CN109668788B - 一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法，属于全自动钢丝绳力学性能检测技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法；解决该技术问题采用的技术方案为：包括检测机，所述检测机的底部设置有基座，基座上设置有矫直机、矫直机的出料口处设置有机械臂，机械臂具体为底盘固定的旋转式机械臂，机械臂的活动半径内分别设置有拉伸机、弯折机、扭转机，所述矫直机、机械臂、拉伸机、弯折机、扭转机的控制端口通过导线均与四轴控制器相连；四轴控制器内部集成有控制电路，所述控制电路上设置的AD转换模块具备6个信号输入端口，6个双向通信端口；本发明可推广应用于进行钢丝力学性能检测的实验室中。

Description

一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法
技术领域
本发明一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法，属于全自动钢丝绳力学性能检测技术领域。
背景技术
目前钢丝绳的检测技术，所用到的检测设备有拉伸试验机、弯曲试验机以及扭转试验机，以上设备均为单独运行，并将试验数据采用人工方式与国标进行比对，这种现状所存在的问题是：拆股后的钢丝绳需要人工拉直，难免会破坏到钢丝绳自身的内部应力分布，并且三台检测设备所占的空间较大，工作效率较低，且试验过程中，检测人员的安全没法保障，钢丝在进行力学性能测试时突然断裂容易造成事故。
在检测过程中，现有钢丝绳检验检测方法为每个检测的指标，分别对应一台仪器，且检测仪是手工安装钢丝，在数据处理阶段得到试验数据后，通过人工验证方式与国标或者行业标准进行比对，然后进行数据计算，得到钢丝绳的检测报告；现有钢丝绳检验检测方法在数据处理部分，需要人工读取，并且根据钢丝绳的用途人工查找相应的国家或者行业标准，进行数据分析；这种检测方式受人工操作影响计算误差较大，影响试验结果，且费时费力。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种全自动钢丝绳力学性能检测系统及检测方法；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种全自动钢丝绳力学性能检测系统，包括检测机，所述检测机的底部设置有基座，所述基座上设置有矫直机、所述矫直机的出料口处设置有机械臂，所述机械臂具体为底盘固定的旋转式机械臂，所述机械臂的活动半径内分别设置有拉伸机、弯折机、扭转机，所述矫直机、机械臂、拉伸机、弯折机、扭转机的控制端口通过导线均与四轴控制器相连；
所述四轴控制器内部集成有控制电路，所述控制电路上设置的AD转换模块具备6个信号输入端口，6个双向通信端口；
所述矫直机内部设置有激光测径仪；
所述机械臂内部设置有压力传感器；
所述拉伸机内部设置有压力传感器，拉力传感器，位置校准传感器；
所述弯折机内部设置有压力传感器，红外计数传感器，位置校准传感器；
所述扭转机内部设置有压力传感器，扭矩传感器，位置校准传感器，红外计数传感器；
所述压力传感器，拉力传感器，扭矩传感器的信号输出端与四轴控制器的AD转换模块信号输入端口相连；
所述激光测径仪，位置校准传感器，红外计数传感器通过导线分别与四轴控制器的双向通信端口相连；
所述四轴控制器的控制端口通过导线与中央控制器相连。
所述检测机的顶部还设置有玻璃防护盖。
所述中央控制器还连接有打印机和盖章装置。
一种全自动钢丝绳力学性能检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：对待检测钢丝绳进行手工拆股、分类、标定号码、确定检测顺序；
步骤2：使用矫直机对钢丝绳进行矫直，在矫直过程中，通过激光测径仪测量钢丝绳直径，测量数据通过导线发送至四轴控制器，所述四轴控制器将数据进行处理后发送至中央控制器；
步骤3：对矫直后的钢丝绳进行裁剪；所述机械臂通过夹头将矫直后的钢丝绳从矫直机的出料口处取出，通过夹持装置和裁剪装置将钢丝绳裁剪出所需长度，然后由机械臂底部圆盘旋转相应角度使机械伸缩臂对准相应检测机，机械臂前段收缩装置和旋转装置配合将钢丝送至检测机位置；在完成三个实验所需长度钢丝裁剪之后，机械臂将剩余钢丝收起存放，以备后续校对的补充监测；
步骤4：对裁剪好的钢丝绳进行拉伸检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至拉伸机；设置在拉伸机立柱上的力传感器检测到钢丝准确放置后，产生电信号，控制夹头上端的液压动力装置动作使夹头夹紧，当夹头的钳口夹紧后，传送反馈信号，控制机械臂夹持装置松开钢丝，机械臂收起，试件安装完成；
拉伸机控制两个夹头将钢丝向两端伸长，此时力传感器实时采集并传输拉力值，应变传感器实时传输应变值，直至钢丝拉断，此时力传感器实时数值为零，拉伸试验机停止运转，系统记录最大拉力值，以及应变曲线，上述数据由中央控制器接收存储，并进行后期分析；
