CN104416705B - 地震物理模型自动化浇注系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明为地震物理模型自动化浇注系统及其操作方法；该系统的核心为控制单元，其包括主控模块、备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块；备料控制模块与备料单元的信号输入端相连接，以控制备料单元的真空度，控制物料依次传输至备料单元和物料混合单元；物料搅拌控制模块的信号输出端与物料混合单元的信号输入端相连接，以控制物料混合的搅拌速度；三轴定位模块的信号输出端与浇注单元的信号输入端相连接，以控制浇注单元中浇注管路的位置，实现备料、物料混合以及浇注过程的自动化控制系统；本发明能按照设定配方进行精确称重配比，避免产生人工误差，且采用机械混合代替人力搅拌，具有可重复性，提高地震物理模型制作的效率和精确度。

Description

地震物理模型自动化浇注系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种自动化配料浇注装置，尤其涉及地震物理模型自动化浇注系统及其操作方法。

背景技术

超声地震物理模拟主要研究模拟地震波在各种地球物理构造中传播的运动学和动力学特征，它是将野外的地质构造和地质体按照一定的模拟相似比设计模型，在实验室内按要求制作好模型，用超声波探测的方法，模拟野外地震勘探方法进行的一种科学研究方法。

地震物理模型要按一定的尺寸将野外的地质体缩小，故在设计物理模型时必须考虑模型与实际地质体之间的相似性。同时还需考虑边界效应，模型尺寸要远大于目标地质体缩小后的尺寸，使在数据采集时不至于将模型边界产生的绕射影响到目标地质体的反射信息。在考虑几何相似的同时，还要考虑时间、频率、速度、密度、弹性模量、粘滞系数、衰减系数、波形和波谱等方面的相似。但在地震物理模拟实验中，要同时满足全部单值量判据相等十分困难，这种情况下应保证对问题起主要作用的单值量判据相等，对较次要的因素而且实现起来有困难的单值量判据，可以放松要求使其得到大致近似的满足，甚至可以忽略它不给予考虑，满足关键的几项相似，就可以在一定精度下解决实际问题。在具体设计模型时，通常先根据实验条件选定模型尺寸比例，确定尺寸比例后，再根据单值判据确定其它参数。

目前国内进行地震物理模型制作都是采用手工搅拌浇注，存在的主要问题是材料配方很多，每次用量不固定，外界温度影响等因素难以机械化操作，另外手工搅拌也会对环境造成污染，对操作人员带来伤害。

发明内容

本发明为解决现有的地震模型制作技术机械化程度、安全性较低的缺陷，提供了一种地震物理模型自动化浇注系统及其操作方法，实现了地震物理模型自动化浇注，减少化工材料对环境和人造成的污染，为地震物理模型制作提供合适的手段。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一个保护主题是：地震物理模型自动化浇注系统；

地震物理模型自动化浇注系统，所述系统包括备料单元、物料混合单元以及浇注单元；所述备料单元的输出端与所述物料混合单元的输入端相连接，所述物料混合单元的输出端与所述浇注单元的输入端相连接；

其特征在于：

所述系统还包括控制单元；

所述控制单元包括主控模块、备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块；所述主控单元的信号输出端分别与所述备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块的信号输入端电连接；

所述备料控制模块与所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述备料控制模块控制所述备料单元的真空度，控制物料依次传输至所述备料单元和物料混合单元；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述物料混合单元的信号输入端相连接，通过所述物料搅拌控制模块控制物料混合的搅拌速度；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述浇注单元的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述浇注单元中浇注管路的位置，实现备料、物料混合以及浇注过程的自动化控制系统。

本系统中的控制单元为可编程控制器。

可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

所述控制单元为可编程控制器，其功能主要有以下几种：

1）设定材料配方，通过密码口令可以设定16组固定配方，工作时直接调取；

2）设定物料管路的浇注速度，可以根据模型大小，控制出胶速度；

3）设定复合材料比例，可以设定不同流速来控制复合材料配比；

4）设定分布浇注，可以根据模型层数要求，设定几组配方分布浇注；

5）设定控制备料釜的加热温度；

6）设定控制真空搅拌速度；

7）一键快速清洗功能，防止物料混合单元堵塞。

所述系统包括至少一个所述备料单元；

每个所述备料单元包括物料罐1、备料釜2、真空泵3以及出料泵；

所述备料釜2的进料口与所述物料罐1相连接，所述备料釜2的出料口与所述出料泵相连接，所述出料泵的输出端与所述物料混合单元的输入端相连接，所述备料釜2的抽真空端口与所述真空泵3相连接；

