面并与加载机构的施力轴线一致，需要反复调节钢筋的位置，在调节钢筋位置时，可能需要反复松动夹具，从而可能导致钢筋调节较为繁琐。

5、在对试样进行试验前，通常采用人工手动的方式对试样截面进行测量，使用普通量具如游标卡尺等，然后人工录入相应的计算机软件系统，显然人工手动测量不仅测量繁琐、效率低下，而且由于检查人员手法不同和视觉误差，会给试样的尺寸测量带来较大误差，测量精度较低，人为因素影响较大，不同的试验员，记录的数据可能会不一样。因此人工测量试样尺寸不仅严重影响试样的试验精度，而且降低了试验效率，劳动强度大。

6、 钢筋试验测定方法中还规定钢筋实际重量与理论重量的允许偏差应符合规范要求，测量钢筋质量偏差时，试件应从不同根钢筋上截取，数量不少于5 根，每根试件长度不小于500mm。目前通常是截取5 段钢筋试样，分别称重，再分别测长，最后再统计计算待测的钢筋单位长度的重量是否达标。该过程需要多次进行称重和测长，工作效率低，多次的测量相加还容易产生误差。

7、因此现有的钢筋拉伸强度检测装置，无法快速对钢筋同时进行称重与尺寸测量，适用性较差，更跟不上全自动试验机的运行节奏，降低整体的测试效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法，以解决背景技术中存在的问题。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法，其特征在于：该方法采用钢筋拉伸试验智能检测系统检测试样；

4、所述的钢筋拉伸试验智能检测系统，包括试样架、试样提供系统、第一机器人、至少两台用于钢筋拉伸试验的试验机、试件废料回收装置；

5、试件废料回收装置设置于试验机前侧，用于承接和收集试件废料；

6、第一机器人设置于试件废料回收装置前侧；第一机器人的前侧设置待检试件存储工位；

7、试样提供系统设置于待检试件存储工位的前侧，包括试件测量装置、激光打码机、合格料架、不合格料箱、第二机器人，合格料架位于第二机器人的两侧，第二机器人的正前方为待测量试件存储工位，待测量试件存储工位的一侧设置试件测量装置、另一侧设置激光打码机，不合格料箱位于激光打码机的前侧；

8、第一机器人、第二机器人的工作端设置试件抓取机构；

9、具体步骤如下：

10、s1：待检试样按分组规则地码放到试样架上；

11、s2：将试样架置于指定待测量试件存储工位；

12、s3：第二机器人驱动试件抓取机构从试样架上按设定程序依次夹取试样；

13、s4：将试样送至试件测量装置，对试件进行尺寸、重量测量；

14、s5：第二机器人驱动试样抓取机构将合格试样送至激光打码机打码；将无效试件、不合格试件放入不合格料箱；

15、s6：第二机器人驱动试样抓取机构将合格试样码放至合格料架；

16、s7：将合格料架置于指定待检试件存储工位；

17、s8：第一机器人驱动试样抓取机构抓取试样，将试样的两端放入试验机的上夹具、下夹具内；

18、s9：试验机开始进行试验程序；

19、s10：试验完毕，试样废料回收装置对试样废料分类处理。

20、通过采用上述技术方案，机器人代替人工夹取试样，然后将试样送入试件测量装置，降低了试验员的劳动强度；试件测量装置包括尺寸测量和重量测量装置，可同时对试样的重量和尺寸进行测量，测量效率高，测量数据可自动上传至控制系统。而且操作人员不需要靠近试验机操作，消除了安全隐患。测量完毕后，还可将试样送入试验机的试验工位，并能够从试验工位夹取试验完毕的试样废料送入试样废料回收装置，使得试验的全过程不需人工干预，即可实现试样的夹取、测量、送入试验机检测、试验废料的收集，自动化程度高，试验员劳动强度低，试验机的整体测试效率较高。

21、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的试件测量装置包括底板、试件重量测量装置和试件尺寸测量装置；试件重量测量装置设置于底板上、位于底板的前侧；所述试件重量测量装置上设有试件托架，试件托架上设有多个放置槽，多个试件平行的搁置于放置槽内；所述的试件尺寸测量装置设置于底板上、位于底板的后侧，包括测量架和多个位于试件正上方、数量与试件数量相对应的测量传感器，测量传感器设置于测量架上，测量架由水平驱动装置驱动可前后滑动，滑动方向与试件的长度方向平行；试件重量测量装置和试件尺寸测量装置均与控制系统相连。

