CN111208201B - 无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质，包括：控制完整的无机非金属板试样进入第一预设位置，对试样进行固定；将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据；根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据。本发明的试样无需切割成小尺寸的试样，也无需损坏，直接对完整的无机非金属进行无损测试，不会对材料本身进行破坏，提高了测得数据的准确性，并且可再利用。

Description

无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及破坏强度检测技术领域，尤其涉及的是无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质。

背景技术

针对无机非金属板状材料破坏强度的表征，目前主要采用破坏性检测手段或方法进行，现有大部分无机非金属板状材料破坏强度测试设备并不适用于大尺寸的试样，只能通过对试样进行加工得到合适尺寸的样品才能进行测试；即，需要将无机非金属板本身进行切割，再对切割出来的小尺寸材料进行测试，这样就造成了大尺寸产品本身被破坏，也就是说，待测样品经破坏性测试后，无法再利用，造成了极大的浪费。另外，这样的有损测试会破坏材料本身的性能，其测试结果与材料本身的性能比较，可能会产生较大的测试误差，从而不能真实的表征材料破坏强度。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质，旨在解决现有技术中的大尺寸无机非金属板在进行破坏强度测试时，会对材料本身进行破坏，无法再利用，测得的数据也存在较大误差的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种无机非金属板破坏强度无损检测方法，其中，包括：

控制完整的无机非金属板试样进入第一预设位置，对试样进行固定；

将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据；

根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据。

进一步地，所述无机非金属板破坏强度无损检测方法还包括：

预先构建基于超声波和回弹双参数的无机非金属板破坏强度无损检测系统；

其中，所述无机非金属板破坏强度无损检测系统包括自动控制测试模块和数据处理模块。

进一步地，所述将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据的步骤具体包括：

将超声测试仪调节至与回弹方向位于同一水平面的位置，开启超声测试，并获取超声测试仪的发射探头和接收探头接收信号瞬间的时间差、波速、波幅数据，并作为超声测试数据进行采集；

将试样调整至与回弹仪的回弹测杆位于同一平面的位置，在试样侧边厚度中点设置若干待测点，回弹仪垂直于试样侧边并对准待测点，对各个测点进行回弹值测试，并采集回弹测试数据；

对试样各侧边上的待测点进行回弹测试。

进一步地，所述根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据的步骤具体为:

自动控制测试模块获得所述超声测试数据和回弹测试数据，录入数据处理模块；

建立数据模型或代入预先建立的数据模型，进行公式和对应量转换，获得试样破坏强度表征数据。

进一步地，试样在测试之前进行预处理，预处理的步骤具体为：

在待测的无机非金属板中选取至少5组不同强度等级的试样，每组强度等级的无机非金属板的试样数量为至少10个；

将选取的试样放置于温度为20℃±2℃、相对湿度为60％±5％的环境中，静置养护48h，待测。

进一步地，对于每个试样的超声测试和回弹测试具体步骤为：

对于每个待测试样，预先选取至少8个测试点，且测试点均匀分布于待测试样的各个面上；

对测试点进行回弹测试得到回弹值R，并测试对应的超声波速度V；

同一测试点测试一次并取测试值，获取各个回弹值R的平均值作为该试样的回弹有效值，以及超声波速度V的平均值作为该试样的超声有效值。

进一步地，所述数据模型为：

S＝A·V^B·R^C

其中，S为破坏强度值，单位为N；A为系数因子，取值范围为e^-200.0～e；B为声波因子，取值范围为0～50.0；C为回弹因子，取值范围为-20.0～20.0；V为超声波速度，单位为m/s；R为回弹值。

进一步地，所述无机非金属板破坏强度无损检测方法还包括：

按照不同强度等级进行测试形成回归分析样本，拟合建立回弹-超声波检测无机非金属板状材料破坏强度的关系曲线；

根据获得的回弹有效值和超声有效值，利用建立的数据模型计算分析获得破坏强度值S；

获得每组每个试样的破坏强度值S的有效数值，取算术平均值作为该组试样的破坏强度代表值S’。

本发明还提供了一种装置，其中，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的无机非金属板破坏强度无损检测程序，所述无机非金属板破坏强度无损检测程序被所述处理器执行时实现如上所述的无机非金属板破坏强度无损检测方法的步骤。

本发明还提供了一种存储介质，其中，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的无机非金属板破坏强度无损检测方法。

