CN112577652B - 螺纹钢折弯力矩测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种螺纹钢折弯力矩测试装置及方法，该装置包括伺服电机、行星减速器、转轴、角度检测器、扭矩传感器、折弯转盘、调整夹具、机器视觉角度检测模块、测控分析仪、通信模块、上位机、电气控制柜和电源。测控分析仪控制伺服电机转动，扭矩传感器检测转轴扭矩数据，角度检测器检测折弯转盘转动角度数据，均发送至测控分析仪。测控分析仪将扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据传输至上位机中汇总显示，完成数据记录，便于后续分析及指导相关设备的开发。本装置实现了对不同规格螺纹钢折弯力矩自动实时测量，以及全过程高精度的自动化折弯。

Description

螺纹钢折弯力矩测试装置及方法

技术领域

本发明涉及力学性能测试技术领域，具体而言，涉及一种用于检测螺纹钢折弯力矩的测试装置及方法。

背景技术

螺纹钢是热轧带肋钢筋的俗称。螺纹钢由于螺纹形肋的作用，和混凝土砂浆界面之间有较大的粘结强度，能够承受很强的外力作用，被广泛应用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设，特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构之中。在建筑行业中，螺纹钢在被填充到混凝土中之前，需要预先被折弯成各种形状，以适应不同应用工况的具体要求。

目前螺纹钢折弯通常采用人工折弯和机器折弯两种方式。由于螺纹钢的刚度较高，人工进行螺纹钢折弯非常浪费工人的体力，而且工程应用场合所需折弯的钢筋数量一般都比较大，工人长时间手工折弯会造成其体力的快速下降，降低工人的工作效率，从而影响建筑施工的进程，因此，在建筑行业中，普遍采用不同规格的折弯设备进行螺纹钢折弯。但在设计、制造和应用折弯设备之前，需要预先掌握不同规格的螺纹钢折弯所需要的具体折弯力矩。传统方法是手工测试后通过理论计算转换获得，但是此种方法计算过程复杂，计算结果不准确，无法满足高端建筑对于螺纹钢折弯力学性能的要求，也无法准确获得折弯过程中力矩和角度的实时数据变化。没有实际的精确的测试数据支持，就无法指导折弯设备的设计、制造与应用实践。

因此，针对不同规格螺纹钢折弯设备的研发需求，有必要研发一种能够准确测试螺纹钢折弯力矩的装置，该装置应该能够获得不同工况下不同规格螺纹钢的具体折弯力矩，人机交互舒适方便，数据准确，操作简单。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种螺纹钢折弯力矩测试装置，解决对螺纹钢折弯力矩进行精确实时测试的问题。

为解决技术问题，本发明提出一种螺纹钢折弯力矩测试装置。该装置包括伺服电机、行星减速器、转轴、角度检测器、扭矩传感器、折弯转盘、调整夹具、机器视觉角度检测模块、测控分析仪、通信模块、上位机、电气控制柜和电源；

所述伺服电机与所述行星减速器相连，所述行星减速器与所述转轴的第一端相连，所述转轴的第二端与所述折弯转盘相连，所述折弯转盘水平放置，所述扭矩传感器与所述转轴同轴线相连，所述角度检测器设置于所述折弯转盘下方，所述机器视觉角度检测模块设置于所述折弯转盘上方；所述测控分析仪与所述伺服电机、所述扭矩传感器、所述角度检测器和所述机器视觉角度检测模块分别进行电信号连接，并对各项输出信号进行计算分析后上传，所述测控分析仪通过所述通信模块和所述上位机通信连接，所述电气控制柜分别与所述伺服电机、所述测控分析仪电连接，并通过所述电源供电；所述折弯转盘包括转盘、中心轴、中心轴滚子、中心轴套、折弯轴、折弯轴滚子和折弯轴套，所述转盘的圆心处设置有中心盲孔，所述中心轴的底部安装于所述中心盲孔中，所述中心轴高于所述转盘上端面的部分由内向外依次设有所述中心轴滚子和所述中心轴套；所述转盘上端面的非圆心处还设有转盘盲孔，所述折弯轴的底部安装于所述转盘盲孔中，所述折弯轴高于所述转盘上端面的部分由内向外依次设有所述折弯轴滚子和所述折弯轴套；所述调整夹具用以固定螺纹钢，其包括虎钳和直线滑台，所述虎钳上设有长垫块和长钳口，通过调节直线滑台手柄改变所述虎钳的位置，通过调节虎钳手柄改变所述长钳口的位置。

