CN109399238A - 一种高通量的配料装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高通量的配料装置及其应用，所述的配料装置包括料桶；所述的料桶安装在运动支架上；所述的配料装置还包括轨道；所述的运动支架能携带所述的料桶沿着所述的轨道运动；所述的料桶的下方设置有料板；所述的料板上设置有料槽；当所述的料桶运动至所述的料槽正上方时，所述的料桶向所述的料槽内注入料浆；所述的料板的下方设置有用于称量所述的料浆的称重单元；所述的配料装置还设置有控制系统，分别连接所述的配料装置的两组动力电极、Z轴运动电极、供料开关、供气开关以及称重单元。所述的配料装置设置有多个料桶、供料单元和控制系统，尤其适用于多组元料浆配制，自动化程度高、控制精度高，大大提高了材料配制的效率和准确性。

Description

一种高通量的配料装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种配料装置，尤其涉及一种高通量的配料装置及其应用，是一种用于材料研发的高效配料装置。

背景技术

在材料制备中常常遇到原料配制的环节，长期以来人工天平称重混合的方式进行操作，效率低、误差大。以玻璃、陶瓷为代表的块体材料，现有组成-结构-性能的关系研究和新材料开发远远没有完成，而目前常规的无机非金属材料制备采用配合料称重、球磨混合、挤压成形、高温烧结或熔融的工艺，试验周期长、工作量大，且新材料研发及性能优选需要进行大量的重复性试验和结果对比，效率极低，成本较高。而国外基于3D打印、喷墨打印、点胶技术，按照组合试验的方法，围绕陶瓷、玻璃材料自动快速合成制备技术，已有多样化原理样机和应用案例。我国组合喷墨打印技术多应用于无机非金属材料成形、涂层印制，高通量块体材料制备尚处于初期探索阶段。

高通量材料制备技术正发展成为新材料研发的利器。材料高通量实验是在短时间内完成大量样品的制备与表征，其核心思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变，作为“材料基因组技术”三大要素之一，在由传统经验方法向新型预测方法的过渡中，高通量实验扮演着承上启下的关键角色。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高通量的配料装置及其应用，所述的配料装置设置有多个料桶以及供料单元，尤其适用于多组元前驱体料浆形式的配制；所述的配料装置能够保证多组元料浆按照设计重量要求直接注入到对应的料槽内，形成所需配比的混合料浆；所述的配料装置设置有控制系统。其自动化程度高、控制精度高，大大提高了材料配制的效率和准确性，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高通量的配料装置，所述的配料装置包括料桶；所述的料桶安装在运动支架上；所述的配料装置还包括轨道；所述的运动支架能携带所述的料桶沿着所述的轨道运动；所述的料桶的下方设置有料板；所述的料板上设置有料槽；当所述的料桶运动至所述的料槽的正上方时，所述的料桶向所述的料槽内注入料浆；所述的料板的下方设置有用于称量所述的料浆的称重单元。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的运动支架为龙门型支架；所述的运动支架上设置有滑轨；所述的运动支架上设置有用于夹持所述的料桶的夹持件；所述的夹持件能夹持所述的料桶在所述的运动支架上沿所述的滑轨做X方向相对运动。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的轨道沿Y方向设置；所述的配料装置设置有两组动力电极，分别驱动所述的料桶沿所述的滑轨在X方向运动和/或驱动所述的运动支架沿所述的轨道在Y方向运动；所述的配料装置还设置有Z轴运动电极；所述的Z轴运动电极驱动所述的料桶沿Z方向上下运动，以调整所述的料桶与所述的料槽之间的距离。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶的下方设置有供料针头；所述的供料针头上设置有供料开关；所述的供料开关为旋转阀门式开关；所述的料桶通过供料针头、供料开关向所述的料槽注入原料。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶的上方设置有气路接口；所述的气路接口通过管路与供气管路相连；所述的供气管路上设置有供气开关；所述的供气管路连接气源；所述的气源设置有气压调整阀。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料板为平板型料板；所述的料槽为设置于所述的料板的凹型槽；所述的料槽为等间距的阵列排布。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中将任意一个料槽与其相邻且距离最近的料槽连线，所获得的线段平行于X轴或者Y轴。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶有3个。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的配料装置还设置有控制系统，分别连接所述的的配料装置的两组动力电极、Z轴运动电极、供料开关、供气开关以及称重单元；所述的控制系统设置有用于预设和显示所述的配料装置的工作参数的人机交互界面；所述的控制系统通过供料开关的开路或者闭合控制所述的料桶启动或者停止向料槽注入原料；当所述的料桶向预设的料槽内注入料浆的重量达到预设值时，所述的控制系统控制所述的料桶停止向预设的料槽内注入料浆。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的控制系统为工控机，其设置有运动控制卡、重量信号采集卡、气压信号采集卡以及若干指令接口；所述的控制系统通过所述的指令接口采集所述的配料装置的数据信息并向所述的配料装置发送工作指令；所述的数据信息至少包括所述的料桶的位置数据、所述的料槽的重量数据和所述的料桶的压力数据；所述的工作指令至少包括所述的料桶的运动方向和移动距离指令、供料开关开路或者闭合指令以及供气开关开路或者闭合指令。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的高通量的配料装置的应用，所述的配料装置的工作程序如下：

