樂金濤老師

樂金濤，1983年開始在寶鋼集團從事金屬材料力學性能檢測工作，目前還兼任中國儀器儀表學會試驗機分會副秘書長、廣東省金屬學會理化檢驗專業委員會副主任委員、全國冶金物理測試網力學與試樣加工技術委員會副主任委員、全國鋼標準化技術委員會力學及工藝性能試驗分技術委員會顧問、《理化檢驗-物理分冊》副主編、中國國際招標網機電產品評標專家等。

近日，儀器信息網有幸采訪了樂金濤老師，請他談一談國內全自動拉伸試驗機技術的發展、挑戰與前景。 
 
儀器信息網：請問，為什么要研發全自動拉伸試驗機技術？

樂金濤老師：三年疫情給智慧制造的發展帶來非常有利的機遇，如何讓試驗室利用先進技術提高自動化檢測和抗風險的能力，在特殊情況下也可以穩定、高質量、無人值守的開展檢測工作，是業內同行普遍關心問題。為了保證測試結果精準、可重復、可追溯，提高勞動生產率，利用信息化、自動化、智能化等技術建設一個可以實現整個試驗過程無人值守、無人干預的鋼鐵材料力學性能檢測全自動試驗室，已經成為這個領域的發展方向。 

隨著工業發展至4.0時代，制造業逐漸步入智能化、數字化時代，對于鋼鐵材料生產企業，質量檢測環節中的材料拉伸試驗也向半自動化、全自動化快速發展。

 

全自動電子拉伸試驗機（薄板材料）

近年來，國內鋼鐵企業檢測系統已經在許多領域實現了全流程的自動化檢測。國內一些大型鋼鐵企業的力學試驗室，依靠多套全自動拉伸試驗機一天可以輕松地完成1000多件拉伸試樣的自動檢測。                                   

材料試驗機如實現了自動化智能化后，可以實現試驗室裝備水平的大幅度提升；減少人為因素影響，提高檢測精度，確保試驗數據準確性；縮短檢驗周期；提高勞動生產率等。

儀器信息網：要建設好一個自動化檢測試驗室，需具備哪些條件和掌握哪些關鍵技術？

樂金濤老師：要建設好一個自動化力學性能檢測試驗室，必須要了解試驗室的工藝流程、特點，掌握當前拉伸試驗機和自動化、智能化等最新技術的發展狀況。

1. 鋼鐵企業成品力學性能檢驗特點和對設備配置的要求

1) 檢驗量大，設備要耐用；

2) 產品規格相對集中、檢驗項目相對簡單，設備要專業化配置；

3) 檢驗周期緊，試樣來樣量不均勻，設備配置要有一定的富余量；

4) 對檢驗的精度要求相對較低，主要判斷產品是否合格。

2. 建設自動化力學檢測試驗室的關鍵技術 自動化、智能化建設適合于流水線、重復性等作業，根據鋼鐵企業試驗室的流程和特點，其比較適合開展自動化項目的建設工作。要建設一個成功的自動化力學性能檢測試驗室，必須包含以下基本的關鍵技術：

1) 通過機械手實現試樣自動上、下料功能；

2) 樣號的自動識別；

3) 試樣傳送系統；

4) 全自動試驗設備；

5) 樣品自動收集保存等。

儀器信息網：當前，我國全自動拉伸試驗機已經發展到了什么程度？

樂金濤老師：我國試驗機制造業通過近二十年的努力，在鋼鐵材料力學性能檢測中最主要、使用最多的拉伸試驗機產量、品種和得到了快速發展，技術水平有了很大的提升。通過驗證或比對試驗可以證明，我們國內試驗機制造行業的一線品牌的試驗機制造廠家制造的靜態電子試驗機、微機控制電液伺服試驗機的技術指標已接近或已達到國際同類產品的水平，完全能夠滿足如ISO6892-1和GB/T 228.1等試驗方法標準的要求，雖然還存在不少的問題，但并不是想像中的那么差。

國內最早使用全自動拉伸試驗機大概是在2005年左右，是國內幾個特大型的鋼鐵企業試驗室開始引進的。它們主要是做薄板拉伸試驗的采用往復式機械手的小噸位全自動拉伸試驗機、做厚板拉伸試驗的采用龍門桁架式機械手的大噸位全自動拉伸試驗機。記得在那個時候，國內有試驗機廠家想仿制，但由于種種原因沒有成功。
 

