CN110646510A - 一种敲击法木构件无损检测试验台及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种敲击法木构件无损检测试验台及方法，包括：机架、敲击装置、木构件固定装置与信号采集装置；所述的机架用于支撑固定敲击装置、木构件固定装置与信号采集装置；所述的敲击装置用于实现试验过程中的自动化敲击；所述的木构件固定装置用于完成对不同尺寸的试验对象的夹紧固定；所述的信号采集装置实现试验中两种信号的同步采集；避免了对试验人员感觉与经验在敲击过程中的过度依赖，对木构件进行自动化敲击检测，节省试验时间，同时可以对力学、宏观声学信号进行同步采集，以进行更加可靠的数据处理与分析，为敲击法无损检测的机理研究提供可靠数据采集方式，为智能化敲击装置的研发提供理论支持。

Description

一种敲击法木构件无损检测试验台及方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，涉及一种古建筑木构件敲击法无损检测试验台及方法，完成精准力学特征下木构件无损检测试验及检测信号采集作业。
技术背景
古建筑具有政治、经济与文化发展的重要价值，其中木构件是古建筑中主要承重部件，它是一种有机材料，经历长时间使用后可能会出现孔洞、开裂、腐朽等内部损坏，导致力学性能下降，继续使用会有较大的安全隐患，对其进行合理修缮十分有必要与意义，进行内部缺陷筛查是木构件修缮前的首要工作，而内部缺陷损坏一般不易通过外部观察来对其进行确定，常使用无损检测方法来进行损伤的确定，现阶段古建筑木构件的无损检测方法包括敲击检测法、应力波检测、超声波检测、X射线检测、微钻阻力检测等；其中敲击检测法的操作简便且使用历史最为悠久，属于现场检测中使用最为广泛的无损检测技术，但现阶段，敲击检测法在使用过程中，许多工况参数的控制严重依靠操作者的经验，常常会发生误判、漏判现象，为提高敲击检测法准确性与有效性，对敲击法无损检测进行进一步研究，明晰敲击检测法的检测机理十分有必要，而现阶段对木构件敲击检测的研究较少，缺乏较为科学的试验仪器与设备，因此发明一种可以提供多种敲击参数的试验台及方法对敲击法无损检测的进一步研究十分有必要。
另一方面，在现场进行敲击检测时，多以操作者感官对宏观声音信号进行判断，因此对宏观声音特征的研究具有一定的现实意义，而在现阶段对敲击检测法相关研究中，研究学者多对敲击反馈的力学信号进行研究，尚未发现力学信号与宏观声学信号进行对比的相关研究，因此在敲击法无损检测进一步研究中对力学信号及宏观声学信号进行分析与研究，具有十分重要的科学价值，因此发明一种能够同时采集力学信号及宏观声学信号的无损检测试验台及方法，对明晰敲击法无损检测机理具有重要的科学价值，同时对研发一种可用于现场检测的智能化敲击装置，提高现场检测的准确性与可靠性具有指导意义。
综上，针对现阶段敲击法无损检测研究中存在的问题，发明一种能够提供精准力学特征的敲击试验台及方法，避免对试验人员感觉与经验在敲击试验过程中的过度依赖，同时进行力学信号及声学信号的采集，进行分析与研究，对进一步提高敲击检测法准确性、可靠性及明晰敲击法无损检测的机理具有重要的现实意义与科学价值。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“一种基于频率特征的木材应力波无损检测方法”专利申请号201621060405.5，提供一种基于频率特征的木材无损检测方法，通过该方法可对原木内部进行有无缺陷的预估，但在实际检测过程中，未对脉冲敲击锤的敲击力度进行控制，敲击力度的波动会导致在检测过程中检测效果的不稳定，同时在检测过程中对同一原木需安装多个传感器，操作步骤较为复杂。
