CN112630096B - 一种体积密度均匀性的检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种体积密度均匀性的检测装置和方法，方法为先取大量预制体，各自求出其体积密度，利用装置加热一定时间后测量出各个预制体表面温度，随后求出体积密度与表面温度的线性方程，随后将被测预制体进行加热，测出其各区域表面温度，代入线性方程，求出各区域体积密度，进而算出被测预制体的体积密度变异系数；装置包括热感应装置、预制体加热箱、石棉网、电加热管、隔热棉、防风外壳、油浴摇床、图像处理装置；本发明实现了不同材质预制体均匀性的快速检测，降低了检测成本，节约了检测的时间；该方法流程短、能耗低、设备简单、成本低、效果好，作业质量高，完全符合预制体均匀性的检测要求。

Description

一种体积密度均匀性的检测装置和方法
技术领域
本发明属于密度检测技术领域，具体涉及一种体积密度均匀性的检测装置和方法。
背景技术
现在测量预制体的体积密度变异系数最常用的方法为称重法，即将预制体均匀的拆分为若干个大小相同的预制体块，并求出各个预制体块的体积密度，随后利用变异系数计算公式求出该预制体的体积密度变异系数，这种方法虽然计算准确，但由于需要破坏预制体的完整性，只能适用于大批量预制体的抽检，不能高效的、快速的检测出每一个预制体的体积密度的变异系数。
发明内容
针对现有的预制体体积密度均匀性的检测检测过程繁琐、耗时耗力、人工成本过高等问题，本发明提出了一种基于预制体导热性的预制体均匀性检测方法及装置，利用预制体的导热性这一特性，且不同体积密度值的预制体的导热性不同这一原理，利用温度传感及图像处理的检测方式，来快速有效且不损害预制体完整性的检测方法及装置
为实现以上目的的技术解决方案如下：
一种体积密度均匀性的检测装置，装置包括热感应装置、图像处理装置、防风外壳、位于所述防风外壳内的加热箱、石棉网、电加热管、油浴摇床；
所述油浴摇床置于电加热管上，所述石棉网位于油浴摇床与电加热管之间，加热箱放置在油浴摇床上并与油浴摇床中的油面接触，热感应装置悬挂于加热箱上，并与图像处理装置相连，以便于采集的温度图像能直接传输到图像处理装置中。
进一步地，还包括隔热棉，所述隔热棉包裹于所述防风外壳的内部表面。
进一步地，所述加热箱不与油浴摇床的底部接触。
一种体积密度均匀性的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1.....，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，测出各个试验件表面的热量云图，若温度较试验件被测前温度有明显的升高，则对温度云图进行采集，若没有明显升高，则继续加热；
步骤3：每个试验件加热相同时间后，且试验件表面温度有明显的升高，采集温度云图并对采集的温度云图进行分析，将采集到的温度云图根据被测试验件的大小进行等分，测量出每块区域的温度值并记录，求出试验件表面温度的平均值，将每个试验件表面平均温度标为T1、T2、T3、.....，根据体积密度A1、B1、C1.....和表面平均温度T1、T2、T3、.....求出试验件体积密度与试验件表面温度的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热相同时间，利用温度采集装置测出其表面温度的温度云图，并根据待测件大小进行等分，测出待测件每块区域的表面温度值t1、t2、t3.....，并将t1、t2、t3.....代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3.....，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3.....代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。
进一步地，所述步骤2和3中的温度有明显的升高指的是温度比家人前升高至少10℃或温度升高至200℃以上。
一种体积密度均匀性的检测方法，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1.....，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，若温度没有升高到背温，则继续加热直至温度升高到背温；
步骤3：将每个试验件划分成大小相同的区域，测出每个试验件不同区域加热到第一背温所需要的时间，求出每个试验件全部区域升温到第一背温所需时间的平均值，假设升温到第一背温所需要的平均时间标为S1、S2、S3、.....，根据体积密度A1、B1、C1.....和平均时间S1、S2、S3、.....求出试验件体积密度与平均时间的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热，并根据待测件大小进行等分，待测件加热到第二背温后，记录待测件每块区域升温到第二背温所需要的时间为s1、s2、s3、.....，并将s1、s2、s3、.....代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3.....，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3.....代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。
