CN206930542U - 一种全自动水急冷法抗热震性试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动水急冷法抗热震性试验机，包括试验炉、流动水槽、试样及夹持器、以及移动机构、智能上位机、电控柜，在试验炉上设置有旋转机构，安装试样的夹持器设置在旋转机构上；在试验机上设置有三维景深模组，所述的三维景深模组，设置在试验炉炉口前方的主机架上，其双目轴线与移动机构的水平面为15°～75°，其双目端面与夹持器旋转轴的轴线平行；所述的试验炉、旋转机构和移动机构、三维景深视觉模组、智能上位机，均与电控柜相连，自动输出抗热震性的试验报告。其采用双目立体视觉的三维景深模组加智能上位机的组合代替单一数码成像仪加计算机组合，提高了测试的准确性、测量精度和科学性，实现了全自动。

Description

一种全自动水急冷法抗热震性试验机

技术领域

本实用新型属制品性能测试装置，涉及测定耐火制品抗热震性的试验机，特别是一种全自动水急冷法抗热震性试验机。

背景技术

抗热震性是指耐火制品对温度急剧变化所产生破损的抵抗性能。是耐火制品的力学性能和热学性能在温度变化条件下的综合表现，是其重要的物理性能和使用性能。

我国自上世纪50年代就开始制定耐火材料抗热震性的试验方法标准，数十年来经过多次修订，包括水急冷法、空气急冷法。GB/T30873-2014《耐火材料 抗热震性试验方法》包含4种试验方法，其中方法1（水急冷法-直形砖试样），是将长230㎜×114mm×65（75）mm的直形砖的114mm×65（75）mm试验面50mm端头在加热炉内迅速加热至1100±10℃，保20min，再将其受热端迅速浸入5～35℃、流动的水中，使114mm×65（75）mm试验面浸入水中50mm，并应使流入和流出水槽水的温升不大于10℃，试样在水槽中急剧冷却3min后，再在空气中保持5min。此为，一次急热急冷循环过程，用5mm×5mm的方格网格测试试样端面试验前后端面破损率，如此这般，连续进行，直至达到预期的端面破损率，结束试验。

试样受热端面破损率的计算，用“方格网”直接测量试验前试样受热端面的方格数A₁和试验后未破损部分的方格数A₂，按下式计算试样受热端面破损率：

σ=（A₁-A₂）/A₁×100％

当σ=（50±5）％时，称试样受热端面破损一半。

在急冷过程中，试样受热端面破损一半时，该次急热急冷循环作为有效计算。当σ>55％时，该次无效。

试验报告为：每块试样的抗热震性次数。

现有技术的不足是：

1、GB/T30873-2014，方法1（水急冷法-直形砖试样）试验结果的判定是用基于平面的“方格网”法，测量试样在各个阶段其受热端面破损部分的方格数及其百分比为依据，因此“方格网”在试验过程的测试设备组成链中，就是关键的测量器具。“方格网”是网孔尺寸5mm×5mm的金属网制成，测量时由人工目力计数孔格数。在临界处5mm×5mm网格内破损是不完整的，人工目力估计计数；同时测试时，试样潮热，需要熟练操作者，快速熟练的数格。由于受到测试技术的限制，而不能测试破损面部分的破损深度。

2、试样试验端面的破损，是基于内应力的作用自内而外的破坏。急热时，试样试验端在较低温度下突然进入1100℃的炉膛中，当表面高温向试样试验端面内部快速传递的时候，产生的热应力（或内应力）致使试样试验端内部裂纹扩展或热应力大于试样试验端局部结构强度而导致破损；试样急冷时，也有类似的现象。因制品的材质、制备工艺等的不同，由内而外的表面破损形状有很大的差异，有些是从试验端50mm处，有些不足50mm，全部脱落、有些是从边缘处块状或片状脱落、有些是从角部块状或片状脱落、有些是从114mm×65mm面内部块状或片状脱落，不到5mm×5mm，仅仅只有数平方毫米；更有些制品，仅仅表面薄薄的一层炸裂或脱落，有些是颗粒或基质成小块或片状脱落、┈┈。 显然，现有国家标准，未规定试验端破损深度的这个重要技术指标 。因而，其端面破损仅仅是一个粗劣的泛泛的一个概念，检测人员依据个人的习惯和偏爱取舍，缺乏科学、严谨、公正性。

3、耐火制品在工业炉应用中，由于急热急冷炉体内部耐火材料的破损，脱落，其形状如同上述2。以块状，甚至大块脱落是致命的损坏，但，对于仅仅薄薄的表皮脱落，在一定的程度上，并不影响其使用。现行标准的判定方式，就存在了缺陷。

同样，YB/T 376.3—2004规定的长水口、浸入式水口、塞棒及定径水口在经受急热急冷的温度突变后，通过观察其表面是否出现裂纹来确定耐火制品的抗热震性。所述的“观察”依然是靠人工目力表面观察，肉眼看，就会有误差，费时费力。

