關于人造石板材荷載變形自動檢測系統的研究*

陳大霖

(福建省產品質量檢驗研究院 福州 350002)

人造石板材是以亞克力或樹脂、天然花崗巖或大理石碎(粉)料、天然石英石(砂、粉)等為主要材料，部分以氫氧化鋁為填料，高分子聚合物、硅酸鹽水泥、兩者混合物為粘合材料，加入有色顏料及其他輔助劑，經攪拌混合、凝結固化等工序復合而成的人造板材。人造石板材主要包括實體面材、人造石英石和人造石崗石等。與天然石材相比，人造石板材不僅具有天然石材的紋理圖案，還具有色彩艷麗、色差小、不褪色、韌性好、吸水率低、耐侵蝕風化、結構致密、堅固耐用、放射性低等優點，已廣泛用于家具臺面、裝飾裝修板材以及制作成其他用途(如門窗套、工藝品、扶手等)，并且隨著生產技術日趨成熟，將逐步替代天然石材、高檔陶瓷、木材、金屬類裝飾材料，成為現代建筑中廣泛推廣的裝飾裝修材料。近年來，人造石行業迅速發展，不少人造石板材商家為了在價格上取得優勢，往往偷工減料不顧質量，造成產品質量參差不齊，導致在使用過程中出現斷裂變形現象，特別是用于櫥柜臺面的人造石板材，經常出現面板變形、開裂或斷裂現象。

1 標準方法研究

為了加強人造石行業相關產品的質量控制和規范企業產品生產行為，更好地保障消費者權益，我國于2013年9月1日頒布實施行業標準JC/T 908-2013《人造石》。該標準對檢驗人造石板材抗變形的一項關鍵指標：荷載變形的試驗方法進行了明確規定。根據JC/T 908-2013《人造石》標準中“附錄B 荷載變形試驗方法”規定試驗方法如下，試驗裝置要求見表1。

表1 試驗裝置要求

(1)試驗方法原理是通過施加荷載，測量板材抗荷載變形的力學特性。(2)測試儀器：①試驗夾具：能提供610 mm×760 mm懸空區域的剛性四點支撐；②加載裝置；③撓度儀：精度0.02 mm；④試樣規格：660 mm×810 mm×厚度，數量：2塊。(3)試驗步驟：①將試樣卡緊在試驗夾具上；②通過直徑200 mm荷載分配盤加載，用厚13 mm泡沫橡膠或其它合適柔軟材料襯墊在荷載分配盤與試樣之間。首先加上預荷載1 330 N并保持2.5 min，此時允許試驗夾具框的初始移動和固定；③除去預荷載(12.5±2.5) min后，用撓度儀測量板中部的初始撓度值l0，重新施加1 330 N荷載1.5 min～2.0 min；④卸載10 min后，再次用撓度儀測量板中部的撓度值l1，測量精確至0.02 mm，Δl=l1-l0即為殘余撓度值；⑤記錄試驗結果。

2 荷載變形檢測系統現狀與研究方向

目前，國內開展人造石板材的檢測機構較少，他們所使用的荷載變形檢測設備，一般都通過較為簡易的檢測工具如百分表、鋼卷尺、配重砝碼、秒表等，檢測設施較為簡易，全為人工手動操作，自動化程度低，這不僅檢測效率低、試驗人員勞動強度大，而且檢測精度不高、可靠性差等缺點。因此，研究出自動化程度高、檢測精度準確的人造石板材荷載變形自動檢測試驗裝置系統，不僅能夠提高檢測效率，減輕試驗人員的勞動強度，而且檢測精度高，能幫助企業提供較為科學、準確地檢驗人造石板材荷載變形性能。該系統以JC/T908-2013《人造石》標準中“附錄B 荷載變形試驗方法”規定試驗方法要求為依據，研制出符合上述試驗方法要求的試驗裝置系統。該裝置系統應具有自動夾緊試件、自動加載或卸載加載力、自動測量人造石板材變形量和自動計算試驗數據的功能，控制精度準確、自動化程度高，能減輕試驗人員勞動強度，提高檢測效率。

