CN101813509B - 粉体精密称量装置及其称量方法 - Google Patents

Abstract

一种粉体精密称量装置及其称量方法，所述装置包括驱动控制系统、送料系统和称量系统，所述驱动控制系统包括控制器、伺服电机驱动器、伺服电机、联轴器和轴承；所述送料系统包括漏斗、送料座、送料管、弹簧轴、弹簧和弹簧固定销；所述称量系统包括料盒和与所述控制器相连接的电子天平。本发明通过弹簧固定销调节弹簧的螺距，从而调节送料管中粉体的出料量，以减少送料管产生堵塞的现象；根据粉体称量设定值、偏差值及设定范围使伺服电机以五种不同的速度转动，从而带动弹簧轴转动，可提高粉体进料过程的流畅性并减少手工称量易出错的现象，实现快速、准确而可靠地称量粉体。

Description

粉体精密称量装置及其称量方法

技术领域

本发明属于粉体精密称量技术领域，特别涉及一种粉体精密称量装置及其称量方法。

背景技术

粉体的称量装置应用于制药和军事工业等领域。如何能够准确而可靠地称取所需粉体，这对于保证药品质量和军品合格率具有重要的作用。目前，对粉体进行精密称量的方法有两种，一种是采用手工称量，另一种是采用带有螺旋挤出机构的称量装置。采用手工称量的方法可以较准确地称取所需粉体，但易称错且称量重复精度不够，致使药品性能和军品性能的一致性无法得到保证；而采用带有螺旋挤出机构的称量装置虽然可以较精确地称取所需粉体，但这种螺旋挤出机构工作时会产生粉体结块，致使送料管产生堵塞现象，从而降低粉体称量的精度；此外，这种称量装置驱动电机转动时，由于电机从高速到低速的切换跨度大，会使粉体的进料过程不流畅，甚至会出现停滞现象，因此延长了粉体称量时间。

发明内容

为克服上述现有方法的缺陷，本发明提供了一种粉体精密称量装置及其称量方法。通过弹簧固定销调节弹簧的螺距，从而调节送料管中粉体的出料量，以减少送料管产生堵塞的现象；根据粉体称量设定值、偏差值及设定范围使伺服电机以五种不同的速度转动，从而带动弹簧轴转动，可提高粉体进料过程的流畅性并减少手工称量易出错的现象，实现快速、准确而可靠地称量粉体。

本发明的技术解决方案如下：

一种粉体精密称量装置，包括驱动控制系统、送料系统和称量系统，其中：

所述驱动控制系统包括控制器、伺服电机驱动器、伺服电机、联轴器和轴承，所述联轴器的一端连接伺服电机的输出轴，所述联轴器的另一端连接所述轴承的一端，所述轴承的另一端连接弹簧轴；所述PLC控制器用于根据粉体称量设定值和偏差值及设定范围发指令给所述伺服电机驱动器；

所述送料系统包括漏斗、送料座、送料管、弹簧轴、弹簧和弹簧固定销，所述漏斗与送料座相连接，所述送料座与送料管连接，所述弹簧轴设于所述送料管内，所述弹簧套设于所述弹簧轴上，所述弹簧固定销固定于所述弹簧轴上并与所述弹簧抵触连接；

所述称量系统包括料盒和与控制器相连接的电子天平，所述料盒位于送料管出口处且设置于电子天平的托盘上。

所述的粉体称量设定值是A₁、A₂、A₃、A₄、A₅，其中，A₁的选取范围是期望粉体称量值的15％～30％，A₂的选取范围是期望粉体称量值的3％～13％，A₃的选取范围是期望粉体称量值的1％～8％，A₄的选取范围是期望粉体称量值的0.1％～0.9％，A₅的选取范围是期望粉体称量值的0.1％～0.9％。

进一步地，所述的偏差值是E₁、E₂、E₃、E₄、E₅，它们的数值取值范围分别是A₁的±0.1％～±0.5％、A₂的±0.1％～±0.5％、A₃的±0.1％～±0.5％、A₄的±0.1％～±0.5％、A₅的±0.1％～±0.5％；