现有标准的方法，完全依据“平面破损表征”，并不测试试样受热端面的破损深度，没有反映出破损深度与制品抗热震性的关系。专利CN 203053807 U（申请号201220745119.8）提出了“一种自动判断耐火制品抗热震性的试验机”。包括对试样加热的试验炉、浸泡试样的流动水槽及使试样进出试验炉、流动水槽的试样移动机构，其特征技术为：该试验机设置有数码成像仪，数码成像仪设置在一个暗箱上，其镜头对应试样的受热端面，对应试样的受热端面设置有通过分析软件对摄取的试样受热端面图像信息进行分析、得出受热端面每次试验后的破损率并计算试样抗热震次数的计算机，数码成像仪与计算机相连接，对应试样受热端面设置有一个或一个以上的光源数个光源，光源的光轴与试样受热端面形成的夹角为锐角，光源与试样的受热端面的直线距离不大于3米。

现有技术的不足是：①专利CN 203053807 U虽然用数码成像仪与计算机的组合自动判断试样受热端面的破损率和热震次数，代替了传统的“方格网”人工目测计数法，但是所测试样受热端面的破损，依然只是受热端面的“平面破损表征”，即受热端面上的平面二维（XY）变化，不能测出试样受热端面的破损深度（Z）。就是说不能反映出破损深度（Z）对于制品抗热震性的关系。②因为其数码成像仪的性能要求，确定必须设置在暗箱内，于是又多设置了若干个光源，因而就构成了暗箱、多个光源等的复杂结构，增加了制造成本和运行成本。特别是光源与试样受热端面中心的直线距离可以有近3米，致使暗箱体积相当庞大，制造成本过大；在试样受热端面的正面设置一个数码成像仪，其不足之一在于，试样从急热、急冷、空冷等所处的位置复杂，单一数码成像仪的设置也就复杂而不确定；其二，由于光线、角度、水汽干扰等因素，单一数码成像仪同时对多块试样端面成像，带来的误差较大或图像失真。

专利CN 106153634 A “一种自动测试耐火砖抗热震性的图像采集与处理系统”，虽然设置了彩色高分辨率CCD工业摄像头，但只设置了1个摄像头，也是基于平面网格法的“平面破损表征”。

专利CN 201110125292.8“耐火材料高温抗热震性的测试装置及其使用方法”及专利CN 201010118949.3 “一种耐火材料高温抗热震性的测试装置及其使用方法”均设置了3～6个摄像头，改善了单一摄像头的成像失真和误差，但设置过度，且其试样受热面的测试，仍基于平面网格法的“平面破损表征”。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种全自动水急冷法抗热震性试验机，以克服现有技术只能测出试样受热端面的平面破损表征不能测出破损点深度、而且其设置的暗箱和多个光源或多个摄像头等庞大结构、造成制造成本和运营成本高的缺点。

本实用新型明的目的可以采用以下技术方案来实现：一种全自动水急冷法抗热震性试验机，包括试验炉、流动水槽、试样及夹持器、以及使试样迅速进出试验炉、流动水槽的移动机构、智能上位机、电控柜。其特征是：在试验炉上设置有旋转机构，安装试样的夹持器设置在旋转机构上；在试验机上设置有三维景深模组，所述的三维景深模组，设置在试验炉炉口前方的主机架上，其双目轴线与移动机构的水平面为15°～75°，其双目端面与夹持器旋转轴的轴线平行；在旋转机构的驱动下，携带试样旋转，三维景深模组自动甄别试样试验端面XY向平面形貌和Z向的立体形貌，将其转化为电子信息，输送给智能上位机，计算出试样试验端面经每次急热急冷循环后，其具有一定Z向损失量值的XY向平面的破损面积占其试验前原始XY向平面面积的百分率；所述的试验炉、旋转机构和移动机构、三维景深视觉模组、智能上位机，均与电控柜相连，自动输出抗热震性的试验报告；

本发明的优点：⑴本发明以采用双目立体视觉的三维景深视觉模组加计算机的组合代替单一数码成像仪加计算机组合，不仅可精准地给出试样试验端面上的破损面积（XY方向），特别是给出了破损深度（Z），不仅描述了试样试验端面的表面破损表征，而且更深刻地反映出试样试验端面各破损点的深度，可以更精准地描述出试样受热端面破损深度与试样破损率的关系，更准确地提出耐火制品抗热震性的定义。提高了测试的准确性、测量精度和科学性。⑵采用三维景深视觉模组加计算机的组合，对试样受热端面破损状况（面积与深度，即X-Y-Z三维方向的变化）自动读取、自动记录、损失率自动分析归档、自动打印报告，省时省力；试样的急热、急冷、空置、端面破损状态的测试，试验结果的处理、报告输出与试验过程的实时控制等，实现了全自动。

