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智能机器人+全自动冲击试验系统=
智能机器人全自动冲击系统的结构如图1所示，由机器人对冲击试样的参数进行设定：试验时间(从冷却环境到完成冲击)小于4.5s；冲击试样缺口对称面偏离砧座中点不大于0.1mm(行业要求不大于0.5mm)。试验完成后，系统会得出冲击试样是否合格的结果。
智能机器人全自动冲击系统提高了实验室装备的智能化水平，可实现低温槽的自动保温控制，提高了上料节奏的稳定性，确保试样摆放位置的精确度，实现数据的自动传输，增强了试验操作的规范性，排除了人为误差，提高了试验准确性与工作效率。
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智能机器人全自动冲击试验概述
试验标准
智能机器人全自动冲击试验系统按照GB/T229-2007«金属材料夏比摆锤冲击试验方法»(或ISO148-1：2006MetallicMaterials—CharpyPendulumImpactTest—Part1：TestMethod)和ASTME23-2012cStandardTestMethodsforNotchedBarImpactTestingofMetallicMaterials进行冲击试验。其中，GB/T229-2007(或ISO148-1：2006)适用于室温以及高低温下的试验，而ASTME23-2012c适用于温度高于-196℃的试验。智能机器人全自动冲击系统按照夏比摆锤冲击试验标准要求而研发，在取放样节奏、放样位置、试样传送、记录和读取试验数据等方面都进行了严格的控制。
试验过程
在采用智能机器人全自动冲击试验系统进行冲击试验前需做好准备工作，包括检查设备的状态和试样是否符合试验标准，如查看摆锤摆放是否到位、冲击刀刃与试样间隙是否达标、指针是否回零、冲击系统手臂摆放位置是否准确等。试验过程按照GB/T229-2007(或ISO148-1：2006)或者ASTME23-2012c规定的方法进行。
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智能机器人全自动冲击试验系统的优势
冲击时间的恒定性
选取A36船板钢为试验材料。为避免因材料不均匀和冲击吸收能量的离散性对试验结果的影响，采用100组尺寸为10mm×10mm×55mm的冲击试样(每组有3个试样，取平均值作为最终结果)，其中50组由操作人员进行人工冲击，50组由智能机器人系统进行自动冲击。同时记录冲击时间，人工冲击采用秒表计时，自动冲击采用自动计时，试验时间结果如图2所示。
图2自动冲击和人工冲击的单组试样冲击时间情况
可见人工冲击每组试样的平均时间为3.64s，自动冲击每组试样的平均时间为4.33s。虽然人工冲击用时较短，但是由实际操作经验可知，随着时间的延长，操作人员会产生疲劳，无法长期准确控制冲击节奏和时间，试验前后的时间控制会出现偏差，如果再加大试验量，冲击时间将变长，试验速度会下降。由于智能机器人不会产生疲劳，冲击时间基本恒定(轻微波动主要是由保温介质液面波动和自动计时的操作误差引起)，不会随试验时间的延长而变化，试验全程节奏稳定，提高了试验效率和试验结果的准确性。
冲击试验数据分布特性
采用智能机器人全自动冲击试验系统不会出现由于人员的视觉和听觉疲劳导致试验数据录入不规范甚至错误的现象，保证了试验结果的完整性、有效性和规范性。自动冲击和人工冲击测得的冲击吸收能量数据分析结果如图3所示。
图3自动冲击和人工冲击结果分析图
可见两种冲击方式得到的冲击吸收能量数值均符合正态分布，自动冲击得到的冲击吸收能量的标准差小于人工冲击得到的，这是因为自动冲击消除了大部分人为操作产生的误差，得到的试验结果更准确。自动冲击得到的冲击吸收能量数值范围更集中。
图4自动冲击和人工冲击得到的冲击吸收能量概率分布