力传感器确定拉伸试验结束，控制液压动力装置控制夹头松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤5：对裁剪好的钢丝绳进行弯折检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至弯折机；根据钢丝直径尺寸，手动更换弯折机对应不同曲率半径的夹头；控制夹头装置位置的弹簧装置，使其处于受压状态，机械臂将钢丝运送至压片装置，通过校准传感器校准钢丝位置，控制器发出控制信号控制压片装置夹紧；
同时启动电动装置推动夹头装置内的梯形铁块运动，使两块梯形铁块相互挤压运动使夹头夹紧；当夹头装置夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起，弹簧装置释放，使弹簧对钢丝产生拉力，进行数值检测，弯折机收到校准传感器反馈信号后开始动作，反复弯折180度，直至弯折机停止运转，安装在弯折机的立柱上的红外传感器记录直至钢丝折断时的弯折次数，并将传感器采集数据发送至控制器，对钢丝折断，弹簧复位数据分析；
红外传感器确定拉伸试验结束，压片装置通过小型液压装置松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤6：对裁剪好的钢丝绳进行扭转检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至扭转机；通过校准传感器校准钢丝位置，确保钢丝末端准确的在钳口中央处附近，在扭转试验机钳口处的传感器检测到钢丝被准确放置，产生电信号传送至电脑，电脑发出指令促使钳口夹紧；
当钳口夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起；
然后进入检测程序，扭转检测机开始运转，扭力值检测器持续传输数据，实时监控钢丝受到的扭力数值；
随着实验的进行，钢丝被扭断，传感器数值确定，设置在扭转固定机一旁的红外计数器自动记录扭断时所转过的圈数，留做后期数据处理；
扭力传感器确定扭转实验结束，机械臂准确夹持扭断后的废料，钳口松开，机械臂将废料运送至指定位置扔下废料；
步骤7：对钢丝进行标记；机械臂将裁剪剩余的钢丝依次放到下方的托盘里，每做完一组实验，人工更换托盘，将更换下来托盘里的钢丝依次储存起来，若实验中有偏差较大的数据，根据其标号取出储存的钢丝重新做一次实验；
步骤8：中央控制器开始对上述实验数据进行处理计算；一组完整的钢丝实验进行完毕，中央控制器控制运行预先设定的程序，将实验数据按照国标指定的计算方法进行计算；
中央控制器运行有限元模拟程序，通过ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，输入测量数值，通过拉伸试验中的力值和应变填入拆股钢丝的材料属性，划分六面体网格，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图；
步骤9：将所得实验结果与真实实验结果进行比较：
若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；
若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，则通过标号找到当初预留的同一根拆股钢丝，重新进行上述实验，再次将实验结果与模拟结果进行比较，得出最终检测结果。
本发明与现有技术相比具备的有益效果为：本发明提供的钢丝绳力学性能检测系统可以对钢丝绳的拉、弯、扭操作试验同步进行，通过数字软件采集数据，并与数据库中的国标进行比对，自动生成检测结果，从而实现检测技术全自动化，数据处理一体化的功能；本发明将拆股后的钢丝绳送进料口，到直接出国标报告均无需人工操作，极大节约人力成本；将钢丝绳检测的全部项目拉伸、弯曲、扭转有机组合，检测过程全程自动化；与传统检测方式相比，节约空间、节省成本；本发明提供的检测机具备自动数据处理功能，实现了数据的自动采集与自动分析功能，有效降低测量误差，避免了人为的错误。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本发明检测方法的步骤流程图；
图4为本发明矫直机的结构示意图；
图5为本发明机械臂的结构示意图；
图6为本发明拉伸机的结构示意图；
图7为本发明弯折机的结构示意图；
图8为本发明扭转机的结构示意图；
图中：1为矫直机、2为机械臂、3为拉伸机、4为弯折机、5为扭转机、6为四轴控制器、7为中央控制器；
11为矫直机挡板、12为夹头卡槽、13为测径传感器、14为夹头、15为矫直片、16为矫直片推动装置、17为基座；
21为底座、22为转动盘、23为伸缩柱、24为支撑杆、25为缠线杆、26为铰接装置、27为伸缩梁、28为球体铰接装置、29为裁剪装置、30为夹持装置、31为伸缩杆、32为夹头；