全自動電液伺服拉伸試驗機（中、厚板和螺紋鋼）

2015年以來，根據鋼鐵企業試驗室檢驗量大、產品規格相對集中、檢驗項目相對簡單、檢驗周期緊、流水線重復性檢驗等作業特點，國內部分一線品牌的試驗機制造廠家，運用自動化、智能化、信息化等先進技術，開發研制了各種全自動試驗機，國內全自動試驗機的技術才真正開始發展，大大地推進了鋼鐵企業智慧試驗室的建設工作。其中早期的小噸位往復式機械手全自動拉伸試驗機、大噸位龍門桁架式機械手全自動拉伸試驗機，到目前采用比較多的多工位六軸機械手全自動拉伸試驗機的開發運用，實現了對各種類型全自動試驗機的全覆蓋。

儀器信息網：全自動拉伸試驗機主要的工作流程是什么？

樂金濤老師：全自動拉伸試驗機試驗時，試驗人員根據自動接收到的試驗順序、試驗項目要求等，將經過打標的試樣用機械手放入試樣架內或通過AGV小車送達指定的位置→機械手根據預先在試驗程序上設置好的試樣位置抓取試樣→進行試樣長度測量→進行試樣平行部分位置對中測量→試樣橫截面尺寸測量（可取n次測量數據的最小值或者平均值等）→機械手將試樣放置到試驗機測試位置，在確保按平行段對中的情況下自動調用預定的試驗方法進行試驗→試驗結束后機械手自動取下斷樣→自動分揀合格與不合格試樣→試驗數據自動保存并發送給上位機。

全自動拉伸試驗機的工作效率一般不低于每小時15件。

儀器信息網：全自動拉伸試驗機除了主機以外，其配套的主要零部件技術對于整個系統也是非常關鍵，請舉例介紹一下其優點？

樂金濤老師：簡單介紹一下全自動拉伸試驗機中主要的配套零部件視頻引伸計在整個系統中的應用。

在全自動化拉伸試驗系統中常用的變形測量手段是自動化接觸式引伸計，但接觸式引伸計大多只能測量一組標距變形，使用中常常遇到試樣斷裂在標距外或是貼近標距的位置，導致測試數據的不準確甚至不可用。

1) 視頻引伸計采用標準化DIC技術，可非接觸實現三維變形測量，在拉伸試驗過程中能同時測量多組縱向和橫向標距變形。配合全自動拉伸試驗系統使用時，可實現同步觸發、自動測量、實時以數字信號或模擬信號向試驗機傳輸數據。

2) 視頻引伸計可自動識別多種標距標識，同時也可對試樣進行無標識點自動識別測量，監控試樣直至其斷裂，可自動測量試樣斷裂伸長率，大大提高檢測效率。

3) 自動識別應變分布狀態，可以在整個試驗過程中自動追蹤最大應變產生的實際位置，從而將原始標距L0重新定位在最高應變區域的中心。

4) 與接觸式引伸計相比，使用視頻引伸計避免了試樣斷在標距外或標距附近時的無效測試，有效提高試樣利用率，節省試樣成本。

5) 帶全自動引伸計的電子拉伸試驗機的普及，特別是視頻引伸計開發運用，加速了應變硬化指數n值和塑性應變比r值等全自動測量技術的發展，根據寶鋼湛江鋼鐵有限公司驗證試驗的文獻介紹：

——采用人工、半自動、全自動方法測量的r值不存在顯著性差異，其中全自動測量方法測量r值的精度最高；

——視頻引伸計與機械接觸式引伸計測量r值的結果接近，但前者的精度更高。

儀器信息網：據了解，為了滿足用戶個性化要求，國內也研發了一些有特殊功能的全自動拉伸試驗機，請您介紹一下？

樂金濤老師：常規的全自動拉伸試驗機在一根試驗結束后，機械手自動取下斷樣→自動分揀合格與不合格試樣→機械手將斷樣扔到對應的料框里。但經常會碰到有些重要的、異常的斷樣需要試驗室保留以備查驗等情況，傳統的模式是試驗室人員要等這一批次試驗全部完畢后再按編號在留樣框里翻找拼接，方式原始繁瑣、效率低?，F在全自動拉伸試驗機斷樣收集專用料斗的配套設計，機械手可以按需按組收集需要保留的斷樣，大大方便了樣品留存工作。