密封检测

密封检测（精选八篇）

密封检测篇1

当前, 食品安全问题越来越受到国民的关注。而在密封食品的包装过程中, 由于漏封、压穿或材料本身存在的裂缝而形成的内外连通的小孔等等, 这些包装破损都会对包装内容物产生不利影响[1], 都是威胁食品安全的主要问题之一。一旦食品包装的密封性不好, 食品的质量将失去保证, 这不仅将对企业造成一定的经济损失, 更对人们的身体健康造成威胁。目前, 密封试验主要用在电子行业。而在软包装行业, 密封监测主要通过手工监测和浸水的方法实现, 这种方法工作效率不高, 耗时, 而且对于很微小的小孔很容易发生漏检的现象。

本文针对肉眼难以辨识的微小破损, 采用高压介质阻挡放电的方法, 采集密封包装食品的放电信号, 通过对放电信号的滤波处理, 分别用EMD和EEMD方法提取放电信号的特征参数, 不仅证明了EEMD方法能有效地减少EMD中的模态混叠问题, 而且若将EEMD能量比作为后续工作的支持向量机或神经网络的输入变量, 将为密封包装食品的在线检测提供了一种新的思路。

1 放电信号采集

在本文的研究中, 放电信号产生的原理是:将密封包装食品置于一个高压交变的电场中, 食品包装薄膜相当于一个绝缘介质, 高压电路的正负极两端分别通过两个导电电极与食品的不同端薄膜相接触, 当电路中通过高压电时, 电路中会发生放电现象;而当食品的薄膜上存在针孔时, 食品的绝缘强度会发生变化, 从而在电路中发生相对比较强烈的介质阻挡放电现象[2,3]。信号采集的主要实现过程如图1所示。

2 放电信号的预处理

由于小波包变换能对信号的低频和高频部分都进行分解, 而我们采集的放电信号不仅在低频而且在高频部分也可能含有有用信息, 所以在放电信号预处理滤波中选取小波包变换更为合适。

一维小波包对信号进行去噪处理的一般步骤如下[4~6]:

1) 信号的小波包分解。选择一个小波并确定所需分解的层次, 然后对信号进行小波包分解。

2) 确定最优小波包基。对于一个给定的熵标准, 计算最优树。

3) 小波包分解系数的阈值量化。对于每一个小波包分解系数, 选择一个恰当的阈值并对系数进行阈值量化。

4) 信号的小波包重构。根据最低层的小波包分解系数和经过量化处理系数, 进行小波包重构。

3 特征提取

根据密封食品高压放电原理, 当密封食品破损情况不同时, 放电信号中的频率和幅值会发生变化, 那么, 分布在各段频率上的能量比会发生变化。根据这一原理, 分别用EMD和EEMD方法对放电信号进行模态分解得到有限个频率从高到低排列的IMF (固有模态分量) , 计算各个模态分量的能量比作为区分不同状态放电信号的特征向量。

3.1 经验模态分解 (EMD)

所谓IMF就是满足2个条件的函数或信号:①在整个时间序列中, 极值点数与过零点数必须相等或者最多相差一个;②在任意时间点上, 信号局部极大值确定的上包络线和局部极小值确定的下包络线的均值为零[7]。

EMD及‘筛分’过程, 步骤如下[7,8]:

第一步, 确定时间序列x (t) 的所有局部极值点, 然后将所有极大值点和所有极小值点分别用样条曲线连接起来, 得到x (t) 的上、下包络线, 记上、下包络线的均值为m (t) 。

第二步, 用原始时间序列x (t) 减去包络线的均值m (t) , 得到h1 (t) , 检测h1 (t) 是否满足基本模式分量IMF的两个条件。如果不满足, 使h1 (t) 作为待处理数据, 重复第一步, 直至h1 (t) 是一个基本模式分量, 记h1 (t) =c1 (t) 。

第三步, 用原始时间序列x (t) 减去分解出的第一个基本模式分量c1 (t) , 得到剩余值序列x1 (t) , 把x1 (t) 当作一个新的 “ 原始序列” , 。

第四步, 重复上述步骤, 直到最后一个基本模式分量cn (t) 或剩余分量rn (t) , 变得比预期值小, 或者剩余分量rn (t) 变成单调函数, 从而从中不能再筛选出基本模式分量为止。

此时, 分解过程结束, 时间序列x (t) 可表示成n个基本模式分量ci (t) 和一个余项rn (t) 的和, 即:

3.2 总体平均经验模态分解 (EEMD)

EEMD分解方法的原理是:利用高斯白噪声具有频率均匀分布的统计特性, 当信号加入高斯白噪声后, 将使信号在不同尺度上具有连续性, 促进抗混分解, 避免模式混淆现象。

EEMD求解过程如下[9]:

第一步, 在原始时间序列x (t) 中分别加入m次等长度的正态分布的白噪声ni (t) , 即:yi (t) =x (t) +ni (t) , (i=1, 2, …m) 。

第二步, 对每一个加入白噪声的合成时间序列yi (t) 进行EMD分解, 得到n个IMF分量cij (t) 和余项ri (t) , (j=1, 2, …n) 。

第三步, 利用白噪声不相关, 均值为零的特性, 将m个合成序列yi (t) 分解得到的对应的IMF分量加和求平均得到最终的EEMD分解结果, 即:

4 计算机仿真结果与分析

实验中, 我们选取每次EEMD分解的前8个IMF分量, 计算每个IMF分量的能量与信号总能量的比值, 得到一个以能量比为元素的包含8个元素的向量, 并将其作为特征向量。

按照前面给出的去噪步骤, 根据信号的特点和反复试验, 最终选取sym12小波, 对x进行6 尺度分解, 得到6个层次的小波包分解系数。放电信号的主要特征成分是高频, 对低频系数进行阈值量化处理, 即设置Keepapp值为0.8, 设置阈值参数为0.2。单件食品放电信号经小波包阈值滤波之后的波形如图2所示, 图中信号大部分是平稳信号, 而我们所需的放电信号主要是幅值发生突变部分。

通过上图可以看出, 在采集的信号中, 放电部分信号比较短, 主要是平稳信号。所以为了减少数据量和节省时间, 我们只提取出放电部分信号进行后续的特征提取, 而将平稳信号全部释放。图3是针对密封包装完好的食品的放电信号进行EEMD分解后得到的一组8个IMF分量。

通过示波器, 分别采集密封完好和一端存在一圈针孔条件下的放电信号各4组, 经小波包滤波后, 对其分别进行EMD和EEMD模态分解, 求解各组IMF分量的能量比。结果列于表1、表2中。通过表1、表2的对比可见, EEMD分解得到的不同密封条件下的各组IMF能量比之间有明显区别, 如表2所示, 在第一组、第四组、第五组和第七组能量比之间均有差异。而EMD分解得到的能量比在不同状态下具有较严重的模态混叠问题, 如表1所示, 只在第五组能量比之间有不同, 而其他组之间都是交叉分布。可见, EEMD方法能有效地减少EMD中的模态混叠问题, 同时经EEMD分解得到的IMF能量比可以作为特征向量, 作为后续的神经网络或支持向量机的输入来实现密封在完好和针孔存在下的放电信号的区分。

5 结论

本文针对当前密封包装微小破损难以辨识和检测的难题, 经小波包滤波后, 分别采用EMD和EEMD方法对采集的放电信号进行了分析, 求取了各个IMF分量的能量比。通过对比得出结论:

1) EEMD方法能有效地减少EMD中模态混叠问题。

2) 将EEMD分解得到的能量比作为特征向量能有效地区分不同状态下的放电信号, 解决了人工检测中对于很微小的小孔容易发生漏检的问题, 为密封包装食品的在线检测提供了一种新的思路。

参考文献

[1]朱湘莹.包装密封性检测原理简析[J].包装世界, 2011 (02) .