41为力传感器、42为液压动力装置、43为夹头；
51为弹簧装置、52为压片装置、53为小型液压装置、54为固定支撑台、55为夹头装置；
61为扭转机、62为红外计数器、63为扭转固定机、64为卡槽、65为重力砝码、66为电动机。
具体实施方式
如图1至图8所示，本发明一种全自动钢丝绳力学性能检测系统，包括检测机，所述检测机的底部设置有基座，所述基座上设置有矫直机1、所述矫直机1的出料口处设置有机械臂2，所述机械臂2具体为底盘固定的旋转式机械臂，所述机械臂2的活动半径内分别设置有拉伸机3、弯折机4、扭转机5，所述矫直机1、机械臂2、拉伸机3、弯折机4、扭转机5的控制端口通过导线均与四轴控制器6相连；
所述四轴控制器6内部集成有控制电路，所述控制电路上设置的AD转换模块具备6个信号输入端口，6个双向通信端口；
所述矫直机1内部设置有激光测径仪；
所述机械臂2内部设置有压力传感器；
所述拉伸机3内部设置有压力传感器，拉力传感器，位置校准传感器；
所述弯折机4内部设置有压力传感器，红外计数传感器，位置校准传感器；
所述扭转机5内部设置有压力传感器，扭矩传感器，位置校准传感器，红外计数传感器；
所述压力传感器，拉力传感器，扭矩传感器的信号输出端与四轴控制器6的AD转换模块信号输入端口相连；
所述激光测径仪，位置校准传感器，红外计数传感器通过导线分别与四轴控制器6的双向通信端口相连；
所述四轴控制器6的控制端口通过导线与中央控制器7相连。
所述检测机的顶部还设置有玻璃防护盖。
所述中央控制器7还连接有打印机和盖章装置。
一种全自动钢丝绳力学性能检测方法，包括如下步骤：
步骤1：对待检测钢丝绳进行手工拆股、分类、标定号码、确定检测顺序；
步骤2：使用矫直机对钢丝绳进行矫直，在矫直过程中，通过激光测径仪测量钢丝绳直径，测量数据通过导线发送至四轴控制器，所述四轴控制器将数据进行处理后发送至中央控制器；
步骤3：对矫直后的钢丝绳进行裁剪；所述机械臂通过夹头将矫直后的钢丝绳从矫直机的出料口处取出，通过夹持装置和裁剪装置将钢丝绳裁剪出所需长度，然后由机械臂底部圆盘旋转相应角度使机械伸缩臂对准相应检测机，机械臂前段收缩装置和旋转装置配合将钢丝送至检测机位置；在完成三个实验所需长度钢丝裁剪之后，机械臂将剩余钢丝收起存放，以备后续校对的补充监测；
步骤4：对裁剪好的钢丝绳进行拉伸检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至拉伸机；设置在拉伸机立柱上的力传感器检测到钢丝准确放置后，产生电信号，控制夹头上端的液压动力装置动作使夹头夹紧，当夹头的钳口夹紧后，传送反馈信号，控制机械臂夹持装置松开钢丝，机械臂收起，试件安装完成；
拉伸机控制两个夹头将钢丝向两端伸长，此时力传感器实时采集并传输拉力值，应变传感器实时传输应变值，直至钢丝拉断，此时力传感器实时数值为零，拉伸试验机停止运转，系统记录最大拉力值，以及应变曲线，上述数据由中央控制器接收存储，并进行后期分析；
力传感器确定拉伸试验结束，控制液压动力装置控制夹头松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤5：对裁剪好的钢丝绳进行弯折检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至弯折机；根据钢丝直径尺寸，手动更换弯折机对应不同曲率半径的夹头；控制夹头装置位置的弹簧装置，使其处于受压状态，机械臂将钢丝运送至压片装置，通过校准传感器校准钢丝位置，控制器发出控制信号控制压片装置夹紧；
同时启动电动装置推动夹头装置内的梯形铁块运动，使两块梯形铁块相互挤压运动使夹头夹紧；当夹头装置夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起，弹簧装置释放，使弹簧对钢丝产生拉力，进行数值检测，弯折机收到校准传感器反馈信号后开始动作，反复弯折180度，直至弯折机停止运转，安装在弯折机的立柱上的红外传感器记录直至钢丝折断时的弯折次数，并将传感器采集数据发送至控制器，对钢丝折断，弹簧复位数据分析；
红外传感器确定拉伸试验结束，压片装置通过小型液压装置松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤6：对裁剪好的钢丝绳进行扭转检测；通过机械臂裁剪及运输钢丝至扭转机；通过校准传感器校准钢丝位置，确保钢丝末端准确的在钳口中央处附近，在扭转试验机钳口处的传感器检测到钢丝被准确放置，产生电信号传送至电脑，电脑发出指令促使钳口夹紧；
当钳口夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起；
然后进入检测程序，扭转检测机开始运转，扭力值检测器持续传输数据，实时监控钢丝受到的扭力数值；
随着实验的进行，钢丝被扭断，传感器数值确定，设置在扭转固定机一旁的红外计数器自动记录扭断时所转过的圈数，留做后期数据处理；