本发明所提供的无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质，包括：控制完整的无机非金属板试样进入第一预设位置，对试样进行固定；将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据；根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据。本发明的试样无需切割成小尺寸的试样，也无需损坏，直接对完整的无机非金属进行无损测试，不会对材料本身进行破坏，提高了测得数据的准确性，并且可再利用。

附图说明

图1是本发明中无机非金属板破坏强度无损检测方法的较佳实施例的流程图。

图2是本发明中无机非金属板破坏强度无损检测方法的较佳实施例中回弹测试示意图。

图3是本发明中无机非金属板破坏强度无损检测方法的较佳实施例中超声测试示意图。

图4是本发明中装置的较佳实施例的功能原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对无机非金属板状材料破坏强度的表征，目前主要采用破坏性检测手段或方法进行，国内外还没有广泛接受的无损检测方法来表征其破坏性强度。而针对尺寸超过1200mm×1200mm的无机非金属板状材料，现有检测方法在实际操作过程中存在以下几方面的问题：

(1)现有大部分无机非金属板状材料破坏强度测试设备并不适用于大尺寸的试样，只能通过对试样进行加工得到合适尺寸的样品才能进行测试；而针对一些超高强度的新型无机非金属板状材料，受检测设备自身能力的限制，即使采用破坏性方法进行试验，也无法准确表征其强度。

(2)传统检测强度的破坏性试验，通过采用随机抽样、系统性抽样等类型的抽样方法选取样品进行检测，其测试数据用作代表批量材料的真实强度指标，存在一定的概率或误差。

(3)现有大部分测试设备并不适用于大尺寸(如上表面面积≥1.62㎡的陶瓷板)的板材，其测试破坏强度按照GB/T23266-2009《陶瓷板》中规定的要求，沿用传统陶瓷砖的测试标准进行测试，即从大板中进行切割加工至合适尺寸的样品进行测试，这样测试结果的精确度受制样水平的影响较大，且会破坏材料本身的性能，其测试结果与材料本身的性能比较，可能会产生较大的测试误差，从而不能真实的表征材料破坏强度。

(4)待测样品经破坏性测试后，无法再利用，造成了极大的浪费。对于大尺寸无机非金属板状材料，将会产生更大的浪费。

本发明则提供一种无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质。采用超声波回弹法对无机非金属板的破坏强度进行检测，建立超声波回弹双参数与非金属材料破坏强度的无损检测模型，并且解决了以下问题：第一、解决了传统的无机非金属板在进行破坏性的强度测试后，材料将无法继续使用成为废弃物，造成了资源浪费、环境污染以及经济损失问题。第二、传统的无机非金属板进行强度测试时，在产品尺寸不规则的情况下，需制作规定尺寸要求的标准测试样品。本发明解决整个检测过程繁琐、检测周期长的问题，并且避免加工处理的试样不规范而产生影响。第三、本发明所采用的无损测试方法，可扩大样品容量甚至进行100％抽检，解决由于抽检数量少，试样对于产品整体性能代表性不足的问题，更可实现产品已投入使用后进行测试。

本发明的方法在不破坏材料原有特性的情况下可以实现对材料破坏强度的直接检测，既保证了检测结果的准确性，又保证了被检材料可以正常使用。该方法对无机非金属板状材料在生产过程中的质量控制、使用过程中材料的选择和质量监控，都具有积极的促进作用，同时对推动行业技术进步具有积极的意义。

请参阅图1，图1是本发明所提供的一种无机非金属板破坏强度无损检测方法的流程图，所述无机非金属板破坏强度无损检测方法包括：

S100、控制完整的无机非金属板试样进入第一预设位置，对试样进行固定。

在一种实现方式中，所述步骤S100之前还包括：

S10、预先构建基于超声波和回弹双参数的无机非金属板破坏强度无损检测系统；

其中，所述无机非金属板破坏强度无损检测系统包括自动控制测试模块和数据处理模块。

具体的，本发明首先构建超声波基于超声波和回弹双参数的无机非金属板破坏强度无损检测系统。该系统包括：自动测试模块和数据处理模块。所述自动测试模块又包括：样品安装单元和测试单元。

本发明的试样无需切割成小尺寸的试样，也无需损坏，直接对完整的无机非金属进行无损测试。开始测试时，首先控制完整的无机非金属板试样进入样品安装单元中，样品安装单元中设置有用于固定试样的第一预设位置。

