CN101126704A - 粘着力自动监控检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用贴膏剂(贴剂)类药品和工业用品胶粘剂、胶带等各种黏性类型的粘着力检测装置。本发明的粘着力自动监控检测仪，包括安装在机架上的电机、安装在驱动电机输出轴上的输出齿轮、与输出齿轮啮合的传动齿轮、与传动齿轮紧密配合的丝杠、与所述丝杠配合的螺母、与螺母固定在一的螺母支架、在螺母支架上安装有拉力传感器、拉力传感器与检测滚轮拉杆连接、检测滚轮拉杆与检测滚轮支架与检测滚轮连接，检测板机构安装在检测滚轮下端机架的凹槽基板上；控制装置包括计算机，与计算机相连接的扩展板、显示器、打印机、USB接口，本仪器的优点在于：完全实现数字化控制；能自动完成对样品的采样、分析、处理等的监控过程；检测准确率高。

Description

粘着力自动监控检测仪

技术领域

本发明涉及一种医用药品和工业用品及各种黏性类型的检测装置，尤其是一种用于贴膏剂(贴剂)类药品和胶粘剂、胶带及各种黏性类型的粘着力自动监控检测仪。

背景技术

对巴布膏剂类药品的检测标准及用于粘着力检测的现有技术，目前有简易的检测方法，现有的一种粘着力检测仪的结构，包括座板、与座板水平成一定倾斜角度的膏面检测板及座板上成一直线排列的调整检测板角度的角度固定螺杆、角度检测基板。使用时，用所标定的编号球，从膏面检测板的顶端向下滚动，以球被粘住为标准。这种粘着力检测仪是目前较普遍使用的。但由于主要是靠人工操作来完成，存在一定的局限性和误检率，而且精确率也比较低。

另一种，如公告号为CN1657903A的发明专利，公开了粘着力自动监控检测仪的结构，包括传动装置、传感器、数据处理器和控制面板；传动装置包括电机、输出齿轮、拖动齿轮、换向齿轮、安装在拖动齿轮轴上的传动齿轮、齿条，在输出齿轮、拖动齿轮外装有传动链，换向齿轮位于传动链外，并与其配合；数据处理器内置信息采集、分析、处理的电子系统，并与安装在计算机上的控制面板相连接。这种结构由于机械传动系统比较复杂，而电气控制部分又比较单一，使得这种装置制造成本较高，又不能实时观测到粘着力在检测过程中的变化的情况，检测准确率也比较低。

发明内容

本发明的目的克服现有技术中存在的不足之处，提供一种科学的、精确率高并克服人为因素影响、结构简单、控制方便的粘着力自动监控检测仪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种粘着力自动监控检测仪，包括机架、检测板机构、机械传动装置、电机、检测滚轮、拉力传感器、控制装置，所述机械传动装置包括安装在机架上的电机、安装在电机输出轴上的输出齿轮、与输出齿轮啮合的传动齿轮、安装在机架上并与传动齿轮紧密配合的丝杠、与所述丝杠配合的螺母、与螺母固定在一起的螺母支架、在螺母支架上安装有拉力传感器安装架和拉力传感器、拉力传感器与检测滚轮拉杆的一端连接、检测滚轮拉杆的另一端与检测滚轮支架连接、检测滚轮支架与检测滚轮连接，所述检测板机构安装在检测滚轮下端的机架凹槽基板上；所述控制装置包括计算机中央处理器，与中央处理器相连接的扩展板、显示器、打印机、USB接口，所述控制装置用于控制电机为工作状态或停止状态、接收拉力传感器的检测信号、通过显示器显示拉力变化过程、通过存储和/或打印机输出检测信息。

本发明电机采用步进电机。

本发明丝杠和螺母是滚珠丝杠螺母副配合。

本发明在所述螺母支架与机架之间装有导杆。

本发明所述检测板机构包括安装在机架凹槽基板上的隔热边框层、装在隔热边框层上的夹具板和加热器、温度传感器、在所述夹具板上装有检测基板、在夹具板和检测基板上装有上压板、在所述上压板上设有槽孔，所述检测基板位于槽孔内，所述上压板用螺钉与夹具板连接。