[2]庄恩宝.密封包装食品的针孔检测[J].包装与食品机械, 1988 (02) .

[3]邵建设, 严萍, 孙瑶鸿, 等.介质阻挡放电检测塑料容器的密封性能[J].高电压技术, 2009.03, 35 (03) :641-645.

[4]Deboer D W.Drop and energy characteristics of a rotating spray-plate sprinkler[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2002, 6:137-146.

[5]Scibilia M F.Heat transfer in forced wall jet on a heated rough surface[J].Journal of Thermal Science, 2000, 9 (1) :85-92.

[6]Gu R.Modeling two-dim entional turbulent offset jets[J].Journal of Hadraulic Engineering, 1996, 11:617-624.

[7]N.E.Huang, Z.Shen, S.R.Long, M.C.Wu, H.H.Shin, Q.Zheng, N.C.Yen, C.C.Tung, and H.H.Liu.The empirical mode decomposition and the hilbert spectrum for nlinear and non-stationary time seriesanaltsis[J].Proc.Roy.Soc.LondonA, 1998, 454:903-995

[8]钱玉良, 张浩, 彭道刚, 夏飞.基于EMD调制和粒子群模型的发电机组轴心轨迹提纯[J].信息与控制, 2013, 42 (2) :243-251.

气缸密封性检测实验报告篇2

一、实验内容与要求

1、能够严格遵守安全操作规程；

2、能够熟练使用汽车汽缸压力表；

3、了解利用汽车压力表的指示数字分析进行故障诊断。

二、实验学时

2学时

三、实验器材

气缸压力表、真空压力表各一只，汽车一辆，火花塞套筒等常规工具一套。

四、操作内容

气缸压力表

1、用途：专门用于检查气缸内气体压缩压力大小的仪器。

2、使用方法：

（1）启动发动机并运转到正常工作温度，熄火并等发动机停止运转后，卸下全部火花塞；

（2）使节气门全开，将压力表的连接头压紧在火花塞孔上；

（3）运转起动机使发动机转动，此时仪表上的指针会逐渐上升，到某一数值即会停止，此时的指示值就是气缸的压缩压力；

（4）按一下按钮，使指针归零；

（5）按以上步骤，重复测量2~3次，以提高测量精度。

如测定值小于规定值，而进气系统正常，可说明气缸与活塞、缸盖存在泄漏，可能的原因为气缸、活塞、气门、活塞环出现磨损、烧蚀等不良情况。

如测定值大于规定值，而进排气系统正常，可能的原因为燃烧室严重积炭。真空压力表

1、用途：测定运转中发动机进气歧管中的真空度，由指针的摆动状态能够判断发动机的运转状态是否正常。

2、使用方法：

（1）启动发动机并运转到正常工作温度，使发动机保持稳定运转；

（2）使用合适的接头将真空压力表装在指定的位置即可测定；

（3）使用真空压力表测定时，为了避免指针急速承受压力而影响测定精度，最好按照规定方法装设，开始时请系紧橡胶导管，然后再缓缓使指针摆动。

怠速时，表针应稳定在64-71kPa之间，迅速开闭节气门，表针应在6.7-84.6kPa之间灵敏摆动。否则，发动机密封性能，发动机点火正时、配气正时和电火花不良时或发动机排气系统可能存在异常情况。

对实验获得的数据应详细分析，找出可能存在的故障及隐患

五、注意事项

1.使用时，要规范操作，防止仪表掉落在地；

气体密封性能检测仪设计篇3

汽车﹑燃具﹑电子﹑能源等诸多行业中,中间工序和最终工序可能有产品的密封性能检测,以确保各种规格尺寸﹑形体的胶合面或工艺结合面密封能力达标。工业级测量范围是50～700kPa。科学试验领域,包括航天试验,同样需要密封性能检测,其最高测量范围高达35MPa。

日本FUKUDA公司从20世纪60年代开始研制生产气密检测仪(福田),占据中国市场最大份额。

目前国内中科院所已有自主研制气密检测仪器,航天设计院也设计了高压的泄漏检测仪,个别公司也有设计制造此类仪器,精度和稳定性或可满足设计目标,但是在特殊条件下的应用能力还有待提高。

1 差压法

气体密封性能检测过去有气泡法、氦质谱法,现在对于精度要求高的密封件做密封性能检测,多采用气体差压法。此种方法依赖高精度的压力传感器和压差传感器。

国内常见的压差方案,其气路里面包含基准件(标准件),压差气路结构如图1所示。

整个测量过程分为4个关键阶段:

(1)充气阶段:阀1﹑阀2打开;时间到,阀1关闭。

(2)平衡阶段:阀1关闭、阀2打开,使得两个容器里面的气压、温度都充分一致。

(3)检测阶段:阀1、阀2关闭,任何一边泄露都可引起压差计的电流变化。默认标准件不漏,所以压差值就对应泄露值。检测阶段时间长短取决于孔隙大小,孔隙小,泄漏流量小,需要检测时间长。

(4)排气阶段:阀1关闭、阀2打开,移除被测件,排净管路气体。

但是此种方案存在明显的缺点:被测工件和标准件的外壳材质、导热系数、有效传热面积等不同,导致测量阶段的压差值是波动的,仪表显示“有泄漏”,而工业现场的温度是扰动的,导致压差值扰动,实际上被测件可能根本不漏。

所以在精准测量时,要求被测工件温度降至室温后再进行检测。如果被测物是易导热产品(如油冷却器和散热器),即使环境空气有微小气流,也会使检测精度有所下降。在冬天,室内地面温度同室内空间温度有较大差别,如果待检被测物直接放在地板上,检测精度肯定也会受到影响。

所以,必须寻求一种可以避开温度扰动,满足一般精度要求,可以应用于恶劣的车间环境的设计方案。

2 设计方案

考虑到工厂恶劣的环境和需要反复更换模具这些客观条件,放弃压差法,采用容腔压降直接测量法来检测阀控蓄电池6个单格的环氧树脂密封情况。它类似于日本福田的FL273的气路,系统结构如图2所示。

充气阶段:OK620 6A阀打开;平衡阶段和检测阶段:OK620 6A阀关闭;排气阶段:气密模具抬起,完成排气动作。平衡阶段和检测阶段的衔接是靠软件内的时间控制实现的。

软件控制平衡阶段的时间,在平衡阶段的时间T下降沿采样容腔气压P1,测量结束时刻采样容腔气压P2,P1和P2之差就是压力差值。

被测件1和被测件2先后分两次测量,靠换向阀OK620 231实现。气密模具上下动作,压紧被测件。模具本身的导热性、接口密封设计合理与否直接关系到检测系统自身的泄漏量,如果模具泄露量大于被测工件,那么检测出来的永远是模具的泄露,可见模具设计制作的重要性。所以针对特定工件的检测仪设计,一定要专门设计模具。

