拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度测试、金相检验等是热轧板材出厂交付前的必要检测项目，是评价热轧板材质量的重要依据。传统试样的加工工艺采取的是人工核对样板、编写样号、剪切和铣削等加工方式，这种方式不仅效率低而且存在试样编号、方向、尺寸等易出错的问题。北京首钢股份有限公司的杨志权、张广治、赵乃胜等研究人员通过对检验项目进行分解，制定了相对应的试样标示、项目类型、尺寸及位置代码规则定义，结合自动化技术，实现了对板材试样的自动加工、自动试验，提高了试样加工和检测的效率及精度，避免了人为错误，满足了试样检验的准确性、及时性及溯源性要求。

     热轧板材全自动智能检测线的主要设备包括激光切割机、多功能加工中心、全自动拉伸试验机、关节机器人等，配套了先进的视觉识别、定位码放、智能料仓、尺寸测量等装置，并与产销一体化、LIMS(实验室数据管理专用系统)无缝衔接。特有的集成管控系统可实现试样分拣、激光切割、精加工以及拉伸检测全流程自动化，提升热轧板卷的试样加工能力、检测效率和质量管控水平。全自动加工检测流程图如图1所示。

1自动化技术在热轧成品检验中应用的必要性

1.1 提高试样制备的安全可控程度

     热轧成品的力学性能检测试样制备需要机械加工设备，然而机械加工设备经常发生安全事故。这些事故发生的原因是多方面的，如：操作人员的安全意识薄弱、设备不安全、管理不到位和环境的影响等。自动生产线配套的防护围栏及安全门、安全光栅，控制自动生产线内各设备的运动等可以降低事故发生的概率。

1.2 提高试样的加工和检测效率

      拉伸试样的加工与检测需要经过以下4个步骤：① 使用剪板机(厚度小于10mm的材料)或锯床(厚度不小于10 mm 的材料)分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③双开肩加工平行长度部分；④使用自动拉伸试验机和手动拉伸试验机进行拉伸试验。

     弯曲试样的加工与检测需要经过以下3个步骤：①使用剪板机(厚度小于10mm材料)或锯床(厚度不小于10mm材料)分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③使用手动弯曲试验机进行弯曲试验。

     冲击试样加工与检测需要经过以下9个步骤：①使用剪板机(厚度小于10mm材料)或锯床(厚度不小于10mm材料)分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③转移样号，样号字头朝向轧制面(关系到开槽，开V型槽要沿厚度方向)，使用立式铣床去除厚度；④使用锯床分切出3个小样；⑤使用立式铣床加工每个小样的两个侧面；⑥使用平面磨床磨四面，保证表面粗糙度小于5μm；⑦使用拉床加工V型槽；⑧抽查V型槽的深度及角度；⑨使用自动冲击试验机或手动冲击试验机进行冲击试验。

     硬度试样加工和检测需要经过以下4个步骤；①使用剪板机(厚度小于10mm 材料)或锯床(厚度不小于10 mm 材料)分切出毛坯样；②使用立式铣床加工两个侧面；③在金相制样室进行磨抛；④使用手动布氏硬度计、手动洛氏硬度计、手动维氏硬度计或自动维氏硬度计进行硬度测试。

     这些工艺存在的问题主要表现在：①所有试样均为人工加工,工作时间长，劳动效率低；②加工流程复杂，核对试样、剪切、锯切、铣、开口等各环节对样号的控制困难，需多次核对试样，不便于试样的过程质量控制；③由于均为人工加工，且加工设备比较陈旧，因此存在试样的加工精度偏差和波动大的问题，影响检测精度；④对于高强钢，如锯片钢，因其合金含量较高，且硬度大，现在的加工设备存在能力不足的问题；⑤试样标记全部为手动打号。