扭力传感器确定扭转实验结束，机械臂准确夹持扭断后的废料，钳口松开，机械臂将废料运送至指定位置扔下废料；
步骤7：对钢丝进行标记；机械臂将裁剪剩余的钢丝依次放到下方的托盘里，每做完一组实验，人工更换托盘，将更换下来托盘里的钢丝依次储存起来，若实验中有偏差较大的数据，根据其标号取出储存的钢丝重新做一次实验；
步骤8：中央控制器开始对上述实验数据进行处理计算；一组完整的钢丝实验进行完毕，中央控制器控制运行预先设定的程序，将实验数据按照国标指定的计算方法进行计算；
中央控制器运行有限元模拟程序，通过ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，输入测量数值，通过拉伸试验中的力值和应变填入拆股钢丝的材料属性，划分六面体网格，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图；
步骤9：将所得实验结果与真实实验结果进行比较：若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；
若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，则通过标号找到当初预留的同一根拆股钢丝，重新进行上述实验，再次将实验结果与模拟结果进行比较，得出最终检测结果。
本发明使用钢丝绳矫直机，通过设置传感器设备控制拉力大小；为了减少人工操作，采用带剪刀的机械臂直接将钢丝绳分成三段，自动移动至拉、弯、扭各自的工作台；将拉、弯、扭三台检测设备固定在同一固定架上，以减少设备所占空间，设备自带安全防护套，以减少对检测人员的伤害；为了避免人工计数带来的误差，本专利中将设计系统自带的软件，实现数据处理自动化；本发明添加力学有限元计算软件，将检测结果与模拟结果进行比较，确保检测结果的有效性。
本发明应用检测机对钢丝绳进行性能检测，不需区分钢丝绳用途，即能够检测任何用途的钢丝绳，无论是矿用钢丝绳，还是缆车用钢丝绳都可以检测其性能，由于检测系统数据库中储存了不同用途钢丝绳的国家标准和行业标准，可以用于不同钢丝绳的数据分析；相比于传统钢丝绳检测机的检测品种单一性，本专利检测机用途广泛，易推广。
本发明提供的检测机做到了全自动检测，只需要将拆股后的钢丝伸进送料口，就无需人工操作，整个检测过程检测方便；相比于传统钢丝绳检测时繁复的人为操作，本发明节省了大量工作量。
本发明将钢丝绳检测的全部项目包括拉伸、扭转、弯折检测方式集于一身，将三个不同的检测机器完美的集成在一个机架上面，检测人员无需在不停检测机器之间往复，只需在一台检测机面前操作，与传统钢丝绳检测机相比，本发明提供的检测机节省空间，节省成本，更加小型化经济化。
本发明检测机具有自动数据处理功能，无需像传统检测过程那样人工计算数据再去比对国标和检测标准，人工判断是否符合国标，在本专利检测机中数据的计算和处理完全智能化，由系统判断是否符合国标，避免了传统检测过程中可能出现的人为疏忽错误。
本发明通过在检测机中内置ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图；然后将所得实验结果与真实实验结果进行比较，若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，可进行补充实验；添加有限元模拟计算排除失误和误差对结果的影响，消除最终结果统计中的离散项，确保实验的真实有效。
本专利检测机在检测设备上方设置有一层有机玻璃防护盖，既能够起到有效的保护作用，又可以通过透明的有机玻璃观察到整个检测设备工作过程；
相比于传统的检测机，本专利检测机更加注重人员方面的防护，防止钢丝断裂后飞溅伤人，同时还可以近距离观察监视整个检测过程，因此除了应用于钢丝绳检测站，本专利检测机还可以作为教学用具应用于广大的工科院校，可以为教学提供安全的检测环境。
所述检测机另外连接有打印设备和盖章设备，在数据处理过后能够自动生成检测报告，附件中可以附加详细的数据信息，更加完善检测信息的全面性，更加具有便捷性。
本发明首先将手工拆股后的钢丝绳送入进料口，通过配有传感设备的矫直机，将钢丝绳矫直。
采用机械臂(带剪刀)直接将钢丝绳分成三段，自动运输到拉、弯、扭各自的工作台，分别进行检测。
其中，三个工作台分别安装有相应的传感器对待检测的钢丝绳进行精准定位及数据采集。测试完毕后，将以上得到的实验数据自动采集汇总，与国标和行业标准进行对比，打印数据，打印检测报告。
具体的检测仪检测过程包括拆股、矫直、裁剪、检测、数据统计几个步骤；
步骤1：拆股；
将钢丝绳手工拆股、分类、标定号码、确定检测顺序。
步骤2：矫直；
将一根拆股后的钢丝由侧面放入钢丝矫直机，钢丝一头用上端夹头夹住，矫直片(即外侧为不锈钢卡槽，内侧粘有尼龙棒的夹片)两侧测压推动器触发开关，左右两个矫直片同时向中间运动，待矫直片压紧钢丝后，启动总控制开关，系统开始运行，钢丝绳上端夹头在液压控制下，从下往上做匀速运动，拉动钢丝往上运动；在运动过程中，矫直机上端安装有激光测径传感器，用于测量钢丝直径；测得数据传递至电脑中央处理器用于后期材料力学性能计算和有限元模拟计算。待夹头夹住钢丝头上端并向上运动，直至矫直机工作停止。此时钢丝绳的矫直工作完成。