本发明所述夹具板的加热元件和温度传感器均被封装在夹具板内。

本发明在所述检测滚轮支架的两侧装有摆动板，所述摆动板用摆动轴与检测滚轮支架连接，在摆动板的下端装有滚动轴承，在摆动板的上端设有凹槽孔，所述凹槽孔与检测滚轮支架上的限位球头相配合，所述限位球头是安装在检测滚轮支架内的弹簧前顶压的小球；在所述凹槽基板的上层的两侧检测滚轮行程的起始位置和终止位置处分别设有回位挡块，用于摆动板和装于摆动板下面的滚动轴承将检测滚轮抬起或放下。

本发明所述扩展板包括数模转换和模数转换电路、设有与计算机中央处理器的接口、与温度传感器的接口、与拉力传感器的接口、与电机驱动电路的接口、与加热器驱动电路的接口、开关控制信息接口。

本发明所述温度传感器和拉力传感器的检测信号经温度变送器、拉力变送器与扩展板连接。

本发明所述显示器是触摸屏式显示器。

本发明的粘着力自动监控检测仪的优点和积极效果在于：完全实现数字化控制；能自动完成对样品的采样、分析、处理等的监控过程；检测准确率高，可记录、保存、检索、打印检测结果；通过曲线图形、实时监测粘着力数值、对检测样品编号、记录检测时间等参数反映出粘着力的变化过程及量的大小；精度达到0.1％、采样速度1Kpm、最高可达10Kpm，本发明的监测仪机械结构简单、运动灵活、制造成本低。

附图说明

图1是本发明直线运动及快速回位机构模型图；

图2是本发明快速回位机构原理示意图；

图3是本发明检测板机构示意图；

图4是本发明检测板机构中的夹具板和检测基板组装图；

图5是本发明检测侧板机构上的压板图；

图6是本发明控制系统原理图；

图7是本发明自动监控检测流程图。

图中：1、机架；2、电机；3、丝杠；4、导杆；5、螺母；6、螺母支架；7、拉力传感器安装架；8、拉力传感器；9、检测滚轮拉杆；10、检测滚轮支架；11、检测滚轮；12、输出齿轮；13、传动齿轮；14、隔热边框层；15、夹具板；16、检测基板；17、上压板；18、摆动板；19、摆动轴；20、滚动轴承；21、凹槽孔；22、限位球头；23、凹槽基板；24、25、回位挡块；26、中央处理器；27、扩展板；28、显示器；29、打印机；30、USB接口；31、电机驱动电路；32、加热器驱动电路；33、开关；34、温度变逆器；35、拉力变逆器。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如附图1至附图5所示，机械系统由机架1、步进电机2、齿轮传动副12、13、滚珠丝杠3、螺母5、螺母支架6、导杆4、拉力传感器8、检测滚轮拉杆9、检测滚轮支架10、检测滚轮11检测板机构等组成。

检测滚轮直线往复机构

如附图1检测滚轮11直线往复运动是实现粘着力测试的机械运动环节。其运动过程为：电机2正转，驱动齿轮副12、13带动滚珠丝杆3、螺母5及检测滚轮拉杆9、检测滚轮支架10、机检测滚轮11从初始位置开始沿放置有样品的检测基板16表面运动，同时依靠拉力传感器8测试出拉力大小，当检测滚轮11运动至样品的末端，一次测试完成。

如附图2快速回位机构使检测滚轮11升起一定高度，相对于样品表面分离开；电机2反转，使滚轮利用快速回位机构的两端滚动轴承20沿机架凹槽基板23上层的两侧快速返回至初始位置；一次过程结束。整个运动过程的机械机构包括检测滚轮11的检测运动机构和快速回位机构。

