智能抗压机器人在混凝土检测中的应用

引言对建筑行业的检测人员或检测机构而言，建筑材料性能检测是一项复杂而又繁琐的工作。水泥混凝土作为近现代最广泛使用的建筑材料之一[1]，也是当前最大宗的人造材料之一，其结构的安全性和耐久性将直接影响工程质量。混凝土的抗压强度是混凝土的主要特性之一[2]，是检测建筑结构质量的重要性能参数。就目前检测行业现状而言，对于混凝土抗压强度试验，大部分检测机构仍采用传统的一人、一机、一岗模式，效率低且试验过程容易受外部因素干扰，无法保证试验的准确性与公正性。如何保证试验检测数据的准确性与真实性，避免由于人工检测过程耗费长，操作繁琐而造成的误差影响，成了当下需要解决的一大难题。近年来，互联网+、大数据、人工智能及物联网技术蓬勃发展，相关理念及技术也影响着各行各业[3]，而数字化、网络化、智能化、服务化是新一轮工业革命的主要特征与核心要素[4]，这对混凝土力学性能的检测产生了深远影响。智能抗压机器人的成功研发为此难题提供了借鉴，该设备依托“计算机网络、大数据、物联网和人工智能”，充分运用成熟技术和模式，对管理存储的专业数据进行深度清洗、分析、挖掘[5]，呈现出一种不同于人工抗压的新检测方式，通过各种智能化信息传感器、射频识别、视频识别、自动系统等装置和技术，可实现材料智能检测的物与物、物与人的连接，以及对材料检测的智能化感知、判断识别和管理，极大便利了检测工作的进行，对今后智慧实验室[6]实现试验全过程的无人化、可视化和自动化奠定了良好基础，同时对检测行业的自动化、智能化、信息化发展具有重要意义。1、智能抗压机器人检测概述及应用

智能抗压机器人主要由自动化控制系统、信息化智能系统2部分组成。自动化控制系统主要包括全自动试验、试件标识系统、残渣自动清理系统、动分拣码放、设备异常云预警5部分组成。其中上料系统由六轴高精度智能机械臂配套混凝土试件专用机械抓手组成，智能机械抓手采用隐藏式设计，集成多个超薄光电感应传感器，自动识别试件堆放位置、精准定位承压中心点，可用二维码芯片代替传统的手动标识，自动上料系统替代传统的人工上料工作，通过高速扫码识别系统，自动对试件编码进行识别，然后根据试件的强度等级，自动切换标准试验速率并完成试验。可根据试验结论，对合格及不合格品进行自动分拣，同时可实现试验残渣的全自动清扫和传送，确保试验环境的干净整洁。另外，当设备运行出现异常时，声光报警装置可实时自动预警，便于检测人员排除异常情况。信息化智能系统主要由二维码芯片、CEM系统、线上APP组成，运用互联网物联技术通过服务器数据接口将CEM系统与二维码芯片连接起来，最后在机械臂程序里集成。CEM系统作为搅拌站生产、运输、委托的基本运行软件，会根据混凝土试块委托规则对已经发生的任务进行试块委托同时生产唯一的事件编号，试验员根据事件编号在线上APP上同步搜索就会出现对应的信息（工程名称、混凝土标号、罐车号、部位、龄期）。通过对植入二维码芯片的试块进行扫码录入，使之前的信息同步到二维码芯片中，大大提高了录入效率。不仅如此二维码芯片中还附带定位追踪功能，有效预防没有制作试件就出具试验报告、不按规定龄期试验、试验样品“偷梁换柱”以及出具虚假数据等现象的发生。最后通过安装在一侧的高速扫码识别后,RFID读写器的天线会自动检测到混凝土试块,系统强度测试模块根据检测到的试块的电子标签号码,查找数据库中的相关记录,并根据记录判断当前试块的龄期是否和数据库中相符。判断结果显示于系统屏幕上,如果相符,启动压力机的强度测试功能,在测试完成后,系统自动记录测试结果，并将数据发送至CEM系统自动生成报告。试验过程中自带的视频监控设备，可将检测过程的影像资料以信息储存的方式完整留存，为检测过程的溯源提供数据支持。智能抗压机器的信息化智能检测流程如图1所示。图1

信息化智能检测流程2、试验数据分析

2.1检测设备选用情况智能抗压机器人选用一套由压力机DY-2008DFZ、六轴机械手DY-ROBOT6、压力机嵌入系统V1.0及试块流转车组成的“一拖一”（一台机械臂配合一台压力机）设备（如图2所示），其自动化水平高，抗压设备的量程为2000kN，精度为1级，且设备检定合格，在检定有效期内。图2

某公司智能机器人压力机（一拖一）人工检测选用YA-2000压力试验机，需在混凝土试块试压前用黑板笔对试块进行统一标识，然后由人工搬运至检测设备上，手动开启检测设备进行抗压性能检测，检测完毕后再由人工将检验完成的试块搬卸至废料区，并手动清扫检测设备上的混凝土残渣。该设备的量程为2000kN，精度为1级，且设备检定合格，在检定有效期内。