S200、将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据。

在一种实现方式中，所述步骤S200具体包括：

S210、将超声测试仪调节至与回弹方向位于同一水平面的位置，开启超声测试，并获取超声测试仪的发射探头和接收探头接收信号瞬间的时间差、波速、波幅数据，并作为超声测试数据进行采集；

S220、将试样调整至与回弹仪的回弹测杆位于同一平面的位置，在试样侧边厚度中点设置若干待测点，回弹仪垂直于试样侧边并对准待测点，对各个测点进行回弹值测试，并采集回弹测试数据；

S230、对试样各侧边上的待测点进行回弹测试。

具体的，如图2和图3所示，试样10固定在第一预设位置，图2中的D为回弹值待测点，箭头方向代表回弹值测试方向；图3中超声测试仪的发射探头1和接收探头2的位置相对设置。步骤a、试样固定好后，超声测试仪同时进行相应的自动调整，使得回弹方向与传感器位于同一平面。步骤b、将发射探头和接收探头分别接入超声测试仪的两端，可获得两传感器接收信号瞬间的时间差、波速、波幅等数据，即为超声测试数据，超声波测试完毕。步骤c、试样位置进行相应调整，使之调至于与回弹测杆处于同一平面。回弹测试的测试点为试样侧边厚度方向中点，两测点间隔应至少在20mm以上，设置好测试点后，回弹仪自动进行调整并垂直对准试样待测点，对各个测试点进行回弹值测试，获得该侧边回弹值参数，即为回弹测试数据。步骤d、重复步骤c，可对试样各侧边进行测试，获得该试样更多回弹值数据，有利于进一步提供检测准确性。

S300、根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据。

在一种实现方式中，所述步骤S300具体包括：

S310、自动控制测试模块获得所述超声测试数据和回弹测试数据，录入数据处理模块；

S320、建立数据模型或代入预先建立的数据模型，进行公式和对应量转换，获得试样破坏强度表征数据。

具体的，自动控制测试模块获得无机非金属板试样的回弹值和超声波速度参数录入数据处理模块，可用于建立数据模型或代入已有的数据模型，进行公式和对应量转换，最终获得试样破坏强度表征数据。

在一种实现方式中，试样在测试之前进行预处理，预处理的步骤具体为：

A1、在待测的无机非金属板中选取至少5组不同强度等级的试样，每组强度等级的无机非金属板的试样数量为至少10个；

A2、将选取的试样放置于温度为20℃±2℃、相对湿度为60％±5％的环境中，静置养护48h，待测。

具体的，针对待测的无机非金属板的材料样品，分别选取5组及以上强度等级的该种材料作为测试样品，且每一组强度等级的测试样品数量必须为10个及以上，并放置于温度20℃±2℃、相对湿度60％±5％的环境中，静置养护48h，待测。

测试样品(试样)达到养护周期后，利用构建的破坏强度无损检测系统对其进行回弹值R和超声波速度V的测试，每一次测试获得回弹值R和对应的超声波速度V。

具体的，对于每个试样的超声测试和回弹测试具体步骤为：

B1、对于每个待测试样，预先选取至少8个测试点，且测试点均匀分布于待测试样的各个面上；

B2、对测试点进行回弹测试得到回弹值R，并测试对应的超声波速度V；

B3、同一测试点测试一次并取测试值，获取各个回弹值R的平均值作为该试样的回弹有效值，以及超声波速度V的平均值作为该试样的超声有效值。

具体的，针对每一个材料样品测试，其测试点应不小于8个，且测试点均匀分布于待测材料的各个面上，同一回弹值测试点只测一次并取值，根据所得到回弹值R和对应超声波速度V，计算平均值作为本样品测试的有效数值，即回弹有效值和超声有效值。

针对每一组材料取试样5件，均按步骤B1、B2、B3的过程进行测试，获得该组试样相应的回弹值R和超声波速度V的有效值，即得该组无机非金属板、对应强度等级的某一个待测样品的破坏强度。

进一步地，按照以上测试步骤选取不同强度等级的无机非金属板进行测试，建立该种无机非金属材料的无损检测数学模型；对试样进行测试，获得破坏强度S、回弹值R和超声波速度V的有效值，通过统计分析建立数学模型。

在一种实现方式中，所述数据模型为：

S＝A·V^B·R^C

其中，S为破坏强度值，单位为N；A为系数因子，取值范围为e^-200.0～e；B为声波因子，取值范围为0～50.0；C为回弹因子，取值范围为-20.0～20.0；V为超声波速度，单位为m/s；R为回弹值。