发明内容
为了克服以上技术的不足，本发明的目的在于提供一种敲击法木构件无损检测试验台及方法，避免对试验人员感觉与经验在敲击检测过程中的过度依赖，同时进行力学信号及声学信号的采集，对提高敲击检测法准确性、可靠性及敲击法无损检测机理的探究具有重要的现实意义与科学价值。
本发明采用的具体技术方案如下：一种敲击法木构件无损检测试验台及方法，包括：机架、敲击装置、木构件固定装置与信号采集装置。所述的机架用于支撑固定敲击装置、木构件固定装置与信号采集装置；所述的敲击装置包括脉冲敲击头、敲击板、电磁铁、电磁阀、敲击底座等，用于实现试验过程中的自动化敲击；所述的木构件固定装置包括固定支架、丝杠螺母底座等，用于完成对不同外形尺寸试验对象的夹紧固定；所述的信号采集装置包括力学信号采集装置与声学信号采集装置，实现试验中两种信号的同步采集。
所述的机架由敲击装置固定支架、固定装置导轨、敲击装置滑台与相互焊接的方钢组成；所述的固定装置导轨由光杠、丝杠和旋转手柄等组成，通过旋转手柄驱动丝杠带动木构件固定支架移动，实现对木构件的夹紧固定；机架两端安装有敲击装置固定支架，敲击装置固定支架可沿垂直方向上下移动并通过锁紧手柄锁紧，用于完成敲击装置对不同尺寸外形的木构件敲击试验；所述的敲击装置滑台由步进电机、滑轨、滑台等组成；所述的滑轨安装固定于机架上，滑台安装配合于滑轨上，步进电机安装于滑轨一端，用于控制滑台横向移动，以便敲击装置对木构件不同位置进行敲击检测。
所述的木构件固定装置由固定支架、丝杠螺母底座、直线轴承等组成，所述的固定支架上部为夹紧板，通过夹紧板将待测试木构件夹持固定于机架，以进行测试，所述的固定支架下半部分安装有丝杆螺母底座与直线轴承，所述的丝杠螺母轴承与机架上的丝杠相配合通过丝杠的旋转运动来控制木构件固定装置的前后平动，以达到对木构件的固定作用；所述的直线轴承安装于固定支架下端，并与机架的光杠配合，与丝杠螺母轴承运动方向一致，对木构件固定装置起到导向作用。
所述的敲击装置安装于滑台上，可以随步进电机驱动的滑台做平行移动，用于自动进行对木构件不同位置的敲击作业；所述的敲击装置包括脉冲敲击头、敲击板、电磁铁、电磁阀、敲击底座组成，所述的敲击底座安装于机架滑台上，可以随滑台横向移动，在敲击底座上有敲击力调整孔，用于调整电磁铁在垂直方向上的位置，并通过螺母锁止，以得到不同的敲击力；所述的敲击板安装于敲击底座上，敲击板为弹性钢板，可沿敲击底座做挠性弯曲；所述的电磁铁安装于敲击底座上部，位于敲击板正上方，并可以安装在不同敲击力调整孔中，以改变敲击板初始弯曲程度，得到对试验木构件不同的敲击力；所述的电磁阀安装于敲击底座下部，电磁阀顶柱在作业时可以伸出，将敲击板复位至电磁铁处；所述的脉冲敲击头安装于敲击板前端部，用于对试验木构件的敲击，在敲击试验过程中电磁铁可由电源控制，电源接通时，电磁铁具有磁性，对敲击板产生吸引，在电磁铁断电时，敲击板在弹性作用下产生向下的运动，从而驱动脉冲敲击头对待测试木构件进行敲击；敲击结束后电磁铁通电，恢复磁性，同时电磁阀开始作业，电磁阀顶柱驱动敲击板向上运动，具有磁性的电磁铁吸引住敲击板，对木构件一处敲击试验结束，由敲击装置滑台驱动敲击装置做横向移动，进行下一处敲击试验。
所述的信号采集装置包括脉冲力学采集装置与声学信号采集装置，其中脉冲力学采集装置与脉冲敲击头固连，用以对试验过程中的冲击力、敲击时间等进行测量采集，通过声学信号采集装置对试验过程中的敲击声音进行采集。
本发明一种精准力学特征的木材无损检测敲击试验台的使用方法为：
