一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统的制作方法

1.本发明涉及混凝土成分检测的技术领域，尤其涉及一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统。


背景技术：

2.目前，建筑工程上约每平米使用约0.6方混凝土，一栋普通30层住宅楼建筑面积(不包括地基)可达到几万平方米，国家基础建设桥梁等均是数以万吨的基数，2021年中国年消耗混凝土量达到了32.93亿立方米，混凝土用量很大，工地约每种强度混凝土每250方需送检一组试块；混凝土强度检测和氯离子含量实体检测中：建筑物每三层、每种强度等级的墙柱、梁板至少各抽取一个构件进行混凝土强度检测和氯离子含量实体检测，每构件不少于三个芯样，其中墙梁交接部位至少抽取一个芯样；试块和构件样品量巨大。
3.混凝土、水泥中氯离子含量测定为国家强制性检测项目；
4.氯离子含量测定之前需进行前处理，主要为试块或构件的压碎、去除石子、粉碎、过筛、称重、加水或酸、加热提取氯离子到溶液中一系列操作后放入滴定台上进行滴定。
5.现有技术中存在以下技术问题：一组三块试块或构件，单块试块质量为1-8kg，形状为柱体或立方体，尺寸变化多种，一组质量为3-24kg，整个工序需7大块均需要压碎、去除石子、粉碎、过筛后缩分至不少于30g，试样质量较大，人工进行处理费时费力。压碎力度控制较难，压力过大导致强度低试件或构件中石子粉碎引入到样品中，标准中规定禁止出现的石子干扰，测定结果会不准确，压力过小导致试块或构件破损度过低，石子剔除不尽，试样或构件返工压碎。试块压碎后需去除石子，此过程需要人工剔除石子，易出现石子剔除不尽需返工，工作时长较为麻烦。人工研磨过程易出现颗粒度不达标，返工重新研磨；机械研磨过程需人工操作，粉尘较大导致人员吸入粉尘产生职业卫生健康危害，且为达到所需粒径会出现研磨时间过长，粉尘污染环境。样品数量繁杂，称量过程繁重易出现样品混淆或漏检现象。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统。
7.本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统，包括样品制作工段、样品提取工段和控制中心，所述样品制作工段包括搬运机械手、测量粉碎设备、传送除尘设备、机械电动筛、电动研磨机和第一定量加样设备，所述测量粉碎设备通过传送除尘设备与机械电动筛连接，所述机械电动筛通过电动研磨机与第一定量加样设备连接，所述第一定量加样设备通过搬运机械手与样品提取工段连接，所述搬运机械手、测量粉碎设备、传送除尘设备、机械电动筛、电动研磨机、第一定量加样设备和样品提取工段均与控制中心连接。
8.更优的选择，所述样品提取工段包括烘烤箱、第二定量加样设备、加热震荡设备和
静置平台，所述第一定量加样设备通过搬运机械手与烘烤箱连接，所述烘烤箱通过搬运机械手与第二定量加样设备连接，所述第二定量加样设备通过搬运机械手与加热震荡设备连接，所述加热震荡设备通过搬运机械手与静置平台连接，所述烘烤箱、第二定量加样设备和加热震荡设备均与控制中心连接。
9.更优的选择，所述第二定量加样设备包括锥形瓶、定量加样器和第二天平，所述烘烤箱通过搬运机械手与定量加样器连接，所述第二天平放置于定量加样器的下方，所述锥形瓶设置于第二天平，所述锥形瓶与定量加样器相匹配，所述定量加样器和第二天平均与控制中心连接。
10.更优的选择，所述测量粉碎设备包括检测模块、粉碎模块、推手和粉碎机架，所述粉碎模块安装于粉碎机架，所述检测模块和推手均安装于粉碎模块的一侧，所述粉碎模块的另一侧与传送除尘设备连接，所述测模块、粉碎模块和推手均与控制中心连接。
11.更优的选择，所述检测模块包括激光传感器、扫描仪、压力传感器数据采集仪表和压力传感器，所述激光传感器、扫描仪和压力传感器数据采集仪表均安装于粉碎机架的一侧，所述压力传感器安装于粉碎模块，所述压力传感器与压力传感器数据采集仪表连接，所述激光传感器、扫描仪和压力传感器数据采集仪表均与控制中心连接。
12.更优的选择，所述粉碎模块包括电机、压板和粉碎平台，所述压板通过电机安装于粉碎机架的上部，所述粉碎平台安装于压板的下方，所述传送除尘设备与粉碎平台连接，所述电机与控制中心连接。