22、通过采用上述技术方案，试件测量装置包括试件重量测量装置和试件尺寸测量装置，可同时对试件的重量和尺寸进行测量，测量效率高，测量数据可自动上传至控制系统。

23、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的试件重量测量装置为s型拉压力称重传感器。

24、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的试件托架包括下部与试件重量测量装置相连的托架板，托架板的上部设有前搁板和后搁板，所述的放置槽设置于前搁板、后搁板的上顶面，前搁板、后搁板之间的距离小于最短试件的长度；所述前搁板的前侧面设有试件定位装置。

25、 通过采用上述技术方案，试件托架包括托架板和设置于托架板上的前搁板25 和后搁板27，前搁板25、后搁板27 的上顶面设置放置槽，试件搁置于放置槽内，这样彼此相邻的试样被间隔开来，方便试件尺寸测量装置检测，也方便试件夹具从前搁板25、后搁板27之间抓取试件。

26、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的定位装置包括定位气缸和定位板，定位板连接于定位气缸的杆端，定位板的高度高于放置槽中试件轴心的高度；定位气缸活塞杆的伸出方向与试件的长度方向平行，定位板的定位面与试件的长度方向垂直。

27、 通过采用上述技术方案，在前搁板25 的左侧面设置试件定位板，上料前，定位气缸的活塞杆向左伸出，带动试件定位板远离前搁板25，控制系统控制机器人驱动试样夹具从试件存放处夹取试件，然后将试件放入放置槽中，待一组试件全部放置在试件托架上后，控制系统控制定位气缸的活塞杆缩回，带动试件定位板靠近前搁板25，同时使各试件的左端抵靠在试件定位板上。

28、进一步地，所述的水平驱动装置包括直线导轨副、驱动电机和丝杠副，直线导轨副的直线导轨安装在底板上、滑块安装在测量架的下部；驱动电机安装在底板上，丝杠副的丝杠转动连接于底板上，丝杠的一端与驱动电机相连，丝杠副的螺母连接在测量架的下部。

29、更进一步地，所述的驱动电机为伺服电机，所述的测量传感器为漫反射光电传感器，伺服电机、漫反射光电传感器均与控制系统相连。

30、 再进一步地，所述s4 的具体工作过程如下：s41：初始状态：定位气缸的活塞杆缩回；测量架上的漫反射光电传感器与定位板的初始位置之间的距离为b0；

31、s42：定位气缸的活塞杆伸出；

32、s43：第二机器人驱动试样抓取机构从试样存放架夹取第一根试件；

33、s44：第二机器人将第一根试样送至测量装置的放置槽中；

34、s45：重复步骤s43- s44，将一组试件中的其他试件逐一送至测量装置的放置槽中；

35、s46：第二机器人驱动试样抓取机构返回初始位置；

36、s47：试件重量测量装置将测得的重量信号上传至控制系统；

37、s48：定位气缸的活塞杆缩回，试件的左端抵靠在定位板上；

38、s49：伺服电机驱动测量架向左移动，一组试件中最长的试件首先触发其对应的漫反射光电传感器，控制系统根据伺服电机转过的转数自动计算出测量架向左移动的距离b1（即负载距离），并将测量数据自动上传控制系统；

39、s410：控制系统根据下述公式计算得到第一根试样的长度尺寸b1：

40、b1=b0-b1；

41、s411：重复步骤s48-s410，伺服电机驱动测量架继续向左移动至测量架的终结位置，对一组试件中的其他试件逐一测量；

42、s412：如果一组试件中有至少一根试件的测得长度小于标准规定的最短试件的长度，或至少一个漫反射光电传感器未被触发，则本组试件为无效试件；

43、如果一组试件中的每根试件长度均符合标准规定的最短试件的长度，则控制系统按下述公式计算，并对本组试件的重量偏差进一步判定：

44、重量偏差不大于1%为合格，重量偏差大于1%为不合格；

45、重量偏差=（试样实际总重量-试样理论总重量）/试样理论总重量×100%

46、试样实际总重量由步骤(7)测得并上传至控制系统；

47、试样理论总重量=试件总长度×理论重量

48、理论重量根据试样的材质、公称直径提前输入至控制系统，试件总长度根据一组试件中的每根试件的实际测得长度累计计算得到；

49、s413：伺服电机驱动测量架向右移动，返回初始位置；

50、s414：定位气缸的活塞杆伸出，准备下一组试件的测量。

51、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述合格料架的上边框的上侧面上贴附第二二维码/条码，第二机器人末端的试件抓取机构设有二维码/条码扫码器；所述s6的具体工作过程如下：

