CN111468428A - 一种应力波锯材分等装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应力波锯材分等装置及方法，涉及木结构加工技术领域，包括机架、敲击锤装置、挡料装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置、输送装置和工业计算机控制系统，输送装置用于输送锯材，挡料装置包括第一定位传感组件、第二定位传感组件和挡料组件，挡料组件用于挡住输送装置上的锯材，称重装置用于对锯材进行称重，水平定位装置用于驱动锯材贴近接收端装置，敲击锤装置用于敲击锯材的端面使其内部顺纹方向上产生应力波的传播，接收端装置用于测量应力波的传播时间和传播速度的变化。本发明提供的应力波锯材分等装置及方法，能够探查锯材内部的缺陷，安全可靠，适用于生产线上快速检测不同规格尺寸的锯材等级。

Description

一种应力波锯材分等装置及方法

技术领域

本发明涉及木结构加工技术领域，特别是涉及一种应力波锯材分等装置及方法。

背景技术

随着装配式和多高层木结构建筑的应用，胶合木(集成材)、正交胶合木呈现构件规格尺寸大、结构形式多样化的发展趋势。其核心单元材料之一是锯材，锯材是按照木结构建筑设计需求，对锯材截面宽度和高度以设定尺寸加工的规格材，其弹性模量的力学性能直接影响装配式木结构建筑的质量和安全。经过分等后的锯材，可直接应用轻型桁架、墙体等构件，也可通过同等级或异等级组合加工成较大规格尺寸的胶合木(集成材)、正交胶合木构件等，应用于重型梁柱等不同受力形式的建筑结构。

锯材分级方法主要有目测分级、机械应力分级以及两种方法的集成分级。由于早期的木结构生产中没有考虑锯材分级工序，很难在已有生产线中新增加设备，现有力学试验机或分等设备受使用空间的限制，更无法直接增加在生产线上使用。因此这便要求分等设备既要满足生产线的连续加工需求与控制功能，又要具有批量化的分等检测功能，然而目前还没有满足上述诸多需求的分等设备。从实际实施中可以发现，上述缺乏锯材分等分级的做法导致了厂家的木结构建筑构件制造质量无法监控，生产成本居高不下。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种应力波锯材分等装置及方法，能够探查锯材内部的缺陷，安全可靠，适用于生产线上快速检测不同规格尺寸的锯材等级。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种应力波锯材分等装置，包括机架、敲击锤装置、挡料装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置、输送装置和工业计算机控制系统，所述敲击锤装置、所述挡料装置、所述水平定位装置、所述接收端装置、所述称重装置、所述含水率检测装置和所述输送装置均设置于所述机架上，所述挡料装置包括第一定位传感组件、第二定位传感组件和挡料组件，所述水平定位装置和所述接收端装置分别设置于所述输送装置两侧，所述称重装置和挡料组件均设置于所述输送装置下方，所述水平定位装置、所述称重装置和所述接收端装置共线设置，所述挡料组件设置于所述称重装置后端，所述敲击锤装置设置于所述水平定位装置的一侧，所述第一定位传感组件和所述第二定位传感组件分别设置于所述接收端装置的前端和后端，所述含水率检测装置设置于所述输送装置一侧，且所述含水率检测装置位于所述第一定位传感组件和所述接收端装置之间，所述敲击锤装置、所述水平定位装置、所述接收端装置、所述称重装置、所述含水率检测装置、所述输送装置、所述第一定位传感组件、所述第二定位传感组件和所述挡料组件均与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述敲击锤装置包括脉冲敲击锤、旋转气缸和第一支座，所述第一支座固定于所述机架上，所述旋转气缸固定于所述第一支座上，所述脉冲敲击锤与所述旋转气缸连接，所述旋转气缸与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述挡料组件包括两个第一垂直气缸，两个所述第一垂直气缸固定于所述机架上，所述第一垂直气缸与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述第一定位传感组件包括两个第一定位传感器，两个所述第一定位传感器对称设置于所述输送装置前端的两侧，所述第一定位传感器与所述工业计算机控制系统连接；所述第二定位传感组件包括两个第二定位传感器，两个所述第二定位传感器对称设置于所述输送装置后端的两侧，所述第二定位传感器与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述水平定位装置包括导轨、第二支座和水平气缸，所述水平气缸固定于所述第二支座上，所述第二支座安装于所述导轨上，所述导轨固定于所述机架上，所述导轨的延伸方向与所述输送装置的传送方向相垂直，所述水平气缸与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述接收端装置包括第三支座、接收器和定位板，所述第三支座固定于所述机架上，所述接收器固定于所述第三支座上，所述定位板与所述接收器连接，且所述定位板设置于靠近所述输送装置的一侧，所述接收器与与所述工业计算机控制系统连接。