     自动生产线的优点在于：①可以满足热轧板卷的加工和检测需求，单批试样检测周期实现了从小时级到分钟级的跨越，平均检测时间缩短近40%，为加快库存周转提供了有力的支撑；②自动化系统集样料的识别、分拣、切割、加工、检测等环节于一体，全流程“一键式”操作，控制闭环、无人干预，且试样加工精度由±0.1mm提高到±0.02mm，更好地满足了高端客户对质量的要求；③现场安全生产条件及作业环境得到改善，全流程设备设施均配套安全连锁防护装置，有效提升了安全管理水平；④ 形成了一批可示范、可复制、可推广的热轧板卷试样的加工、检测等先进制造技术,成为自动化、信息化、智能化技术集成应用的行业示范项目。

2自动化技术在热轧成品检验中的应用方向

     提高热轧成品物理性能检验机械设备的工作效率，实现机械与电气自动化的结合是当前理化检验行业内的共识。自动化技术就相当于理化检验行业的一场机械改革，只有牢牢抓住这个改革机遇，企业才能有更好的发展、更光明的未来。在面对一场改革时，企业一般犹豫不决，但是未来理化检验行业的发展方向就是建设一套完整的自动化机械设备，实现加工、检测一体化，将精密的电子信息控制技术应用在理化检验行业中，切实提高企业的工作效率和安全控制。接下来具体分析自动化技术在钢铁企业物理性能检验实验室中的应用实例。

2.1 集中管控系统技术

     管控系统与自动分拣上料单元、激光切割下料单元、复合精加工单元、全自动拉伸试验单元进行信息交互、指令收发，实现试料、坯料及试样的检验任务分配及全流程状态跟踪。管控系统具有质量检验相关规则的维护、匹配功能；具有设备状态监控、数据存储和分析，以及安全、可靠的连锁控制功能。

    集中管控系统包括:任务分配跟踪系统、工艺规则配置系统、一级PLC(可编程逻辑控制器)控制系统、设备管控系统、数据处理系统、视频监控系统、环境监控系统、安全防护系统等。根据LIMS委托和来样信息，集中管控系统按照预设规则自动编排加工、检测工艺流程，进行动态模拟、直观显示；集中管控系统具有人工干预、调整功能，支持人工新增加急、科研等任务，支持对所有待执行任务进行查询、调整、删除操作，可以实现任务明细定制化流程，对系统自动生成或人工创建的加工、检测任务统一进行管理，并实现单条任务执行的全流程跟踪，实时显示任务明细和待处理状态。实现对关键装备工作状态及试样传递位置的动态跟踪，下发上料、下料、码放、收集等指令，实现试样(含废料、残样)的全流程跟踪、管理，确保加工、检测全流程信息的可追溯性。

     系统设有报警机制，执行任务时间超过限定时长或某个环节无法正常按照计划要求工作时，执行报警工作,人工确认后可以切换工作模式，调整工艺路线。集中管控系统可对任务执行进行统计和分析，不断优化工艺模型，确保生产效率的最大化；其可对激光切割机、精加工中心、拉伸试验机、自动分拣上料机器人、激光切割下料机器人、精加工上下料机器人、拉伸试验上料机器人以及相应的视觉识别、等待位、转出位、废料输出装置等设备设施的工艺逻辑、控制规则进行配置和调整。

     系统可显示各个设备设施状态(包含工作状态和非工作状态)，结合实际加工和检测信息，对设备运行效率进行量化统计、分析。对各个单元和设备设施的电气、润滑、液压等运行状态进行监控，部分设备出现故障后可实现自检功能、故障报警、故障类型和故障点信息提示，便于故障点的查找和维修。出现设备故障时，系统自动将故障设备停运；如果下道工序设备出现故障，上道工序设备正常运行，则试样从人工位输出并有相应提示，任何单体设备故障不得影响其他子系统的正常运行。所有设备设施具有单体控制、调试功能，方便日常维修以及校准、检定。数据处理系统具有安全、可靠的大数据存储、统计、分析功能，可对试样分析数据进行分析、梳理、归档存储，便于试样制样溯源。数据处理系统还可优化检测结果报出流程，根据预设规则进行数值比对、报警，自动审核、上传。

