饰面砖黏结强度检测仪自动校准装置的研制

根据JG3056-1999《数显式黏结强度检测仪》标准规定检测仪的准确度等级为1.5级, 目前, 国内没有专用的饰面砖黏结强度检测仪校准装置, 也没有相应的检定规程/校准规范以支撑开展此类仪器的检定/校准工作, 因此本课题组申请福建省质量技术监督局科技项目 (项目编号:FJQI2015017) 研制了本饰面砖黏结强度检测仪自动校准装置 (以下简称“装置”) 。

经过研究分析, 最终确定伺服电机+单片机控制方案设计本装置的机电系统, 该系统主要包含伺服电机、减速机构、智能控制系统、传动机构、力值传感器、上位机等。智能控制系统由智能上位机软件和智能控制器组成, 智能上位机软件安装在上位机上, 通过软件可下达控制指令, 智能控制器采集的相关信息也可在智能上位机软件上体现;智能控制系统控制着伺服电机的转动, 伺服电机控制信息也会反馈给智能控制系统;伺服电机通过传动机构实现对饰面砖黏结强度检测仪的加载/卸载及一定速率的控制;力值传感器检测饰面砖黏结强度检测仪的力值, 同时将采集的信号传给智能控制系统, 智能控制系统根据采集的力值及控制指令进一步控制伺服电机;整个系统实现闭环控制, 使控制更加精准。本系统原理图如图1所示。

图1 系统原理图

图2是本装置机械结构三维视图, 主要包括力值传感器、立板、横板、安装底板、支撑立板、伺服电机、减速机、伺服控制器、旋转手柄、锁紧把手等。

本机械结构设计具有如下特点:

(1) 本装置机架结构采用45#钢调质处理, 在设计、加工上通过尺寸控制以保证机架安装饰面砖黏结强度检测仪的水平, 同时通过饰面砖黏结强度检测仪自带的万向机构减少了力值传感器侧向力。其两块立板对称安装, 高度为 (150±0.02) mm, 中间设有定位销孔Φ5用于安装定位销, 再通过沉头螺丝连接横板, 这样既保证准确度结构又简单, 同时强度也满足要求。

(2) 本装置结构上设有4个快速把手, 用于快速锁紧被检饰面砖黏结强度检测仪, 使其固定在装置中。

(3) 由伺服电机、减速机、旋转把手及其安装固定板等组成的伺服电机组件的中心与被检饰面砖黏结强度检测仪旋转手柄中心一致, 安装固定板具有长腰型结构的调整空间, 便于调整整个组件的前后位置以适应市场上各种规格的饰面砖黏结强度检测仪。

图2 机械结构三维视图

(4) 伺服电机与减速机相配合, 伺服电机高转速、低扭矩输出经过减速机减速后输出高扭矩、低转速。

(5) 旋转手柄为盘状结构, 其中心连接在减速机上, 盘的四周开有不同规格的开口槽, 该开口槽用于快速连接被检饰面砖黏结强度检测仪的旋转手柄。根据被检饰面砖黏结强度检测仪的手柄尺寸大小选择相应的开口槽, 在本设计中开口槽的数量设计为4种尺寸, 分别为15mm、16.5mm、18mm、20mm, 以满足所有市场尺寸要求。

(6) 力值传感器其准确度等级为0.3级, 最大力值为6k N, 其一端固定在校准装置的横板上, 另一端与开口凹槽连接块连接。

(7) 横板安装力值传感器的孔是长腰型孔, 能够根据需要调整力值传感器的位置。

(8) 开口凹槽连接块与被检饰面砖黏结强度检测仪的试块快速连接, 增加圆弧过渡以满足其强度要求。

(9) 伺服控制器安装于支撑立板与横板之间, 这样结构紧凑、美观, 不受外界碰撞而起到保护作用, 同时接插线又方便, 便于调试维护, 且散热好。

软件的主要功能有: (1) 各界面显示及操作; (2) 参数修改, 可以修改当前试验的相关参数; (3) 显示实时力值、加载速度等示值; (4) 输入原始记录的基本信息; (5) 显示时间-力值曲线图; (6) 预加载和校准的基本操作; (7) 原始记录的查询和导出。软件主界面分为功能菜单区、实时显示区、信息录入区、结果显示区、力值-时间曲线显示区、状态提示区六大区域。软件控制流程图如图3所示。

1. 装置实现了智能控制, 能够按照控制要求实现自动加载/卸载, 该套装置已获得国家实用新型专利 (专利号:ZL201620362920.2) , 也申请了发明专利并已公布 (申请公布号:CN105866027A, 申请号:2016102633652) 。

2. 采用伺服控制器控制伺服电机, 伺服电机动力经过减速机后传给被检饰面砖黏结强度检测仪, 使校准装置控制更加精准且控制速率在6N/min~3k N/min范围内可调。

3. 实现饰面砖黏结强度检测仪在装置上的便捷安装, 控制软件自动处理数据并能生成相应的原始记录、证书。

图3 软件控制流程图

4.采用高精度的力值传感器 (经过福建省计量科学研究院校准, 示值误差最大为+0.02%) , 其最大力值为6k N, 分辨力为1N;采用合理的机械机构设计, 使整体机架水平度为0.02mm/m。

5. 旋转把手为盘状结构, 其中心连接在减速机上, 盘的四周开有不同规格的开口槽, 该开口槽用于快速连接被检饰面砖黏结强度检测仪的旋转手柄, 根据被检饰面砖黏结强度检测仪的手柄尺寸大小选择相应的开口槽, 具有普遍的适用性。

6. 横板安装力值传感器的孔是长腰型孔, 能够根据需要调整力值传感器的位置, 使被检饰面砖黏结强度检测仪的受力始终为垂直方向。

受时间、经费、能力等多方面的因素, 本装置还存在着很多有待完善的地方, 然而随着技术进步, 本装置可朝着结构更加优化、外观更加美观、性能更加稳定、增加CCD实现更加智能化等方向做进一步的研究。

本装置的研制解决了传统饰面砖黏结强度检测仪校准中安装不方便、定位不准确、校准过程不智能、人为误差大等问题, 在满足饰面砖黏结强度检测仪校准要求情况下具有一定的先进性、智能性。由于饰面砖黏结强度检测仪具有特殊性, 有别于一般的工作测力仪, 因此急需制定统一的检测仪检定规程或校准规范, 以指导技术机构开展饰面砖黏结强度检测仪的检测。