优选地，所述称重装置包括两个称重组件，所述称重组件包括第四支座、第二垂直气缸和称重传感器，所述第四支座固定于所述机架上，所述第二垂直气缸固定于所述第四支座上，所述称重传感器安装于所述第二垂直气缸的顶端，所述第二垂直气缸和所述称重传感器均与所述工业计算机控制系统连接。

本发明还提供一种应力波锯材分等方法，应用所述的应力波锯材分等装置，包括以下步骤：

步骤一、利用所述输送装置将锯材进行横向输送，当所述第一定位传感组件检测到所述锯材通过时将信号发送至所述工业计算机控制系统，随即所述挡料组件动作将所述锯材挡住，同时所述输送装置减速直至停止；

步骤二、随后所述称重装置动作测量所述锯材的重量，所述含水率检测装置同时多点检测所述锯材含水率状况，将所述锯材的重量和含水率数据传送至所述工业计算机控制系统，当所述工业计算机控制系统接收到数据信号后，所述称重装置复位；

步骤三、当称重动作完成后，所述水平定位装置动作将所述锯材推向所述接收端装置，然后所述水平定位装置复位；

步骤四、随即所述敲击锤装置动作敲击所述锯材端面，在所述锯材内部产生应力波，通过所述锯材另一端的所述接收端装置测量应力波的传播时间和传播速度的变化，结合测得的所述锯材的重量和含水率数值，通过所述工业计算机控制系统综合确定所述锯材的弹性模量，根据弹性模量值可将所述锯材划分成若干个强度等级，对于符合强度等级标准的所述锯材直接输出至下一工序，不符合强度等级标准的所述锯材输出用作他用；

步骤五、当所述工业计算机控制系统接收到所述接收端装置的数据信号后，所述挡料组件复位，所述输送装置启动，所述锯材继续输送至下一工序，所述第二定位传感组件检测到所述锯材通过时将信号发送至所述工业计算机控制系统；

步骤六、随即下一个所述锯材重复步骤一至步骤五动作。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的应力波锯材分等装置及方法，利用现有木结构生产线输送装置的结构配置，可方便快速地安装应力波锯材分等设备中各部件，克服了传统力学试验机的结构庞大、功能单一、测试空间有限的不利因素，特别适用于生产线上快速检测不同规格尺寸的锯材等级，提高锯材的综合利用率和木结构建筑安全，降低了生产成本。本发明中采用应力波检测原理，相比于其他无损检测手段，应力波的传播距离远，传播的能量大，抗干扰能力强，不需要任何耦合剂和任何特殊条件，同时应力波无损检测对人体无害，安全可靠，适应于各种环境。同时，应力波检方法不仅能够检测到木材的纹理、节子等表面缺陷，还对内部腐朽、空洞等缺陷十分敏感，当木材内部存在腐朽或是空洞时，应力波在木材内部的传播速度与正常的木材中传播速度差异明显，由此可以探查木材内部的缺陷，确定木材强度，进而对木材进行等级划分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的应力波锯材分等装置的主视图；