附图说明

附图1为一种全自动水急冷法抗热震性试验机组成的示意图。

图中：1.加热炉热电偶，2.试验炉，3.耐火炉衬，4.加热元件，5.1 水平状态试样（急热前、急热后），5.2 急热状态试样，5.3 测试状态试样，5.4 急冷状态试样，6.炉门，7.夹持器，8.旋转机构，9.移动机构，10.移动机构驱动器，11.三维景深模组，12.三维模组支架与通讯电缆，13.1互联网络接口，3.2.打印机，14.1智能上位机，14.2上电按钮，15.电控柜，16.主机架，17.冷却水入口，18.流动水槽，19.冷却水出口，20.炉门升降驱动机构，21.夹持器旋转轴，22.试验炉炉膛。

具体实施方式

结合附图1，说明本实用新型的具体实施例。

实施例1.为一种耐火制品水急冷法抗热震性试验机。

本全自动水急冷法抗热震性试验机，包括加热炉热电偶1，试验炉2，耐火炉衬3，加热元件4，水平状态试样（急热前、急热后）5.1，急热状态试样5.2，测试状态试样5.3，急冷状态试样5.4，炉门6，夹持器7，旋转机构8，移动机构9，移动机构驱动器10，三维景深模组11，三维模组支架与通讯电缆12，互联网络接口13.1，打印机3.2，智能上位机4.1，上电按钮14.2，电控柜15，主机架16，冷却水入口17，流动水槽18，冷却水出口19。炉门升降驱动机构20，夹持器旋转轴21，试验炉炉膛22。其操作方法依据GB/T30873-2014。

所述的试样5（包含5.1、5.2、5.3和5.4）固定在夹持器7上，夹持器7后端连接在旋转机构8上，旋转机构8上安装有夹持器旋转轴21，夹持器旋转轴21座与移动机构9联接，移动机构9上安装有移动机构驱动器10。在移动机构驱动器10的驱动下移动机构9带动旋转机构8前后水平移动，旋转机构8带动夹持器7和试样在垂直方向旋转、使试样5.3到与水平呈30°的测试位、到达急热前后的水平状态试样（急热前、急热后）5.1位置、到达急热状态的试验炉中急热状态试样5.2位置、到达急冷状态试样5.4位置。启动电控柜15上的上电按钮14.2，给设备电气系统供电，设备自动到达初始状态。在装样位安装好测试状态试样5.3，三维景深模组11在本实施例1中是试样5.3试验端面的面积和破损深度的测量装置，所述的三维景深模组11，其双目立体视觉配以红外结构光辅助测距，采用能够比传统立体视觉有更多的景深视觉细节；其测量分辨率优于5 mm，测量试样试验端面Z向损失的景深不小于50mm，测量试样试验端面XY向高度和宽度的范围不小于114mm×65mm；其与智能上位机14.1自动甄别试样试验端面形貌和测量面积A₀，在智能上位机14.1上输入试验要求并记录相关信息。智能上位机14.1发出指令，试验炉2加热到试验温度，保持20min，旋转机构8带动夹持器7旋转，到达急热前后的水平状态试样（急热前、急热后）5.1位置；炉门升降驱动机构20带动炉门6，打开炉门6，移动机构9带动夹持器7向试验炉2方向移动，直至急热状态试样5.2进入试验炉2内50mm，保持20min，移动机构9带动夹持器7离开试验炉2，到达水平状态试样（急热前、急热后）5.1位置；旋转机构8带动夹持器7旋转，到达急冷状态试样5.4位置，保持3min，旋转机构8带动夹持器7旋转，通过水平状态试样（急热前、急热后）5.1位置，然后到达测试状态试样5.3，三维景深模组11与智能上位机14.1的双目立体视觉通过自动甄别试样试验端面形貌和测量面积A₂等，往复试验工作，直至结束，打印机13.2打印报告。所述的抗热震性的试验报告，可以是具有一定Z向破损深度z和其破损面积β_（z）≥（50±5）％，以R_（z，50）来表示其抗热震性，也可是以不考虑z值大小，按现有标准报告抗热震性R。例如，报告破损深度z不小于5mm的破损面积β_（5）≥（50±5）％时的抗热震性R_（5，50）。

抗热震性试验的试验报告，本试验中，报告破损深度z不小于5mm的破损面积β_（5）≥（50±5）％时的抗热震性R_（5，50）为：21次。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims (1)

1.一种全自动水急冷法抗热震性试验机，包括试验炉、流动水槽、试样及夹持器、以及使试样迅速进出试验炉、流动水槽的移动机构、智能上位机、电控柜，其特征是：在试验炉上设置有旋转机构，安装试样的夹持器设置在旋转机构上；在试验机上设置有三维景深模组，所述的三维景深模组，设置在试验炉炉口前方的主机架上，其双目轴线与移动机构的水平面为15°～75°，其双目端面与夹持器旋转轴的轴线平行；在旋转机构的驱动下，携带试样旋转，三维景深模组自动甄别试样试验端面XY向平面形貌和Z向的立体形貌，将其转化为电子信息，输送给智能上位机，计算出试样试验端面经每次急热急冷循环后，其具有一定Z向损失量值的XY向平面的破损面积占其试验前原始XY向平面面积的百分率；所述的试验炉、旋转机构和移动机构、三维景深视觉模组、智能上位机，均与电控柜相连，自动输出抗热震性的试验报告。