所述备料控制模块包括抽真空子模块；所述抽真空子模块与所述真空泵3的信号输入端相连接，通过所述抽真空子模块控制所述真空泵3的启停，即控制所述备料釜2的真空度。

所述备料单元还包括第一阀门S1、第二阀门S2以及第三阀门S3；

所述第一阀门S1设置在所述备料釜2的进料口处，所述第二阀门S2设置在所述备料釜2的抽真空端口处，所述第三阀门S3设置在所述备料釜2的出料口处；

所述备料控制模块还包括阀门控制子模块，所述阀门控制子模块分别与所述第一阀门S1、第二阀门S2、第三阀门S3的信号输入端相连接。

所述备料单元的数量为2～6个；

各所述备料单元并行设置，且各所述备料单元的输出端汇总连接至所述物料混合单元；

所述备料控制模块还包括路径选择子模块；所述路径选择子模块分别与各所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述路径选择子模块分别控制各所述备料单元的启停。

所述备料单元还包括加热部件；

所述加热部件设置在所述备料釜2外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面；

所述控制单元还包括加热控制模块，所述加热控制模块与所述加热部件的信号输入端相连接，通过所述加热控制模块控制所述加热部件的启停。

在具体实施中，加热部件为自控温电热带，其包裹设置在备料釜2外围。

所述备料单元还包括一组液位传感器；

一组所述液位传感器分别设置在所述备料釜2中的液位上限处和液位下限处，每个所述液位传感器的信号输出端分别与所述阀门控制子模块以及抽真空子模块的信号输入端相连接，通过一组所述液位传感器的感应结果控制所述第一阀门S1以及真空泵3的启停，即控制所述备料釜2开始吸料或停止吸料。

在具体实施中，当液位高于上限值时，通过阀门控制子模块关闭一号阀门S1，同时关闭真空泵3，备料釜2停止吸料；当液位低于下限值时，通过阀门控制子模块打开一号阀门S1，并打开真空泵3，备料釜2开始吸料。

所述系统还包括计量单元；

所述计量单元包括步进电机和霍尔齿轮；所述步进电机的信号输出端与所述出料的信号输入端电连接，所述霍尔齿轮设置在所述出料泵的输出端；

所述控制单元还包括电机转速控制模块和质量计量模块；所述电机转速控制模块的信号输出端与所述步进电机的信号输入端相连接，所述质量计量模块的信号输入端与所述霍尔齿轮的信号输出端相连接，通过所述电机转速控制模块控制所述步进电机旋转，控制物料流出所述出料泵的速度，物料的流动带动所述霍尔齿轮计数，所述质量计量模块根据所述霍尔齿轮的计数脉冲获取单品种物料的重量。

所述控制单元还包括显示模块；

所述显示模块的信号输入端与所述质量计量模块的信号输出端相连接，物料的称重结果通过所述质量计量模块传输至所述显示模块。

所述物料混合单元包括混合容器4和搅拌转子5；

所述混合容器4的进料口与所述备料单元的出料口相连接，所述混合容器4的出料口与浇注单元的输入端相连接，所述搅拌转子5设置在所述混合容器4内腔；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述搅拌转子5的信号输入端电连接，通过所述物料搅拌控制模块控制所述搅拌转子5旋转，实现各路物料在所述混合容器4中的均匀混合。

所述搅拌转子5的外表面轴向上分布有槽纹；

所述槽纹外表面设置有一组齿条；一组所述齿条沿所述搅拌转子5周向分布，且一组所述齿条与所述槽纹啮合连接；

所述混合容器4的直径为30～50cm，长度范围是100～150cm；混合容器4与搅拌转子5的间隙宽度为1mm～3mm。

各路物料胶水由于是步进电机的抽动，有一定的压力，可以在搅拌转子5的空隙和搅拌转子与混合容器4间的间隙流过，随着搅拌转子5的高速转动从而达到充分搅拌。

所述物料混合单元还包括清洗部件和烘干部件，所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器4的进料口相连接；

所述控制单元还包括清洗控制模块和烘干控制模块；所述清洗控制模块和烘干控制模块的信号输出端分别与所述清洗部件和烘干部件的信号输入端相连接，分别控制所述清洗部件和烘干部件的启停。

在具体实施中，清洗部件是对混合单元连续喷入酒精，并通过搅拌转子5的转动使混合容器4内充满高速旋转流动的酒精再喷射出去，达到清洗的功效。烘干部件是在酒精清洗之后向混合容器4中吹入经压缩的高压空气。

所述浇注单元包括真空箱6、浇注模具7、机械手8、三轴定位轨道9以及浇注管线10；

所述浇注模具7固定设置在所述真空箱6内部，所述三轴定位轨道9固定设置在所述真空箱6顶部，所述机械手8两端分别与所述三轴定位轨道9以及所述浇注管线10固定连接；所述浇注管线10一端与所述物料混合单元的输出端相连接；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述三轴定位轨道9的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述三轴定位轨道9带动所述机械手8做三维轴向运动，使所述浇注管线10位于浇注位置上。