步骤3：裁剪；
矫直工作完成之后，机械臂根据程序原先设定的时间开始工作。当机械臂旋转至正对钢丝的角度时，爪手向前，夹头A夹住钢丝(并依次将钢丝按顺序标号)上端头，收缩杆开始向上旋转至所剪长度的距离，此时夹持装置B夹住钢丝的下端，随后B下面的电动剪将其剪断，A与电动剪的距离即为所需长度，裁剪工作完成。机械臂中A和B同时持剪断后的钢丝绳，由底部圆盘旋转相应角度使机械伸缩臂对准某一实验仪器(如拉伸试验机)，之后机械臂前段收缩装置和旋转装置配合将钢丝送至试验机位置。在完成三个实验所需长度钢丝裁剪之后，机械臂将剩余钢丝收起存放，以备结果校对后补充监测。
步骤4：检测；
4.1、拉伸检测；
机械臂裁剪及运输钢丝至拉伸试验机过程同上。在拉伸试验机立柱上的校准传感器检测到钢丝准确放置后，产生电信号，钳口上端小型液压装置促使钳口夹紧。当钳口夹紧后，传送反馈信号，机械臂夹持器松开，机械臂收起。试件安装完成，下面开始进入检测过程。拉伸试验机开始运转，两个钳口钢丝向两端伸长，拉力传感器实时传输拉力值，应变传感器实时传输应变值，直至钢丝拉断，拉力传感器实时数值为零，拉伸试验机停止运转，系统记录最大拉力值，以及应变曲线，数据由电脑采集，进行后期数据分析。此时，传感器确定拉伸试验结束，启动液压装置，将钳口松开，废料自动掉入废料盒内。
4.2、弯折检测；
机械臂裁剪及运输钢丝至弯折试验机过程同上。首先根据钢丝不同直径，手动更换所对应不同曲率半径的钳口。其次，通过机械装置，压缩上方钳口处的弹簧，使其处于受压状态，机械臂将钢丝运送至上方钳口和下方钳口中央位置附近，通过校准传感器校准钢丝位置，产生电信号传送至电脑，电脑发出指令促使上方钳口夹紧。同时，下方校准传感器产生电信号，自动启动电动装置推动梯形铁块运动，两块梯形铁块相互挤压运动促使下方钳口夹紧。当钳口夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起，松开压住弹簧的机械装置，使弹簧对钢丝产生数值不大的拉力。安装试件完成，下面进入检测过程。弯折试验机收到校准传感器反馈效应后，开始运转，反复弯折180度，直至机器停止运转，安装在弯折机的立柱上的红外传感器记录直至折断时的弯折次数，输送至电脑，进行后期数据钢丝折断，上方弹簧复位，分析。此时红外传感器确定拉伸试验结束，钳口由液压装置松开，将废料自动调入废料盒内。
4.3、扭转检测；
由机械臂夹持其中一段之前已经裁剪完毕的钢丝通过机械臂下方圆盘的扭转、机械臂的横臂伸长、夹持器的扭转等机械运动准确的将材料运送至扭转试验机，通过校准传感器校准钢丝位置，确保钢丝末端准确的在钳口中央处附近，在扭转试验机钳口处的传感器检测到钢丝被准确放置，产生电信号传送至电脑，电脑发出指令促使钳口夹紧。当钳口夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起。开始进入检测程序。扭转检测机开始运转，扭力值检测器持续传输数据，实时监控钢丝所受的扭力。随着实验的进行，钢丝被扭断，传感器数值确定，系统红外传感器自动记录扭断时所转过的圈数，留做后期数据处理；此时通过扭力传感器确定实验结束，机械臂准确夹持扭断后的废料，钳口松开，机械臂将废料运送至指定位置扔下废料。
4.4.标记；
机械臂将裁剪剩余的钢丝依次放到下方的托盘里，每做完一组实验，人工更换托盘，将更换下来托盘里的钢丝依次储存起来，若实验中有偏差较大的数据，可根据其标号取出储存的钢丝重新做一次实验，排除人为操作或机器故障的原因。
当一组完整的钢丝实验进行完毕，电脑控制运行预先设定的程序，将实验数据按照国标指定的计算方法进行计算，得出真实实验结论。
随后电脑自动控制运行有限元模拟程序，通过ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，尺寸处填入测量数值，通过拉伸试验中的力值和应变填入拆股钢丝的材料属性，划分六面体网格，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图。
然后将所得实验结果与真实实验结果进行比较，若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，则通过标号找到当初预留的同一根拆股钢丝，重新进行上述实验，再次将实验结果与模拟结果进行比较，得出最终检测结果。有限元模拟确保实验的真实有效，排除失误和误差对结果的影响，消除最终结果统计中的离散项。
4.5机械臂的运转；
伸缩装置(包括伸缩柱、伸缩梁、伸缩杆)由内附推拉机构，通电实现；
伸缩装置有内部螺线旋转来控制其伸缩，旋转由底部的旋转电机实现，从而实现有电控制伸缩装置的伸缩；
铰接装置的实现由支撑杆的伸缩长度控制；通电输入数据后，伸缩装置达初步位置的定位，之后由铰接装置实现微距离的调整。
5.主控制器工作流程；