52、s61：第二机器人驱动试样抓取机构移动至合格料架上方，然后向下移动；

53、s62：合格料架上放置第一根试样前，二维码/条码扫码器对合格料架上的第二二维码/条码进行扫描并将信息上传至控制系统；

54、s63：第二机器人驱动试样抓取机构按设定程序将合格试样码放至合格料架；

55、s64：第二机器人驱动试样抓取机构返回试件测量装置，继续抓取下一根试样，重复步骤s63，直至合格料架装满试样。

56、通过采用上述技术方案，合格料架上贴附第二二维码/条码，第二机器人向合格料架上放置第一根试样前，二维码/条码扫码器对第二二维码/条码进行扫描并将信息上传至控制系统，为后续试样的流转及试验数据管理提供了便利，也减轻了试验员的繁琐劳动。

57、上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的上夹具、下夹具结构相同，均包括夹具座，夹具座上设置左右两个油缸，左油缸、右油缸均与液压动力系统相连；左油缸的活塞杆a 与右油缸的活塞杆b 的伸出方向平行，且伸出的方向相反，活塞杆a和活塞杆b 相近的一端连接夹持试样的夹持板，活塞杆a 和活塞杆b 的另一端固定安装有在缸筒内配合滑动的活塞，其特征在于：所述的左油缸、右油缸与液压动力系统之间设有同步分流马达；所述的活塞杆a 和活塞杆b 上设有活塞杆防转结构。

58、通过采用上述技术方案，试样夹紧装置采用液压平推夹具，是一种主动式的夹具，其夹持力与试验的加载力无关，并且该夹持力是直接作用在试样上，通过比例溢流阀可根据需要直接在软件上对液压系统压力进行连续调节，通过溢流阀与软件的联控，可以根据试样的材质调节夹持力的大小。在整个试验过程中，不论试验的加载力多大，夹持力一直持续地将试样夹住，当试样断裂时该夹持力也不会消失。平推夹具的结构特点还能保持试验过程中钳口与夹具座之间无任何相对滑移，可以在试验过程中更好的固定试样，且不会在拉伸方向上出现影响试验的轴向力，夹具系统对试验结果的影响小，使结果更接近于真实值。活塞杆上设置活塞杆防转结构，可以防止活塞杆旋转，保证钳口夹持的同轴度和垂直度，方便试样的装夹和提高试验精度。

59、在左油缸、右油缸与液压动力系统之间设置高精度同步分流马达，使左油缸、右油缸实现高精度的同步，缩短动作时间，且系统结构简单、故障率低，使用效果好。

60、 上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的夹具座中间设有u形槽，左油缸、右油缸左右对称地设置于u 形槽的两侧，活塞杆a 与活塞杆b 的端部分别从u 形槽的两侧相向运动伸入至u 形槽内。

61、 通过采用上述技术方案，夹具座中间设有u 形槽，左油缸、右油缸左右对称地设置于u 形槽的两侧，这样设置的优点是，左油缸、右油缸同时设置于一个夹具座上，可以提高夹具的整体刚性，容易保持两个夹持板的夹持面的平行度，提高钳口的夹持精度和加持力。

62、 上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的活塞杆防转结构为活塞杆a、活塞杆b 与活塞的偏心结构，活塞杆a、活塞杆b 的轴线与活塞的轴线具有偏心距δ且相互平行。

63、通过采用上述技术方案，活塞杆与活塞的轴线具有一定的偏心距，结构简单，容易加工，较低的成本即可实现活塞杆防转。

64、 上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中，所述的夹持板的下端至u形槽的底部之间的距离可容试样夹具的工作端通过。