本发明的第二个保护主题是：利用所述系统实现的地震物理模型自动化浇注方法；

所述方法的具体步骤为：

步骤1，搭建所述地震物理模型自动化浇注系统：

将所述备料单元、计量单元、物料混合单元以及浇注单元依次通过物料管路连接；

步骤2，设置物理参数：

所述物理参数包括物料配方、复合物料比例、加热温度、物料的流动速度、物料混合的搅拌转速、浇注位置的坐标以及浇注速度；

步骤3，备料步骤；

分别对各所述备料釜2进行抽真空处理，各所述物料罐1中的物料在负压作用下吸入所述备料釜2；

步骤4，物料称重步骤；

通过所述控制单元控制所述步进电机旋转，进而带动各所述出料泵将各路物料由各所述备料釜2按照所述步骤2的预设速度同步抽出至所述混合容器4，并通过所述霍尔齿轮脉冲计数，获取各路物料的重量，将计量结果传输至所述显示单元；

步骤5，物料混合步骤；

控制所述搅拌转子5按照所述步骤2预设的搅拌速度旋转，均匀混合各路物料；

步骤6，浇注步骤：

控制所述机械手8协同所述浇注管线10沿所述三轴定位轨道9运动至所述步骤2预设的坐标位置，并将所述步骤5获取的混合物料按照所述步骤2预设的浇注速度输出，完成浇注；

步骤7，判断步骤：

判断当前浇注位置是否为本次浇注流程的最后一个浇注位置；

若是，则地震物理模型的浇注完成，并顺序执行步骤8；

若不是，则对下一个预设的坐标位置执行步骤6至步骤7的操作；

步骤8，清洗混合容器：

启动所述清洗部件，将清洗液注入所述混合容器4，并通过所述搅拌转子5搅拌冲洗；再启动所述烘干部件，将压缩气体吹入所述混合容器4，烘干所述述混合容器4。

在具体实施中：

在所述步骤1中，在所述备料釜2与物料罐1之间设置一号阀门S1、所述备料釜2与真空泵3之间设置二号阀门S2，在所述备料釜2的出料口处设置三号阀门S3；将各所述备料釜2的出料口汇总连接至所述混合容器4的输入端；将所述浇注模具7固定在所述真空箱6内部，所述三轴定位轨道9固定设置在所述真空箱6顶部，所述机械手8固定设置在所述三轴定位轨道9上，所述浇注管线10一端伸入所述真空箱6，并与所述机械手8固定连接；

所述加热部件设置在所述备料釜2外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面，并通过所述控制单元控制所述加热部件的启停；所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器4的输入端相连接。

所述步骤3的具体过程为：

步骤3-1，备料釜吸料步骤；

开启所述一号阀门S1和二号阀门S2，关闭所述三号阀门S3；通过所述抽真空模块控制各所述真空泵3对各所述备料釜2进行抽真空处理，各所述物料罐1中的物料在负压作用下吸入各所述备料釜2中；

步骤3-2，物料的加热处理步骤；

通过所述控制单元控制所述加热部件，对所述备料釜2以及所述备料单元中各段物料物料管路进行加热，直至达到所述步骤2预设的加热温度；

步骤3-3，物料的真空脱泡处理；

关闭所述一号阀门S1，再次通过所述抽真空模块控制各所述真空泵3对各所述备料釜2进行抽真空处理，直至所述备料釜2中的气压值达到-0.1mPa，打开所述三号阀门S3。

预热后的物料更容易抽真空脱泡，同时也增加流动性，便于后面的流出。系统在这个过程之后由预设好的配方进行流动精确称重，流动混合搅拌，这样就可以实现边称重，边搅拌，边浇注，提高了工作效率。

在所述步骤5中，所述搅拌转子5围绕所述混合容器4的中心轴线旋转，其旋转速度为2000转/分钟。

本发明的特点是：

备料单元实现了复合材料的的独立备料方式，通过控制单元控制各组分的流量，来控制不同材料的复合比例，并在混合单元采用动态混合器混合配制复合材料，在真空箱内完成真空浇注。

独立的四套计量单元，可以浇注16种不同的配方。备料单元配备真空脱泡功能，除尽物料中的气泡。采用步进马达驱动齿轮计量系统，计量精准。可设定单步注胶量，其注胶精度±2%，可设定注胶速度和混合比例。

采用动态混合器均匀混合胶水，且配备清洗单元，设备维护方便。对于较粘稠的材料，从料罐到物料管线均采用电加热方式，恒温控制，增强材料的流动性，采用真空辅助自动吸料的方式，使加料变得更加简单和轻松。

采用可编程控制器，所有参数均可通过在触摸屏设定完成，灌胶过程完全处于真空状态下，且真空度及保持时间可根据工艺要求调整，自动灌胶单元采用龙门架结构，机械手实现灌胶过程自动化。

从物料按配方流出备料釜开始计量称重，然后汇聚到混胶头经过高速混合输出，再经过机械手定位到需要的位置进行浇注。由于这个过程是持续进行的而不是手工浇注一次称重、搅拌、浇注，故可以实现边称重、边搅拌、边浇注，直到模型浇注完成。