进一步地，所述的设定范围是R₁、R₂、R₃、R₄、R₅，其中，R₁＝A₁+E₁，R₂＝A₂+E₂，R₃＝A₃+E₃，R₄＝A₄+E₄，R₅＝A₅+E₅。

进一步地，所述不同速度为所述控制器在1秒内发给伺服电机驱动器的脉冲数V₁、V₂、V₃、V₄、V₅，其中V₁的选取范围是30000～90000，V₂的选取范围是10000～29000，V₃的选取范围是1500～9000，V₄的选取范围是600～1000，V₅的选取范围是50～550。

进一步地，所述的期望粉体称量值的范围为0.05g～100g。

进一步地，所述弹簧固定销的数量为两个，所述两个弹簧固定销之间的距离为60mm～100mm。

进一步地，所述弹簧的螺距范围是2mm～20mm。

本发明还提供一种粉体精密称量方法，采用上述粉体精密称量装置，其特征在于包括以步骤：

1)初始化粉体称量设定值、偏差值及伺服电机的驱动参数；

2)伺服电机以速度V₁驱动弹簧轴转动；

3)判断称量值是否到达设定范围R₁，如果是，则进入步骤4)，否则转步骤2)；

4)伺服电机以速度V₂驱动弹簧轴转动；

5)判断称量值是否到达设定范围R₂，如果是，则进入步骤6)，否则转步骤4)；

6)伺服电机以速度V₃驱动弹簧轴转动；

7)判断称量值是否到达设定范围R₃，如果是，则进入步骤8)，否则转步骤6)；

8)伺服电机以速度V₄驱动弹簧轴转动；

9)判断称量值是否到达设定范围R₄，如果是，则进入步骤10)，否则转步骤8)；

10)伺服电机以速度V₅驱动弹簧轴转动；

11)判断称量值是否到达设定范围R₅，如果是，则进入步骤12)，否则转步骤10)；

12)伺服电机停止驱动弹簧轴转动，转步骤1)。

与在先技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、通过弹簧固定销调节弹簧的螺距，从而调节送料管中粉体的出料量，以减少送料管产生堵塞的现象，改善粉体称量的精度。

2、根据粉体称量设定值及偏差值，减少手工称量易称错现象，增强粉体称量的可靠性。

3、通过伺服电机以五种不同的速度转动，使粉体流畅进料，减少停滞现象，缩短粉体称量时间。

附图说明

图1是本发明采用的粉体精密称量装置的结构框图；

图2是本发明采用的粉体精密称量控制方法的流程图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明。

实施例一

如图1所示，一种粉体精密称量装置，包括驱动控制系统、送料系统和称量系统，其中：

所述驱动控制系统包括控制器1(本实施例中为PLC控制器)、伺服电机驱动器2、伺服电机3、联轴器4和轴承5，所述联轴器4的一端连接伺服电机3的输出轴，联轴器4的另一端连接所述轴承5的一端，所述轴承5的另一端连接弹簧轴9；所述PLC控制器1根据粉体称量设定值和偏差值及设定范围发指令给所述伺服电机驱动器2，使伺服电机驱动器2驱动所述伺服电机3，所述伺服电机3分别以从高速至低速的不同速度带动联轴器4转动，所述联轴器4的转动带动所述轴承5转动，所述轴承5再驱动送料系统的弹簧轴9进行转动，使粉体向送料管8的出口处输送；

所述送料系统包括漏斗6、送料座7、送料管8、弹簧轴9、弹簧10和弹簧固定销13，所述漏斗6与送料座7相连接本实施例中为垂直连接，所述送料座7与送料管8连接本实施例中为水平连接，所述弹簧轴9设于所述送料管8内，所述弹簧10套设于所述弹簧轴9上，所述弹簧固定销13固定于所述弹簧轴9上并与所述弹簧10抵触连接；当所述漏斗6将粉体收集进送料座7后，所述弹簧轴9通过转动将送料座7处的粉体输送到送料管8出口处，使该处的粉体落入称量系统的料盒11中；

所述称量系统包括料盒11和与所述控制器1相连接的电子天平12，所述料盒11位于所述送料管8出口处的下方且设置于电子天平12的托盘上，所述电子天平12对料盒11中的粉体进行称量并将称量值送入PLC控制器1，再由PLC控制器1对该称量值进行处理。