13.更优的选择，所述传送除尘设备包括传送带和除尘清理器，所述测量粉碎设备通过传送带与机械电动筛连接，所述除尘清理器包覆于传送带，所述传送带和除尘清理器均与控制中心连接。
14.更优的选择，所述电动研磨机包括进料漏斗、研磨主机、排料管和出料管，所述机械电动筛通过进料漏斗与研磨主机连接，所述研磨主机通过出料管与第一定量加样设备连接，所述排料管安装于研磨主机，所述研磨主机和出料管均与控制中心连接。
15.更优的选择，所述第一定量加样设备包括样品容器和第一天平，所述电动研磨机与样品容器连接，所述样品容器设置于第一天平，所述样品容器通过搬运机械手与样品提取工段连接，所述第一天平与控制中心连接。
16.更优的选择，所述搬运机械手包括x轴模块、y轴模块、桁架和机械手臂，所述机械手臂通过x轴模块安装于y轴模块，所述y轴模块安装于桁架，所述x轴模块、y轴模块和机械手臂均与控制中心连接。
17.本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
18.1、本发明通过搬运机械手、测量粉碎设备、传送除尘设备、机械电动筛、电动研磨机和第一定量加样设备，具智能化、无人化、机械自动化，节省人力成本，缩短前处理时间，提升效率，提高结果准确度与精密度，避免人员职业卫生健康损害，环境污染提升社会环保效益。
19.2、本发明通过烘烤箱、第二定量加样设备、加热震荡设备和静置平台，实现粉末检测无人化、节省人力成本，提升效率，提高结果准确度与精密度。
附图说明
20.图1是本发明一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统(样品制作工段)的示意图；
21.图2是本发明一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统(样品提取工段)的示意图；
22.图3是本发明一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统的搬运机械手连接示意图；
23.附图中各部件的标记：1-机械手臂；2-测量粉碎设备；21-检测模块；211-激光传感器；212-压力传感器数据采集仪表；213-扫描仪；22-粉碎模块；221-电机；222-压板；223-粉碎平台；23-推手；24-粉碎机架；3-传送除尘设备；31-传送带；32-除尘清理器；4-机械电动筛；5-电动研磨机；51-进料漏斗；52-研磨主机；53-排料管；54-出料管；6-第一定量加样设备；61-样品容器；62-第一天平；7-烘烤箱；8-搬运机械手；801-桁架；802-y轴模块；803-x轴模块；9-第二定量加样设备；91-第二天平；92-锥形瓶；93-定量加样器；10-加热震荡设备；101-温度传感器；102-加热震荡主机；103-震荡按钮；11-静置平台；12-控制中心；13-混凝土试块或芯样。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
25.如图1所示，一种硬化混凝土中氯离子检测智能自动化前处理系统，包括样品制作工段、样品提取工段和控制中心12，样品制作工段包括搬运机械手8、测量粉碎设备2、传送除尘设备3、机械电动筛4、电动研磨机5和第一定量加样设备6，样品提取工段包括烘烤箱7、第二定量加样设备9、加热震荡设备10和静置平台11。测量粉碎设备2通过传送除尘设备3与机械电动筛4连接，机械电动筛4通过电动研磨机5与第一定量加样设备6连接，第一定量加样设备6通过搬运机械手8与烘烤箱7连接，烘烤箱7通过搬运机械手8与第二定量加样设备9连接，第二定量加样设备9通过搬运机械手8与加热震荡设备10连接，加热震荡设备10通过搬运机械手8与静置平台11连接，搬运机械手8、测量粉碎设备2、传送除尘设备3、机械电动筛4、电动研磨机5、第一定量加样设备6、烘烤箱7、第二定量加样设备9和加热震荡设备10均与控制中心12连接。