进一步地，所述背温为200℃～300℃。
进一步地，所述试验件和待测件为三维预制体。
进一步地，所述三维预制体的成型工艺包括针刺、穿刺、2.5D、3D、正交三向。
进一步地，通过Origin软件求出所述线性方程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可以通过预制体体积密度与表面温度的线性关系快速的求出被测预制体各区域的体积密度，进而快速求出被测预制体的体积密度变异系数，即可获知预制体的体积密度的均匀性；
2、本发明检测装置结构简单、操作简便、测量准确方便，将数据库导入图像处理系统后，无需进行计算即可快速得出预制体的产品质量，能较好的融入产品检测这一环节当中。
附图说明
图1为本发明体积密度均匀性的检测装置的结构示意图。
图中包括热感应装置1，加热箱2，石棉网3，电加热管4，隔热棉5，防风箱6，油浴摇床7、图像处理装置8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
结合图1，一种体积密度均匀性的检测装置，装置包括热感应装置1、图像处理装置8、防风外壳6、位于所述防风外壳6内的加热箱2、石棉网3、电加热管4、油浴摇床7；
所述油浴摇床7置于电加热管4上，所述石棉网3位于油浴摇床7与电加热管4之间，加热箱2放置在油浴摇床7上并与油浴摇床7中的油面接触，热感应装置1悬挂于加热箱2上，并与图像处理装置8相连，以便于采集的温度图像能直接传输到图像处理装置8中。
进一步地，还包括隔热棉5，所述隔热棉5包裹于所述防风外壳6的内部表面。
进一步地，所述加热箱2不与油浴摇床7的底部接触。
一种体积密度均匀性的检测方法，可采用上述装置实现，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1.....，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，测出各个试验件表面的热量云图，若温度较试验件被测前温度有明显的升高，则对温度云图进行采集，若没有明显升高，则继续加热；
步骤3：每个试验件加热相同时间后，且试验件表面温度有明显的升高，采集温度云图并对采集的温度云图进行分析，将采集到的温度云图根据被测试验件的大小进行等分，测量出每块区域的温度值并记录，求出试验件表面温度的平均值，将每个试验件表面平均温度标为T1、T2、T3、.....，根据体积密度A1、B1、C1.....和表面平均温度T1、T2、T3、.....求出试验件体积密度与试验件表面温度的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热相同时间，利用温度采集装置测出其表面温度的温度云图，并根据待测件大小进行等分，测出待测件每块区域的表面温度值t1、t2、t3.....，并将t1、t2、t3.....代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3.....，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3.....代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。变异系数计算公式：变异系数＝标准偏差/平均数。
进一步地，所述步骤2和3中的温度有明显的升高指的是温度比家人前升高至少10℃或温度升高至200℃以上。
一种体积密度均匀性的检测方法，可采用上述装置实现，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1.....，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，若温度没有升高到背温，则继续加热直至温度升高到背温；
步骤3：将每个试验件划分成大小相同的区域，测出每个试验件不同区域加热到第一背温所需要的时间，求出每个试验件全部区域升温到第一背温所需时间的平均值，假设升温到第一背温所需要的平均时间标为S1、S2、S3、.....，根据体积密度A1、B1、C1.....和平均时间S1、S2、S3、.....求出试验件体积密度与平均时间的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热，并根据待测件大小进行等分，待测件加热到第二背温后，记录待测件每块区域升温到第二背温所需要的时间为s1、s2、s3、.....，并将s1、s2、s3、.....代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3.....，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3.....代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。