所述四轴控制器分别通过6个AD和6个ID传感器控制各个工装，并协调其相互工作。
首先通过激光测径仪，矫直机准确的测量出钢丝绳的直径，矫直工作完成之后，机械臂通过压力传感器及其液压系统完成裁剪工作，并由底部圆盘旋转相应角度使机械伸缩臂对准拉伸、弯折、扭转实验仪器。
6.数据统计及处理；
6.1数据统计分析；
验证全自动钢丝绳力学性能检测仪的可行性和准确性：标准中指出，拆股钢丝的抗拉强度、反复弯曲和扭转值，按钢丝的公称抗拉强度。
实验中取不同材质、并符合检验标准的多个样本，且同一种样本进行了n次实验检验。弯折测验中，中途不得停止，室温条件进行，弯曲速度每秒不应超过1次以防温度升高对实验造成影响，弯折不到180度的不计入弯折次数。
a.检测：
在对同一种样本进行实验检验中，测得钢丝的n个实测直径di(i＝1～n)并取均值
Figure BDA0001918523390000111
做为该样本直径。
(1)拉伸检测中，测得该样本的n个实测破断拉力
Figure BDA0001918523390000112
计算出n个实测抗拉强度
Figure BDA0001918523390000113
之后计算n个的实测抗拉强度
Figure BDA0001918523390000114
与公称抗拉强度σ的差值是否在国标的误差允许范围内，并统计不符合国标的数据所占的比例η且符合标准，验证了钢丝的合格性；剔除不合格数据(n-m)个后，再计算均值
Figure BDA0001918523390000115
且由均值确定该样本的抗拉强度σ、标准偏差
Figure BDA0001918523390000116
s恒接近于0，验证了该样本抗拉强度离散度差，准确性高；相对标准偏差
Figure BDA0001918523390000117
也恒接近于0，验证了该样本抗拉强度的精确性。
(2)弯折检测中，测得该样本的n个弯折次数
Figure BDA0001918523390000118
计算n个弯折次数在其直径和对应公称抗拉强度的范围内是否低于国家标准，并统计不符合国标的数据所占的比例η且符合标准，验证了钢丝的合格性；
之后剔除不在相应标准范围内的(n-m)个数据后，计算均值
Figure BDA0001918523390000119
标准偏差
Figure BDA00019185233900001110
s恒接近于0，验证了该样本弯折次数的离散度差，准确性高；相对标准偏差
Figure BDA00019185233900001111
也恒接近于0，验证了该样本弯折次数的精确性。
(3)扭转测验中，测得该样本的n个扭转圈数
Figure BDA00019185233900001112
理论上，由公式
Figure BDA00019185233900001113
可知
Figure BDA00019185233900001114
再由公式τ＝Gγ,
Figure BDA0001918523390000121
可知
Figure BDA0001918523390000122
其中,E、μ分别为该钢丝的弹性模量和泊松比，可计算得扭转圈数
Figure BDA0001918523390000123
(L为扭转钢丝的长度)。
计算n个扭转圈数在其直径和对应公称抗拉强度的范围内是否低于国家标准，并统计不符合国标的数据所占的比例η且符合标准，验证了钢丝的合格性；之后剔除不在相应标准范围内的(n-m)个数据后，计算均值
Figure BDA0001918523390000124
标准偏差
Figure BDA0001918523390000125
s恒接近于0，验证了该样本扭转圈数的离散度差，准确性高；相对标准偏差
Figure BDA0001918523390000126
也恒接近于0，验证了该样本扭转圈数的精确性。
b.分析及结果：
(1)令钢丝绳的总体相对偏差RSD＝RSD1*RSD2*RSD3在验证了样本符合检验标准的基础上，RSD越接近0，说明该样本对国家标准的偏离程度越小，进而也可进行钢丝间的性能对比。
(2)验证了全自动钢丝绳力学性能检测仪的可行性和准确性。
将以上由传感器采集的钢丝扭转、弯折、拉伸数据传至数据分析系统，通过相应软件自动与国标或行业标准进行比对，进行数据分析，确定钢丝的是否合格，自动生成检测报告，进行打印。
6.2数据处理流程：
a.测量：
1.直径：
已知：选用同一标准的y个样本，钢丝公称直径d，该类钢丝的直径允许偏差δd；
测得：y根钢丝上距离足够的两截面的不同方向测得的直径d1 i、d2 i、d3 i、d4 i(i＝1～y)；每根钢丝的实测直径为
Figure BDA0001918523390000127
计算：
Figure BDA0001918523390000128
统计有x个样本
Figure BDA0001918523390000129
且满足x≤[3％*y]，其余样本
Figure BDA00019185233900001210
b.数据计算：
1.抗拉强度：
已知：该类钢丝的公称抗拉强度σ，