26.样品制作工段的作用是将混凝土试块或构件13粉碎成碎块，再将碎块中的石子进行剔除，再将碎块研磨成粉末，再将粉末进行定量，完成样品的制作；搬运机械手8用于搬运块状混凝土试块13、样品容器61和锥形瓶92；测量粉碎设备2用于检测混凝土试块13的质量、尺寸和抗压强度后再将混凝土试块或芯样13压碎成碎块；传送除尘设备3用于将碎块从测量粉碎设备2转移到机械电动筛4并对传送带31进行除尘；机械电动筛4的作用是通过振动将碎块中的石子分离出来；电动研磨机5的作用是将除去石子后的碎块研磨成粉末；第一定量加样设备6的作用是对粉末进行定量装入样品容器61；样品提取工段的作用是对粉末中的氯离子含量进行检测；烘烤箱7的作用是将粉末中的水份出去，可以按标准规定设定烘烤时间和烘烤温度；第二定量加样是对烘干后的粉末中加入与粉末重量对应的酸或者蒸馏水；加热震荡设备10的作用是通过加热和震荡粉末、水和酸来提取氯离子；静置平台11的作
用是放置锥形瓶92进行静置；控制中心12用于控制所有设备的运行，实现设备之间的配合来完成混凝土试块13的制样和粉末中氯离子提取。
27.如图1所示，测量粉碎设备2包括检测模块21、粉碎模块22、推手23和粉碎机架24，检测模块21包括激光传感器211、扫描仪213和压力传感器数据采集仪表212，粉碎模块22包括电机221、压板222和粉碎平台223，粉碎机架24上设有检测箱，激光传感器211、扫描仪213和压力传感器数据采集仪表212均安装在检测箱内，推手23安装在检测箱的后方，压板222通过电机221安装在粉碎机架24的顶部，粉碎平台223安装在压板222的正下方，即是安装在粉碎机架24的底部上。粉碎平台223与传送除尘设备3的传送带31连接，在推手23的作用下，被粉碎的混凝土试块13推到传动带上。激光传感器211、扫描仪213、压力传感器数据采集仪表212、推手23和电机221均与控制中心12连接。
28.检测模块21用于检测混凝土试块或构件13的尺寸、质量和抗压强度；激光传感器211的作用是通过激光检测混凝土试块或构件13的位置和表面形貌特征；扫描仪213扫描混凝土试块或构件13上均贴有二维码获得信息；粉碎模块22可以将混凝土试块或构件13粉碎形成碎块；电机221的作用是在控制中心12的控制下驱动压板222向下运动并产生一定压力；压板222内安装有压力传感器，压力传感器与压力传感器数据采集仪表212连接，压力传感器混凝土试块或构件13所受到的压力并转换为压力数值反馈给压力传感器数据采集仪表212，压板222的作用是将混凝土试块或构件13压碎；粉碎平台223的作用是放置混凝土试块或构件13并承受压力；推手23的作用是将碎块从粉碎平台223上推到传送带31上运输；粉碎机架24起到支架的作用，用于安装零件。
29.工作原理说明：通过检测脉冲激光束在激光传感器211与被测目标间的传输时间实现测距，同时采集脉冲回波强度用于目标表面特征的识别，进而获得混凝土试块或构件13相应节点处目标的空间坐标位置，依据混凝土试块或构件13的表面形貌特征，分为平面型与圆弧面型进行分别处理，建立各自的数据处理方法。采用最小二乘法对目标特征进行分段拟合，避免整段拟合或迭代法等耗时长的计算方法降低运算速度，提升混凝土试块或构件13的立体几何尺寸、空间扭转角度和水平偏移量检测的高精度、时效性及准确性，实现混凝土试块或构件13的准确测量；压力传感器数据采集仪表212测量测量混凝土试块或构件13产生压力，利用内置压力-质量曲线计算出混凝土试块或构件13相应的质量。扫描仪213扫描混凝土试块或构件13上均贴有二维码，通过扫描二维码可获得混凝土试块或构件13上的抗压强度值、配合比等信息。所获上述信息带入基于预先训练的试块或构件压碎模型进行计算与分析，得到实施压碎动作过程压力力值、频次、速度、周期及间隔周期，并依据上述信息集合对应的相关动作依顺序发出指令到粉碎模块22，带有电机221控制的液压型压板222按照控制中心12的指令对混凝土试块或构件13进行压碎，得到碎块，碎块通过推手23推送至传送带31。
30.如图1所示，传送除尘设备3包括传送带31和除尘清理器32，测量粉碎设备2的粉碎平台223与传送带31的一端连接，传送带31的另一端与机械电动筛4连接，除尘清理器32完全包覆在传送带31的表面，传送带31和除尘清理器32均与控制中心12连接。
31.传送带31的作用是将粉碎平台223上的碎块转移到机械电动筛4上；除尘清理器32的作用是将碎块飘扬出来的粉尘进行处理。
32.工作原理说明：传送带31边上配备摄像头，视觉识别程序拾取摄像头采集图片，同
内置无粉尘与碎块的标准传动带图片作为依据，当达到内置清理动作阈值时则除尘清理器32开始进行吸尘操作，当达到洁净阈值时除尘清理器32停止操作，反馈ok结果至控制中心12进行下一轮压碎过程。
