關(guān)于人造石板材荷載變形自動檢測系統(tǒng)的研究*

陳大霖

(福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院 福州 350002)

人造石板材是以亞克力或樹脂、天然花崗巖或大理石碎(粉)料、天然石英石(砂、粉)等為主要材料，部分以氫氧化鋁為填料，高分子聚合物、硅酸鹽水泥、兩者混合物為粘合材料，加入有色顏料及其他輔助劑，經(jīng)攪拌混合、凝結(jié)固化等工序復(fù)合而成的人造板材。人造石板材主要包括實體面材、人造石英石和人造石崗石等。與天然石材相比，人造石板材不僅具有天然石材的紋理圖案，還具有色彩艷麗、色差小、不褪色、韌性好、吸水率低、耐侵蝕風(fēng)化、結(jié)構(gòu)致密、堅固耐用、放射性低等優(yōu)點，已廣泛用于家具臺面、裝飾裝修板材以及制作成其他用途(如門窗套、工藝品、扶手等)，并且隨著生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，將逐步替代天然石材、高檔陶瓷、木材、金屬類裝飾材料，成為現(xiàn)代建筑中廣泛推廣的裝飾裝修材料。近年來，人造石行業(yè)迅速發(fā)展，不少人造石板材商家為了在價格上取得優(yōu)勢，往往偷工減料不顧質(zhì)量，造成產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)斷裂變形現(xiàn)象，特別是用于櫥柜臺面的人造石板材，經(jīng)常出現(xiàn)面板變形、開裂或斷裂現(xiàn)象。

1 標(biāo)準(zhǔn)方法研究

為了加強人造石行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量控制和規(guī)范企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)行為，更好地保障消費者權(quán)益，我國于2013年9月1日頒布實施行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 908-2013《人造石》。該標(biāo)準(zhǔn)對檢驗人造石板材抗變形的一項關(guān)鍵指標(biāo)：荷載變形的試驗方法進行了明確規(guī)定。根據(jù)JC/T 908-2013《人造石》標(biāo)準(zhǔn)中“附錄B 荷載變形試驗方法”規(guī)定試驗方法如下，試驗裝置要求見表1。

表1 試驗裝置要求

(1)試驗方法原理是通過施加荷載，測量板材抗荷載變形的力學(xué)特性。(2)測試儀器：①試驗夾具：能提供610 mm×760 mm懸空區(qū)域的剛性四點支撐；②加載裝置；③撓度儀：精度0.02 mm；④試樣規(guī)格：660 mm×810 mm×厚度，數(shù)量：2塊。(3)試驗步驟：①將試樣卡緊在試驗夾具上；②通過直徑200 mm荷載分配盤加載，用厚13 mm泡沫橡膠或其它合適柔軟材料襯墊在荷載分配盤與試樣之間。首先加上預(yù)荷載1 330 N并保持2.5 min，此時允許試驗夾具框的初始移動和固定；③除去預(yù)荷載(12.5±2.5) min后，用撓度儀測量板中部的初始撓度值l0，重新施加1 330 N荷載1.5 min～2.0 min；④卸載10 min后，再次用撓度儀測量板中部的撓度值l1，測量精確至0.02 mm，Δl=l1-l0即為殘余撓度值；⑤記錄試驗結(jié)果。

2 荷載變形檢測系統(tǒng)現(xiàn)狀與研究方向

目前，國內(nèi)開展人造石板材的檢測機構(gòu)較少，他們所使用的荷載變形檢測設(shè)備，一般都通過較為簡易的檢測工具如百分表、鋼卷尺、配重砝碼、秒表等，檢測設(shè)施較為簡易，全為人工手動操作，自動化程度低，這不僅檢測效率低、試驗人員勞動強度大，而且檢測精度不高、可靠性差等缺點。因此，研究出自動化程度高、檢測精度準(zhǔn)確的人造石板材荷載變形自動檢測試驗裝置系統(tǒng)，不僅能夠提高檢測效率，減輕試驗人員的勞動強度，而且檢測精度高，能幫助企業(yè)提供較為科學(xué)、準(zhǔn)確地檢驗人造石板材荷載變形性能。該系統(tǒng)以JC/T908-2013《人造石》標(biāo)準(zhǔn)中“附錄B 荷載變形試驗方法”規(guī)定試驗方法要求為依據(jù)，研制出符合上述試驗方法要求的試驗裝置系統(tǒng)。該裝置系統(tǒng)應(yīng)具有自動夾緊試件、自動加載或卸載加載力、自動測量人造石板材變形量和自動計算試驗數(shù)據(jù)的功能，控制精度準(zhǔn)確、自動化程度高，能減輕試驗人員勞動強度，提高檢測效率。