气路采用了最简洁的管路,可以有效消除充气阶段的热效应,最大可能避开温度扰动时刻,抓取容积压力。

主要元件规格:日本MSC精密调压阀,调压范围0.005～0.2MPa,管径1/2,灵敏度0.1kPa,实际调试压力0.1MPa;换向阀,上海欧文凯利的OK系列,最低动作压力为0bar,通径3～6mm,kV值为0.23左右;上海立格LEEG传感器,SMP131-S4G2F2A2D(0～1.5bar)L,精度0.25%F.S,量程150kPa,最小分辨率0.375kPa;控制器,西门子S7 226CN;触摸屏,HITECH的PWS5600T-S;模拟量模块,西门子6ES7 231-0HC22-0XA0,EM231只有调最大值的增益旋钮,EM235有调零和最大值两个旋钮。LEEG传感器电流和压力关系见表1。

电路结构和程序流程分别如图3、图4所示,主要梯形图如图5所示。

3 结语

气体密度检测仪的设计一定要考虑气体平衡环节,平衡时间的下降沿可以作为测量起始时间点。模具和被测物的容积影响了所有环节的时间轴数值,即各阶段时间长短,所以每一阶段的时间量都需实验确定。

理论上,普通实验条件下,所有的被测物都是泄漏的,仪器精确度越高,数据挠动越大,所以选择合适的精度和泄漏检测阀值是很关键的。设计气密检测仪时,不可忽略气路设计的平衡对称性,每一节气路的气管管径和长度或者气阀的通径,都需要计算和实验。气路结构的对称性和管路容腔的平衡性越高,气路的稳定性越好,因为它的充气阶段的热效应低,越能在最快的时间里达到平衡。所以各个阀体的通径要统一,所有管路直径要统一。

摘要：针对压差法气体密封性能检测设计的缺点,提出容腔压降方案,可以避开温度扰动障碍,满足精度要求。

驾驶室总成防雨密封性检测篇4

关键词：载货车,驾驶室,总成,密封性,检测

驾驶室防雨密封性作为评价驾驶室总成产品设计和制造水平的重要指标之一, 一直是各汽车公司重点关注的内容。为了确保提供给用户高品质的整车, 国内外所有整车生产厂都设有模仿外部环境的淋雨检验, 杜绝不合格车流到用户手里。淋雨频次各公司根据自己设定的质量标准、工艺过程保证能力而定。通常由于乘用车对产品舒适性的要求很高, 尤其是一些高档次的名牌轿车, 为了确保其驾驶室防雨密封性万无一失, 生产厂基本采用强制淋雨检验 (检验频次:100%) 。而对于国内商用车来说, 其性能指标侧重在其经济指标, 故各生产厂主要依靠价格低、运营成本低、故障率低来获得用户的认可, 即使驾驶室有轻微的漏雨, 用户也能接受。因此为了降低成本, 商用车在产品设计、工艺保障等方面相对乘用车来说, 投入的精力、物力都较小, 基本上采用抽样检测方式来控制批量的驾驶室漏雨。但随着商用车发展, 一些涉及到的驾乘舒适性指标正逐渐向乘用车标准靠近, 其中包括对驾驶室防雨密封性的要求。

1 产品设计

对于解决驾驶室防雨密封性贡献度最大的是产品设计, 其次是工艺。解决防雨密封性主要围绕“防、泄、堵”三个字。而其中“防”是最重要的, 也是设计师花费精力最多的地方。驾驶室漏雨点主要在孔 (灯孔、工艺孔、标准件装配孔等) 、洞 (车门洞、风窗口) 、缝 (焊接件搭接接缝、零件装配搭接部位) 上。

驾驶室白车身由结构件、功能件及表面件焊接组成。对于密封性最有利的是整个车身外表面为整体冲压件, 但考虑到工艺和成本, 车身外表面基本上都是拼接的。驾驶室分为前围、后围、左/右侧围、顶盖、地板及车门分总成, 在两件搭接处产品设计有台阶, 确保两件装配到位, 同时要求焊点处涂抹点焊密封胶, 以控制1 mm以内的焊接间隙。在涂装工艺环节, 外表面的焊接接缝处涂抹密封胶, 这些都是“防”雨水透过外表面件。“泄”主要指在零件腔体内设计泄水槽或排水孔, 将进入驾驶室腔体 (内、外表面件之间) 内的雨水顺排水孔导引到驾驶室外部。比如解放J5驾驶室车门内板排水孔, 当雨水从车门窗玻璃向下流到外密封条处, 会有少量的雨水穿过密封条牙槽流入到车门内腔, 如果没有排水孔, 雨水长期滞留在车门内, 将造成车门内部腐蚀和零件潮湿变形, 影响到正常使用。“堵”是在驾驶室内表面进行的, 通过增加密封胶、防雨膜、堵塞等措施, 避免雨水进入室内。

2 动态淋雨试验

动态淋雨试验是指车辆在雨天行驶过程中, 受到外部环境的不利影响, 如振动、风力、不平路面对驾驶室产生的扭曲、局部点长时间受雨、非金属件 (塑料件、橡胶件等) 在寿命期内的曝晒老化等试验体现出来的防雨密封性问题。虽然动态试验最能反映出产品的真实质量水平, 但由于受到天气、路面、成本、时间等影响, 真实环境下的动态淋雨试验主要用于初期产品设计过程的产品验证阶段。为避免上述不利条件对产品验证的影响, 目前在有规模的汽车研发中心, 开始建立模拟道路行驶工况的动态淋雨试验台, 以解决上述问题。由于汽车生产厂都采用流水线生产方式, 从天气、时间、成本角度讲, 真实条件下对每台商品车进行动态淋雨试验是不可能的, 即便用动态淋雨试验台也没有必要。因为前期动态淋雨试验就是要发现设计和工艺存在的问题, 一旦问题点查找到, 相应的措施到位, 问题基本上可以通过产品设计更改、工艺改进得到有效控制。

3 静态淋雨试验

通过对初期样车动态淋雨试验结果进行分析, 并在产品设计潜在失效模式分析 (DFMEA) 中指出产品的关键特性, 从而指导工艺过程在工艺潜在失效模式分析 (PFMEA) 中特殊关注相应部位, 采取有效措施。但由于受工艺投资、工艺水平等限制, 工艺环节不能避免产生漏雨。因此, 需要采用探测方法, 对工艺过程进行监控, 发现问题能够及时采取有效措施, 遏制问题的发生。

建立淋雨试验间, 尽可能通过短时间 (生产节拍时间内) 模拟外部降雨条件, 查找出工艺薄弱点及是否存在不可控的因素。因为时间短、条件有限, 淋雨检验不能完全检查出漏雨部位 (如雨水从白车身焊接过程产生的小孔或搭接焊缝中进入驾驶室, 但由于内饰软化件覆盖被吸收, 在淋雨时间内并没有被检查人员所发现。而在室外长时间降雨过程, 雨水逐渐透过软化件滴落到室内) 。因此, 对于淋雨试验要检查哪些点、怎么检查是工艺设计所必须考虑的问题。