优选地，所述转盘的上端面非圆心处设有三个到圆心距离不同的转盘盲孔，各转盘盲孔的轴线均与所述转盘的轴线平行。

优选地，所述调整夹具中，所述虎钳的所述长垫块和所述长钳口高于所述转盘的上端面且深入到所述中心轴套处。

优选地，所述扭矩传感器为微型遥测扭矩仪，所述角度检测器为光电编码器，所述测控分析仪采用ARM嵌入式微处理器和可编程逻辑器件FPGA构成核心处理单元。

优选地，所述中心轴套和所述折弯轴套的厚度设有多组规格，以适应不同螺纹钢的标准直径需求。

优选地，所述通信模块的形式包括通信接口、总线接口和无线通信模块，所述无线通信模块的形式包括蓝牙、WIFI和GPRS。

本发明的另一方面提供一种螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其包括以下步骤：S1、根据螺纹钢折弯半径选择相应厚度的中心轴套，将所述中心轴置于所述中心盲孔中，依次装配所述中心轴滚子和所述中心轴套；S2、将待测螺纹钢的夹持部水平放入所述虎钳中，使待测螺纹钢的折弯部与所述中心轴的轴线对齐，转动所述虎钳的手柄将待测螺纹钢夹紧，转动所述调整夹具上的所述直线滑台的手柄，移动所述虎钳，使待测螺纹钢的折弯部与所述中心轴套相切接触，转动锁紧螺母固定所述直线滑台；S3、手动转动所述折弯转盘，选择所需的所述转盘盲孔和所述折弯轴套，将所述折弯轴置于所述转盘盲孔中，在所述折弯轴的上半部分依次装配所述折弯轴滚子和所述折弯轴套，将待测螺纹钢卡住；S4、控制所述电气控制柜启动开关，使所述电源向所述螺纹钢折弯力矩测试装置供电，在所述上位机上设置折弯角度α；S5、启动折弯按钮，所述测控分析仪控制所述伺服电机启动，经所述行星减速器减速后带动所述转轴、所述折弯转盘缓慢转动，所述折弯轴套和所述中心轴套相互配合将待测螺纹钢进行折弯；S6、所述扭矩传感器、所述角度检测器将检测到的转轴扭矩和转角发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪根据所述扭矩，实时计算出待测螺纹钢的具体折弯力矩M，所述机器视觉角度检测模块检测待测螺纹钢的实际折弯角度数据发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪将所述扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据传输至所述上位机中；S7、所述上位机汇总所述扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据并绘制成表格和坐标图呈现在显示界面，用户能从所述上位机中直接阅读和向外提取所需数据；S8、当所述实际折弯角度达到预设折弯角度α时，所述测控分析仪控制所述伺服电机反向转动角度θ后停止，释放待测螺纹钢；S9、在上位机显示界面中，将折弯力矩数据曲线的最大值作为本次测试的目标值，并进行n次测试，取平均值。

优选地，当待测螺纹钢发生回弹时，所述机器视觉角度检测模块持续记录待测螺纹钢的角度变化并记录最大回弹角度γ，重复进行步骤S4^-S8，直到所述实际折弯角度达到所述预设折弯角度α。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)扭矩传感器检测转轴的扭矩数据发送至测控分析仪，角度检测器检测折弯转盘转动角度数据发送至测控分析仪，测控分析仪根据扭矩和角度数据实时计算出待测螺纹钢的具体折弯力矩，机器视觉角度检测模块检测待测螺纹钢的实际折弯角度数据发送至测控分析仪，测控分析仪将扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据传输至上位机中汇总显示，实现了对待测螺纹钢折弯力矩实时的准确可靠的测试；

