CN106404596A - 一种可视化烧结数据分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可视化烧结数据分析仪，属于粉末冶金、耐火材料、陶瓷、建材等加工设备技术领域，包括一操作台，操作台上设有一管式电炉，管式电炉内设有一温度控制调节器和一温度监测调节器，所述管式电炉上设有两个热电偶；光源系统包括一LED灯，所述LED灯上设有一扩束镜；成像系统包括一工业相机，所述工业相机上设有一双远心工业镜头；载物设备包括一载物台，所述载物台靠近管式电炉的一端设有一载物托盘。本发明还提供了上述可视化烧结数据分析仪的检测方法。本发明能够解决陶瓷烧结在传统工艺上的盲烧不可见问题，并且能够提供准确的数据记录，节能、省事、省力。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金、耐火材料、陶瓷、建材等加工设备技术领域，具体是一种可视化烧结数据分析仪。
背景技术
陶瓷的烧结工艺研究是最重要的陶瓷研究领域，了解陶瓷烧结过程发生的物理化学变化至关重要。研究烧结工艺，其最重要的影响参数就是烧结温度以及烧结时间，准确的把握两者的数据就能最有效的控制产品的质量。但目前绝大部分的研究都存在高温盲烧不可见的问题，仅仅限于对烧结陶瓷粉体的形貌和性质的表征及烧结后显微组织结构的表征，烧结过程的诸多信息难以测量和捕捉，成为严重困扰陶瓷研究学者的问题。如果能够用光学测量的方法直接观察陶瓷材料在炉子中烧结过程中发生的烧结现象及烧结过程中的形状和尺寸变化，进而计算出试样的线收缩率和体积收缩率将是一件非常有意义的事情，可以获得陶瓷烧结致密化曲线，直接指导陶瓷的烧结，对于陶瓷烧结工艺的研究具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种可视化烧结数据分析仪，能够解决陶瓷烧结在传统工艺上的盲烧不可见问题，并且能够提供准确的数据记录，节能、省事、省力。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种可视化烧结数据分析仪，包括一操作台，所述操作台上设有一管式电炉，所述管式电炉的一侧滑动连接一光源系统，所述管式电炉的另一侧滑动连接一成像系统，所述成像系统连接一计算机，所述成像系统与管式电炉之间滑动连接一载物设备，
所述管式电炉内设有一温度控制调节器和一温度监测调节器，所述温度控制调节器和温度监测调节器位于操作台上，所述管式电炉上设有两个热电偶，其中一个热电偶位于管式电炉的炉膛内并与温度控制调节器连接，另一个热电偶位于管式电炉的炉管内并与温度监测调节器连接；
所述光源系统包括一LED灯，所述LED灯上设有一扩束镜；
所述成像系统包括一工业相机，所述工业相机上设有一双远心工业镜头；
所述载物设备包括一载物台，所述载物台靠近管式电炉的一端设有一载物托盘，所述载物托盘可移入管式电炉的炉管内。
进一步地，所述管式电炉的两侧均倾斜设有设有一隔热滤光片，其中一个隔热滤光片位于管式电炉与光源系统之间，另一个隔热滤光片位于管式电炉与成像系统之间，隔热滤光片一方面用于抵挡热辐射对光源及双远心工业镜头的损坏及影响，另一方面过滤掉对于工业相机会造成影响的红外光线。
进一步地，两个隔热滤光片的倾斜角度为30～60°。
进一步地，所述隔热滤光片的材质为K9材质，规格为50*50mm。
进一步地，所述管式电炉的加热范围为25～1600℃。
进一步地，所述工业相机的分辨率为640万像素，图像放大倍数为n，曝光率为40～100。
本发明还提供了上述可视化烧结数据分析仪的检测方法，包括如下步骤：
(1)将试样置于载物托盘上，并移动至管式电炉的炉管正中间；
(2)分别调整试样与LED灯和双远心工业镜头的距离；
(3)利用LED灯发出的光源照射在试样上使其产生投影，并由双远心工业镜头接收，通过工业相机转换成一个图像，在计算机上观察投影的图像；
(4)调节管式电炉的升温程序，用计算机观察试样的形状变化并进行摄像记录变化过程，根据ρ＝m/V计算出试样的密度，并制作出用于后期分析使用的曲线；
密度的计算方法如下：
(4i)检测中采用粉末制成的柱状试样，通过计算机读出投影图像的长度d和高度h；
(4ii)试样的密度分布均匀，受热均匀，试样的质量m不变，试样的体积V＝π*(h/n)*(d/2n)2，进而计算密度ρ＝m/(π*(h/n)*(d/2n)2)。
进一步地，所述LED灯与试样的距离为250mm。
进一步地，所述双远心工业镜头与试样的距离为180mm。
进一步地，所述LED灯发出的光为红色可见光。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明利用LED灯发出的红色可见光经扩束镜，产生一道平行的光源，照射在试样上使其产生投影，并由双远心工业镜头接收，通过工业相机转换成一个放大的BMP图像，用计算机观察试样的形状变化并进行摄像记录变化过程，根据密度＝质量/体积计算出试样的密度，并制作出用于后期分析使用的曲线。
本发明通过光学成像原理，将试样在高温下的变化实时地记录在计算机上，对后期的精密计算给予依据，解决了陶瓷烧结在传统工艺上盲烧不可见问题；
本发明通过实时地记录，自动生成一组曲线，通过对比不同的试样的曲线，可准确的分析出最佳的烧结温度以及最佳的烧结时间，从而有效地控制产品的质量，代替了以往人工取样计算的方法，降低误差，解决了数据不准确的问题；