滚轮往复运动由电机2带动输出齿轮12和装在丝杠3一端的传动齿轮13使滚珠丝杠3旋转，丝杠3相对固定在支架1上，丝杠3上的螺母5做直线运动。

本发明两个传动副齿轮12、13选用塑料齿轮，具有重量小，传动过程噪音小、且有一定的缓冲作用，齿轮12、13的传动比为1∶1；滚珠丝杠3、螺母5运动平稳、摩擦力矩小，齿轮副12、13驱动丝杠3转动，螺母做直线运动；螺母支架6与丝杠3上的螺母5固定连接，螺母支架6沿安装在机架1与螺母支架6之间的导杆4滑动，在螺母支架6的顶端装有拉力传感器安装架7和拉力传感器8；拉力传感器安装架7与螺母支架6的连接为活连结，检测滚轮拉杆9与检测滚轮支架10亦为活连结，这样可以避免，因拉力传感器8安装位置不同而承受其它方向的分力，检测滚轮支架10至检测滚轮拉杆9之间为活连结，可以相对上下摆动。

快速回位机构

如图2所示，快速回位机构是通过回位挡块24、25，使检测滚轮11运动至极限位置的抬升滚动轴承20升起或降下，其动作过程。当检测滚轮11从初始位置B开始工作运动至完成位置A，摆动板18左侧与回位挡块24碰撞，摆动板18沿摆动轴19逆时针转动，则滚动轴承20下降与机架凹槽基板23上层的两侧接触，使检测滚轮11升高与检测基板16上的检测样品分离，电机2反转后，便可使检测滚轮11快速返回；当检测滚轮11快速回返至初始位置B时，摆动板18右侧与回位挡块25碰撞，摆动板18沿摆动轴19顺时针转动，滚动轴承20上升，检测滚轮11下降与机架凹槽基板23上层的两侧接触，并且检测滚轮11与样品接触，电机2正转，开始下一次检测工作。在所述检测滚轮支架10的两侧分别装有摆动板18，所述摆动板18用摆动轴19与检测滚轮支架10连接，在摆动板18的下端装有滚动轴承20，在摆动板18的上端设有凹槽孔21，所述凹槽孔21与检测滚轮支架10上的限位球头22相配合，所述限位球头22是安装在检测滚轮支架10内的弹簧前顶压的小球；在所述机架凹槽基板23上层的两侧检测滚轮11行程的起始位置B和终止位置A处分别设有回位挡块24、25，用于摆动板18和装于摆动板下面的滚动轴承20将检测滚轮11抬起或放下。

检测板机构

检测板机构原理示意如附图3、附图4、附图5所示。检测板机构由上压板17、夹具板15、检测基板16、机架1、隔热边框层14、固定螺钉18等组成。

隔热边框层14安装在机架1的凹槽基板上，夹具板15放在隔热边框层14。加热元件和测温元件均被封铸在夹具板15内，隔热边框层14为非金属隔热材料。检测板机构采用整体上压板17将被检测样品压紧方式。压紧前可先把样品粘贴在检测基板16和夹具板的下平面，然后将上压板17压紧，再用螺钉将上压板17与夹具板15固定在一起使被测样品紧紧地被压在夹具板15后和上压板17之间由于检测基板16穿过上压板上的槽孔并略高于上压板17的上表面，所以检测滚轮11在检测过程中只与检测基板16上的被检测样品接触。

控制系统

如附图6所示，本发明的控制系统选用嵌入式Win98操作系统实现。嵌入式系统具有：

控制系统采用触摸屏显示器28进行操作，测试过程达到实时数据采集、实时决策、实时控制，并能保证系统的绝缘性、防漏电保护性能、防静电性的目的。

控制系统硬件包括：中央处理器26、存储器、与中央处理器26连接的显示器28、打印机29、USB接口30、扩展板27、在扩展板27内设有数模转换器、模数转换器、开关量33输入输出与扩展板连接，操作系统平台等。