自动冲击和人工冲击得到的冲击吸收能量分布概率图如图4所示，在95％的置信区间内，自动冲击得到的冲击吸收能量在相对真值(即材料的平均冲击吸收能量)的89.56％~110.44％范围内；人工冲击得到的冲击吸收能量在相对真值的84.16％~115.84％范围内，可见自动冲击系统得到的冲击吸收能量分布区间更窄，离散程度更小，数据分布更集中。分布区间越小，测试值与真值越接近，小的分布区间比大的分布区间发生误判的概率更低。
在智能机器人自动冲击95％置信区间外，人工冲击结果的分布概率图如图5所示。
图5人工冲击在自动冲击置信区概率分布
概率分布图显示，人工冲击结果有10.1％的概率分布在自动冲击95％置信区间外。故智能机器人自动冲击结果准确率提高了5.1％。
试验结果的准确率
根据多年的行业经验，冲击试验结果的原始记录要求做到以下几点：
(1)原始记录具有原始性、客观性，要求试验人员按要求在检验过程中及时填写，不得事后凭记忆或随意改动。
(2)试样检验具有不间断的溯源链且检测结果具有可溯源性。
(3)确认检测标准和方法是否正确。
(4)确认不合格结果是否需要重复检验。
(5)原始记录引用标准方法具有完整性和一致性。
(6)法定计量单位与数据处理正确、规范，非法定计量单位符号、字母大小写、数据处理和计算正确，有效数字修约规范。
(7)现场检测环境符合GB/T229-2007标准的要求。
(8)试验报告的时间不得出现逻辑性错误。
试验人员按照试验标准完成试验后，人工读取表盘或显示器数据时会存在误差，此外，在试验数据的录入过程中，试验人员因疲劳或手误会出现个别数据录入错误或者有效数字修约不规范的问题，导致试验结果存在偏差，需要重复试验进行二次检验，造成试验周期的延长和试验资源的浪费。
表1是某实验室2017年冲击试验数据的人工录入情况统计表，可见该年度人工录入的错误次数为158次，错误率为0.06％。
表12017年冲击试验数据人工录入情况统计分析
在2018年采用智能机器人全自动冲击试验系统后，该实验室的冲击试验数据录入的错误率为0。由于智能机器人全自动冲击试验系统具有数据处理系统及记录装置，试验完毕会及时记录试验结果，且不会出现数据录入错误的现象，避免了人为造成的数据误判和错判，进而避免了由此带来的二次检测，缩短了试验周期并减少了资源浪费，提升了试验效率和试验结果的准确率。
试验结果的波动性
夏比摆锤冲击试验得到的试验结果(冲击吸收能量)存在着波动。在材料成分和炉次批次相同、生产工艺一致的情况下，试验数值的波动与机加工和试验过程中的操作(如读数等)有关。机加工过程是指从原材料取样，并将其按照GB/T229-2007标准加工成冲击试样，该过程中对试样的尺寸和表面粗糙度要求较高。对于机加工过程相同的试样，试验结果的波动性主要和试验过程的操作有关。
智能机器人全冲击试验系统采用智能化程序控制试验过程，在保证试验时间恒定的前提下，通过温度控制系统将试样的温度控制在规定温度的±1℃范围内，避免因温度的波动导致试验结果的波动。同时由图3和图4可以看出，自动冲击的试验结果分布区间更集中，偏差更小，避免了人为因素对试验结果的影响。
试验数据的临界值
在夏比摆锤冲击试验结果中存在个别濒临合格值的临界值，关于临界值的处理在GB/T229-2007标准中有明确规定，智能机器人全自动冲击试验系统严格按照试验标准进行临界值处理设置，未出现因临界值处理有误导致试验结果错误的现象。
图6是100组试样的平均冲击吸收能量变化情况，可见自动冲击和人工冲击一样会对试验结果中的临界值进行辨别和处理。
图6自动冲击和人工冲击多组试样得到的冲击吸收能量情况
结语
智能机器人全自动冲击试验系统按照夏比摆锤冲击试验标准设定，冲击试验时间恒定，保证了试验节奏的一致性，得到的试验结果偏差小且数据分布更为集中，减少了人为误差和试验结果的波动性，降低了试验结果的误判和错判的概率，提高了试验效率和结果准确率。
作者：张华伟，工程师，南京钢铁股份有限公司返回搜狐，查看更多