4 解放载货车驾驶室淋雨现状

4.1 淋雨标准及工艺流程

无论轿车、客车还是载货车, 主要漏雨点基本上是洞口 (前/后侧风窗、车门及各种外饰灯具等) 。解放公司卡车厂按照GB/T 12480—90要求, 建立了解放载货车驾驶室淋雨检测间, 见图1;相关的检验标准见表1、工艺流程见表2。

注:总分为100分, 减去扣除分数, 剩下的为实得分数。

4.2 检测设备及工具

a.驾驶室淋雨间:由泵、管路、喷头、水槽以及调压阀等构成。

b.雨量计:用于标定检测雨量。

c.手电筒:用于在驾驶室内观察漏点。

d.记录本:记录检测结果、描述问题点。

4.3 效果

(1) 外协件质量控制

对于新供货的零件如J5系列玻璃钢顶盖, 在试装前利用淋雨间对顶盖自身进行15 min淋雨密封性检测, 发现其顶盖天窗装配点存在细微渗水, 通过在天窗装配前涂胶, 解决了漏雨问题, 从而避免发生批量问题。

(2) 新产品试制

装配在驾驶室后围的发动机进气道, 市场反馈其雨天进水较多, 影响发动机正常工作。为此, 技术中心将产品结构改进后, 多次利用淋雨间来验证产品改进效果。通过反复多次调整进气道格栅角度, 解决了该问题。

(3) 工艺过程监控

在淋雨过程发现驾驶室前风窗左、右上角出现滴水现象。通过对问题驾驶室拆装发现, 用于装配示廓灯的装配螺钉位置偏移, 而造成螺钉装偏的原因是焊装白车身孔偏。查到焊装工位, 发现冲压件的压痕浅, 造成压痕浅是由于模具有剩料, 而冲压工和检查人员难于发现。为了解决该问题的再次发生, 通过在前风窗上外板增加压痕标识, 彻底解决了该问题, 并且拓展思路, 将关键件也增加了压痕标识。

4.4 存在的问题及解决思路

(1) 一些被内饰件覆盖的白车身焊点和焊缝是否存在漏雨 (正常目视看不见)

采用针式湿度传感器, 对针织类软化件插入或掀开局部点进行检测, 提高对可能漏点的探测度。

(2) 出现漏雨的点并不是进水的部位 (进水部位正常情况看不见)

采用内窥视显微镜, 通过其前端的光导纤维的柔韧性, 将探头深入到一些无法直观目视的部位, 从而在第一时间发现产生问题的原因, 可使问题得以快速解决。

5 研究方向

密封件机器视觉检测系统开发篇5

O型密封件是一种最常见的密封件, 具有结构简单, 成本低廉、密封性能良好和安装使用方便等特点[1]。O型密封件广泛应用于各行各业的各种大型机器设备中, 其尺寸是否标准对于设备的密封性能有着巨大影响。

目前, 国内密封件生产企业主要依靠传统人工的办法, 使用目测及利用离线式尺寸量规和环规仪等测量工具对密封件进行检测[2,3]。人工检测方式不仅需要大规模的劳动力, 在检测过程中, 由于工作强度大及时间长, 容易产生视觉疲劳, 很难做到对产品质量的一致要求和严格全面把关。为此, 本文提出采用基于机器视觉的密封件检测系统进行检测, 采用机器视觉检测的方法, 能有效提高检测效率与检测精度。

1 系统硬件设备与测量原理

1.1 系统的硬件设备

系统的硬件设备主要分为以下4个部分:照明、图像采集、图像处理和机械执行部件。

照明部分采用的是暗室背光照明模型, 暗室背光照明能获得高对比度的图像, 使得背景与目标产生很大的反差, 对接下来的图像采集和图像分割至关重要。光源则选择同轴光源, 使得轮廓能清晰、准确的被采集。

图像采集部分主要由CCD相机与镜头组成。相机与镜头的选择, 则需要考虑视觉系统的精度要求。本文中的密封圈外径尺寸为60 mm, 要求检测精度达到0.1 mm, 检测速度达到200 ms, 因此图像采集的速度必须被控制在100 ms以内。根据以上要求, 按照成像原理的方法进行计算[3]。系统采集部分选用德国Basler公司的ac A系列Basler-ac A1600-20gm工业相机, 镜头则选择可调焦距f=25 mm的镜头, 最小物距u=250 mm。相机的CCD芯片尺寸短边h=6.6 mm, 分辨率达到了1628×1236。求得最小视野v=66 mm, 工业相机精度66/1236=0.05 mm。本方案论证检测要求精度为0.1 mm, 故所选取工业相机与镜头均符合检测要求。

图像处理包括图像分割与图像处理算法, 是本文的主要内容, 将在后面详解。

机械执行机构主要根据图像处理的结果, 完成对次品的筛选、击出等, 本文不做详细讨论。图1为本系统采集到的密封圈的原图像。

1.2 检测步骤与检测原理

检测密封圈时, 首先根据采集到的原图像, 对原图像进行阈值分割, 获得二值化图像。然后运用图像处理算法, 对已经二值化的图像进行机器视觉算法进一步处理, 找到图像的内圆与外圆, 分别算出其尺寸。对于符合尺寸要求的密封圈, 将进行缺陷检测, 对于不符合尺寸要求的密封圈, 则直接剔除不良品。图2是检测的步骤。

2 阈值分割

阈值分割是机器视觉图像处理中很重要的一步, 是图像分析和视觉系统的一个重要的组成部分。阈值分割的好坏, 直接决定了图像特征提取、视觉分析算法的成功与否。阈值分割是指根据图像的灰度和色彩的信息, 把图像划分出几个区域, 划分后的同一个区域中, 图像应该有相似性或一致性, 而不同的区域则应该有明显的差别。阈值分割有直方图分割法、迭代法和最大类间分差法。本文主要运用的是最大类间分差法 (Otsu分割法) 将密封圈与背景分割。

2.1 Otsu算法原理[4]

设图像A中总共存在m个类, 那么应该有m-1个阈值将图像分成m个类。将这m-1个类表示成:

并将类间方差定义为:

其中:

使得σBC取得最大值的一组阈值就是最优阈值。

2.2 分割圆环

Otsu算法是一种动态阈值分割的算法, 针对本文密封圈图像, 只需要一个动态阈值, 就能够很好的分割出密封圈的环面与背景图像。算法的实现过程如下:

(1) 计算出整幅图像的平均灰度;

(2) 计算背景像素在整幅图像中所占的比例和目标像素在整幅图像中所占的比例;

(3) 计算背景平均灰度值和目标平均灰度值;

(4) 根据上面的算法求出最大值, 该最大值就是最佳分割阈值T;

(5) 根据阈值T实现图像的分割。

实验结果如图3所示。

3 尺寸检测

找出图像的边缘之后, 就可以对密封圈的内外圆尺寸进行检测。对圆尺寸的检测, 首先要找出内外圆, 才能对其进行检测。传统的检测方法有重心法、边缘扫描法和Hough变换圆检测法等。这些检测方法各有各自的优点, 精度也较高, 但是缺点也明显, 都需要对图像中的每一点像素进行扫描, 而且还重复多次的扫描, 效率低下。再者由于算法的原因, 会产生大量的浮点运算, 而计算机的浮点运算的速度远远不及整形运算。因此, 本文用于检测圆的方法是基于Bresenham算法思想的一种改进型圆检测算法。