本发明的扩展板27包括数模转换和模数转换电路、设有与计算机中央处理器26的接口、与温度变送器34的接口、与拉力变送器35的接口、与电机驱动电路31的接口、与加热器驱动电路32的接口、开关33控制信息接口。

控制系统软件

控制系统软件包括：数据采集程序；数字滤波程序；采用中值与平均值滤波相结合；检测时温度采用PID控制；标度变换程序；行程定位通过限位开关实现；另外还有实现计时、打印、数据显示、曲线显示等的相应软件部分。

软件平台及主要功能

本发明操作系统平台选用Window98，编程软件选用VC和VB相结合的编程方式，采用VB完成系统和界面软件的编程，用VC实现对底层接口的控制。

主控界面主要由基本信息区、参数设置区、系统控制区、系统维护区、数据显示区和图像显示区组成。各部分的功能包括：

基本信息区：主要包括测量单位、样品名称、测量单位和检测人员组成，使用者可以根据需要输入相应的信息。

参数设置区：包括时间设置和规格设置。时间设置有1-15分钟的变速可调档位，根据检测标准的要求设置；规格设置是为了设置被测样品大小。

系统控制区：包括“开始测量”、“暂停测量”、“数据检索”和“数据打印”。

开始测量：当使用者做好测量准备后，按下此键，软件将根据用户的设定进行全自动测量；

暂停测量：在测试过程中若用户想暂停测量可按下该键，系统将停止运行，当再次按下“开始测量”键后，系统将继续进行测量；

数据检索：当按下该键后系统将弹出数据检索界面，使用者可在该界面下完成信息的检索；

数据打印：当使用者按下该按钮后，将弹出数据打印界面，使用者可以根据需要选择并生成要打印的报表，进行数据打印。

系统维护区：包括“系统复位”和“系统维护”两部分。

系统复位：当系统在测试过程中出现问题或用户想中途中断该次测量时，用户可按下该键，可以结束本次测量，并将系统回到初始状态。

系统维护：主要在进行系统软件维护和系统维修时使用。软件维护主要包括系统数据库的维护和系统数据的维护。

系统维修：当系统出现问题时，可以通过该系统进行故障的排查，例如，让系统单步执行，以便对系统故障进行分析。

系统控制面板

界面窗口设有：测量单位、样品名称、检测单位、检测人员、温度显示、实时测力值、单次测量最高值、单次测量最低值、单次测量平均值、数据显示、数据曲线；

界面按键设有：开始测量、暂停测量、时间设置、数据检索、数据打印；测试过程中的温度显示值，记录的各种填写数据。

电机控制系统

本系统采用细分步进电动驱动机构，此电机具有运行平稳、噪声小，易于控制等优点。由于系统采用滚珠丝杠3传动结构，且不需减速器，使步进电机2与丝杠的传动比为1∶1。步进电机最大输出静转矩力矩1.2N·M，最高可以达到8000细分，步距角0.045°，小的步距角可以使电机获得较高的稳定性。