2)上位机中布置有显示和控制面板，方便工人的实践操作和数据读取，人机交互方便简洁；

3)本发明可用于螺纹钢折弯的学术研究和工程应用中，为不同规格螺纹钢折弯设备的设计、制造和应用提供实时数据支持。本发明测试准确，结构紧凑，设计合理，实用性强；

4)适用各类规格螺纹钢，实现螺纹钢折弯的自动化与高精度。

附图说明

图1为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的功能模块组成图；

图2为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的总体结构布置图；

图3为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的折弯转盘结构示意图；

图4(a)为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的调整夹具主视图；

图4(b)为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的调整夹具左视图；

图5为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的折弯轴套厚度计算示意图；

图6为本发明的螺纹钢折弯力矩测试装置的调整夹具和折弯转盘布置示意图。

附图标记：

1电源；2电气控制柜；3测控分析仪；4通信模块；5上位机；6待测螺纹钢；7角度检测器；8机器视觉角度检测模块；9折弯转盘；91转盘；92折弯轴；93折弯轴滚子；94折弯轴套；95中心轴；96中心轴滚子；97中心轴套；98转盘盲孔；99中心盲孔；10扭矩传感器；11转轴；12行星减速器；13伺服电机；14调整夹具；141虎钳；142长垫块；143长钳口；144虎钳手柄；145直线滑台；146直线滑台手柄；147锁紧螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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的一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3和图4(a)和图4(b)所示，本发明提供的一种螺纹钢折弯力矩测试装置包括电源1、电气控制柜2、测控分析仪3、通信模块4、上位机5、角度检测器7、机器视觉角度检测模块8、折弯转盘9、扭矩传感器10、转轴11、行星减速器12、伺服电机13和调整夹具14。折弯转盘9包括转盘91、折弯轴92、折弯轴滚子93、折弯轴套94、中心轴95、中心轴滚子96和中心轴套97，转盘91的非圆心处设有三个到圆心距离不同的转盘盲孔98，转盘91的圆心处设有中心盲孔99，各转盘盲孔98和中心盲孔99的轴线均与转盘91的轴线平行，折弯轴套94和中心轴套97的厚度可调。调整夹具14包括虎钳141和直线滑台145，虎钳141上布置有长垫块142和长钳口143。

如图2所示，伺服电机13与行星减速器12直接连接，行星减速器12与转轴11的第一端直接连接，转轴11的第二端设置折弯转盘9，折弯转盘9水平放置，扭矩传感器10设置于转轴11之上，角度检测器7设置于折弯转盘9下方，机器视觉角度检测模块8设置于折弯转盘9上方。测控分析仪3与伺服电机13、扭矩传感器10、角度检测器7和机器视觉角度检测模块8分别电信号连接；测控分析仪3通过通信模块4和上位机5通信连接；电源1通过电气控制柜2与伺服电机13和测控分析仪3分别电连接。

利用螺纹钢折弯力矩测试装置进行测试，其测试方法如下：

如图5和图3所示：

S1、用户根据欲测量的螺纹钢折弯半径计算中心轴套97的厚度m，m＝R1-r-R2，其中，R1是欲测量的折弯半径、r是待测螺纹钢6的半径、R2是中心轴滚子96的半径，此处忽略螺纹钢折弯时折弯区发生的横截面变形。将中心轴95置于转盘91圆心处的中心盲孔99中，在中心轴95高出转盘91上端面的上半部分依次装配中心轴滚子96和中心轴套97；

如图6所示：

S2、用户预先找到待测螺纹钢6的折弯部S2和夹持部S1，将待测螺纹钢6的夹持部S1水平放入调整夹具14上的虎钳141中，使得待测螺纹钢6的折弯部S2可以与中心轴95的轴线对齐。转动虎钳手柄144将待测螺纹钢6夹紧。转动直线滑台手柄146，移动虎钳141，使待测螺纹钢6的折弯部S2与中心轴套97相切接触，转动锁紧螺母147固定直线滑台145；

S3、手动转动折弯转盘9，选择合适的转盘盲孔98和折弯轴套94的厚度n，使得将折弯轴92放置于选择的转盘盲孔98中，在折弯轴92高出转盘91上端面的上半部分依次装配折弯轴滚子93和折弯轴套94后，中心轴套97和折弯轴套94能刚好把待测螺纹钢6卡住；

S4、控制电气控制柜2启动开关，使电源1向螺纹钢折弯力矩测试装置供电，在上位机5的初始界面设置好所期望测试的折弯角度α，记录此刻折弯转盘9的角度A，记作默认位置；

S5、点击上位机5中的启动按钮开始折弯，测控分析仪3控制伺服电机13启动，经行星减速器12减速后带动转轴11、折弯转盘9缓慢转动，折弯轴套94和中心轴套97相互配合将待测螺纹钢6进行折弯；

S6、扭矩传感器10检测转轴11的扭矩数据发送至测控分析仪3，角度检测器7检测折弯转盘9的转动角度数据发送至测控分析仪3，测控分析仪3根据扭矩，实时计算出待测螺纹钢6的具体折弯力矩M，M＝T×R，其中，T是扭矩传感器10测得的扭矩、R是折弯轴92中心到转盘91圆心的距离，机器视觉角度检测模块8检测待测螺纹钢6的实际折弯角度数据发送至测控分析仪3，测控分析仪3将扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据传输至上位机5中；