1、试验木构件的安装：敲击试验前，将待测试木构件安装于机架上，并通过旋转夹紧手柄控制夹紧装置移动，将木构件固定在机架上；
2、调整合适的敲击位置：选择木构件的合适敲击位置，调整滑台与敲击装置合适的位置，进行敲击试验；
3、参数初始化：在进行敲击试验时，通过调整电磁铁在敲击底座垂直方向上的位置来调整敲击力的大小，确定敲击力在合适的范围内(100-500N)，在实际敲击试验中，敲击力过小试验效果不明显，试验结果易波动结果不准确，敲击力过大会对木构件造成不可恢复的伤害，故需要将敲击力调整至合适大小；
4、敲击试验：通过控制系统控制电磁铁、电磁阀进行自动化的敲击试验，在一轮敲击结束后，通过步进电机控制敲击装置滑台与敲击装置移动至下一位置，进行下一敲击点的敲击试验，在横向敲击结束后将样件移动到新的位置，进行下一纵向位置的敲击试验，此在过程中通过信号采集装置将试验中的力学信号与声学信号进行采集并储存，以进行相关分析研究。
与现在技术相比，本发明所具有的有益效果：
1、本发明提供一种敲击法木构件无损检测试验台及方法，避免对试验人员感觉与经验在敲击过程中的依赖，为敲击法无损检测的机理研究提供可靠数据的采集方式。
2、本发明提供一种敲击力学试验台及方法，可对木构件进行自动化敲击检测，节省试验时间，同时可以对力学、声学信号进行同步采集，以进行更加可靠的数据处理与分析。
附图说明
图1为一种精准力学特征的木材无损检测敲击试验台的结构图；
图2为敲击装置结构示意图；
图3为机架俯视图；
图中：1、木构件 2、机架 3、光杠 4、丝杠 5、锁紧手柄 6、步进电机 7、滑台 8、敲击装置 9、固定支架 10、敲击力调整孔 11、敲击底座 12、电磁铁 13、敲击板 14、声学信号采集装置 15、脉冲敲击头 16、电磁阀顶柱 17、电磁阀 18、敲击装置固定支架 19、滑轨20、丝杆螺母底座 21、旋转手柄 22、直线轴承 23、丝杠轴承
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。本发明提供一种精准力学特征的木材无损检测敲击试验台，如图1所示，所述的机架(2)用于支撑固定敲击装置(8)、木构件固定装置；所述的敲击装置(8)上安装有脉冲敲击头(15)、电磁铁(12)、电磁阀(17)等组成，用于实现试验过程中的自动化敲击；所述的木构件固定装置由固定支架(9)、丝杠螺母底座(20)组成，用于完成对不同外形尺寸试验对象的夹紧固定，所述的信号采集装置包括力学信号采集装置与声学信号采集装置(14)，实现试验中两种信号的同步采集。
所述的机架由敲击装置固定支架(18)、固定装置导轨、敲击装置滑台(7)与相互焊接的方钢组成；所述的固定装置导轨由光杠(3)、丝杠(4)和旋转手柄(21)等组成，通过旋转手柄(21)驱动丝杠(4)带动木构件固定支架(9)移动，实现对木构件(1)的夹紧固定；机架(2)两端安装有敲击装置固定支架(18)，敲击装置固定支架(18)可沿垂直方向上下移动并通过锁紧手柄(5)锁紧，用于完成敲击装置(8)对不同尺寸外形的木构件(1)敲击试验；所述的敲击装置滑台由步进电机(6)、滑轨(19)、滑台(7)等组成；所述的滑轨(19)安装固定于机架(2)上，滑台(7)安装配合于滑轨(19)上，步进电机(6)安装于滑轨(19)一端，用于控制滑台(7)横向移动，以便敲击装置(8)对木构件(1)不同位置进行敲击检测。