图2为本发明提供的应力波锯材分等装置的俯视图。

附图标记说明：1、机架；2、第一支座；3、旋转气缸；4、脉冲敲击锤；5、第一垂直气缸；6、第一定位传感器；7、第二定位传感器；8、第二支座；9、水平气缸；10、第三支座；11、接收器；12、定位板；13、第四支座；14、第二垂直气缸；15、称重传感器；16、含水率检测装置；17、工业计算机控制系统；18、输送装置；19、锯材。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种应力波锯材分等装置及方法，能够探查锯材内部的缺陷，安全可靠，适用于生产线上快速检测不同规格尺寸的锯材等级。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本实施例提供一种应力波锯材分等装置，包括机架1、敲击锤装置、挡料装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置16、输送装置18和工业计算机控制系统17，敲击锤装置、挡料装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置16和输送装置18均设置于机架1上，挡料装置包括第一定位传感组件、第二定位传感组件和挡料组件，水平定位装置和接收端装置分别设置于输送装置18两侧，称重装置和挡料组件均设置于输送装置18下方，水平定位装置、称重装置和接收端装置共线设置，水平定位装置用于驱动锯材19贴近接收端装置，称重装置用于对锯材19进行称重，挡料组件设置于称重装置后端，挡料组件用于挡住输送装置18上的锯材19，敲击锤装置设置于水平定位装置的一侧，敲击锤装置用于敲击锯材19的端面使其内部顺纹方向上产生应力波的传播，接收端装置用于测量应力波的传播时间和传播速度的变化，第一定位传感组件和第二定位传感组件分别设置于接收端装置的前端和后端，第一定位传感组件用于检测锯材19进入检测分等区，第二定位传感组件用于检测锯材19离开检测分等区，含水率检测装置16设置于输送装置18一侧，且含水率检测装置16位于第一定位传感组件和接收端装置之间，含水率检测装置16用于检测锯材19的含水率，敲击锤装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置16、输送装置18、第一定位传感组件、第二定位传感组件和挡料组件均与工业计算机控制系统17连接。

敲击锤装置包括脉冲敲击锤4、旋转气缸3和第一支座2，第一支座2固定于机架1上，旋转气缸3固定于第一支座2上，脉冲敲击锤4与旋转气缸3连接，旋转气缸3与工业计算机控制系统17连接，初始状态下，脉冲敲击锤4与锯材19之间有一定距离，旋转气缸3能够带动脉冲敲击锤4旋转90°来敲击锯材19端面。

挡料组件包括两个第一垂直气缸5，两个第一垂直气缸5固定于机架1上，第一垂直气缸5与工业计算机控制系统17连接，工作时，工业计算机控制系统17能够控制两个第一垂直气缸5伸缩。

第一定位传感组件包括两个第一定位传感器6，两个第一定位传感器6对称设置于输送装置18前端的两侧，第一定位传感器6与工业计算机控制系统17连接，两个第一定位传感组件能够检测锯材19进入检测分等区并将信号传送至工业计算机控制系统17；第二定位传感组件包括两个第二定位传感器7，两个第二定位传感器7对称设置于输送装置18后端的两侧，第二定位传感器7与工业计算机控制系统17连接，两个第二定位传感器7能够检测锯材19离开检测分等区并将信号传送至工业计算机控制系统17。

水平定位装置包括导轨、第二支座8和水平气缸9，水平气缸9固定于第二支座8上，第二支座8安装于导轨上，导轨固定于机架1上，导轨的延伸方向与输送装置18的传送方向相垂直，水平气缸9与工业计算机控制系统17连接，工作时，工业计算机控制系统17能够控制水平气缸9伸缩。由于水平气缸9通过第二支座8滑动安装于导轨上，能够根据实际锯材19的长度进行水平气缸9位置的调整。

接收端装置包括第三支座10、接收器11和定位板12，第三支座10固定于机架1上，接收器11固定于第三支座10上，定位板12与接收器11连接，且定位板12设置于靠近输送装置18的一侧，接收器11与工业计算机控制系统17连接。具体地，定位板12和接收器11处于同一垂直面，在接收器11端安装阻尼器，防止锯材19与接收器11发生碰撞损坏接收器11。

称重装置包括两个称重组件，称重组件包括第四支座13、第二垂直气缸14和称重传感器15，第四支座13固定于机架1上，第二垂直气缸14固定于第四支座13上，称重传感器15安装于第二垂直气缸14的顶端，第二垂直气缸14和称重传感器15均与工业计算机控制系统17连接。具体地，第二垂直气缸14为防扭摆的垂直气缸。

工业计算机控制系统17包括工业控制计算机、显示器和逻辑控制器，显示器与工业控制计算机连接，旋转气缸3、第一垂直气缸5、第一定位传感器6、第二定位传感器7、水平气缸9、接收器11、第二垂直气缸14和称重传感器15的控制端口分别与逻辑控制器上的相应控制端口连接，工业控制计算机的信号传送端口与逻辑控制器上的相应控制端口连接。