3.1 Bresenham算法

Bresenham算法是关于计算机图形学特性而设计出来的算法, 因为显示器 (屏幕或打印机) 系由像素构成, 因此在求直线各点的过程中可以全部以整数来运算, 计算速度得以提高。

对于人们看到显示器屏幕上的计算机图像来说, 直线或圆都是模拟出来的, 是基于像素的形式显示的。同样的, 相机采集到的图像, 为离散的二维像素的集合, 类似于图像光栅化, 要在光栅网格中离散的点绘制直线, Bresenham算法是目前应用较为广泛的直线生产算法, 生成直线的计算效率和连续性都较为理想[5]。

具体算法如图4所示。

首先画一个起点P (xi, yi) 。

画下一个点, x坐标增加一个像素单位。如果x到图像的最右端, 则画线完成, 否则继续寻找下一个点。如图4, 用网格线的交点模拟像素点, 由图知道要画的点要么为相交点的上点, 要么为下点。若直线与网格的截距d的坐标大于 (yi+yi+1) /2则选择上邻点, 否则选择下邻点。

继续第二步, 直至x到达最右端, 画线结束。

可以看到, 在画线的循环中, 这个算法只用到了整数的加法, 所以非常高效。

3.1.1 Bresenham算法原理[6]

如图5, 由于像素素坐标的整数性, 数字点 (x, y) 与所取像素点 (x, y+ε) 间会引起误差, 这里用ε表示累加误差。图5中, (x, y+ε) 的下一个点为 (x, y+ε+m) , 可以看出, 当 (ε+m) <0.5时, 绘制 (x+1, y) 点, 否则绘制 (x+1, y+1) 点。每次绘制后, ε将更新为新值:

当 (ε+m) <0.5时, ε=ε+m;

否则, ε=ε+m-1。

将上面的式子分别乘以dx, 用ξ代替ε·dx,

而m·dx=dy, 则可以用下式表示:

当 (ε+m) <0.5时, ξ=ξ+dy

否则, ξ=ξ+dy-dx。

此时, 运算已经全部变为整数的运算了。

3.1.2 各象限中的Bresenham算法

在算法的实际实现过程中, 可能存在着dy>dx这种情况, 便得到了不想要的结果。这是由于只考虑到了dx>dy, 且dx、dy都为正的情况。因此, 需根据不同的情况对算法进行改进。

如图6, 当使用Bresenham划线路径扫描时, 线段的方向可以划分出8种, 将二维坐标系划分出8个不同的区域, 由图中所示的区域位置决定从 (x, y) 到 (x+1, y+1) 如何变化。

容易得出, 当线段处于 (1) 、 (4) 、 (5) 、 (8) 区域时, 可以用以|dx|和|dy|代替前面公式中的dx和dy, 当线段处于 (2) 、 (3) 、 (6) 、 (7) 区时, 将公式中的|△x|和|△y|对换, 则上面的两个公式仍然可用。

3.2 基于Bresenham算法找圆

基于Bresenham算法在图像中快速描绘直线的特性, 若利用其描绘直线的思想在图像中沿着某个方向搜索点, 能大大提高其搜索的速度。按照其步骤, 首先是要找到一个起点, 作为画线的起点。对于本文中的密封圈检测来说, 想要搜索到内圆和外圆, 必须先找到一个位于内圆内的一个点。对于本系统所采用的相机和镜头的组合, 密封圈在图像中大概处于最中间的位置, 因此将以下面的方法来确定出起点的位置。

(1) 画直线:在图像中的x坐标和y坐标的三分之一处, 分别画一条平行于y轴和x轴的直线。设密封圈图像的横坐标有a个像素, 纵坐标有b个像素, 于是, 分别画出两条直线:

(2) 判断交点:对于取出边缘后的图像来说, 只需找出直线与边缘的交点, 便是与内外圆的交点。在寻找前, 先创建一个动态数组。扫描过程中, 将与前面的像素相比, 像素值改变了的点保存到动态数组里。最后, 取出数组的首位两个点。最后取出来了A、B、C、D四个边缘点。

(3) 分别以线段AB的中点和线段CD的中点画中垂线,

最后用上面的公式, 求出交点O, 作为Bresenham的画线起点。画出的这个O点, 是可以确定是处于圆内的某个点。如图7所示, A、B、C、D分别为两条线与轮廓的交点, 分别以AB和CD的中点画一条中垂线, 两条中垂线的交点O即可作为画线的起点。

确定扫描起点后, 运用Bresenham算法开始对二值化图像进行扫描:

(1) 分别以斜率为tan0°和tan180°沿两个方向扫描, 扫描的过程中, 要根据不同的区域区别对待。创建数组, 将扫描到的点分别记录下其第一次扫到边缘的像素值坐标, 这两个坐标值是内圆上的点。再记录下第二次扫到边缘的像素值坐标, 这两个坐标值为外圆上的点。

(2) 用坐标距离公式分别算出内圆两个点之间的距离和外圆两个点之间的距离, 得出内圆直径和外圆直径, 并且求出圆心。

(3) 以斜率tan1°和斜率tan181°扫描, 类似第一步和第二步的方法, 求出内外圆的直径, 此后每次增加一度的斜率扫描, 总共循环180次。

(4) 将最后得出的内圆直径180个数据与外圆直径的180个数据分别求平均值, 得出内圆平均半径与外圆平均半径, 并将圆心坐标求平均。

(5) 将得出的数据与标准数据对比, 若超出标准范围, 则鉴定为不良品, 否则为合格品。

4 缺陷检测

在尺寸检测正常的前提下, 进一步对产品表面缺陷进行检测。一般来说, 密封圈的缺陷主要为磨损缺陷, 即外圆或者内圆上面出现了凹槽。

凹槽的检测可以使用等分圆的办法[7]。将圆等分成n份, 这时候将待检测的图像与标准密封圈图像比较, 若为合格品, 内外圆之间的圆环半径方向的像素数应该与标准件一样或接近, 若有较大的偏差, 则为不良品。具体步骤如下:

(1) 以圆心为中心将圆n等分;

(2) 用Bresenham直线扫描对外环进行扫描。记录每一部分像素值为1的像素的个数;

(3) 设置一个合理的阈值, 将扫描到的每一份像素点与标准件的圆环像素点进行比较, 若超出阈值范围, 则断定为不良品。

5 实验结果

对系统采集到的标准密封圈图像进行处理, 经过阈值分割与尺寸检测、缺陷检测, 系统均能正确的做出判断。

6 结束语

本文介绍了一种基于机器视觉密封圈检测系统, 实现了密封圈的实时在线检测过程。该系统的图像处理部分采用了基于Bresenham在屏幕中划线的路径的思想, 并将其运用于密封圈的数字图像中的轮廓寻找。利用该方法, 有效提高了密封圈检测的速度与精度。

摘要：针对密封圈人工检测的不足, 提出一种基于机器视觉的密封件检测系统进行检测, 经过验证, 能满足检测速度与精度的要求。

关键词：机器视觉,密封件,尺寸检测,表面检测

参考文献

[1]肖锋, 王和顺.基于图像的O型密封圈尺寸检测方法[J].润滑与密封, 2014, 39 (1) :93-96.

[2]周江, 任锟, 帅英琦.基于机器视觉的磁钢片缺陷检测研究[J].机电工程, 2014 (12) :1541-1546.