系统还具有自动清洗的功能，每次灌胶生产结束后，通过点击触摸屏清洗开关。设备自动将混合器清洗阀门打开，清洗溶剂会自动进入混合器内先进行冲洗，然后再用干燥空气吹干，反复几次，从而清洁混合器中的残余材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）系统能按照设定配方进行精确称重配比，避免人工称量操作产生的误差；且采用机械混合也比人力搅拌均匀，具有可重复性，为实验地震物理模型的制作提高了效率和精确度。

2）系统的备料抽真空、配比、混合、出料都在密闭条件下，避免对环境的污染。

3）系统的备料斧具有加热功能，避免了冬天气温低时材料粘稠不易混合的问题。

附图说明

图1为本发明的地震物理模型自动化浇注系统的控制单元模块连接示意图；

图2为单个备料单元的局部结构示意图；

图3为浇注单元的局部结构示意图；

图4为混合容器的局部结构示意图；

图5为搅拌转子的局部结构示意图；

图6为本发明的地震物理模型自动化浇注方法的工艺流程图；

附图标号说明：

1-物料罐；2-备料釜；3-真空泵；4-混合容器；5-搅拌转子；

6-真空箱；7-浇注模具；8-机械手；9-三轴定位轨道；10-浇注管线；

S1-一号阀门；S2-二号阀门；S3-三号阀门；

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示的地震物理模型自动化浇注系统；

所述系统包括备料单元、计量单元、物料混合单元以及浇注单元；所述备料单元的输出端与所述物料混合单元的输入端相连接，所述物料混合单元的输出端与所述浇注单元的输入端相连接；计量单元设置在备料单元与物料混合单元之间。

所述系统还包括控制单元；

所述控制单元包括主控模块、备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块；所述主控单元的信号输出端分别与所述备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块的信号输入端电连接；

所述备料控制模块与所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述备料控制模块控制所述备料单元的真空度，控制物料依次传输至所述备料单元和物料混合单元；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述物料混合单元的信号输入端相连接，通过所述物料搅拌控制模块控制所述物料混合的搅拌速度；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述浇注单元的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述浇注单元中浇注管路的位置，实现备料、物料混合以及浇注过程的自动化控制系统。

所述系统包括四个所述备料单元，各所述备料单元并行设置，且各所述备料单元的输出端汇总连接至所述物料混合单元；

每个所述备料单元包括物料罐1、备料釜2、真空泵3以及出料泵；

所述备料釜2的进料口与所述物料罐1相连接，所述备料釜2的出料口与所述出料泵相连接，所述出料泵的输出端与所述物料混合单元的输入端相连接，所述备料釜2的抽真空端口与所述真空泵3相连接；

所述备料控制模块包括抽真空子模块；所述抽真空子模块与所述真空泵3的信号输入端相连接，通过所述抽真空子模块控制所述真空泵3的启停，即控制所述备料釜2的真空度。

各所述备料单元中均包括第一阀门S1、第二阀门S2以及第三阀门S3；

所述第一阀门S1设置在所述备料釜2的进料口处，所述第二阀门S2设置在所述备料釜2的抽真空端口处，所述第三阀门S3设置在所述备料釜2的出料口处；

所述备料控制模块还包括阀门控制子模块，所述阀门控制子模块分别与所述第一阀门S1、第二阀门S2、第三阀门S3的信号输入端相连接。

所述备料控制模块还包括路径选择子模块；所述路径选择子模块分别与各所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述路径选择子模块分别控制各所述备料单元的启停。

各所述备料单元中均包括加热部件；

所述加热部件设置在所述备料釜2外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面；

所述控制单元还包括加热控制模块，所述加热控制模块与所述加热部件的信号输入端相连接，通过所述加热控制模块控制所述加热部件的启停。

各所述备料单元中均包括一组液位传感器；

一组所述液位传感器分别设置在所述备料釜2中的液位上限处和液位下限处，通过所述控制单元控制一组所述液位传感器的启停。

所述计量单元包括步进电机和霍尔齿轮；所述步进电机与所述出料泵的信号输入端电连接，所述霍尔齿轮设置在所述备料釜2的出料口与所述物料混合单元之间的物料管路中；

所述控制单元分别与所述步进电机和霍尔齿轮的信号输入端电连接，通过所述控制单元控制所述步进电机旋转带动所述出料泵，从而控制物料的流动速度；物料的流动带动所述霍尔齿轮计数，所述控制单元根据所述霍尔齿轮的计数脉冲获取单品种物料的重量。