电机控制频率的计算：

根据传动机构的参数和设计的指标，以及电机与丝杠采用直接连接的方式，故丝杠的转动速度就等于电机的转动速度。

电机转速计算：

$v=\frac{S}{L\×t}$

其中：S为测试阶段滚轮行程，单位：mm；

L为丝杠导程单位：mm；t为所用时间，单位：s；

v单位：圈/秒。

控制频率计算：

由于所选电机的细分数为8000，所以电机转动一圈所需要的脉冲数(CP)为8000，根据所计算的电机转速v，可以得到控制电机速度的频率f。

$f=v\×8000=\frac{S}{L\×t}\×8000$

代入数值：

在测试阶段 $f=\frac{120}{3\×720}\×8000=444.4\mathrm{Hz};$

在返回阶段 $f=\frac{160}{3\×10}\×8000=42.666\mathrm{KHz}.$

以上计算结果完全满足设计技术指标的要求。并且对电机2的控制最多需要3路I/O口线，分别为：CP输出、DIR为电机的方向控制端和EN使能控制端。

恒温控制系统

恒温控制系统可以确保夹具板15温度控制在37°左右。系统采用电热丝加热，将电热丝镶嵌在夹具板15里，采用PID方式控制，主要针对PID算法进行计算机编程控制，计算机输出控制的数字量，再进行数模转换后，用模拟量控制可控硅的开关来实现夹具板15的加热。该系统还配有温度传感器进行温度的监视，此温度信号的采集采用传感器加温度变送器34，直接输出标准的信号供计算机采样和信息处理。整个检测板只留有一个4芯的标准插座作为输入、输出信号与外界连接，其中的两路作为加热输入，另两路作为温度传感器的输出，连接方便。

检测与处理

本发明采用应变片式拉力传感器8，其测量范围为0～10Kg，将传感器8直接固定在检测滚轮的拉杆10上，通过拖动检测滚轮的拉杆10，来实现对检测滚轮11拉力的测量，再根据相应的计算方法得出轮子与膏药之间的粘着力，并以数据和曲线的方式输出给用户。

系统工作流程

系统初始化、显示主控界面、检测滚轮11自动回位：当打开电源后，操作系统Windows98启动，然后，控制系统软件将自动启动，显示主控界面，系统自检检测滚轮11的状态，并自动回到起始位置。

温度判断：当用户点击触摸屏显示器28上的“开始检测”键后，系统将检查温度是否在规定的温度范围内，如果没有达到规定的温度，软件将等待。温度是由专门的程序进行控制，当系统接上电源后即开始工作，进行温度的调控使温度控制并恒温在37°左右。

检检测滚轮11接触样品：当检测滚轮11移动未到达样品前，有一段空载距离，在该段空载距离内，软件要进行系统拉力测试，测得的拉力为F1，当滚轮接触样品后，即开始进行粘着力测试，测得的拉力为F2，则，粘着力＝F2-F1。是否接触到样品的判断，主要靠系统拉力的变化。

离开检测样品：为了节省时间，当滚轮脱离系统测试区后，滚轮将快速移动，并到达指定的位置。

本发明实施例的主要技术指标

系统拉力测量精度达0.1％；

高速数据采集：采样速度1Kpm，最高可达10Kpm；

拉力显示分辨率：0.001kg；

电器内部连接大部分采用接插件形式完成；

设有各种自锁装置。

本发明的基本工作原理

启动“开始”按键后，电机2旋转并驱动齿轮12、13，齿轮带动滚珠丝杠3并丝杠螺母5转动，然后滚检测轮拉杆10拖动检测滚轮11做直线运动。当检测滚轮在未受到阻力的情况下，其保持匀速V做水平运动，此时，拉力传感器8将输出一个不变的信号，计算机控制系统将这个信号设置为初始值。

当检测滚轮11通过被检测的样品时，就受到一定的阻力，这时齿轮12、13的扭力将发生变化，滚珠丝杠3及丝杠螺母5上的受力也随着发生变化，经过拉力传感器8将检测到的拉力变化并输出信号，信号传输给计算机控制系统，通过计算机控制系统对被检测样品进行采样、分析、处理。

检测滚轮11缓慢从被检测样品的粘面碾过，计算机控制系统对被检测样品进行实时监控，通过控制系统界面上的曲线图形的变化反映出粘着力的值大小。控制系统界面设有若干个检测窗口，能实时检测出检测滚轮11在运动中瞬时所发生拉力的变化。检测结果精确无误，其检测结果可通过打印机29打印出来，整个检测过程实现数字化控制并自动完成。

工作流程

如附图7所示，首先，在控制界面窗口输入相关数据，根据样品检测标准的需要，点击相应的测力时间档位；

接着，将被检测的样品固定在检测板上；

当检测板温度到37℃左右时，点击触摸屏显示器28上的“开始”按键，检测滚轮11自动抬起并快速回到检测位置；

接着，滚轮11缓慢做水平移动，速度为开始设定的档位速度，系统进入检测状态，在未接触被检测样品之前拉力数据为空载值；

滚轮在开始接触被检测的样品时，计算机控制系统开始记录测力数据，滚轮缓慢从被检测样品的粘面碾过，计算机控制系统界面将发生力的变化通过曲线图形显示出来，并在各检测窗口实时记录测力数据，当滚轮脱离被监测样品并回到起始位置后，计算机停止记录测力数据；