进一步地，所述的期望粉体称量值的范围为0.05g～100g，本实施例选10g。

进一步地，所述的粉体称量设定值是A₁、A₂、A₃、A₄、A₅，其中A₁选取期望粉体称量值的22％，A₂选取期望粉体称量值的8％，A₃选取期望粉体称量值的8％，A₄的选取范围是期望粉体称量值的0.3％，A₅的选取范围是期望粉体称量值的0.5％。

进一步地，所述的偏差值是E₁、E₂、E₃、E₄、E₅，它们的数值取值范围分别是A₁的±0.5％、A₂的±0.5％、A₃的±0.5％、A₄的±0.5％、A₅的±0.5％；

进一步地，所述的设定范围是R₁、R₂、R₃、R₄、R₅，其中R₁＝A₁+E₁，R₂＝A₂+E₂，R₃＝A₃+E₃，R₄＝A₄+E₄，R₅＝A₅+E₅。

进一步地，所述不同速度是PLC控制器在1秒内发给伺服电机驱动器2的脉冲数V₁、V₂、V₃、V₄、V₅，其中V₁选取为30000，相应的进粉速度是1.75g/s，V₂选取为10000，相应的进粉速度是0.58g/s，V₃选取为1500，相应的进粉速度是0.08g/s，V₄选取为600，相应的进粉速度是0.04g/s，V₅选取为50，相应的进粉速度是0.004g/s。

进一步地，所述弹簧固定销的数量为两个，所述两个弹簧固定销之间的距离为90mm。

进一步地，所述弹簧10的螺距选取为5mm。

实施例二

如图2所示，一种粉体精密称量方法，采用实施例一中所述的粉体精密称量装置，具体包括以下步骤：

1)初始化粉体称量设定值、偏差值及伺服电机3的驱动参数；

2)伺服电机3以速度V₁驱动弹簧轴9转动；

3)判断称量值是否到达设定范围R₁，如果是，则进入步骤4)，否则转步骤2)；

4)伺服电机3以速度V₂驱动弹簧轴9转动；

5)判断称量值是否到达设定范围R₂，如果是，则进入步骤6)，否则转步骤4)；

6)伺服电机3以速度V₃驱动弹簧轴9转动；

7)判断称量值是否到达设定范围R₃，如果是，则进入步骤8)，否则转步骤6)；

8)伺服电机3以速度V₄驱动弹簧轴9转动；

9)判断称量值是否到达设定范围R₄，如果是，则进入步骤10)，否则转步骤8)；

10)伺服电机3以速度V₅驱动弹簧轴9转动；

11)判断称量值是否到达设定范围R₅，如果是，则进入步骤12)，否则转步骤10)；

12)伺服电机3停止驱动弹簧轴9转动，转步骤1)。

上述实施例一、实施二中，所述PLC控制器1的型号为CJ1G-CPU45H，所述伺服电机驱动器2的型号为ADAX4-01NS，所述伺服电机3的型号为ADMA-01SAC，所述联轴器4的型号为LK6-20-0810。

所述送料系统中的送料管8的内径为15.7mm，送料管8长度为120mm，弹簧轴9的轴外径为11.7mm。所述称量系统中电子天平12的型号为XS203S。

上述实施二中，所述粉体称量设定值A₁是期望粉体称量值的22％，A₂是期望粉体称量值的8％，A₃是期望粉体称量值的8，A₄是期望粉体称量值的0.3％，A₅是期望粉体称量值的0.5％；所述的偏差值E₁是A₁的±0.5％、E₂是A₂的±0.5％、E₃是A₃的±0.5％、E₄是A₄的±0.5％、E₅是A₅的±0.5％；所述的速度V₁是30000，V₂是10000，V₃是1500，V₄是600，V₅是50；所述的期望粉体称量值为10g。

根据本实施例的驱动控制结果可知，本发明采用的粉体精密称量装置及其控制方法可使粉体称量准确度达±10mg、进料称粉时间不超过20s，并减少手工称量易称错现象，增强了粉体称量的可靠性。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种粉体精密称量装置，其特征在于包括驱动控制系统、送料系统和称量系统，其中：