(1)通过控制界面预设对应料槽的位置编号信息，包含所述的料槽内各组元对应的重量信息；

(2)在料桶内注入料浆、将料桶的气路接口连接供气管路；

(3)设置X方向、Y方向和Z方向的原点以及Z轴高度；

(4)所述的配料装置开始配料，所述的料桶的运动模式为：根据预设的工作参数，各个料桶依次将各种料浆注入同一料槽，然后各个料桶运动至下一个料槽，重复上述操作，直至注料完成；或者，根据预设的工作参数，一个料桶将该种料浆依次注入各个料槽后复位，然后下一个料桶重复上述操作，直至注料完成；

(5)所述的配料装置的配料工作过程为：料桶和供料针头运动，料桶和供料针头到位，开启供料开关，称重单元称重，重量信息反馈至控制系统，供料开关闭合，料桶和供料针头运动至下一工位；

(6)配料完成后，系统复位。

借由上述技术方案，本发明的高通量的配料装置至少具有下列优点：

1、所述的高通量的配料装置，其料桶的数量可根据需要进行调整，方便进行多组元配料；

2、所述的高通量的配料装置，能够将预制好的原料料浆通过定量、运动组合模式，精确快速地注入对应的料槽内；特别地，料板上可设置多个阵列料槽，配料装置可实现不同料槽、不同原料配比的快速配制；

3、所述的高通量的配料装置，能够准确、快捷地把放置于料桶内的料浆原料传输到对应物料料槽的位置之上，在气动压力作用下通过供料开关、供料针头等将物料定点、定量的注入指定的料槽内，整个配料过程无物料外漏，无浪费，无污染，不仅能够使物料、配合料保持整齐，还能够降低操作人员的劳动强度，更是大大提高配料的准确性；

4、所述的高通量的配料装置，由于在配料装置中集成了工控系统，将配料装置的运动信息、物料信息、重量信息实现了联动智能控制，使得供料模块每次都能够输出特定的料浆，从而可以实现不同位置、不同料槽、不同组元的差异化、多元化配比，为实现不同组元含量梯度变化、随机变化的阵列配合料制备提供了保障，更是为高通量制备提供了一种可靠的途径。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的高通量的配料装置的结构示意图；