[3]利新琴.基于机器视觉的密封橡胶圈缺陷检测的研究[D].合肥:合肥工业大学, 2009.

[4]曹亮.基于Otsu理论的图像分割算法研究[D].武汉:武汉理工大学, 2008.

[5]程滔, 郭雅琳, 李正平.Bresenham算法及其在遥感影像图形绘制中的应用[J].合肥工业大学学报, 2014, 37 (9) :1072-1075.

[6]孙云.一种快速的Bresenham直线生成改进算法[J].计算机光盘软件与应用, 2014 (3) :108-110.

密封检测篇6

盾构管片接缝防水是盾构法隧道设计中至关重要的一个问题,接缝一旦发生渗漏,将严重影响隧道工程安全。弹性密封垫是盾构管片接缝常用的防水材料,主要靠接触面之间的接触力来抵抗外水压力。作为橡胶高分子材料,弹性密封垫在受挤压状态下的松弛不可避免,这会导致密封垫间的接触应力下降,进而导致防水能力的折减。因此,必须对密封垫的松弛性能进行检测,以保障其良好的长期防水性能。

1 橡胶材料松弛性能的检测现状

目前,国内测定橡胶材料的松弛性能主要有两类:1)测定橡胶试件的应力松弛,对应的标准为GB/T1685—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶在常温和高温下压缩应力松弛的测定》;2)测定橡胶试件的永久变形,对应的标准为GB/T 7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下压缩永久变形测定》。

1.1 橡胶试件应力松弛的测定

GB/T 1685—2008主要采用的测试仪器为橡胶应力松弛仪,测定原理是在规定的试验温度下,将硫化橡胶或热塑性橡胶标准试样压缩到并保持在一恒定应变的状态下,测定压缩力的降低。

试样规格:1)圆柱形试样,Ⅰ型:Φ10±0.2 mm、高10±0.2 mm,Ⅱ型:Φ13±0.5 mm、高6.3±0.3 mm;2)环形试样(可采用旋转式切刀裁取):厚2±0.2 mm、内径15±0.2 mm、径向宽度2±0.2 mm。

1.2 橡胶试件永久变形的测定

GB/T 7759—1996是将已知高度的试件,在常温、高温和低温条件下,在规定的压缩率,经一定的压缩时间后,测定橡胶的变形量。测定原理:1)室温和高温试验:在标准温度条件下,将已知高度的试件,按压缩率要求压缩到规定的高度,在规定温度条件下,压缩一定时间,然后在标准温度条件下除去压缩,将试样在自由状态下,回复规定时间,测量试样的高度;2)低温试验:在标准温度条件下,将已知高度的试件,按压缩率要求压缩到规定的高度,在规定低温试验温度下,压缩一定时间,然后在相同低温下除去压缩,将试样在自由状态下回复,在低温下每隔一定时间测量试样的高度,得到一个试样高度与时间的对数曲线图,以此评价试样的压缩永久变形。

试样规格:1)A型:Φ29±0.5 mm、高12.5±0.5 mm的圆柱体;2)B型:Φ13±0.5 mm、高6.3±0.3 mm的圆柱体。

上述两种测试橡胶材料松弛性能的方法,均采用标准试件,而非成品密封垫。然而,实际工程中所使用的成品密封垫性能往往同标准试件存在一定差异,标准试件的检测不能真实反映密封垫松弛性能。急需新的测试方法及测试设备,用于成品密封垫松弛性能的测定。

2 早期密封垫成品的松弛检测

上海崇明越江隧道工程中,密封垫材料性能测试尝试使用密封垫闭合压缩试验装置(图1),每次测试时加压至闭合状态,同时读取传感器的读数。该方法得到的密封垫闭合压缩力随时间变化的曲线见图2。

分析图2中曲线,认为应力松弛主要发生在前8d,36 d后应力松弛基本达到稳定。应力变化速率为0.002 kN/h,应力松弛为25%。按照水密性设计1 MPa的要求,应力松弛25%,仍可以达到0.75 MPa的防水能力。

此种装置解决了成品密封垫的松弛检测问题,但仍存在明显缺陷:1)无法测定不同张开量条件下的松弛应力;2)无法反映密封垫之间接触面的压力变化;3)每个工况试验必须占用一个压缩试验装置,造成试验设备浪费严重。对试验装置优化改进势在必行。

3 密封垫松弛测试技术的改进及适用性验证

基于密封垫的闭合压缩试验装置,研究人员研制出一套密封垫松弛应力检测装置,该装置仿照压缩试验装置制成一套夹具,通过在夹具间放置垫片模拟不同开张量,并通过在密封垫间放置传感器,得到密封垫接触面的压力值(图3)。

通过试验,模拟2 mm,4 mm,6 mm三种张开量(维持28 d),测定密封垫接触面压应力随时间变化曲线(图4、图5),详细结果见表1。

分析图4、图5中曲线可以得出:1)夹具中密封垫松弛过程应力处于不断调整和自平衡的状态,因此测试结果存在一定的波动;2)25 d(600 h)后,密封垫的压应力趋于平缓,28 d后密封垫的松弛比例均在13%～15%之间(表1);3)对防水指标有重要参考意义的张开量6 mm的设计工况,28 d后,密封垫的接触应力约0.6 MPa,从理论上讲能够满足防水设计要求。

4 结语

本文基于密封垫的闭合压缩试验装置,研制出一套密封垫松弛应力检测装置,该装置通过在夹具间放置垫片模拟不同开张量,并通过在密封垫间放置传感器,得到密封垫接触面的压力值,能够更加准确地反映密封垫松弛性能,为隧道工程长期可靠的防水性能提供保障。

随着地铁、隧道等工程的大规模建设,盾构管片接缝长期防水问题必定会引起更多的关注,防水弹性密封垫松弛性能测定的研究也会更加深入。谨以此文,与业内人士共同探讨交流。

摘要：介绍了盾构隧道弹性密封垫松弛性能检测现状,并基于密封垫的闭合压缩试验装置,研制出一套密封垫松弛应力检测装置。该装置通过在夹具间放置垫片模拟不同开张量,并通过在密封垫间放置传感器,得到密封垫接触面的压力值,能够更加准确地反映密封垫的松弛性能,为隧道工程长期可靠的防水性能提供保障。

关键词：弹性密封垫,松弛性能检测,闭合压缩试验装置,松弛应力检测装置

参考文献

[1]全国橡标委橡胶物理和化学试验方法分会.GB/T1685—2008硫化橡胶或热塑性橡胶在常温和高温下压缩应力松弛的测定[S].北京:中国标准出版社,2008.