所述物料混合单元包括混合容器4和搅拌转子5；

所述混合容器4的进料口与所述备料单元的出料口之间相连接，所述混合容器4的出料口与浇注管线10相连接；所述搅拌转子5设置在所述混合容器4内腔；

所述控制单元中的搅拌控制模块与所述搅拌转子5的信号输入端电连接，通过所述搅拌控制模块控制所述搅拌转子5旋转，实现各路物料的均匀混合。

所述搅拌转子5的外表面轴向上分布有槽纹；

所述槽纹外表面设置有一组齿条；一组所述齿条沿所述搅拌转子（5）周向分布，且一组所述齿条与所述槽纹啮合连接；

所述混合容器4的直径为40cm，长度范围是120cm；混合容器4与搅拌转子5的间隙宽度为2mm。

所述物料混合单元还包括清洗模块；

所述清洗模块包括清洗部件和烘干部件；所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器4的进料口相连接，且所述控制单元与所述清洗模块的信号输入端电连接，控制所述清洗部件和烘干部件的启停。

所述浇注单元包括真空箱6、浇注模具7、机械手8、三轴定位轨道9以及浇注管线10；

所述浇注模具7固定设置在所述真空箱6内部，所述三轴定位轨道9固定设置在所述真空箱6顶部，所述机械手8两端分别与所述三轴定位轨道9以及所述浇注管线10固定连接；

所述控制单元中的浇注定位模块与所述三轴定位轨道9的信号输入端电连接，所述浇注定位模块控制所述三轴定位轨道9带动所述机械手8做三维轴向运动，使所述浇注管线10位于浇注位置上。

如图6所示，利用所述系统的地震物理模型自动化浇注方法，其具体步骤为：

所述方法的具体步骤为：

步骤1，搭建所述地震物理模型自动化浇注系统：

在所述备料釜2与物料罐1之间设置一号阀门S1、所述备料釜2与真空泵3之间设置二号阀门S2，在所述备料釜2的出料口处设置三号阀门S3；将各所述备料釜2的出料口汇总连接至所述混合容器4的输入端；将所述浇注模具7固定在所述真空箱6内部，所述三轴定位轨道9固定设置在所述真空箱6顶部，所述机械手8固定设置在所述三轴定位轨道9上，所述浇注管线10一端伸入所述真空箱6，并与所述机械手8固定连接；

所述加热部件设置在所述备料釜2外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面，并通过所述控制单元控制所述加热部件的启停；所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器4的输入端相连接。

步骤2，设置物理参数：

所述物理参数包括物料配方、复合物料比例、加热温度50℃、物料的流动速度、物料混合的搅拌转速、浇注位置的坐标以及浇注速度；

四个物料罐1中的物料分别为树酯a、树酯a的固化剂、树酯b、树酯b的固化剂；

步骤3，备料步骤；

分别对各所述备料釜2进行抽真空处理，各所述物料罐1中的物料在负压作用下吸入所述备料釜2，其具体过程为：

步骤3-1，备料釜吸料步骤；

开启所述一号阀门S1和二号阀门S2，关闭所述三号阀门S3；通过所述抽真空模块控制各所述真空泵3对各所述备料釜2进行抽真空处理，各所述物料罐1中的物料在负压作用下吸入各所述备料釜2中；

步骤3-2，物料的加热处理步骤；

通过所述控制单元控制所述加热部件，对所述备料釜2以及所述备料单元中各段物料物料管路进行加热，直至达到所述步骤2预设的加热温度；

步骤3-3，物料的真空脱泡处理；

关闭所述一号阀门S1，再次通过所述抽真空模块控制各所述真空泵3对各所述备料釜2进行抽真空处理，直至所述备料釜2中的气压值达到-0.1mPa，打开所述三号阀门S3。

步骤4，物料称重步骤；

通过所述控制单元控制所述步进电机旋转，进而带动各所述出料泵将各路物料由各所述备料釜2按照所述步骤2的预设速度同步抽出至所述混合容器4，并通过所述霍尔齿轮脉冲计数，获取各路物料的重量，将计量结果传输至所述显示单元；

步骤5，物料混合步骤；

控制所述搅拌转子5按照所述步骤2预设的搅拌速度围绕所述混合容器4的中心轴线旋转，其旋转速度为2000转/分钟；

步骤6，浇注步骤：

控制所述机械手8协同所述浇注管线10沿所述三轴定位轨道9运动至所述步骤2预设的坐标位置，并将所述步骤5获取的混合物料按照所述步骤2预设的浇注速度输出，完成浇注；

步骤7，判断步骤：

判断当前浇注位置是否为本次浇注流程的最后一个浇注位置；

若是，则地震物理模型的浇注完成，并顺序执行步骤8；

若不是，则对下一个预设的坐标位置执行步骤6至步骤7的操作；

步骤8，清洗混合容器：

启动所述清洗部件，将清洗液注入所述混合容器4，并通过所述搅拌转子5搅拌冲洗；再启动所述烘干部件，将压缩气体吹入所述混合容器4，烘干所述述混合容器4。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (16)