以下给出两个具体实施例，在实施例中，试验件和待测件为三维预制体，但在其他实施例中，还可以是其它物体如金属、无机非金属等。
实施例1
一种预制体均匀性的检测方法，包括顺序相接的步骤如下：
(1)取一预制体A1，测量出其体积密度，假设其体积密度为0.5g/cm3，同样的，取另一预制体B1，测量出其体积密度为0.6g/cm3，同样的，取相同的预制体C1，测量出体积密度为0.7g/cm3，以此类推，测量出多组织物预制体的体积密度，假设他们的体积密度依次为0.5g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3、1g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3，将这些预制体依次固定放置在预制体加热箱中，预制体一般固定放置在加热箱中心位置，使其受热均匀；
(2)将加热管通电，使其升温，热量经传导传递给标定预制体，等待一段时间后，用温度采集装置对这些预制体表面温度依次进行预采集，测出各个预制体表面的热量云图，若温度较预制体被测前温度有明显升高，则对温度云图进行采集，若没有明显升高，则继续加热；
(3)每个预制体加热3分钟后，预制体表面温度有明显的升高，采集温度云图并对采集的温度云图进行分析，将采集到的温度云图根据被测预制体的大小进行等分，测量出每块区域的温度大小并记录，求出预制体表面温度的平均值，假设预制体表面温度依次为60℃、56℃、53℃、51℃、47℃、43℃、41℃、38℃，将体积密度定为x，表面温度定为y，将体积密度值与表面温度值带入Origin软件中，求出预制体体积密度与预制体表面温度的线性方程为y＝-31.3095x+75.2381；
(4)随后将待测预制体放入预制体加热箱中加热，待加热10分钟后，利用温度采集装置探测其表面温度的温度云图，并根据预制体大小进行等分，假设测出预制体每块区域的表面温度依次为40℃、43℃、45℃、37℃，并将值代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度依次为1.125g/cm3、1.03g/cm3、0.966g/cm3、1.221g/cm3，所以此预制体的平均体积密度为1.0855g/cm3；
(5)将1.125g/cm3、1.03g/cm3、0.966g/cm3、1.221g/cm3代入变异系数的计算公式，从而可以求出此预制体的体积密度变异系数为0.044。
优选地，所述步骤(1)中的被测预制体需要表面平整，不能过于凹凸，影响预制体加热的均匀性。
优选地，步骤(1)中的被测预制体可以是任何形状物体，不限于规则物体。
优选地，步骤(1)中的加热箱大小可调，从而可以固定放置不同大小的预制体。
优选地，步骤(1)所述的加热箱底部不能与油浴摇床底部有直接接触，以防止加热箱底部直接受热从而影响加热的均匀性。
优选地，步骤(1)所述的加热箱固定位置为：加热箱底部刚好与油浴摇床水面接触，以保证加热区域为预制体底部，从而确保检测的准确性。
优选地，步骤(2)中的石棉网3需要有一定的厚度，使加热管4所产生的热量能均匀的传递给油浴摇床，以防止导热不均匀造成油浴摇床中的水某一处过热而爆沸。
优选地，步骤(2)中的油浴摇床需一直处于工作状态，从而保证油浴摇床中油的温度均匀，不会某一处过高影响检测结果。
优选地，步骤(3)的热感应装置精度要求较高，能有效的测量被测预制体不同区域的热量差异；
优选地，步骤(4)所述的图像处理装置，可以将不同纤维制造的预制体的体积密度与表面温度的线性方程，合成为数据库，从而提高了装置的效率。
实施例2
一种预制体均匀性的检测方法，包括顺序相接的步骤如下：
(1)取一预制体A1，测量出其体积密度，假设其体积密度为0.5g/cm3，同样的，取另一预制体B1，测量出其体积密度为6g/cm3，同样的，取相同的预制体C1，测量出体积密度为0.7g/cm3，以此类推，测量出多组预制体的体积密度，假设他们的体积密度依次为0.5g/cm3、0.6g/cm3、0.7g/cm3、0.8g/cm3、0.9g/cm3、1g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3，将这些预制体依次固定放置在预制体加热箱中，预制体一般固定放置在加热箱中心位置，使其受热均匀；
(2)将加热管通电，使其升温，热量经传导传递给标定预制体，等待一段时间后，用温度采集装置对这些预制体表面温度依次进行预采集，若温度没有升高到背温，则继续加热；
(3)将每个预制体划分成大小相同的区域，测出每个预制体不同区域加热到背温所需要的时间，求出每个预制体全部区域升温到背温所需时间的平均数，假设升温到背温所需要的平均时间依次为1200s、1250s、1290s、1340s、1388、1420s、1467s、1510s，将体积密度定为x，升温到背温的平均时间定为y，将体积密度值与平均时间值带入Origin软件中，求出预制体体积密度与平均时间的线性方程为y＝439.6429x+984.42857；
(4)随后将待测预制体放入预制体加热箱中加热，并根据预制体大小进行等分，待预制体加热到背温后，假设测出预制体每块区域升温到背温的时间依次为2000s、2020s、2010s、1900s，并将值代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度依次为2.310g/cm3、2.355g/cm3、2.333g/cm3、2.083g/cm3，所以此预制体的平均体积密度为2.27g/cm3；