超声波检测铁道车辆密封性技术介绍篇7

铁道车辆整车密封性能是车辆重要的质量指标之一, 关系到车辆的安全运营和乘座的舒适性。如果密封性指标不达标, 车辆雨天运行时, 雨水会进入车辆电气柜、设备柜及电气部件, 造成车辆部件腐蚀、电路短路、信号系统紊乱等故障, 危及行车安全。铁道车辆漏雨部位大多发生在车顶空调、空调新风口、车辆门窗、贯通道等处, 主要进水路径有:车体钢结构空调平台焊缝处、空调新风口铝风道结合面处、车门上沿及门缝处、车窗周圈及贯通道上侧部位。

按照《铁道车辆漏雨试验方法》 (TB/T1802-1996) 要求, 车辆制造时需进行车体钢结构的浇水试验和整车落成后的喷水试验, 喷水技术参数:喷水强度不小于3mm/min、喷头处水压不小于0.10MPa、喷头至喷水表面的距离不大于1.5m、喷水时间不小于3 min, 喷水结束后10~20 min内再检查各部位是否有渗漏。车辆漏雨试验为例行试验, 根据车辆制造现场统计数据, 车辆整车落成后漏雨试验时, 漏雨发生概率总在30%左右, 严重影响产品质量和生产交付计划, 亟待开发一种新的检测方法来进行铁道车辆漏雨试验前的泄漏检测和漏雨后漏点的查找, 为车辆运营提供安全保障。

本文依据汽车行业的应用经验, 采用超声波检测泄漏的原理, 对超声波发生器、接收装置、检测探头、系统软件等进行优化配置, 使之满足于铁道车辆漏雨密封性能检测。

二、超声波检测装置原理

超声波是频率高于20KHz、人耳听不到的声波, 它具有方向性好、功率大、穿透能力强、易于获得较集中的声能且随传播距离增大衰减较快的特点。

在封闭的铁道车辆车厢内, 放置超声波发生器, 超声波在均匀的介质中以直线方式传播, 当传播到界面或另一种介质的表面时, 按照几何光学原理, 发生反射、折射现象, 在反射、折射时其能量及波形都发生变化, 能量的变化量取决于两种介质的声阻抗特性, 两种介质的声阻抗特性差异愈大, 则反射波的强度愈大。铁道车辆车厢内部件材料主要有钢、铝、酚醛玻璃钢、橡胶、塑料等组成, 由于上述材料的声阻抗和空气声阻抗相差较大, 超声波均不同程度地发生反射;如果封闭车厢内有缝隙、孔洞, 超声波将穿过该缝隙, 用超声波检测探头扫描车体钢结构空调平顶焊缝、空调新风口铝风道结合面、车门上沿及门缝、车窗周圈及贯通道等部位, 可捕捉到超声波声音, 通过检测仪器分析、处理, 可以判断出缝隙的大小、位置。超声波检测装置原理框图见图1。

三、铁道车辆超声波检测装置

车辆超声波检测装置具有以下功能:

(1) 检测高频率的超音波;

(2) 屏蔽低频率或人耳可以听到的声波;

(3) 超声波信号可转换为人耳可以听到的声波;

(4) 超声波信号可进行量化、数值化;

(5) 可储存测量数据、显示器显示泄漏处;

(6) 可传输测量数据到PC上储存、分析、结论。

车辆超声波检测装置系统组成图见图2。

四、铁道车辆超声波检测装置应用

铁道车辆超声波检测泄漏分为两个阶段进行, 第一阶段:车体钢结构泄漏检测;第二阶段:车辆整车落成后泄漏检测。

(一) 车体钢结构检测系统

铁道车辆车体总组焊后, 需对车体钢结构顶盖上通风器、雨檐、空调新风口、空调平台焊缝、车体侧墙门窗处、车体端墙贯通道处进行浇水试验, 满足不泄漏、不渗漏之要求。

在浇水试验之前, 使用超声检测装置, 对以上部位进行探测检查, 预先检测是否有漏点, 预先进行控制并处理, 可有效控制有漏点的车体流入下工序, 减少返工返修时间, 提高产品质量。车体钢结构检测位置见图3。

(二) 整车检测系统

铁道车辆总组装竣工后, 按照工艺流程, 需对整车进行漏雨试验, 满足《铁道车辆漏雨试验方法》 (TB/T1802-1996) 喷水强度不小于3mm/min、喷头处水压不小于0.10MPa、喷头至喷水表面的距离不大于1.5m、喷水时间不小于3 min, 喷水结束后10~20 min内再检查各部位不渗漏的要求。

在车辆漏雨试验前设置超声检测工序, 对车辆车门接缝处、车体空调平台焊缝处、车窗接缝处、车内风道及电器设备接缝处、贯通道折棚处等进行漏点检测, 可预先发现漏点、处理漏点, 大大降低了返工返修时间, 满足了生产计划要求。整车超声波检测部位图参见图4。

(三) 设备选型

1.超声波发声器

发射功率:8×260m W便携式 (可根据实际情况试验标定后确定)

频率范围:频率39.2KHz和39.6KHz双频制

温度范围:-20~50℃;湿度范围: 0~95%

具有二次充电装置, 一次充电后连续工作时间≥2.5小时

2.外接式探测器

柔性弯曲式探头

探头灵敏度:-65dB/V/μbar at 40 kHz (可根据实际情况试验标定后确定)

探测器长度:550mm or 820mm

探头管外径20mm

3.接收器主机

测量量程:-10dBμV~120 dBμV

测量精度:±0.5d BμV

测量分辨率:0.1 d BμV

信噪比:-5d BμV

带宽:-3d B) 2KHz

频率范围:0~200 KHz

便携仪显示器可显示漏点部位、具有键盘功能键、具有高对比性, 带背光LCD, 可接入PC电脑进行数据存储、分析、打印功能。

五、结语

1.超声波检测可与传统淋雨试验工艺相结合, 提前发现车辆漏雨部位进行处理, 提高了车辆密封性能、降低了返工返修率。

2.超声波检测手段成本低、可靠性高、操作简便易行。

3. 铁道车辆整车漏雨率由30%降低到6%以下。

4. 车辆制造商和车辆运营单位均可推广使用该方法。

摘要：铁道车辆车体钢结构总成、整车总装竣工后, 按照《铁道车辆漏雨试验方法》 (TB/T1802-1996) 要求, 均要进行漏雨试验, 满足不泄露的技术要求;针对现车漏雨试验时泄漏率高达30%的现状, 提出一种基于超声波检测的试验方法, 将超声波发生器作为信号源置于车辆车厢内, 利用车外超声波接收装置, 将超声振动波转换成电压信号输出, 经计算机处理分析后可自动评定铁道车辆的漏雨密封性能。该方法可在车辆淋雨试验前预先进行检测, 操作超声波柔性探头和便携式显示器扫描车辆, 可检测到车辆孔洞、缝隙或密封不良部位漏出的超声波声音信号, 通过超声波耳机听到泄漏声或看到数位信号的变动, 从而确定泄漏部位, 进行预先控制和处理, 极大降低了因漏雨造成的车辆返工返修率。该方法检测成本低、可靠性高, 对车辆制造商和车辆运营单位具有现实意义, 值得推广应用。

关键词：超声波检测技术,铁道车辆密封性,漏雨试验

参考文献

[1]TB/T1802-1996, 铁道车辆漏雨试验方法[S].