在一种实现方式中，所述无机非金属板破坏强度无损检测方法还包括：

C1、按照不同强度等级进行测试形成回归分析样本，拟合建立回弹-超声波检测无机非金属板状材料破坏强度的关系曲线；

C2、根据获得的回弹有效值和超声有效值，利用建立的数据模型计算分析获得破坏强度值S；

C3、获得每组每个试样的破坏强度值S的有效数值，取算术平均值作为该组试样的破坏强度代表值S’。

具体的，针对不同无机非金属板状材料，按照不同强度等级进行测试形成回归分析样本，拟合建立回弹-超声波检测无机非金属板状材料破坏强度的关系曲线。然后进行数据处理：a、测试过程中获得各测点回弹值R和超声波传播速度V的有效值，分别以平均值作为该试样回弹值和超声波速度值，利用回归方程计算分析获得破坏强度值S；b、获得该组每块试样破坏强度值S的有效数值，取算术平均值作为该组试样的破坏强度代表值S’。

可知，本发明具有以下优点：第一、可在不破坏无机非金属板状材料原有材质和形状的情况下，对其强度进行检测。第二、本发明既不破坏材料的原有特性，还能够在短时间内获得结果，以便相关人员进行判断，有利于生产的连续性，提高了生产效率；也可以使得材料在使用的过程中，更好的做到“物尽其用”，降低了使用风险，减少了资源浪费。第三、本发明可在材料使用过程中进行测试，评价材料在使用过程中是否出现损坏或者强度下降等情况，对材料使用过程中的安全状况提供有效的评价参考。

下面列举一种实施例，测试步骤如下：

a、取破坏强度范围约在1500N～2500N，规格型号同为800mm×800mm的陶瓷砖样品一批；

b、利用构建的无机非金属板状材料无损检测系统，按照上述测试方法进行测试，获得回弹值R、超声波速度V的有效值，具体测试步骤为：

①陶瓷砖试样进入样品安装单元，试样进行固定并将超声测试仪调节到适当位置；

②发射探头1和接收探头2分别接入超声测试仪两端，可获得两传感器接收信号瞬间的时间差、波速、波幅等数据，超声波测试完毕；

③试样位置进行相应调整，调至与回弹测杆处于同一平面。回弹测点为试样侧边厚度方向中点，两测点间隔应至少在20mm以上，设置好测点后，回弹仪自动进行调整并垂直对准试样待测点，对各个待测点进行回弹值测试，获得该侧边回弹值参数；

④测试完的陶瓷砖按照标准试验方法GB/T3810.4《陶瓷砖试验方法第4部分：断裂模数和破坏强度的测定》进行破坏强度性能的测试，获得其破坏强度S有效值，每组陶瓷砖回弹值R、超声波速度V和破坏强度S对应测试数据如表1所示。

表1陶瓷砖回弹值、超声波速度和破坏强度测试结果

对陶瓷砖回弹值、超声波速度、和破坏强度的拟合关系方程为：

S＝e^-187.839V^29.389×R^-15.126

式中：

S—破坏强度，N

V—超声波速度，m/s

R—回弹值

通过数据处理分析，A＝e^-187.839，B＝29.389，C＝-15.126，方程为S＝e^-187.839V^29.389×R^-15.126。

根据上述测试步骤，随机另取其他批次尺寸800mm×800mm陶瓷砖进行试验验证，通过利用回弹值和超声波速度计算获得的破坏强度推断值和实测值进行对比，验证该测试方法和拟合方程的可靠性，测试结果对比如表2所示：

表2验证试验测试结果

经验证，陶瓷砖样品实测值与推断值相比，误差最大的为5.76％，误差较小。

根据上述测试步骤，随机另取其他批次尺寸600mm×600mm陶瓷砖进行试验验证，通过利用回弹值和超声波速度计算获得的破坏强度推断值和实测值进行对比，测试结果对比如表3所示：

表3验证试验测试结果

经验证，该陶瓷砖样品实测值与推断值相比，误差最大的为2.42％，误差较小。

请参阅图4，本发明还提供了一种装置，其中，包括存储器20、处理器10及存储在所述存储器20上并可在所述处理器10上运行的无机非金属板破坏强度无损检测程序，所述无机非金属板破坏强度无损检测程序被所述处理器执行时实现如上所述的无机非金属板破坏强度无损检测方法的步骤；具体如上所述。