S7、上位机5汇总扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据，并绘制成表格和坐标图呈现在显示界面，用户能从上位机5中直接阅读和向外提取所需数据；

S8、当实际折弯角度达到预设折弯角度α时，测控分析仪3控制伺服电机13反向转动角度θ后停止，θ＝30°～45°，释放待测螺纹钢6；

S9、在上位机5显示界面中，将折弯力矩数据曲线的最大值作为本次测试的目标值，并进行多次测试，取平均值。

当待测螺纹钢6发生回弹时，机器视觉角度检测模块8持续记录待测螺纹钢6的角度变化并记录最大回弹角度γ，γ＜θ，重复进行步骤S4、S5、S6、S7，直到实际折弯角度达到预设折弯角度α为止，能实现高精度折弯的自动化，精度可达±0.03度。

选择第二根相同规格的螺纹钢，设置折弯角度为α+_γ，重复进行步骤S2-S8，观察是否能一次折弯成功；若成功，记录α+γ为此种规格螺纹钢折弯到α角度的一次成型设定折弯角度；若不能，根据回弹的角度大小调整γ的阈值重复此步骤，直至获取到能一次折弯成功的实际设定折弯角度。

其中，角度检测器7可以是角度检测传感器，也可以是光电编码器。在本实施例中，角度检测器7为光电编码器。

扭矩传感器10是微型遥测扭矩仪。

测控分析仪3是控制伺服电机13，获取扭矩传感器10、角度检测器7以及机器视觉角度检测装置8采集数据的关键电路***。可以采用ARM嵌入式微处理器和可编程逻辑器件FPGA构成测控分析仪3的核心处理单元。ARM微处理器负责整个测试过程中数据信号的采集和接收，如扭矩传感器10、角度传感器7和机器视觉角度检测模块8产生的数据。FPGA芯片可构建出并行运算的数字***，拥有更快的处理速度，以实现保持较高采样频率信号的采集和处理。同时，FPGA芯片中的电路***还要实现产生控制伺服电机13转动时的时序信号，进而对螺纹钢6的折弯力矩测试过程实现实时处理，避免了在信号采集与对伺服电机13驱动任务中出现时间资源瓶颈，有效提高螺纹钢折弯力矩测试装置的整体性能。

通信模块4可以是通信接口、总线接口或无线通信模块，当通信模块4为通信接口或总线接口时，上位机5通过通信接口或总线接口与测控分析仪3连接；当通信模块4为无线通信模块时，无线通信模块可以是蓝牙、WIFI或GPRS，上位机5通过无线通信模块与测控分析仪3通信连接。

电源1可以是发电设备或蓄电池，在此不作具体限定，根据实际需求进行设置即可。

综上，本发明提供的螺纹钢折弯力矩测试装置，通过设置电源1、电气控制柜2、测控分析仪3、通信模块4、上位机5、角度检测器7、机器视觉角度检测装置8、折弯转盘9、扭矩传感器10、转轴11、行星减速器12、伺服电机13、调整夹具14，在螺纹钢折弯过程中把实时获得的扭矩数据、角度数据、螺纹钢折弯力矩数据和回弹角度数据汇总显示，方便用户查看，实现了对螺纹钢折弯力矩精确可靠的测试，结构紧凑，设计合理，实用性强；***自动检测并多次折弯，能实现高精度折弯的自动化，精度可达±0.03度。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

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，本发明可以有而各种更改和变化。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。因注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (7)

1.一种螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，所述螺纹钢折弯力矩测试装置包括伺服电机、行星减速器、转轴、角度检测器、扭矩传感器、折弯转盘、调整夹具、机器视觉角度检测模块、测控分析仪、通信模块、上位机、电气控制柜和电源，其特征在于：

所述伺服电机与所述行星减速器相连，所述行星减速器与所述转轴的第一端相连，所述转轴的第二端与所述折弯转盘相连，所述折弯转盘水平放置，所述扭矩传感器与所述转轴同轴线相连，所述角度检测器设置于所述折弯转盘下方，所述机器视觉角度检测模块设置于所述折弯转盘上方；