本发明在对试样检测过程中不需要反复的进行取样和计算，能利用最小的资源以及最短的时间和最少的人力完成更多的实验结果，在最短时间内获得最大的密度，节能、省事、省力。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为试样在等速率升温的条件下进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线。
图3为试样在等速率升温的条件下进行烧结，计算机生成温度-烧结速率的曲线。
图4为试样在等温条件下进行烧结，计算机生成时间-相对密度的曲线。
图5为试样在不同气氛条件下进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线。
图6为试样在不同升温速率的条件下进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线。
图7为不同成分的试样在等速率升温的条件下进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线。
图中：1、操作台；2、管式电炉；21、温度控制调节器；22、温度监测调节器；23、热电偶2；3、光源系统；31、LED灯；32、扩束镜；4、成像系统；41、工业相机；42、双远心工业镜头；5、计算机；6、载物设备；61、载物台；62、载物托盘；7、隔热滤光片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种可视化烧结数据分析仪，包括一操作台1，操作台1上设有一管式电炉2，管式电炉2的一侧滑动连接一光源系统3，管式电炉2的另一侧滑动连接一成像系统4，成像系统4连接一计算机5，成像系统4与管式电炉2之间滑动连接一载物设备6，
管式电炉2的加热范围为25～1600℃，管式电炉2内设有一温度控制调节器21和一温度监测调节器22，温度控制调节器21和温度监测调节器22位于操作台1上，管式电炉2上设有两个热电偶23，其中一个热电偶23位于管式电炉2的炉膛24内并与温度控制调节器21连接，另一个热电偶23位于管式电炉2的炉管25内并与温度监测调节器22连接；
光源系统3包括一LED灯31，LED灯31上设有一扩束镜32；
成像系统4包括一工业相机41，工业相机41的分辨率为640万像素，图像放大倍数为30倍，工业相机41上设有一双远心工业镜头42；
管式电炉2的两侧均倾斜设有设有一隔热滤光片7，其中一个隔热滤光片7位于管式电炉2与光源系统3之间，另一个隔热滤光片7位于管式电炉2与成像系统4之间，两个隔热滤光片7的倾斜角度为45°，隔热滤光片7的材质为K9材质，规格为50*50mm，隔热滤光片一方面用于抵挡热辐射对光源及双远心工业镜头的损坏及影响，另一方面过滤掉对于工业相机会造成影响的红外光线；
载物设备6包括一载物台61，载物台61靠近管式电炉2的一端设有一载物托盘62，载物托盘62可移入管式电炉2的炉管25内。
上述可视化烧结数据分析仪的检测方法，包括如下步骤：
(1)将试样置于载物托盘62上，并移动至管式电炉2的炉管25正中间；
(2)调整LED灯31与试样的距离为250mm，将LED灯31打开经扩束镜会观测到一个Φ40的平行红色可见光的光源，将光源调整到可以穿过管式电炉2的炉管25为宜，在管式电炉2的另一侧用一张白纸作为投影板，调整光源使其投影成为一个整圆且光源充盈为止，调整双远心工业镜头42与试样的距离为180mm，将双远心工业镜头42与投影中心位置重合；
(3)利用LED灯31发出的光源照射在试样上使其产生投影，并由双远心工业镜头42接收，通过工业相机41转换成一个放大30倍的BMP图像，在计算机上5观察投影的图像，将曝光率调节至40～100；
(4)调节管式电炉2的升温程序，在25～900℃时按照30℃/min，900～1600℃时按照1℃/min，用计算机5观察试样的形状变化并进行摄像记录变化过程，根据ρ＝m/V计算出试样的密度，并制作出用于后期分析使用的曲线；
密度的计算方法如下：
(4i)检测中采用粉末制成的柱状试样，通过计算机读出投影图像的长度d和高度h；
(4ii)试样的密度分布均匀，受热均匀，试样的质量m不变，试样的体积V＝π*(h/30)*(d/60)2，进而计算密度ρ＝m/(π*(h/30)*(d/60)2)。
案例一
如图2所示，本案例中将超细粉末、沉淀粉末和工业粉末分别制成相同体积大小的柱状试样，采用本发明的分析仪将试样在等速率升温的条件下分别进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线，根据温度-相对密度的曲线可读出，当密度开始变化时烧结开始，当密度达到最大时烧结结束，在哪一温度下密度达到最大，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
案例二
如图3所示，本案例中将纳米粉末、沉淀粉末和工业粉末分别制成相同体积大小的柱状试样，采用本发明的分析仪将试样在等速率升温的条件下分别进行烧结，计算机生成温度-烧结速率的曲线，根据温度-烧结速率的曲线可读出，在哪一温度下烧结速率达到最快，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
案例三