65、 通过采用上述技术方案，夹持板的下端至u 形槽的底部之间的距离可容试样夹具的工作端通过，方便机器人驱动试样夹具抓取试验后的试样废料。

66、进一步地，所述的液压动力系统包括伺服电机和通过管路相连的油泵、单向阀、比例溢流阀、压力变送器、电磁换向阀；油泵由伺服电机驱动，比例溢流阀、压力变送器、单向阀的进油口与油泵的出口相连、单向阀的出油口与电磁换向阀的进油口相连，电磁换向阀的工作油口与左右两个油缸相连；所述的同步分流马达设置于电磁换向阀与左右两个油缸之间。

67、通过采用上述技术方案，比例溢流阀可根据需要直接在软件上对液压系统压力进行连续调节，通过溢流阀与软件的联控，可以根据试样的材质调节夹持力的大小。通过设置压力变送器，可以实时监测油泵的输出压力，夹紧装置工作前，先将左油缸、右油缸及管路中充满液压油，工作时，伺服电机驱动油泵工作，通过管路向左油缸、右油缸供油，推动活塞杆a与活塞杆b 相向伸出，压力变送器实时检测系统的油压并反馈给控制系统，控制系统将实际测得的油压与设定的载荷值（即根据试样的规格大小、材质设定的夹持力值）进行比较，如果实测值小于设定值，说明夹具尚未夹持到试件，伺服电机高速运转，当夹具夹持到试件时，实测值会迅速上升、直至达到设定值，控制系统控制伺服电机持续高速运至一定时间（如30秒），确保试件被夹紧；然后控制伺服电机维持低速运转，保持设定的夹持力，使系统压力恒定，这样，油源的系统功率降低，不仅降低了能耗，也降低了系统的液压油的温度。

68、 上述的钢筋拉伸试验智能检测系统检测试件的方法中,所述的试件废料回收装置包括可向左和向右传输废料的废料输送装置、设置于废料输送装置左端的合格试件废料箱、设置于废料输送装置右端的不合格试件废料箱；所述s10 的具体工作过程如下：

69、s101：废料输送装置承接第一机器人从试验机的上夹具、下夹具夹取的试样废料；

70、s102：若试件试验结果为合格，则废料输送装置向左输送，将试验合格的试件废料输送至合格试件废料箱；

71、s103：若试件试验结果为不合格，则废料输送装置向右输送，将试验不合格的试件废料输送至不合格试件废料箱。

72、 通过采用上述技术方案，将试件废料分为合格试件废料和不合格试件废料并分别收集，避免试验后的废料混在一起，而试样的两端均在步骤s5 激光打码机打码，便于留存的试样废料抽检，以获得试样的送检单位、批次、编号、试件材质等信息。

73、有益效果：

74、1、通过采用上述技术方案，机器人代替人工夹取试样，然后将试样送入试件测量装置，降低了试验员的劳动强度；试件测量装置包括尺寸测量和重量测量装置，可同时对试样的重量和尺寸进行测量，测量效率高，测量数据可自动上传至控制系统。而且操作人员不需要靠近试验机操作，消除了安全隐患。测量完毕后，还可将试样送入试验机的试验工位，并能够从试验工位夹取试验完毕的试样废料送入试样废料回收装置，使得试验的全过程不需人工干预，即可实现试样的夹取、测量、送入试验机检测、试验废料的收集，自动化程度高，试验员劳动强度低，试验机的整体测试效率较高。

75、 2、试件测量装置包括试件重量测量装置和试件尺寸测量装置，可同时对试件的重量和尺寸进行测量，测量效率高，便于大批次测量。而且有效消除了人为测量的误差，测量数据精确。测量数据可自动上传至控制系统，自动记录数据、计算，结果精确，减少人工计算误差，增加了数据的可信度。

76、 3、试样夹紧装置采用液压平推夹具，其夹持力与试验的加载力无关，并直接作用在试样上，试验过程中，不论试验的加载力多大，夹持力一直持续地将试样夹住，当试样断裂时该夹持力也不会消失，能保持试验过程中钳口与夹具座之间无任何相对滑移，且不会在拉伸方向上出现影响试验的轴向力，夹具系统对试验结果的影响小，使结果更接近于真实值。活塞杆上设置活塞杆防转结构，可以防止活塞杆旋转，保证钳口夹持的同轴度和垂直度，方便试样的装夹和提高试验精度。在左油缸、右油缸与液压动力系统之间设置高精度同步分流马达，使左油缸、右油缸实现高精度的同步，缩短动作时间，且系统结构简单、故障率低，使用效果好。