(1)自動檢測系統工作原理。試驗開始前，將試件從試件提升籃筐的入口處推入，待試件推入最底端且放穩之后，觸摸屏上點擊試驗開始按鈕。這時，提升氣缸伸出，試件落在支撐點上，提升氣缸繼續伸出，直至壓緊試件。之后進行預加載，荷載氣缸伸出，至加載墊壓到試件中心，壓力傳感器開始讀數，當壓力達到1 330 N的時候，比例調壓閥保持壓力，2.5 min后靜置12.5 min，這時自動讀取撓度計的數值L0。重新施加1 330 N的荷載1.5 min～2.0 min，卸載10 min后，再次自動讀取撓度計的數值L1，測量精確到0.01 mm。實驗結束后，試件隨試件筐復位，PLC自動計算殘余撓度值。

(2)自動檢測系統組成部分。該人造石荷載變形試驗裝置系統，主要由控制系統、工作臺面框架系統、試件壓緊提升系統和變形檢測系統4個系統部分組成。①控制系統。控制系統由系統軟件和控制硬件兩個部分組成。系統軟件采用昆侖通態軟件為開發平臺，主要完成數據采集、參數設置、數據通訊與處理記錄、手動與自動控制，提供良好人機界面，便于操作和觀察等功能。控制硬件主要由觸摸屏、PLC模塊、壓力傳感器、電源及相應的執行機構等組成。此控制系統能保證裝置能實時顯示工作臺壓力大小，控制工作臺精度為±5‰。觸摸屏上可手動加載或手動卸載，完成試件的裝卸。系統采用壓力傳感器將檢測到的實際壓力大小，并進行電信號轉換，與設定值進行對比，通過電信號反饋到電氣比例閥，調節氣動系統壓力，使氣缸輸出壓力與與設定壓力相同，從而實現對壓力值大小的控制，因此壓力數據精度至關重要。利用PLC實現壓力的智能控制，能自動完成數據采集、處理、緩沖、轉換、并進行壓力實施控制，包括各參數數值的修正，并把數據傳輸給觸摸屏，進行動態數據顯示，同時也可以通過觸摸屏設定參數等。②工作臺面框架系統。工作臺面框架系統主要由鋁合金型材框架、開拉門、封板、底板等組成，承載著其他系統和零部件。框架分三層，由兩塊底板、封板等隔離出三個空間，一層、三層為密閉空間，后側帶有開拉門，中間層為開放空間，用于實驗試件的進送與運出。一層前面板上安裝著開關、指示燈、觸摸屏，內部安裝電氣元件及氣管。三層內部安裝氣源件及氣源處理件等。③試件壓緊提升系統。試件壓緊提升系統由氣缸、氣管、調速閥、試件筐、支撐柱等組成。由四個氣缸分別固定在一層與二層之間的鋁合金框架上，氣缸缸桿穿過試件筐，連接頭擰到缸桿的外螺紋上，當氣缸伸出時，連接頭直接頂住人造石板材，板材放置在四個支撐座上，人造石板材被固定。當氣缸回縮的時候，連接頭離開人造石板材，隨著氣缸繼續回縮，連接頭帶動試件筐上升，人造石板材在試件筐的托舉下，離開支撐座，當試件筐內平面高于試件筐旁的輸送裝置上面時，人造石板材試件方可取出。試驗件安裝時，試件筐內平面高于試件筐旁的輸送裝置上面時或者氣缸完全回縮后，方可進行試件輸送安裝。這樣主要是為了保護試件筐底部的千分表，防止試件安裝過程中試件把千分表損壞。④變形檢測系統。人造石板材荷載變形實驗臺主要功能就是人造石板材的變形檢測。由高精度的千分表當做檢測量具，固定于二層三層之間的底板上，通過RS-232數據線連接觸摸屏，在觸摸屏中顯示變形結果。

綜上所述，通過人造石板材荷載變形自動檢測系統的研究，能按照JC/T 908-2013《人造石》標準中“附錄B 荷載變形試驗方法”規定試驗方法要求進行試驗，各項參數指標能符合標準要求，能實現人造石板材荷載變形自動檢測，該裝置系統操作簡便，檢測數據準確、自動化程度高，大大減輕了試驗人員的勞動強度，并提高了檢測效率，具有較高的經濟和社會效益。