1.地震物理模型自动化浇注系统，所述系统包括备料单元、物料混合单元以及浇注单元；所述备料单元的输出端与所述物料混合单元的输入端相连接，所述物料混合单元的输出端与所述浇注单元的输入端相连接；

其特征在于：

所述系统还包括控制单元；

所述控制单元包括主控模块、备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块；所述主控模块的信号输出端分别与所述备料控制模块、物料搅拌控制模块以及三轴定位模块的信号输入端电连接；

所述备料控制模块与所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述备料控制模块控制所述备料单元的真空度，控制物料依次传输至所述备料单元和物料混合单元；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述物料混合单元的信号输入端相连接，通过所述物料搅拌控制模块控制物料混合的搅拌速度；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述浇注单元的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述浇注单元中浇注管路的位置，实现备料、物料混合以及浇注过程的自动化控制系统。

2.根据权利要求1所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述系统包括至少一个所述备料单元；

每个所述备料单元包括物料罐(1)、备料釜(2)、真空泵(3)以及出料泵；

所述备料釜(2)的进料口与所述物料罐(1)相连接，所述备料釜(2)的出料口与所述出料泵相连接，所述出料泵的输出端与所述物料混合单元的输入 端相连接，所述备料釜(2)的抽真空端口与所述真空泵(3)相连接；

所述备料控制模块包括抽真空子模块；所述抽真空子模块与所述真空泵(3)的信号输入端相连接，通过所述抽真空子模块控制所述真空泵(3)的启停，即控制所述备料釜(2)的真空度。

3.根据权利要求2所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述备料单元还包括第一阀门(S1)、第二阀门(S2)以及第三阀门(S3)；

所述第一阀门(S1)设置在所述备料釜(2)的进料口处，所述第二阀门(S2)设置在所述备料釜(2)的抽真空端口处，所述第三阀门(S3)设置在所述备料釜(2)的出料口处；

所述备料控制模块还包括阀门控制子模块，所述阀门控制子模块分别与所述第一阀门(S1)、第二阀门(S2)、第三阀门(S3)的信号输入端相连接。

4.根据权利要求2或3所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述备料单元的数量为2～6个；

各所述备料单元并行设置，且各所述备料单元的输出端汇总连接至所述物料混合单元；

所述备料控制模块还包括路径选择子模块；所述路径选择子模块分别与各所述备料单元的信号输入端相连接，通过所述路径选择子模块分别控制各所述备料单元的启停。

5.根据权利要求2或3所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述备料单元还包括加热部件；

所述加热部件设置在所述备料釜(2)外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面；

所述控制单元还包括加热控制模块，所述加热控制模块与所述加热部件的信号输入端相连接，通过所述加热控制模块控制所述加热部件的启停。

6.根据权利要求3所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述备料单元还包括一组液位传感器；

一组所述液位传感器分别设置在所述备料釜(2)中的液位上限处和液位下限处，每个所述液位传感器的信号输出端分别与所述阀门控制子模块以及抽真空子模块的信号输入端相连接，通过一组所述液位传感器的感应结果控制所述第一阀门(S1)以及真空泵(3)的启停，即控制所述备料釜(2)开始吸料或停止吸料。

7.根据权利要求2所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述系统还包括计量单元；

所述计量单元包括步进电机和霍尔齿轮；所述步进电机的信号输出端与所述出料泵的信号输入端电连接，所述霍尔齿轮设置在所述出料泵的输出端；

所述控制单元还包括电机转速控制模块和质量计量模块；所述电机转速控制模块的信号输出端与所述步进电机的信号输入端相连接，所述质量计量模块的信号输入端与所述霍尔齿轮的信号输出端相连接，通过所述电机转速控制模块控制所述步进电机旋转，控制物料流出所述出料泵的速度，物料的流动带动所述霍尔齿轮计数，所述质量计量模块根据所述霍尔齿轮的计数脉冲获取单品种物料的重量。

8.根据权利要求7所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述控制单元还包括显示模块；

所述显示模块的信号输入端与所述质量计量模块的信号输出端相连接，物料的称重结果通过所述质量计量模块传输至所述显示模块。

9.根据权利要求1所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述物料混合单元包括混合容器(4)和搅拌转子(5)；

所述混合容器(4)的进料口与所述备料单元的出料口相连接，所述混合容器(4)的出料口与浇注单元的输入端相连接，所述搅拌转子(5)设置在所述混合容器(4)内腔；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述搅拌转子(5)的信号输入端电连接，通过所述物料搅拌控制模块控制所述搅拌转子(5)旋转，实现各路物料在所述混合容器(4)中的均匀混合。

10.根据权利要求9所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述搅拌转子(5)的外表面轴向上分布有槽纹；