Figure BDA0001918523390000131
测得：y根钢丝的实测最大拉力
Figure BDA0001918523390000132
实测抗拉强度
Figure BDA0001918523390000133
计算：统计有x1个样本
Figure BDA0001918523390000134
其余样本满足
Figure BDA0001918523390000135
2.反复弯曲次数：
已知：国标中该样本的反复弯曲次数c；
测得：y根钢丝的实测反复弯曲次数
Figure BDA0001918523390000136
计算：统计有x2个样本
Figure BDA0001918523390000137
其余样本
Figure BDA0001918523390000138
3.扭转次数：
已知：国标中该样本的扭转次数t；
测得：y根钢丝的实测扭转次数
Figure BDA0001918523390000139
计算：统计有x3个样本
Figure BDA00019185233900001310
其余样本
Figure BDA00019185233900001311
4.打结拉伸：
已知：该类钢丝的公称抗拉强度σ，
Figure BDA00019185233900001312
测得：y根钢丝的打结拉力
Figure BDA00019185233900001313
公称抗拉强度50％的拉力f＝50％*(σ*S)；
计算：统计有x4个样本
Figure BDA00019185233900001314
且(y-x4)≥(95％*y)，其余样本
Figure BDA00019185233900001315
c.数据处理及结果：
1.已知：低值钢丝的允许总数x；
计算：若钢丝的直径大于或等于0.5mm，满足(x1+x2+x3)≤x；且若钢丝的直径小于0.5mm，钢丝的扭转和反复弯曲试验由钢丝打结拉伸试验代替，满足(x1+x4)≤x；
2.结果：该批钢丝合格；如若不满足1中不等式，则该批钢丝不合格；
3.当完成上述计算检测后，通过ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，尺寸处填入测量数值，通过拉伸试验中的力值和应变填入拆股钢丝的材料属性，划分六面体网格，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图。然后将所得实验结果与真实实验结果进行比较，若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，则通过标号找到当初预留的同一根拆股钢丝，重新进行上述实验，再次将实验结果与模拟结果进行比较，得出最终检测结果。有限元模拟确保实验的真实有效，排除失误和误差对结果的影响，消除最终结果统计中的离散项。
本发明从单股钢丝的矫直到生成检测报告，均实现自动化矫直、自动化检测、自动化生成检测报告，与现有仪器相比，本专利更加小型化、经济化，并且最大限度的解放了劳动力。
本专利已将不同用途钢丝绳的国家标准及行业标准存储至数据库中，分析前只需选择钢丝绳的用途，电脑会自动匹配相应的国家标准或行业标准，进行数据分析，并且自动导出检测报告。通过添加有限元模拟软件，模拟检测试验全过程，得出模拟结果，与实验结果进行校对，出现较大偏差可补充实验，消除实验结果中由于失误引起的较大离散值，确保检测实验结果真实有效；由此本专利相比于传统钢丝绳检测机的检测品种单一性，本专利检测机用途广泛，易推广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种全自动钢丝绳力学性能检测系统，其特征在于：包括检测机，所述检测机的底部设置有基座，所述基座上设置有矫直机（1）、所述矫直机（1）的出料口处设置有机械臂（2），所述机械臂（2）具体为底盘固定的旋转式机械臂，所述机械臂（2）的活动半径内分别设置有拉伸机（3）、弯折机（4）、扭转机（5），所述矫直机（1）、机械臂（2）、拉伸机（3）、弯折机（4）、扭转机（5）的控制端口通过导线均与四轴控制器（6）相连；
所述四轴控制器（6）内部集成有控制电路，所述控制电路上设置的AD转换模块具备6个信号输入端口，6个双向通信端口；
所述四轴控制器（6）分别通过6个AD和6个ID传感器控制各个工装，并协调其相互工作；
所述矫直机（1）内部设置有激光测径仪；
所述机械臂（2）内部设置有压力传感器、夹持装置、裁剪装置；
所述拉伸机（3）内部设置有压力传感器，拉力传感器，位置校准传感器；
所述弯折机（4）内部设置有压力传感器，红外计数传感器，位置校准传感器；
所述扭转机（5）内部设置有压力传感器，扭矩传感器，位置校准传感器，红外计数传感器；
所述压力传感器，拉力传感器，扭矩传感器的信号输出端与四轴控制器（6）的AD转换模块信号输入端口相连；
所述激光测径仪，位置校准传感器，红外计数传感器通过导线分别与四轴控制器（6）的双向通信端口相连；
所述四轴控制器（6）的控制端口通过导线与中央控制器（7）相连；