本实施例还提供一种应力波锯材分等方法，应用本实施例中的应力波锯材分等装置，包括以下步骤：

步骤一、利用输送装置18将锯材19进行横向输送，横向传送是指锯材19长边与输送装置18的传送方向相垂直，当第一定位传感组件检测到锯材19通过时将信号发送至工业计算机控制系统17，随即挡料组件动作将锯材19挡住，同时输送装置18减速直至停止，具体地，两个第一定位传感器6通过对射检测到锯材19通过时将信号发送至工业计算机控制系统17，随即两个第一垂直气缸5动作伸出将锯材19挡住，随着输送装置18的传动，将锯材19横向靠紧两个第一垂直气缸5端头；

步骤二、随后称重装置动作测量锯材19的重量，具体地，两个第二垂直气缸14带动两个称重传感器15升起，称重传感器15测量锯材19的重量，含水率检测装置16同时多点检测锯材19含水率状况，将锯材19的重量和含水率数据传送至工业计算机控制系统17，当工业计算机控制系统17接收到数据信号后，称重装置复位，具体地，两个第二垂直气缸14带动两个称重传感器15下降进而远离锯材19；

步骤三、当称重动作完成后，水平定位装置动作将锯材19推向接收端装置，然后水平定位装置复位，具体地，水平气缸9动作伸出将锯材19纵向靠紧贴近定位板12，然后水平气缸9动作缩回；

步骤四、随即敲击锤装置动作敲击锯材19端面，具体地，旋转气缸3带动脉冲敲击锤4旋转90°来实现敲击锯材19端面，在锯材19内部产生应力波，通过锯材19另一端的接收器11测量应力波的传播时间和传播速度的变化，结合测得的锯材19的重量和含水率数值，通过工业计算机控制系统17综合确定锯材19的弹性模量，根据弹性模量值可将锯材19划分成若干个强度等级，对于符合强度等级标准的锯材19直接输出至下一工序，不符合强度等级标准的锯材19输出用作他用；

步骤五、当工业计算机控制系统17接收到接收器11的数据信号后，驱动挡料组件复位，即两个所述第一垂直气缸5缩回，输送装置18启动，锯材19继续输送至下一工序，第二定位传感组件检测到锯材19通过时将信号发送至工业计算机控制系统17，具体地，两个第二定位传感器7通过对射检测到锯材19通过时将信号发送至工业计算机控制系统17；

步骤六、随即下一个锯材19重复步骤一至步骤五动作。

本实施例中的应力波锯材分等装置安装在生产线进料的起始端，利用现有木结构生产线输送装置18的结构配置，可方便快速地安装应力波锯材分等设备中各部件，克服了传统力学试验机的结构庞大、功能单一、测试空间有限的不利因素，特别适用于生产线上快速检测不同规格尺寸的锯材19等级，提高锯材19的综合利用率和木结构建筑安全，降低了生产成本。

本实施例中采用应力波检测原理，相比于其他无损检测手段，应力波的传播距离远，传播的能量大，抗干扰能力强，不需要任何耦合剂和任何特殊条件，同时应力波无损检测对人体无害，安全可靠，适应于各种环境。