2.2试验结果分析为了便于对比分析，在此选用引进智能抗压试验机器人后，平稳运行半年的数据来分析智能化检测实施后的水平，具体见表1。表1

智能压力机器人使用前后试块检测时间对比对表1进行对比分析，使用智能抗压试验机器人之前，平均每小时可完成7.6组试验，使用之后可完成12.0组试验，另外，完成同样的工作量，相对于YA-2000抗压设备，使用智能抗压机器人的试验时间平均值降低了37.0%，大大提高了检测效率。这是因为智能化设备的程序执行性较强，自动化水平较高，机械手臂可实现24h不间断工作，使人不在场时的工作场景得到了充分利用。为比较两者在试验数据可靠性方面的优劣势，采用控制单一变量的方法进行对比试验分析。选取了同强度等级、同批原材料、同一配合比、同批次成型的混凝土立方体试件进行对比试验，试件公称尺寸均为100mm×100mm×100mm，数量为100组，强度等级分别为C30和C45，数量各为100组，养护龄期均为28d，并经过了均匀性试验，适合用于对比分析。根据GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》规定，立方体抗压强度为30～60MPa时，加荷速度宜选取0.5～0.8MPa/s[7]，故C30和C45强度等级试块均选用0.7MPa/s的速率进行试验。且对比试验应在同一环境条件、同一时间内进行，试验时的温度湿度保持一致，确保试验数据的准确性。分别统计每组试验的报出值，精确至0.1MPa，结果如图3、图4和表2所示。图3

C30试样抗压图4

C45试样抗压由图3和图4可知，2种检测方式所获得的抗压强度值相差不大，智能抗压机器人的试验数据的离散程度低，数据较为集中，YA-2000试验机的试验数据的离散程度高，数据较为分散，相比而言，前者数据稳定性更好。表2

2种设备检测结果的统计分析由表2可知，2种检测方式对于C30等级试块来说，试验结果平均值相差0.13MPa，差异率为0.37%，C45的试验结果平均值相差0.02MPa，差异率为0.04%，百分比均小于1，可以认为数据总体上差别不大。标准差方面，对于C30等级，2种检测方式分别为0.6159、1.0653,对于C45等级分别为0.4194、0.9563。结果表明：智能抗压机器人的标准差更小些，数据稳定性更加良好。同时可以看出智能抗压机器人的试验数据平均值更小一些。产生这些结果的原因是2种设备对结果的判定方式不同造成的，对于智能抗压机器人来说，当检测到试件承压面破坏点数达到5个，数值下降10kN时，停止试验，并采集曲线最大值，而YA-2000压力试验机为人工控制设备，试验速率的控制、力的卸载情况受人为因素影响大，与试验员本身的工作习惯相关性大，故智能抗压机器人的试验数据稳定性更好。3、检测设备的优劣势对比

2种检测方式的区别见表3。通过对表3的分析可知，传统人工抗压试验具有效率高、设备成本低的优点，适用于进行小批量试验，而智能机器人抗压试验具有操作简单，节省人工，试验结果干扰因素小等优点，且可通过增加压力机台数的方式提高试验效率，适用于进行大批量试验。通过引进具有自动化控制系统的智能抗压机器人，可根据混凝土试件龄期的不同，实现自动化无人值守，大大降低了劳动强度的同时还改善了工作环境。表3

传统人工抗压和智能抗压机器人抗压试验的区别4、智能抗压机器人检测展望

智能抗压机器人从初步研发调试到现在大规模试验检测的进行，是企业不断进步发展的产物，同时也是对于建筑工程质量检测技术的升级革新。其快速、准确、智能和流水线式作业成为自动化智能检测系统不同于传统抗压检测系统的显著特征。随着科技的发展，工业4.0时代的来临愈来愈近，社会生产及生活智能化的要求也愈来愈高，智能抗压机器人在检测中的应用会有巨大的市场潜力及光明的发展前景。当今智能抗压机器人检测的发展也存在着一定的阻碍及缺陷，成本较高，设备器械的故障率较高，智能化系统设计的精密性及全面性相对较差，智能化水平待进一步提高。因此，设备的电器元件及编程的合理性、高效性及设计的全面性显得尤为重要。随着检测技术和智能化装备的快速发展，实时化、精确化、信息化、网络化及智能化检测的程度将进一步加强，也成为工程质量检测技术未来发展的主要方向。以运输机器人为代表,以单轨小车、传送带、传送链、传送轨道为辅助，并通过升级改造成型室、养护室、力学室，建设一套覆盖所有建设单位的共同线上操作系统成为混凝土力学性能检测研究的重要方向，该系统可使施工单位与检测单位做到实时同步，可通过共享二维码芯片直接读取信息检测，无需人工核实，完成从试块同步制作委托开始就扫码自动传送上架，到期扫码自动传送装车，再根据轨道小车运行至固定位置进行自动化试验检测。检测结果实时上传至平台，可随时关注质量动态，方便质量控制，实现试验系统从试件养护到抗压试验、数据查询等完整的运作过程，大大解放人力物力，使检测行业向先进化、智能化、自动化大步迈进。结语

本文以某公司的智能抗压机器人为例，详细介绍了智能抗压机器人的组成，并通过试验数据分析与传统人工抗压设备进行了比较。结果表明：（1）采用YA-2000抗压设备，平均每小时可完成7.6组试验，采用智能抗压机器人可完成12.0组试验，日平均试块相同情况下，相比于传统人工抗压设备，智能抗压机器人平均试验完成时间减少了37.0%，显得更为高效。（2）对于抗压试验数据结果，智能抗压机器人与YA-2000抗压设备试验平均值相差0.13MPa和0.02MPa，标准差分别为0.6159、1.0653和0.4194、0.9563，两者数据均在合理范围内，准确性都良好，但是智能抗压机器人的抗压结果