本发明还提供了一种存储介质，其中，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如上所述的无机非金属板破坏强度无损检测方法；具体如上所述。

综上所述，本发明公开的无机非金属板破坏强度无损检测方法、装置及存储介质，通过建立无机非金属板状材料回弹值、超声波速度与破坏强度的关系公式及曲线，利用回弹值和超声波速度计算推断出无机非金属板状材料破坏强度；为进一步获得更高精度和相关性，还可按照本发明步骤扩大试样样品容量自行得出相关公式。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种陶瓷板破坏强度无损检测方法，其特征在于，包括：

控制完整的陶瓷板试样进入第一预设位置，对试样进行固定；

将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据；

根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据；

试样在测试之前进行预处理，预处理的步骤具体为：

在待测的陶瓷板中选取至少5组不同强度等级的试样，每组强度等级的陶瓷板的试样数量为至少10个；

将选取的试样放置于温度为20℃±2℃、相对湿度为60%±5%的环境中，静置养护48h，待测；

所述陶瓷板破坏强度无损检测方法还包括：

预先构建基于超声波和回弹双参数的陶瓷板破坏强度无损检测系统；

其中，所述陶瓷板破坏强度无损检测系统包括自动控制测试模块和数据处理模块；

所述自动控制测试模块包括样品安装单元和测试单元；

所述样品安装单元中设置有用于固定所述试样的所述第一预设位置；

所述超声测试仪的发射探头和接收探头的位置相对设置，所述试样固定后，超声测试仪同时进行相应的自动调整，使得回弹方向与所述超声测试仪位于同一平面；

对于每个试样的超声测试和回弹测试具体步骤为：

对于每个待测试样，预先选取至少8个测试点，且测试点均匀分布于待测试样的各个面上；

对测试点进行回弹测试得到回弹值R，并测试对应的超声波速度V；

同一测试点测试一次并取测试值，获取各个测试点的回弹值R的平均值作为该试样的回弹有效值，以及超声波速度V的平均值作为该试样的超声有效值；

所述数据模型为：

S=A·V^B·R^C

其中，S为破坏强度值，单位为N；A为系数因子，取值范围为e^-200.0～e；B为声波因子，取值范围为0～50.0；C为回弹因子，取值范围为-20.0～20.0；V为超声波速度，单位为m/s；R为回弹值；

所述将超声测试仪调节至指定位置，对试样进行超声测试，将试样调整至第二预设位置，对试样进行回弹测试，同时采集超声测试数据和回弹测试数据的步骤具体包括：

将超声测试仪调节至与回弹方向位于同一水平面的位置，开启超声测试，并获取超声测试仪的发射探头和接收探头接收信号瞬间的时间差、波速、波幅数据，并作为超声测试数据进行采集；

将试样调整至与回弹仪的回弹测杆位于同一平面的位置，在试样侧边厚度中点设置若干待测点，回弹仪垂直于试样侧边并对准待测点，对各个测点进行回弹值测试，并采集回弹测试数据；

对试样各侧边上的待测点进行回弹测试；

所述根据所述超声测试数据和回弹测试数据建立数据模型或代入预先建立的数据模型，获得试样的破坏强度表征数据的步骤具体为:

自动控制测试模块获得所述超声测试数据和回弹测试数据，录入数据处理模块；

建立数据模型或代入预先建立的数据模型，进行公式和对应量转换，获得试样破坏强度表征数据；

所述陶瓷板破坏强度无损检测方法还包括：

按照不同强度等级进行测试形成回归分析样本，拟合建立回弹-超声波检测陶瓷板状材料破坏强度的关系曲线；

根据获得的回弹有效值和超声有效值，利用建立的数据模型计算分析获得破坏强度值S；

获得每组每个试样的破坏强度值S的有效数值，取算术平均值作为该组试样的破坏强度代表值S’；

所述根据获得的回弹有效值和超声有效值，利用建立的数据模型计算分析获得破坏强度值S，包括：

获得各测点回弹值R和超声波传播速度V的有效值，分别以平均值作为该试样的回弹有效值和超声有效值，利用回归方程计算分析获得所述破坏强度值S。

2.一种陶瓷板破坏强度无损检测装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的陶瓷板破坏强度无损检测程序，所述陶瓷板破坏强度无损检测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的陶瓷板破坏强度无损检测方法的步骤。

3.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以用于实现如权利要求1所述的陶瓷板破坏强度无损检测方法。

Images