密封检测篇8

对于既有幕墙硅酮结构密封胶的检测,美国材料试验协会在ASTM C1392—00(2005)《结构密封胶装配玻璃失效评估标准指南》[2]中提出了一种在已安装的结构密封胶装配玻璃系统上评估其结构密封胶失效范围的方法,该方法通过测量在局部加载的条件下所获得的挠度,来确定结构密封胶失效的部位。

在分析不同宽、厚尺寸对既有幕墙结构密封胶性能影响的基础上,可以研究既有幕墙结构密封胶性能的检测方法。该方法对既有硅酮结构密封胶取样后,用超高强度胶粘结制得H型试片,在规定时间、规定条件下养护后,使用万能拉力试验机测试最大强度和最大强度伸长率,来表征既有幕墙硅酮结构密封胶的性能。

1 实验部分

1.1 硅酮结构密封胶粘结试片实验设计

实验设计了不同宽、厚尺寸及养护时间的粘结试片,见表1。

1.2 硅酮结构密封胶再粘结试片实验设计

通过对环氧胶、聚氨酯胶和硅酮结构胶与既有硅酮结构胶进行的粘结实验比较,发现环氧胶、聚氨酯胶与既有硅酮结构胶基材粘结较差,而硅酮结构胶粘结良好,故本实验选用了白云超高性能硅酮结构胶。

表2为实验设计的不同宽、厚尺寸与数目的再粘结试片。其中15号为正常检测结构胶拉伸粘结性的H型试片,16—19号为再粘结试片。

再粘结试片制备方法如下:切取既有的硅酮结构密封胶,用刀具将其切割成表2中16—19号所述宽、厚尺寸,长为50 mm的试样,用硅酮结构胶(最大强度≥1.2 MPa)重新粘结制得H型片,硅酮结构胶再粘结层总厚度小于1 mm,必要时可采用底涂增强粘结面的粘结性能,如图1所示。

1.3 养护条件及实验设备

1.1及1.2实验的养护条件按GB 16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》中规定,在标准试验条件[温度(23±2)℃,相对湿度(50±5)%]下养护21 d;拉伸粘结性实验采用万能拉力试验机进行测试。

2 结果与讨论

2.1 不同宽、厚尺寸对结构胶拉伸粘结性的影响

2.1.1 宽度尺寸变化对结构胶性能的影响

取养护49 d的试片,将同尺寸同条件下的试片测试结果取平均值,处理结果如表3、图2—3所示。

从图2和图3可以看出,与其他3组相比,4组试片宽度和厚度尺寸较大,最大强度及最大强度伸长率明显偏小,这说明该宽度和厚度是不合适的,也不符合结构胶胶缝设计要求。在1—3组中,厚度不变时,结构胶试片最大强度随宽度变化有一些变化,但变化不明显,其中3组极差R最大,为0.13。但厚度不变时,结构胶试片最大强度伸长率随宽度变化较大,其中3组极差R最大,为66。

2.1.2 厚度尺寸变化对结构胶性能的影响

取养护49 d的试片,将同尺寸同条件下的试片测试结果取平均值,处理结果如表4、图4—5所示。

从图4和图5可以看出,相同宽度的条件下,5组、7组和8组试片最大强度和最大强度伸长率随厚度增加而下降;与5组和6组相比,7组和8组的宽度尺寸较大,最大强度和最大强度伸长率随厚度增加下降非常明显,这说明该宽、厚尺寸不合适,也不符合结构胶胶缝设计要求。在5组和6组中,宽度不变时,结构胶试片最大强度随厚度变化有一些变化,但变化不明显,其中6组极差R最大,为0.07。但宽度不变时,结构胶试片最大强度伸长率随厚度变化较大,其中5组极差R最大,为39。

2.1.3 宽厚比变化对结构胶性能的影响

取养护49 d的试片,将同尺寸同条件下的试片测试结果取平均值,处理结果如表5、图6—7所示。

图6和图7比较了同一宽厚比、不同厚度的试片的最大强度和最大强度伸长率。10组和11组中,当厚度大于12 mm时,结构胶最大强度和最大强度伸长率随厚度增大下降明显,因此厚度大于12 mm是不合适的,也不符合结构胶胶缝尺寸设计要求。

2.2 不同养护时间对结构胶拉伸粘结性的影响

将同尺寸同条件下的试片测试结果取平均值,处理结果如表6、图8—9所示。

从图8和图9可以看出,12—14组试片养护21d后最大强度趋于稳定,但最大强度伸长率随养护时间的延长略有下降。可以认为,该尺寸条件下结构胶最短养护时间应为21 d。

2.3 既有硅酮结构密封胶再粘结试片拉伸粘结性

将现场施工已养护好的硅酮结构胶割胶后,制成H型试片,将同尺寸同条件下的试片测试结果取平均值,测试结果如表7所示。

表7中试片在试验过程中均为100%内聚破坏,即破坏面发生在既有硅酮结构密封胶上,而非再粘结使用的硅酮结构密封胶。表7中再粘结试片最大强度伸长率数据均已作近似处理,减去再粘结用的硅酮结构胶在该拉伸强度下对应的最大强度伸长率。可以认为处理后的数据能表征所取既有幕墙硅酮结构胶胶样的实际最大强度伸长率。

16组为15组的同尺寸再粘结试片,最大强度值几乎没有变化,最大强度伸长率变化不大;17—19组试片改变了尺寸,最大强度变化不大,极差R为0.17,最大强度伸长率变化相对较大,极差R为59。

由以上结果可以得出结论:采用再粘结试片的方法能表征既有硅酮结构密封胶的最大强度;再粘结试片尺寸变化对最大强度影响不大,对最大强度伸长率影响较大。JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定:幕墙硅酮结构胶设计不应小于7 mm,且粘结宽度大于厚度。因此,推荐采用的取样尺寸为宽6 mm、厚6 mm、长50 mm,这样,不同幕墙接缝尺寸的取样要求都能满足。

3 现场取样试验

对某个采用广州白云化工有限公司SS621结构胶的工程进行现场取样,该幕墙已自然曝晒老化10年。取样尺寸为宽6 mm、厚6 mm、长50 mm,按1.2所述的制样方法和1.3所规定的条件进行实验,试片序号编为20—24,测试结果如表8所示。

表8中试片在试验过程中均为100%内聚破坏,说明再粘结用的结构密封胶对已老化既有硅酮结构密封胶粘结良好。表8中最大强度伸长率按表7中最大强度伸长率数据处理方法,作同样的近似处理。由表8可见,固定取样尺寸后,不同试样间最大强度与最大强度伸长率变动不大,采用该取样方法,具有较好的可重复性。

4 结论

1)在硅酮结构胶胶缝设计范围内,硅酮结构胶试片尺寸变化对最大强度影响不大,而对最大强度伸长率影响较大。

2)实验用的结构密封胶与既有幕墙硅酮结构胶及已老化的既有幕墙硅酮结构胶都具有良好粘结性。

3)采用测试既有硅酮结构密封胶再粘结H型试片拉伸粘结性的方法,能近似表征既有硅酮结构胶实际应用中的最大强度。

4)既有硅酮结构密封胶再粘结H型试片在规定养护条件下的养护时间应不少于21 d。

5)考虑操作简单及适用性,推荐取样尺寸为宽6mm、厚6 mm、长50 mm,该尺寸试片的最大强度可近似表征既有硅酮结构胶实际应用中的最大强度,所得最大强度伸长率可作参考指标用以判断既有幕墙结构胶的可靠性及老化程度。

摘要：在研究不同宽、厚尺寸和养护时间对硅酮结构密封胶拉伸粘结性影响的基础上,提出了既有幕墙硅酮结构密封胶性能检测的方法。通过现场取样测试,证明该方法可以表征既有硅酮结构密封胶的性能。

关键词：既有幕墙,硅酮结构密封胶,性能检测方法

参考文献