(1)自動檢測系統(tǒng)工作原理。試驗開始前，將試件從試件提升籃筐的入口處推入，待試件推入最底端且放穩(wěn)之后，觸摸屏上點擊試驗開始按鈕。這時，提升氣缸伸出，試件落在支撐點上，提升氣缸繼續(xù)伸出，直至壓緊試件。之后進行預(yù)加載，荷載氣缸伸出，至加載墊壓到試件中心，壓力傳感器開始讀數(shù)，當(dāng)壓力達到1 330 N的時候，比例調(diào)壓閥保持壓力，2.5 min后靜置12.5 min，這時自動讀取撓度計的數(shù)值L0。重新施加1 330 N的荷載1.5 min～2.0 min，卸載10 min后，再次自動讀取撓度計的數(shù)值L1，測量精確到0.01 mm。實驗結(jié)束后，試件隨試件筐復(fù)位，PLC自動計算殘余撓度值。

(2)自動檢測系統(tǒng)組成部分。該人造石荷載變形試驗裝置系統(tǒng)，主要由控制系統(tǒng)、工作臺面框架系統(tǒng)、試件壓緊提升系統(tǒng)和變形檢測系統(tǒng)4個系統(tǒng)部分組成。①控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由系統(tǒng)軟件和控制硬件兩個部分組成。系統(tǒng)軟件采用昆侖通態(tài)軟件為開發(fā)平臺，主要完成數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)通訊與處理記錄、手動與自動控制，提供良好人機界面，便于操作和觀察等功能?？刂朴布饕捎|摸屏、PLC模塊、壓力傳感器、電源及相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)等組成。此控制系統(tǒng)能保證裝置能實時顯示工作臺壓力大小，控制工作臺精度為±5‰。觸摸屏上可手動加載或手動卸載，完成試件的裝卸。系統(tǒng)采用壓力傳感器將檢測到的實際壓力大小，并進行電信號轉(zhuǎn)換，與設(shè)定值進行對比，通過電信號反饋到電氣比例閥，調(diào)節(jié)氣動系統(tǒng)壓力，使氣缸輸出壓力與與設(shè)定壓力相同，從而實現(xiàn)對壓力值大小的控制，因此壓力數(shù)據(jù)精度至關(guān)重要。利用PLC實現(xiàn)壓力的智能控制，能自動完成數(shù)據(jù)采集、處理、緩沖、轉(zhuǎn)換、并進行壓力實施控制，包括各參數(shù)數(shù)值的修正，并把數(shù)據(jù)傳輸給觸摸屏，進行動態(tài)數(shù)據(jù)顯示，同時也可以通過觸摸屏設(shè)定參數(shù)等。②工作臺面框架系統(tǒng)。工作臺面框架系統(tǒng)主要由鋁合金型材框架、開拉門、封板、底板等組成，承載著其他系統(tǒng)和零部件?？蚣芊秩龑?，由兩塊底板、封板等隔離出三個空間，一層、三層為密閉空間，后側(cè)帶有開拉門，中間層為開放空間，用于實驗試件的進送與運出。一層前面板上安裝著開關(guān)、指示燈、觸摸屏，內(nèi)部安裝電氣元件及氣管。三層內(nèi)部安裝氣源件及氣源處理件等。③試件壓緊提升系統(tǒng)。試件壓緊提升系統(tǒng)由氣缸、氣管、調(diào)速閥、試件筐、支撐柱等組成。由四個氣缸分別固定在一層與二層之間的鋁合金框架上，氣缸缸桿穿過試件筐，連接頭擰到缸桿的外螺紋上，當(dāng)氣缸伸出時，連接頭直接頂住人造石板材，板材放置在四個支撐座上，人造石板材被固定。當(dāng)氣缸回縮的時候，連接頭離開人造石板材，隨著氣缸繼續(xù)回縮，連接頭帶動試件筐上升，人造石板材在試件筐的托舉下，離開支撐座，當(dāng)試件筐內(nèi)平面高于試件筐旁的輸送裝置上面時，人造石板材試件方可取出。試驗件安裝時，試件筐內(nèi)平面高于試件筐旁的輸送裝置上面時或者氣缸完全回縮后，方可進行試件輸送安裝。這樣主要是為了保護試件筐底部的千分表，防止試件安裝過程中試件把千分表損壞。④變形檢測系統(tǒng)。人造石板材荷載變形實驗臺主要功能就是人造石板材的變形檢測。由高精度的千分表當(dāng)做檢測量具，固定于二層三層之間的底板上，通過RS-232數(shù)據(jù)線連接觸摸屏，在觸摸屏中顯示變形結(jié)果。

綜上所述，通過人造石板材荷載變形自動檢測系統(tǒng)的研究，能按照JC/T 908-2013《人造石》標(biāo)準(zhǔn)中“附錄B 荷載變形試驗方法”規(guī)定試驗方法要求進行試驗，各項參數(shù)指標(biāo)能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能實現(xiàn)人造石板材荷載變形自動檢測，該裝置系統(tǒng)操作簡便，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動化程度高，大大減輕了試驗人員的勞動強度，并提高了檢測效率，具有較高的經(jīng)濟和社會效益。