所述测控分析仪分别与所述伺服电机、所述扭矩传感器、所述角度检测器和所述机器视觉角度检测模块进行电信号连接，并对各项输出信号进行计算分析后上传，所述测控分析仪通过所述通信模块和所述上位机进行通信连接，所述电气控制柜分别与所述伺服电机、所述测控分析仪电连接，并通过所述电源供电；

所述折弯转盘包括转盘、中心轴、中心轴滚子、中心轴套、折弯轴、折弯轴滚子和折弯轴套，所述转盘的圆心处设置有中心盲孔，所述中心轴的底部安装于所述中心盲孔中，所述中心轴高于所述转盘上端面的部分由内向外依次设有所述中心轴滚子和所述中心轴套；所述转盘上端面的非圆心处还设有转盘盲孔，所述折弯轴的底部安装于所述转盘盲孔中，所述折弯轴高于所述转盘上端面的部分由内向外依次设有所述折弯轴滚子和所述折弯轴套；

所述调整夹具用以固定螺纹钢，其包括虎钳和直线滑台，所述虎钳上设有长垫块和长钳口，通过调节直线滑台手柄改变所述虎钳的位置，通过调节虎钳手柄改变所述长钳口的位置；

所述测试方法包括以下步骤：

S1、根据螺纹钢折弯半径选择相应厚度的中心轴套，将所述中心轴置于所述中心盲孔中，依次装配所述中心轴滚子和所述中心轴套；

S2、将待测螺纹钢的夹持部水平放入所述虎钳中，使待测螺纹钢的折弯部与所述中心轴的轴线对齐，转动所述虎钳的手柄将待测螺纹钢夹紧，转动所述调整夹具上的所述直线滑台的手柄，移动所述虎钳，使待测螺纹钢的折弯部与所述中心轴套相切接触，转动锁紧螺母固定所述直线滑台；

S3、手动转动所述折弯转盘，选择所需的所述转盘盲孔和所述折弯轴套，将所述折弯轴置于所述转盘盲孔中，在所述折弯轴的上半部分依次装配所述折弯轴滚子和所述折弯轴套，将待测螺纹钢卡住；

S4、控制所述电气控制柜启动开关，使所述电源向所述螺纹钢折弯力矩测试装置供电，在所述上位机上设置折弯角度α；

S5、启动折弯按钮，所述测控分析仪控制所述伺服电机启动，经所述行星减速器减速后带动所述转轴、所述折弯转盘缓慢转动，所述折弯轴套和所述中心轴套相互配合将待测螺纹钢进行折弯；

S6、所述扭矩传感器、所述角度检测器将检测到的转轴扭矩和转角发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪根据所述扭矩，实时计算出待测螺纹钢的具体折弯力矩M，所述机器视觉角度检测模块检测待测螺纹钢的实际折弯角度数据发送至所述测控分析仪，所述测控分析仪将所述扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据传输至所述上位机中；

S7、所述上位机汇总所述扭矩数据、转动角度数据、折弯力矩数据和实际折弯角度数据并绘制成表格和坐标图呈现在显示界面，用户能从所述上位机中直接阅读和向外提取所需数据；

S8、当所述实际折弯角度达到预设折弯角度α时，所述测控分析仪控制所述伺服电机反向转动角度θ后停止，释放待测螺纹钢；

S9、在上位机显示界面中，将折弯力矩数据曲线的最大值作为本次测试的目标值，并进行n次测试，取平均值。

2.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于：所述转盘的上端面非圆心处设有三个到圆心距离不同的转盘盲孔，各转盘盲孔的轴线均与所述转盘的轴线平行。

3.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于：所述调整夹具中，所述长垫块和所述长钳口高于所述转盘的上端面且深入到所述中心轴套处。

4.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于：所述扭矩传感器为微型遥测扭矩仪，所述角度检测器为光电编码器，所述测控分析仪采用ARM嵌入式微处理器和可编程逻辑器件FPGA构成核心处理单元。

5.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于：所述中心轴套和所述折弯轴套的厚度设有多组规格，以适应不同螺纹钢的标准直径需求。

6.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于：所述通信模块的形式包括通信接口、总线接口和无线通信模块，所述无线通信模块的形式包括蓝牙、WIFI和GPRS。

7.根据权利要求1所述的螺纹钢折弯力矩测试装置的测试方法，其特征在于，当折弯后的螺纹钢发生回弹时，所述机器视觉角度检测模块持续记录待测螺纹钢的角度变化并记录最大回弹角度γ，重复进行步骤S4～S8，直到所述实际折弯角度达到所述预设折弯角度α，以实现高精度折弯的自动化。

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