所述槽纹外表面设置有一组齿条；一组所述齿条沿所述搅拌转子(5)周向分布，且一组所述齿条与所述槽纹啮合连接；

所述混合容器(4)的直径为30～50cm，长度范围是100～150cm；混合容器(4)与搅拌转子(5)的间隙宽度为1mm～3mm。

11.根据权利要求9所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述物料混合单元还包括清洗部件和烘干部件，所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器(4)的进料口相连接；

所述控制单元还包括清洗控制模块和烘干控制模块；所述清洗控制模块和烘干控制模块的信号输出端分别与所述清洗部件和烘干部件的信号输入端相连接，分别控制所述清洗部件和烘干部件的启停。

12.根据权利要求1所述的地震物理模型自动化浇注系统，其特征在于：

所述浇注单元包括真空箱(6)、浇注模具(7)、机械手(8)、三轴定位轨道(9)以及浇注管线(10)；

所述浇注模具(7)固定设置在所述真空箱(6)内部，所述三轴定位轨道(9)固定设置在所述真空箱(6)顶部，所述机械手(8)两端分别与所述三轴定位轨道(9)以及所述浇注管线(10)固定连接；所述浇注管线(10)一端与所述物料混合单元的输出端相连接；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述三轴定位轨道(9)的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述三轴定位轨道(9)带动所述机械手(8)做三维轴向运动，使所述浇注管线(10)位于浇注位置上。

13.利用权利要求1所述系统实现的地震物理模型自动化浇注方法，其特征在于：

所述系统包括至少一个所述备料单元；

每个所述备料单元包括物料罐(1)、备料釜(2)、真空泵(3)以及出料泵；

所述备料釜(2)的进料口与所述物料罐(1)相连接，所述备料釜(2)的出料口与所述出料泵相连接，所述出料泵的输出端与所述物料混合单元的输入 端相连接，所述备料釜(2)的抽真空端口与所述真空泵(3)相连接；

所述备料控制模块包括抽真空子模块；所述抽真空子模块与所述真空泵(3)的信号输入端相连接，通过所述抽真空子模块控制所述真空泵(3)的启停，即控制所述备料釜(2)的真空度，

所述备料单元还包括第一阀门(S1)、第二阀门(S2)以及第三阀门(S3)；

所述第一阀门(S1)设置在所述备料釜(2)的进料口处，所述第二阀门(S2)设置在所述备料釜(2)的抽真空端口处，所述第三阀门(S3)设置在所述备料釜(2)的出料口处；

所述备料控制模块还包括阀门控制子模块，所述阀门控制子模块分别与所述第一阀门(S1)、第二阀门(S2)、第三阀门(S3)的信号输入端相连接，

所述备料单元还包括加热部件；

所述加热部件设置在所述备料釜(2)外表面以及所述备料单元中各段物料物料管路外表面；

所述控制单元还包括加热控制模块，所述加热控制模块与所述加热部件的信号输入端相连接，通过所述加热控制模块控制所述加热部件的启停，

所述备料单元还包括一组液位传感器；

一组所述液位传感器分别设置在所述备料釜(2)中的液位上限处和液位下限处，每个所述液位传感器的信号输出端分别与所述阀门控制子模块以及抽真空子模块的信号输入端相连接，通过一组所述液位传感器的感应结果控制所述第一阀门(S1)以及真空泵(3)的启停，即控制所述备料釜(2)开始吸料或停止吸料，

所述系统还包括计量单元；

所述计量单元包括步进电机和霍尔齿轮；所述步进电机的信号输出端与所述 出料泵的信号输入端电连接，所述霍尔齿轮设置在所述出料泵的输出端；

所述控制单元还包括电机转速控制模块和质量计量模块；所述电机转速控制模块的信号输出端与所述步进电机的信号输入端相连接，所述质量计量模块的信号输入端与所述霍尔齿轮的信号输出端相连接，通过所述电机转速控制模块控制所述步进电机旋转，控制物料流出所述出料泵的速度，物料的流动带动所述霍尔齿轮计数，所述质量计量模块根据所述霍尔齿轮的计数脉冲获取单品种物料的重量，

所述控制单元还包括显示模块；

所述显示模块的信号输入端与所述质量计量模块的信号输出端相连接，物料的称重结果通过所述质量计量模块传输至所述显示模块，

所述物料混合单元包括混合容器(4)和搅拌转子(5)；

所述混合容器(4)的进料口与所述备料单元的出料口相连接，所述混合容器(4)的出料口与浇注单元的输入端相连接，所述搅拌转子(5)设置在所述混合容器(4)内腔；

所述物料搅拌控制模块的信号输出端与所述搅拌转子(5)的信号输入端电连接，通过所述物料搅拌控制模块控制所述搅拌转子(5)旋转，实现各路物料在所述混合容器(4)中的均匀混合，

所述物料混合单元还包括清洗部件和烘干部件，所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器(4)的进料口相连接；

所述控制单元还包括清洗控制模块和烘干控制模块；所述清洗控制模块和烘干控制模块的信号输出端分别与所述清洗部件和烘干部件的信号输入端相连接，分别控制所述清洗部件和烘干部件的启停，