所述的木构件固定装置由固定支架(9)、丝杠螺母底座(20)直线轴承(22)组成，所述的固定支架(9)上部为夹紧板，通过夹紧板将待测试木构件(1)夹持固定于机架(2)上，进行测试，所述的固定支架(9)下半部分安装有丝杆螺母底座(20)与直线轴承(22)，所述的丝杠螺母轴承(20)与机架上的丝杠(4)相配合通过丝杠(4)的旋转运动来控制木构件固定装置的前后平动，以达到对木构件(1)的固定；所述的直线轴承(22)安装于固定支架(9)下端，并与机架(2)的光杠(3)相配合，与丝杠螺母轴承(20)运动方向一致，对木构件固定装置(9)起到导向作用。
所述的敲击装置(8)安装于滑台(7)上，可以随步进电机驱动的滑台(7)做平行移动，用于自动进行对木构件不同位置的敲击作业；所述的敲击装置包括脉冲敲击头(15)、敲击板(13)、电磁铁(12)、电磁阀(17)、敲击底座(11)组成，所述的敲击底座(11)安装于机架(2)滑台(7)上，可以随滑台(7)横向移动，在敲击底座上有敲击力调整孔(10)，用于调整电磁铁(12)在垂直方向上的位置，并通过螺母锁止，以得到不同的敲击力；所述的敲击板(13)安装于敲击底座(11)上，敲击板(13)为弹性钢板，可沿敲击底座(11)做挠性弯曲；所述的电磁铁(12)安装于敲击底座(11)上部，位于敲击板(13)正上方，并可以安装在不同敲击力调整孔(10)中，以改变敲击板(13)初始弯曲程度，得到对试验木构件(1)不同的敲击力；所述的电磁阀(17)安装于敲击底座(11)下部，电磁阀顶柱(16)在作业时可以伸出，将敲击板(13)复位至电磁铁(12)处；所述的脉冲敲击头(15)安装于敲击板(13)前端部，用于对试验木构件(1)的敲击，在敲击试验过程中电磁铁(12)可由电源控制，电源接通时，电磁铁(12)具有磁性，对敲击板(13)产生吸引，在电磁铁(12)断电时，敲击板(13)在自身材料性质作用下产生向下的运动，从而驱动脉冲敲击头(15)对待测试木构件(1)进行敲击；敲击结束后电磁铁(12)通电，恢复磁性，同时电磁阀(17)开始作业，电磁阀顶柱(16)驱动敲击板(13)向上运动，具有磁性的电磁铁(12)吸引住敲击板(13)，对木构件(1)一处敲击试验结束，由敲击装置滑台(7)驱动敲击装置(8)做横向移动，进行下一处敲击试验。
所述的信号采集装置包括脉冲力学采集装置与声学信号采集装置(14)，其中脉冲力学采集装置在脉冲敲击头(15)内，在试验过程中对冲击力、敲击时间等进行测量采集；通过声学信号采集装置(14)对试验过程中的敲击声音进行采集。
本发明的工作过程：
1、试验木构件的安装：敲击试验前，将待测试木构件安装于机架上，并通过旋转夹紧手柄控制夹紧装置移动，将木构件固定在机架上；
2、调整合适的敲击位置：选择木构件的合适敲击位置，调整滑台与敲击装置合适的位置，进行敲击试验；
3、参数初始化：在进行敲击试验时，通过调整电磁铁在敲击底座垂直方向上的位置来调整敲击力的大小，确定敲击力在合适的范围内(100-500N)，在实际敲击试验中，敲击力过小试验效果不明显，试验结果不准确，敲击力过大会对木构件造成不可恢复的伤害，故需要将敲击力调整至合适大小；
4、敲击试验：通过控制系统控制电磁铁、电磁阀进行自动化的敲击试验，在一轮敲击结束后，通过步进电机控制敲击装置滑台与敲击装置移动至下一位置，进行下一敲击点的敲击试验，在横向敲击结束后将样件移动到新的位置，进行下一位置的试验，此在过程中通过信号采集装置将试验中的力学信号与声学信号进行采集并储存。

Claims (2)

1.一种敲击法木构件无损检测试验台，其特征在于包括：机架、敲击装置、木构件固定装置与信号采集装置组成；