如图4所示，采用本发明的分析仪将相同材质制成的试样分别在不同温度下进行等温条件的烧结，计算机生成时间-相对密度的曲线，根据时间-相对密度的曲线可读出，最短的时间获得最大的密度，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
案例四
如图5所示，采用本发明的分析仪将相同材质制成的试样分别在不同气氛下进行等速率升温条件的烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线，根据温度-相对密度的曲线可读出，当密度开始变化时烧结开始，当密度达到最大时烧结结束，在哪一温度下密度达到最大，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
案例五
如图6所示，采用本发明的分析仪将相同材质制成的试样分别在不同升温速率的条件下进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线，根据温度-相对密度的曲线可读出，当密度开始变化时烧结开始，当密度达到最大时烧结结束，在哪一温度下密度达到最大，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
案例六
如图7所示，本案例中将不同成分的粉末分别制成相同体积大小的柱状试样，采用本发明的分析仪将试样在等速率升温的条件下分别进行烧结，计算机生成温度-相对密度的曲线，根据温度-相对密度的曲线可读出，当密度开始变化时烧结开始，当密度达到最大时烧结结束，在哪一温度下密度达到最大，并且可以将不同的试样在同一图中体现出来进行比较。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：包括一操作台，所述操作台上设有一管式电炉，所述管式电炉的一侧滑动连接一光源系统，所述管式电炉的另一侧滑动连接一成像系统，所述成像系统连接一计算机，所述成像系统与管式电炉之间滑动连接一载物设备，
所述管式电炉内设有一温度控制调节器和一温度监测调节器，所述温度控制调节器和温度监测调节器位于操作台上，所述管式电炉上设有两个热电偶，其中一个热电偶位于管式电炉的炉膛内并与温度控制调节器连接，另一个热电偶位于管式电炉的炉管内并与温度监测调节器连接；
所述光源系统包括一LED灯，所述LED灯上设有一扩束镜；
所述成像系统包括一工业相机，所述工业相机上设有一双远心工业镜头；
所述载物设备包括一载物台，所述载物台靠近管式电炉的一端设有一载物托盘，所述载物托盘可移入管式电炉的炉管内。
2.根据权利要求1所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述管式电炉的两侧均倾斜设有设有一隔热滤光片，其中一个隔热滤光片位于管式电炉与光源系统之间，另一个隔热滤光片位于管式电炉与成像系统之间。
3.根据权利要求2所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：两个隔热滤光片的倾斜角度为30～60°。
4.根据权利要求2所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述隔热滤光片的材质为K9材质，规格为50*50mm。
5.根据权利要求1所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述管式电炉的加热范围为25～1600℃。
6.根据权利要求1所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述工业相机的分辨率为640万像素，图像放大倍数为n，曝光率为40～100。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的可视化烧结数据分析仪的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将试样置于载物托盘上，并移动至管式电炉的炉管正中间；
(2)分别调整试样与LED灯和双远心工业镜头的距离；
(3)利用LED灯发出的光源照射在试样上使其产生投影，并由双远心工业镜头接收，通过工业相机转换成一个图像，在计算机上观察投影的图像；
(4)调节管式电炉的升温程序，用计算机观察试样的形状变化并进行摄像记录变化过程，根据ρ＝m/V计算出试样的密度，并制作出用于后期分析使用的曲线；
密度的计算方法如下：
(4i)检测中采用粉末制成的柱状试样，通过计算机读出投影图像的长度d和高度h；
(4ii)试样的密度分布均匀，受热均匀，试样的质量m不变，试样的体积V＝π*(h/n)*(d/2n)2，进而计算密度ρ＝m/(π*(h/n)*(d/2n)2)。
8.根据权利要求7所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述LED灯与试样的距离为250mm。
9.根据权利要求7所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述双远心工业镜头与试样的距离为180mm。
10.根据权利要求7所述的一种可视化烧结数据分析仪，其特征在于：所述LED灯发出的光为红色可见光。
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