所述中央控制器（7）对实验数据进行处理，运行有限元模拟程序得出模拟实验结论和应力分布云图，对实验结果与真实实验结果进行比较。
2.根据权利要求1所述的一种全自动钢丝绳力学性能检测系统，其特征在于：所述检测机的顶部还设置有玻璃防护盖。
3.根据权利要求2所述的一种全自动钢丝绳力学性能检测系统，其特征在于：所述中央控制器（7）还连接有打印机和盖章装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种全自动钢丝绳力学性能检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：对待检测钢丝绳进行手工拆股、分类、标定号码、确定检测顺序；
步骤2：使用矫直机对钢丝绳进行矫直，在矫直过程中，通过激光测径仪测量钢丝绳直径，测量数据通过导线发送至四轴控制器，所述四轴控制器将数据进行处理后发送至中央控制器；
步骤3：对矫直后的钢丝绳进行裁剪；所述机械臂通过夹头将矫直后的钢丝绳从矫直机的出料口处取出，通过夹持装置和裁剪装置将钢丝绳裁剪出所需长度，然后由机械臂底部圆盘旋转相应角度使机械伸缩臂对准相应检测机，机械臂前段收缩装置和旋转装置配合将钢丝送至检测机位置；在完成三个实验所需长度钢丝裁剪之后，机械臂将剩余钢丝收起存放，以备后续校对的补充监测；
步骤4：对裁剪好的钢丝绳进行拉伸检测；
通过机械臂裁剪及运输钢丝至拉伸机；设置在拉伸机立柱上的力传感器检测到钢丝准确放置后，产生电信号，控制夹头上端的液压动力装置动作使夹头夹紧，当夹头的钳口夹紧后，传送反馈信号，控制机械臂夹持装置松开钢丝，机械臂收起，试件安装完成；
拉伸机控制两个夹头将钢丝向两端伸长，此时力传感器实时采集并传输拉力值，应变传感器实时传输应变值，直至钢丝拉断，此时力传感器实时数值为零，拉伸试验机停止运转，系统记录最大拉力值，以及应变曲线，上述数据由中央控制器接收存储，并进行后期分析；
力传感器确定拉伸试验结束，控制液压动力装置控制夹头松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤5：对裁剪好的钢丝绳进行弯折检测；
通过机械臂裁剪及运输钢丝至弯折机；根据钢丝直径尺寸，手动更换弯折机对应不同曲率半径的夹头；控制夹头装置位置的弹簧装置，使其处于受压状态，机械臂将钢丝运送至压片装置，通过校准传感器校准钢丝位置，控制器发出控制信号控制压片装置夹紧；
同时启动电动装置推动夹头装置内的梯形铁块运动，使两块梯形铁块相互挤压运动使夹头夹紧；当夹头装置夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起，弹簧装置释放，使弹簧对钢丝产生拉力，进行数值检测，弯折机收到校准传感器反馈信号后开始动作，反复弯折180度，直至弯折机停止运转，安装在弯折机的立柱上的红外传感器记录直至钢丝折断时的弯折次数，并将传感器采集数据发送至控制器，对钢丝折断，弹簧复位数据分析；
红外传感器确定拉伸试验结束，压片装置通过小型液压装置松开，使钢丝废料自动掉入废料盒内；
步骤6：对裁剪好的钢丝绳进行扭转检测；
通过机械臂裁剪及运输钢丝至扭转机；通过校准传感器校准钢丝位置，确保钢丝末端准确的在钳口中央处附近，在扭转试验机钳口处的传感器检测到钢丝被准确放置，产生电信号传送至电脑，电脑发出指令促使钳口夹紧；
当钳口夹紧后，传送反馈信号，夹持器松开，机械臂收起；
然后进入检测程序，扭转检测机开始运转，扭力值检测器持续传输数据，实时监控钢丝受到的扭力数值；
随着实验的进行，钢丝被扭断，传感器数值确定，设置在扭转固定机一旁的红外计数器自动记录扭断时所转过的圈数，留做后期数据处理；
扭力传感器确定扭转实验结束，机械臂准确夹持扭断后的废料，钳口松开，机械臂将废料运送至指定位置扔下废料；
步骤7：对钢丝进行标记；
机械臂将裁剪剩余的钢丝依次放到下方的托盘里，每做完一组实验，人工更换托盘，将更换下来托盘里的钢丝依次储存起来，若实验中有偏差较大的数据，根据其标号取出储存的钢丝重新做一次实验；
步骤8：中央控制器开始对上述实验数据进行处理计算；一组完整的钢丝实验进行完毕，中央控制器控制运行预先设定的程序，将实验数据按照国标指定的计算方法进行计算；
中央控制器运行有限元模拟程序，通过ANSYS和ABAQUS有限元模拟软件，建立钢丝有限元模型，输入测量数值，通过拉伸试验中的力值和应变填入拆股钢丝的材料属性，划分六面体网格，根据具体实验条件进行有限元模拟实验，计算得出模拟实验结论和应力分布云图；
步骤9：将所得实验结果与真实实验结果进行比较：
若结果一致，说明试验中没有出现失误造成误差，计算准确无误，实验结果真实有效；
若结果不一致，说明试验结果出现偏差或计算出现失误，则通过标号找到当初预留的同一根拆股钢丝，重新进行上述实验，再次将实验结果与模拟结果进行比较，得出最终检测结果。
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