所述的机架由敲击装置固定支架、固定装置导轨、敲击装置滑台与相互焊接的方钢组成；所述的固定装置导轨由光杠、丝杠和旋转手柄等组成，通过旋转手柄驱动丝杠带动木构件固定支架移动，实现对木构件的夹紧固定；机架两端安装有敲击装置固定支架，敲击装置固定支架可沿垂直方向上下移动并通过锁紧手柄锁紧，用于完成敲击装置对不同尺寸外形的木构件敲击试验；所述的敲击装置滑台由步进电机、滑轨、滑台等组成；所述的滑轨安装固定于机架上，滑台安装配合于滑轨上，步进电机安装于滑轨一端，用于控制滑台横向移动，以便敲击装置对木构件不同位置进行敲击检测；
所述的木构件固定装置由固定支架、丝杠螺母底座、直线轴承等组成，所述的固定支架上部为夹紧板，通过夹紧板将待测试木构件夹持固定于机架上进行测试，所述的固定支架下半部分安装有丝杆螺母底座与直线轴承等，所述的丝杠螺母轴承与机架上的丝杠相配合通过丝杠的旋转运动来控制木构件固定装置的前后平动，以达到对木构件的固定；所述的直线轴承安装于固定支架下端，并与机架的光杠配合，与丝杠螺母轴承运动方向一致，对木构件固定装置起到导向作用；
所述的敲击装置安装于滑台上，可以随步进电机驱动的滑台做平行移动，用于自动进行对木构件不同位置的敲击作业；所述的敲击装置包括脉冲敲击头、敲击板、电磁铁、电磁阀、敲击底座组成，所述的敲击底座安装于机架滑台上，可以随滑台横向移动，在敲击底座上有敲击力调整孔，用于调整电磁铁在垂直方向上的位置，并通过螺母近似锁止，以得到不同的敲击力；所述的敲击板安装于敲击底座上，敲击板为弹性钢板，可沿敲击底座做挠性弯曲；所述的电磁铁安装于敲击底座上部，位于敲击板正上方，并可以安装在不同敲击力调整孔中，以改变敲击板初始弯曲程度，得到对试验木构件不同的敲击力；所述的电磁阀安装于敲击底座下部，电磁阀顶柱在作业时可以伸出，将敲击板复位至电磁铁处；所述的脉冲敲击头安装于敲击板前端部，用于对试验木构件的敲击，在敲击试验过程中电磁铁可由电源控制，电源接通时，电磁铁具有磁性，对敲击板产生吸引，在电磁铁断电时，敲击板在自身材料性质作用下产生向下的运动，从而驱动脉冲敲击头对待测试木构件进行敲击；敲击结束后电磁铁通电，恢复磁性，同时电磁阀开始作业，电磁阀顶柱驱动敲击板向上运动，具有磁性的电磁铁吸引住敲击板，对木构件一处敲击试验结束，由敲击装置滑台驱动敲击装置做横向移动，进行下一处敲击试验；
所述的信号采集装置包括脉冲力学采集装置与声学信号采集装置，其中脉冲力学采集装置与脉冲敲击头固连，用以对试验过程中的冲击力、敲击时间等进行测量采集，通过声学信号采集装置对试验过程中的敲击声音进行采集。
2.根据权利要求1所述一种敲击法木构件无损检测试验台的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)试验木构件的安装：敲击试验前，将待测试木构件安装于机架上，并通过旋转夹紧手柄控制夹紧装置移动，将木构件固定在机架上；
(2)调整合适的敲击位置：选择木构件的合适敲击位置，调整滑台与敲击装置合适的位置，进行敲击试验；
(3)参数初始化：在进行敲击试验时，通过调整电磁铁在敲击底座垂直方向上的位置来调整敲击力的大小，确定敲击力在合适的范围内(100-500N)，在实际敲击试验中，敲击力过小试验效果不明显，试验结果不准确，敲击力过大会对木构件造成不可恢复的伤害，故需要将敲击力调整至合适大小；
(4)敲击试验：通过控制系统控制电磁铁、电磁阀进行自动化的敲击试验，在一轮敲击结束后，通过步进电机控制敲击装置滑台与敲击装置移动至下一位置，进行下一敲击点的敲击试验，在横向敲击结束后将样件移动到新的位置，进行下一纵向位置的试验，此在过程中通过信号采集装置将试验中的力学信号与声学信号进行采集并储存。
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