所述浇注单元包括真空箱(6)、浇注模具(7)、机械手(8)、三轴定位轨道 (9)以及浇注管线(10)；

所述浇注模具(7)固定设置在所述真空箱(6)内部，所述三轴定位轨道(9)固定设置在所述真空箱(6)顶部，所述机械手(8)两端分别与所述三轴定位轨道(9)以及所述浇注管线(10)固定连接；所述浇注管线(10)一端与所述物料混合单元的输出端相连接；

所述三轴定位模块的信号输出端与所述三轴定位轨道(9)的信号输入端相连接，通过所述三轴定位模块控制所述三轴定位轨道(9)带动所述机械手(8)做三维轴向运动，使所述浇注管线(10)位于浇注位置上，

所述方法的具体步骤为：

步骤1，搭建所述地震物理模型自动化浇注系统：

将所述备料单元、计量单元、物料混合单元以及浇注单元依次通过物料管路连接；

步骤2，设置物理参数：

所述物理参数包括物料配方、复合物料比例、加热温度、物料的流动速度、物料混合的搅拌转速、浇注位置的坐标以及浇注速度；

步骤3，备料步骤；

分别对各所述备料釜(2)进行抽真空处理，各所述物料罐(1)中的物料在负压作用下吸入所述备料釜(2)；

步骤4，物料称重步骤；

通过所述控制单元控制所述步进电机旋转，进而带动各所述出料泵将各路物料由各所述备料釜(2)按照所述步骤2的预设速度同步抽出至所述混合容器(4)，并通过所述霍尔齿轮脉冲计数，获取各路物料的重量，将计量结果传输至所述显示模块；

步骤5，物料混合步骤；

控制所述搅拌转子(5)按照所述步骤2预设的搅拌速度旋转，均匀混合各路物料；

步骤6，浇注步骤：

控制所述机械手(8)协同所述浇注管线(10)沿所述三轴定位轨道(9)运动至所述步骤2预设的坐标位置，并将所述步骤5获取的混合物料按照所述步骤2预设的浇注速度输出，完成浇注；

步骤7，判断步骤：

判断当前浇注位置是否为本次浇注流程的最后一个浇注位置；

若是，则地震物理模型的浇注完成，并顺序执行步骤8；

若不是，则对下一个预设的坐标位置执行步骤6至步骤7的操作；

步骤8，清洗混合容器：

启动所述清洗部件，将清洗液注入所述混合容器(4)，并通过所述搅拌转子(5)搅拌冲洗；再启动所述烘干部件，将压缩气体吹入所述混合容器(4)，烘干所述混合容器(4)。

14.根据权利要求13所述的地震物理模型自动化浇注方法，其特征在于：

在所述步骤1中，在所述备料釜(2)与物料罐(1)之间设置第一阀门(S1)、所述备料釜(2)与真空泵(3)之间设置第二阀门(S2)，在所述备料釜(2)的出料口处设置第三阀门(S3)；将各所述备料釜(2)的出料口汇总连接至所述混合容器(4)的输入端；将所述浇注模具(7)固定在所述真空箱(6)内部，所述三轴定位轨道(9)固定设置在所述真空箱(6)顶部，所述机械手(8)固定设置在所述三轴定位轨道(9)上，所述浇注管线(10)一端伸入所述真空箱(6)，并与所述机械手(8)固定连接；

所述加热部件设置在所述备料釜(2)外表面以及所述备料单元中各段物料管路外表面，并通过所述控制单元控制所述加热部件的启停；所述清洗部件和烘干部件的输出端分别与所述混合容器(4)的输入端相连接。

15.根据权利要求13所述的地震物理模型自动化浇注方法，其特征在于：

所述步骤3的具体过程为：

步骤3-1，备料釜吸料步骤；

开启所述第一阀门(S1)和第二阀门(S2)，关闭所述第三阀门(S3)；通过所述抽真空模块控制各所述真空泵(3)对各所述备料釜(2)进行抽真空处理，各所述物料罐(1)中的物料在负压作用下吸入各所述备料釜(2)中；

步骤3-2，物料的加热处理步骤；

通过所述控制单元控制所述加热部件，对所述备料釜(2)以及所述备料单元中各段物料管路进行加热，直至达到所述步骤2预设的加热温度；

步骤3-3，物料的真空脱泡处理；

关闭所述第一阀门(S1)，再次通过所述抽真空模块控制各所述真空泵(3)对各所述备料釜(2)进行抽真空处理，直至所述备料釜(2)中的气压值达到-0.1mPa，打开所述第三阀门(S3)。

16.根据权利要求13所述的地震物理模型自动化浇注方法，其特征在于：

在所述步骤5中，所述搅拌转子(5)围绕所述混合容器(4)的中心轴线旋转，其旋转速度为2000转/分钟。