33.如图1所示，电动研磨机5包括进料漏斗51、研磨主机52、排料管53和出料管54，进料漏斗51安装在研磨主机52的顶部，进料漏斗51与机械电动筛4连接，出料管54安装在研磨主机52的右侧，出料管54与第一定量加样设备6的样品容器61连接，排料管53安装在研磨主机52的左侧，研磨主机52和出料管54均与控制中心12连接。
34.进料漏斗51的作用是将碎块导入到研磨主机52内；研磨主机52用于将碎块研磨成粉末；排料管53将研磨过程中的废料排出；出料管54设有过滤网，孔径大小依据国家现行标准设定并可拆卸，粉末通过过滤网抖动后中进入样品容器61中以实现粉末颗粒直径达到标准要求，同时将由静电力等物理原因粘和在一起的粉末打散提高之后加热步骤中氯离子提取效率。
35.如图1所示，第一定量加样设备6包括样品容器61和第一天平62，样品容器61放置在第一天平62上，样品容器61与电动研磨机5的出料管54连接，第一天平62与控制中心12连接。
36.样品容器61的作用是用于储存粉末并适用于高温烘烤；第一天平62是对样品容器61内的粉末进行称重，并将称重的信息反馈给控制中心12。
37.工作原理说明：研磨主机52的研磨速度、力度及时间依据前期建立于预先训练的磨碎模型对上述参数进行计算，并按照计算结果设定上述参数进行研磨。研磨出粉从到出料管54，出料管54内置过滤网孔径，孔径大小依据国家现行标准设定并可拆卸，粉末通过过滤网抖动后中进入样品容器61中以实现粉末颗粒直径达到标准要求同时将由静电力等物理原因粘和在一起的粉末打散提高之后加热步骤中氯离子提取效率，当第一天平62感应量达到预设值时，出料管54出口关闭，废料通过排料管53运输至废料框中。
38.如图2所示，第二定量加样设备9包括锥形瓶92、定量加样器93和第二天平91，烘烤箱7通过搬运机械手1与定量加样器9连接，第二天平91安装在定量加样器93的底部，锥形瓶92放置在第二天平91上，锥形瓶92与定量加样器93相匹配，定量加样器93和第二天平91均与控制中心12连接。
39.锥形瓶92的作用是储存粉末、水或者酸进行反应；定量加样器93的作用是向锥形瓶92中加入一定量的水或者酸；第二天平91的作用是对锥形瓶92及内部物质进行称重并反馈给控制中心12。
40.工作原理说明：按照标准中规定称量，称量一定质量的粉末和相应体积的酸或蒸馏水加入锥形瓶92，由第二天平91：该第二天平91与控制中心12相连接，通过感应称量面上压力值计算粉末的质量，并反馈至控制中心12，当粉末的质量接近内置设定值时，定量加样器93降低加样速度，防止称量粉末的质量高于阈值，当称量结束后，控制中心12读取第二天平91称量出最终质量并将起存储于该试样编号文件内。
41.如图2所示，加热震荡设备10包括加热震荡主机102和温度传感器101，锥形瓶92放置在加热震荡主机102上进行加热，温度传感器101放置在锥形瓶92内检测温度，温度传感器101与加热震荡主机102连接，加热震荡主机102与控制中心12连接。
42.工作原理说明：依据标准规定，若需进行热提取氯离子，则机械手臂1将锥形瓶92
放置于加热震荡设备10的加热震荡主机102上，加热震荡主机102依据标准规定温度进行加热并控制加热时长，通过温度传感器101(型号为pt100)实时监控锥形瓶92内的温度变化控制加热程序，为实现精准控温采取最小二乘拟合法，建立电阻与温度之间关系，非线性误差《0.1℃，以达到氯离子提取率的准确性、稳定性与完全性；若需进行震荡法提取氯离子，触发震荡按钮103，依据标准中规定进行震荡程序的启动与停止。加热或震荡完毕后，机械手臂1将锥形瓶92取下放置在静置平台11上进行静置，氯离子前处理完成。
43.如图1-3所示，搬运机械手8包括x轴模块803、y轴模块802、桁架801和机械手臂1，机械手臂1通过x轴模块803安装在y轴模块802，y轴模块802安装在桁架801，x轴模块803、y轴模块802和机械手臂1均与控制中心12连接。
44.x轴模块803的作用是将机械手臂1沿着x轴方形进行移动；y轴模块802的作用是将x轴模块803沿着y轴方形进行移动；桁架801的作用是用于安装y轴模块802；机械手臂1的作用是用于搬运混凝土试块13或者芯样、样品容器61和锥形瓶92。
45.本发明中没有提及的技术均为现有技术，上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。