传统的木材无损检测手段大多是检测木材表面的明显结节子对木材性能的影响，而在木材缺陷检测中，木材内部缺陷往往比外部缺陷更难检测和发现，但对木材质量和力学性能的影响却很大。本实施例中采用的应力波检方法不仅能够检测到木材的纹理、节子等表面缺陷，还对内部腐朽、空洞等缺陷十分敏感，当木材内部存在腐朽或是空洞时，应力波在木材内部的传播速度与正常的木材中传播速度差异明显，由此可以探查木材内部的缺陷，确定木材强度，进而对木材进行等级划分。本实施例中的检测对象针对锯材19，其含水率、内部结构、化学组成等没有明显差异，能够大大降低检测对象内部结构差异带来的影响。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种应力波锯材分等装置，其特征在于，包括机架、敲击锤装置、挡料装置、水平定位装置、接收端装置、称重装置、含水率检测装置、输送装置和工业计算机控制系统，所述敲击锤装置、所述挡料装置、所述水平定位装置、所述接收端装置、所述称重装置、所述含水率检测装置和所述输送装置均设置于所述机架上，所述挡料装置包括第一定位传感组件、第二定位传感组件和挡料组件，所述水平定位装置和所述接收端装置分别设置于所述输送装置两侧，所述称重装置和挡料组件均设置于所述输送装置下方，所述水平定位装置、所述称重装置和所述接收端装置共线设置，所述挡料组件设置于所述称重装置后端，所述敲击锤装置设置于所述水平定位装置的一侧，所述第一定位传感组件和所述第二定位传感组件分别设置于所述接收端装置的前端和后端，所述含水率检测装置设置于所述输送装置一侧，且所述含水率检测装置位于所述第一定位传感组件和所述接收端装置之间，所述敲击锤装置、所述水平定位装置、所述接收端装置、所述称重装置、所述含水率检测装置、所述输送装置、所述第一定位传感组件、所述第二定位传感组件和所述挡料组件均与所述工业计算机控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述敲击锤装置包括脉冲敲击锤、旋转气缸和第一支座，所述第一支座固定于所述机架上，所述旋转气缸固定于所述第一支座上，所述脉冲敲击锤与所述旋转气缸连接，所述旋转气缸与所述工业计算机控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述挡料组件包括两个第一垂直气缸，两个所述第一垂直气缸固定于所述机架上，所述第一垂直气缸与所述工业计算机控制系统连接。

4.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述第一定位传感组件包括两个第一定位传感器，两个所述第一定位传感器对称设置于所述输送装置前端的两侧，所述第一定位传感器与所述工业计算机控制系统连接；所述第二定位传感组件包括两个第二定位传感器，两个所述第二定位传感器对称设置于所述输送装置后端的两侧，所述第二定位传感器与所述工业计算机控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述水平定位装置包括导轨、第二支座和水平气缸，所述水平气缸固定于所述第二支座上，所述第二支座安装于所述导轨上，所述导轨固定于所述机架上，所述导轨的延伸方向与所述输送装置的传送方向相垂直，所述水平气缸与所述工业计算机控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述接收端装置包括第三支座、接收器和定位板，所述第三支座固定于所述机架上，所述接收器固定于所述第三支座上，所述定位板与所述接收器连接，且所述定位板设置于靠近所述输送装置的一侧，所述接收器与与所述工业计算机控制系统连接。

7.根据权利要求1所述的应力波锯材分等装置，其特征在于，所述称重装置包括两个称重组件，所述称重组件包括第四支座、第二垂直气缸和称重传感器，所述第四支座固定于所述机架上，所述第二垂直气缸固定于所述第四支座上，所述称重传感器安装于所述第二垂直气缸的顶端，所述第二垂直气缸和所述称重传感器均与所述工业计算机控制系统连接。

8.一种应力波锯材分等方法，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的应力波锯材分等装置，包括以下步骤：

步骤一、利用所述输送装置将锯材进行横向输送，当所述第一定位传感组件检测到所述锯材通过时将信号发送至所述工业计算机控制系统，随即所述挡料组件动作将所述锯材挡住，同时所述输送装置减速直至停止；

步骤二、随后所述称重装置动作测量所述锯材的重量，所述含水率检测装置同时多点检测所述锯材含水率状况，将所述锯材的重量和含水率数据传送至所述工业计算机控制系统，当所述工业计算机控制系统接收到数据信号后，所述称重装置复位；

步骤三、当称重动作完成后，所述水平定位装置动作将所述锯材推向所述接收端装置，然后所述水平定位装置复位；

步骤四、随即所述敲击锤装置动作敲击所述锯材端面，在所述锯材内部产生应力波，通过所述锯材另一端的所述接收端装置测量应力波的传播时间和传播速度的变化，结合测得的所述锯材的重量和含水率数值，通过所述工业计算机控制系统综合确定所述锯材的弹性模量，根据弹性模量值可将所述锯材划分成若干个强度等级，对于符合强度等级标准的所述锯材直接输出至下一工序，不符合强度等级标准的所述锯材输出用作他用；

步骤五、当所述工业计算机控制系统接收到所述接收端装置的数据信号后，所述挡料组件复位，所述输送装置启动，所述锯材继续输送至下一工序，所述第二定位传感组件检测到所述锯材通过时将信号发送至所述工业计算机控制系统；

步骤六、随即下一个所述锯材重复步骤一至步骤五动作。

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