当滚轮检测完成并到达指定位置后，将自行停止。

Claims (10)

1.一种粘着力自动监控检测仪，包括机架(1)、检测板机构、机械传动装置、电机(2)、检测滚轮(11)、拉力传感器(8)、控制装置，其特征在于：所述机械传动装置包括安装在机架(1)上的电机(2)、安装在电机(2)输出轴上的输出齿轮(12)、与输出齿轮(12)啮合的传动齿轮(13)、安装在机架(1)上并与传动齿轮(13)紧密配合的丝杠(3)、与所述丝杠(3)配合的螺母(5)、与螺母(5)固定在一起的螺母支架(6)、在螺母支架(6)上安装有拉力传感器安装架(7)和拉力传感器(8)、拉力传感器(8)与检测滚轮拉杆(9)的一端连接、检测滚轮拉杆(9)的另一端与检测滚轮支架(10)连接、检测滚轮支架(10)与检测滚轮(11)连接，所述检测板机构安装在检测滚轮(11)下端的机架(1)凹槽基板(23)上；所述控制装置包括计算机中央处理器(26)，与中央处理器(26)相连接的扩展板(27)、显示器(28)、打印机(29)、USB接口(30)，所述控制装置用于控制电机(2)为工作状态或停止状态、接收拉力传感器(8)的检测信号、通过显示器(28)显示拉力变化过程、通过存储和/或打印机输出检测信息。

2.如权利要求1所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述电机(2)采用步进电机。

3.如权利要求2所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述丝杠(3)和螺母(5)是滚珠丝杠螺母副配合。

4.如权利要求3所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：在所述螺母支架(6)与机架(1)之间装有导杆(4)。

5.如权利要求4所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述检测板机构包括安装在机架(1)凹槽基板(23)上的隔热边框层(14)、装在隔热边框层(14)上的夹具板(15)和加热器、温度传感器、在所述夹具板(15)上装有检测基板(16)、在夹具板(15)和检测基板(16)上装有上压板(17)、在所述上压板(17)上设有槽孔，所述检测基板(16)位于槽孔内，所述上压板(17)用螺钉(18)与夹具板(15)连接。

6.如权利要求5所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述夹具板(15)的加热元件和温度传感器均被封装在夹具板(15)内。

7.如权利要求6所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：在所述检测滚轮支架(10)的两侧装有摆动板(18)，所述摆动板用摆动轴(19)与检测滚轮支架(10)连接，在摆动板(18)的下端装有滚动轴承(20)，在摆动板的上端设有凹槽孔(21)，所述凹槽孔(21)与检测滚轮支架(10)上的限位球头(22)相配合，所述限位球头(22)是安装在检测滚轮支架(10)内的弹簧前顶压的小球；在所述凹槽基板(23)的上层的两侧检测滚轮(11)行程的起始位置和终止位置处分别设有回位挡块(24、25)，用于摆动板(18)和装于摆动板(18)下面的滚动轴承(20)将检测滚轮(11)抬起或放下。

8.如权利要求1所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述扩展板(27)包括数模转换和模数转换电路，设有与计算机中央处理器(26)的接口、与温度传感器的接口、与拉力传感器(8)的接口、与电机驱动电路(31)的接口、与加热器驱动电路(32)的接口、开关(33)控制信息接口。

9.如权利要求8所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述温度传感器和拉力传感器(8)的检测信号经温度变送器(34)、拉力变送器(35)与扩展板(27)连接。

10.如权利要求8所述的粘着力自动监控检测仪，其特征在于：所述显示器(28)是触摸屏式显示器。

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