所述驱动控制系统包括控制器(1)、伺服电机驱动器(2)、伺服电机(3)、联轴器(4)和轴承(5)，所述联轴器(4)的一端连接伺服电机(3)的输出轴，所述联轴器(4)的另一端连接轴承(5)的一端，所述轴承(5)的另一端连接弹簧轴(9)；所述控制器(1)用于根据粉体称量设定值和偏差值及设定范围以不同速度发指令给伺服电机驱动器(2)；

所述送料系统包括漏斗(6)、送料座(7)、送料管(8)、弹簧轴(9)、弹簧(10)和弹簧固定销(13)，所述漏斗(6)与送料座(7)相连接，所述送料座(7)与送料管(8)连接，所述弹簧轴(9)设于所述送料管(8)内，所述弹簧(10)套设于所述弹簧轴(9)上，所述弹簧固定销(13)固定于所述弹簧轴(9)上并与所述弹簧(10)抵触连接；

所述称量系统包括料盒(11)和与控制器(1)相连接的电子天平(12)，所述料盒(11)位于送料管(8)出口处且设置于电子天平(12)的托盘上。

2.根据权利要求1所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述的粉体称量设定值是A₁、A₂、A₃、A₄、A₅，其中，A₁的选取范围是期望粉体称量值的15％～30％，A₂的选取范围是期望粉体称量值的3％～13％，A₃的选取范围是期望粉体称量值的1％～8％，A₄的选取范围是期望粉体称量值的0.1％～0.9％，A₅的选取范围是期望粉体称量值的0.1％～0.9％。

3.根据权利要求2所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述的偏差值是E₁、E₂、E₃、E₄、E₅，它们的数值取值范围分别是A₁的±0.1％～±0.5％、A₂的±0.1％～±0.5％、A₃的±0.1％～±0.5％、A₄的±0.1％～±0.5％、A₅的±0.1％～±0.5％；

4.根据权利要求3所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述的设定范围是R₁、R₂、R₃、R₄、R₅，其中，R₁＝A₁+E₁，R₂＝A₂+E₂，R₃＝A₃+E₃，R₄＝A₄+E₄，R₅＝A₅+E₅。

5.根据权利要求4所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述不同速度为所述控制器(1)在1秒内发给伺服电机驱动器(2)的脉冲数V₁、V₂、V₃、V₄、V₅，其中V₁的选取范围是30000～90000，V₂的选取范围是10000～29000，V₃的选取范围是1500～9000，V₄的选取范围是600～1000，V₅的选取范围是50～550。

6.根据权利要求5所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述的期望粉体称量值的范围为0.05g～100g。

7.根据权利要求6所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述弹簧固定销(13)的数量为两个，所述两个弹簧固定销(13)之间的距离为60mm～100mm。

8.根据权利要求7所述的粉体精密称量装置，其特征在于：

所述弹簧(10)的螺距范围是2mm～20mm。

9.一种粉体精密称量方法，采用权利要求1至8中任一权利要求所述的粉体精密称量装置，其特征在于包括以步骤：

1)初始化粉体称量设定值、偏差值及伺服电机(3)的驱动参数；

2)伺服电机(3)以速度V₁驱动弹簧轴(9)转动；

3)判断称量值是否到达设定范围R₁，如果是，则进入步骤4)，否则转步骤2)；

4)伺服电机(3)以速度V₂驱动弹簧轴(9)转动；

5)判断称量值是否到达设定范围R₂，如果是，则进入步骤6)，否则转步骤4)；

6)伺服电机(3)以速度V₃驱动弹簧轴(9)转动；

7)判断称量值是否到达设定范围R₃，如果是，则进入步骤8)，否则转步骤6)；

8)伺服电机(3)以速度V₄驱动弹簧轴(9)转动；

9)判断称量值是否到达设定范围R₄，如果是，则进入步骤10)，否则转步骤8)；

10)伺服电机(3)以速度V₅驱动弹簧轴(9)转动；

11)判断称量值是否到达设定范围R₅，如果是，则进入步骤12)，否则转步骤10)；

12)伺服电机(3)停止驱动弹簧轴(9)转动，转步骤1)。

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