(5)将2.310g/cm3、2.355g/cm3、2.333g/cm3、2.083g/cm3代入变异系数的计算公式，从而可以求出此预制体的体积密度变异系数为0.024。
本发明的相关工作原理为：
将被测预制体放入加热箱2，随后将装置通电打开，随后电加热管4开始工作，对石棉网3进行加热并均匀的将热量通过油浴摇床7传递到预制体加热箱2上，从而使预制体加热箱2中的被测预制体升温，随后热感应装置1将整个预制体的热量分布图测出并传输到图像处理装置8中，计算出被测预制体表面温度的变异系数值，随后与图像处理装置8导入的不同预制体体积密度的变异系数值所对应的表面温度变异系数值数据进行比较，所述变异系数值越大说明预制体的体积密度变化波动越大，越小说明体积密度越均匀，从而判断被测预制体质量的好坏。本发明实现了不同材质预制体均匀性的快速检测，降低了检测成本，节约了检测的时间；该方法流程短、能耗低、设备简单、成本低、效果好，作业质量高，完全符合预制体均匀性的检测要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1·····，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，测出各个试验件表面的热量云图，若温度较试验件被测前温度有明显的升高，则对温度云图进行采集，若没有明显升高，则继续加热；
步骤3：每个试验件加热相同时间后，且试验件表面温度有明显的升高，采集温度云图并对采集的温度云图进行分析，将采集到的温度云图根据被测试验件的大小进行等分，测量出每块区域的温度值并记录，求出试验件表面温度的平均值，将每个试验件表面平均温度标为T1、T2、T3、·····，根据体积密度A1、B1、C1·····和表面平均温度T1、T2、T3、·····求出试验件体积密度与试验件表面温度的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热相同时间，利用温度采集装置测出其表面温度的温度云图，并根据待测件大小进行等分，测出待测件每块区域的表面温度值t1、t2、t3·····，并将t1、t2、t3·····代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3·····，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3·····代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。
2.根据权利要求1所述的体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，所述步骤2和3中的温度有明显的升高指的是温度比加热前升高至少10℃或温度升高至200℃以上。
3.一种体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取多个试验件，分别测量出其体积密度，标定其体积密度分别为A1、B1、C1·····，将这些试验件依次放置于加热装置中；
步骤2：通过所述加热装置对这些试验件加热一段时间后，用温度采集装置对这些试验件表面温度依次进行预采集，若温度没有升高到背温，则继续加热直至温度升高到背温；
步骤3：将每个试验件划分成大小相同的区域，测出每个试验件不同区域加热到第一背温所需要的时间，求出每个试验件全部区域升温到第一背温所需时间的平均值，假设升温到第一背温所需要的平均时间标为S1、S2、S3、·····，根据体积密度A1、B1、C1·····和平均时间S1、S2、S3、·····求出试验件体积密度与平均时间的线性方程；
步骤4：将待测件放入所述加热装置中加热，并根据待测件大小进行等分，待测件加热到第二背温后，记录待测件每块区域升温到第二背温所需要的时间为s1、s2、s3、·····，并将s1、s2、s3、·····代入上述线性方程中，求出每块区域体积密度P1、P2、P3·····，从而求出待测件的平均体积密度；
步骤5：将P1、P2、P3·····代入变异系数的计算公式，从而求出此待测件的体积密度变异系数。
4.根据权利要求3所述的体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，所述背温为200℃～300℃。
5.根据权利要求1-3任一项所述的体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，所述试验件和待测件为三维预制体。
6.根据权利要求5所述的体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，所述三维预制体的成型工艺包括针刺、穿刺、2.5D、3D、正交三向。
7.根据权利要求5所述的体积密度均匀性的检测方法，其特征在于，通过Origin软件求出所述线性方程。
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