2.2 自动激光切割技术

     全自动激光切割系统配备功率为6000W的激光器，可伸缩式试样台，试样识别分拣、小样放置平台，设备除尘、水冷系统等。通过接收总控系统下达的切割指令和切割图形，该系统可完成试样形状、尺寸、位置等信息的匹配，快速完成不同试样的切割任务。视觉系统识别切割试样的位置，分拣机械手逐个抓取至指定位置。带可视系统的分拣机器人将拉伸和弯曲试样按种类分拣到加工中心区域的放样平台上，根据切割指令，自动将其他检验项目的试样分配到交替式料盒中，将试样按用途分类，人工取走试样进行下一步检验。整台设备满足GB/T 2975—2018 《钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备》、GB/T 228.1—2010 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》的相关要求。

     整个子系统按照标准GB/T 7247.14—2012《激光产品的安全 第14部分：用户指南》执行任务，防护等级按照4类激光防护；依靠可变化承托式夹具承托不同规格的样板，设备可根据来料信息厚度、切割信息等指令，适应毛坯试样的来料尺寸，以保证试样切割尺寸的准确度。高速响应的激光功率坡调可保证拐角及尖角的切割质量；插补补偿功能保证直线、圆弧插补和割缝补偿，保证切割工件的成品率；特有的数据库系统可按照管控系统指令切割的材料及其厚度，控制器自动从数据库中调出切割参数，提高了加工的灵活性；系统有具体的报警信息并附带故障处理方法。

2.3 复合精加工中心技术

     全自动复合精加工中心是建设一条薄规格试样物理性能的全自动加工、检测系统。该子系统由一台全自动机床与机械手组成，通过单元自动化系统与总控自动化系统高度结合，实现了试样从下料到成品加工的全过程控制和加工。全自动拉伸试样加工系统集成了1台多功能板材试样加工中心、1台机械手、多个缓存平台与测量设备，可实现对拉伸试样、弯曲试样、金相试样、硬度试样的精加工及切边加工，消除热影响区。机械手将试样放入拉伸加工中心指定工位，自动夹持紧固，试样的加工信息通过上位控制系统传入拉伸加工中心，拉伸加工中心根据上位控制系统传入的指令和信息对材料进行确认，确认完成后，加工中心自动根据指令调用相关程序完成材料的加工，加工完成后，试样由机械手取样输送至下料中转托盘，准备进行试验。

     整套设备对试样加工均满足GB/T 2975—2018、GB/T 228.1—2010、GB/T 229—2007 《金属材料夏比冲击试验方法》、GB/T 5313—2010 《厚度方向性能钢板》、ASTM A370—2017 《钢制品力学性能试验的标准试验方法和定义》、ASTM E8—2016 《金属材料拉伸试验方法》、ASTM E23—2018《金属材料缺口试样标准冲击试验方法》等的相关要求。

2.4 自动拉伸试验技术

      通过管控系统信息指令，全自动拉伸试验机系统将需要进行试验的数据发送至计算机，机器人把加工好的试样放置到拉伸试验机暂存台，自动拉伸试验系统对试样信息进行扫码复核，自动识别试样字串码，自动匹配检测管控系统中相对应的试样信息。自动抓取试样，并通过3点测量试样的截面尺寸，上样对中装置自动将试样送到拉伸试验机上，自动按设定程序进行拉伸试验，自动完成试验数据的分析，自动上传试验结果到管控系统，管控系统自动对比数据是否合格，将不合格的残样放置在不合格残样收集盒内，管控系统报警提示，人工处理。

3热轧成品检验中自动化技术的发展前景

     自动化技术与热轧成品力学性能试样加工、检测设备的融合应用已经是大势所趋。在未来，智能自动化技术将会进一步融合到力学性能检验设备的生产研究中。随着人工的减少，钢铁企业需要探索设备维修和故障诊断，重视培养维修人员的专业技能，提高自动化机械设备的维护程度，因为损失一台自动化机械设备就会影响试样的检测进度和工作效率。同时，还应该加强对自动化传感器的研究，提高系统的监控能力。