图2是本发明的高通量的配料装置的控制系统的结构示意图；

图3是本发明的高通量的配料装置的配料一种工作模式示意图；

图4是本发明的高通量的配料装置的配料另一种工作模式示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高通量的配料装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1-2所示，本发明提出一种高通量的配料装置，所述的配料装置1包括料桶11；所述的料桶11安装在运动支架12上；所述的配料装置1还包括轨道121；所述的运动支架12能携带所述的料桶11沿着所述的轨道121运动；所述的料桶11的下方设置有料板13；所述的料板13上设置有料槽14；当所述的料桶13运动至所述的料槽14的正上方时，所述的料桶11向所述的料槽14内注入料浆；所述的料板13的下方设置有用于称量所述的料浆的称重单元15。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的运动支架12为龙门型支架；所述的运动支架12上设置有滑轨122；所述的运动支架12上设置有用于夹持所述的料桶11的夹持件123；所述的夹持件123能夹持所述的料桶11在所述的运动支架12上沿所述的滑轨122做X方向相对运动。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的轨道121沿Y方向设置；所述的配料装置1设置有两组动力电极，分别驱动所述的料桶11沿所述的滑轨122在X方向运动和/或驱动所述的运动支架12沿所述的轨道121在Y方向运动；所述的配料装置1还设置有Z轴运动电极；所述的Z轴运动电极驱动所述的料桶11沿Z方向上下运动，以调整所述的料桶11与所述的料槽14之间的距离。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶11的下方设置有供料针头17；所述的供料针头17上设置有供料开关16；所述的供料开关16为旋转阀门式开关；所述的料桶11通过供料针头17、供料开关16向所述的料槽14注入原料。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶11的上方设置有气路接口18；所述的气路接口18通过管路与供气管路33相连；所述的供气管路33上设置有供气开关31；所述的供气管路33连接气源3；所述的气源3设置有气压调整阀32。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料板13为平板型料板；所述的料槽14为设置于所述的料板13的凹型槽；所述的料槽14为等间距的阵列排布。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中将任意一个料槽14与其相邻且距离最近的料槽14连线，所获得的线段平行于X轴或者Y轴。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的料桶11有3个。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的配料装置还设置有控制系统2，分别连接所述的的配料装置1的两组动力电极、Z轴运动电极、供料开关16、供气开关31以及称重单元15；所述的控制系统2设置有用于预设和显示所述的配料装置1的工作参数的人机交互界面24；所述的控制系统2通过供料开关16的开路或者闭合控制所述的料桶11启动或者停止向料槽14注入原料；当所述的料桶11向预设的料槽14内注入料浆的重量达到预设值时，所述的控制系统2控制所述的料桶11停止向预设的料槽内注入料浆。

所述的人机交互界面24的显示界面内分为图像实时显示区、位置实时显示区、系统信息实时显示区和重量信息实时显示区；所述的人机交互界面24的设置界面内分为系统参数设置控制区，工作参数输入设置区，其中所述的工作参数包括编号序号、位置数据、重量数据、物料类型等。

优选的，前述的高通量的配料装置，其中所述的控制系统2为工控机，其设置有运动控制卡21、重量信号采集卡22、气压信号采集卡23以及若干指令接口；所述的控制系统2通过所述的指令接口采集所述的配料装置1的数据信息并向所述的配料装置1发送工作指令；所述的数据信息至少包括所述的料桶的位置数据、所述的料槽的重量数据和所述的料桶的压力数据；所述的工作指令至少包括所述的料桶的运动方向和移动距离指令、供料开关开路或者闭合指令以及供气开关开路或者闭合指令。

如图3-4所示，本发明还提出一种高通量的配料装置的应用，所述的配料装置1的工作程序如下：

(1)通过控制界面预设对应料槽14的位置编号信息，包含所述的料槽14内各组元对应的重量信息；

(2)在料桶11内注入料浆、将料桶11的气路接口18连接供气管路；

(3)设置X方向、Y方向和Z方向的原点以及Z轴高度；

(4)所述的配料装置1开始配料，所述的料桶11的运动模式为：根据预设的工作参数，各个料桶依次将各种料浆注入同一料槽，然后各个料桶运动至下一个料槽，重复上述操作，直至注料完成；或者，根据预设的工作参数，一个料桶将该种料浆依次注入各个料槽后复位，然后下一个料桶重复上述操作，直至注料完成；

(5)所述的配料装置的配料工作过程为：料桶和供料针头运动，料桶和供料针头到位，开启供料开关，称重单元称重，重量信息反馈至控制系统，供料开关闭合，料桶和供料针头运动至下一工位；

(6)配料完成后，系统复位。

为进一步说明本高通量的配料装置的结构和工作模式，本实施例以某组合物原料的高通量配比为例，制备不同组成的料浆配合料。标记三种料浆原料分别为A\B\C，料槽14的编号为1、2、3、……、100，料槽14排布为10*10的阵列，每个料槽14的容量为5ml，称重单元15的传感器精度为0.01g，称重单元15的量程为6kg。预设每个料槽14的原料配比为：

配料工作进行时，主要有两种方式进行。

第一种方式：每一个料槽14分别依次注入设定要求的定量组元，再进行下一个料槽14。以一个料槽14为例，每称重完一种组元料浆达到预设数值时，料板13下的天平应给出信号及指令用于该料浆通道上的阀门截止；同时清零数据，触发指令打开第二种B料浆的通道阀门并开始计量；达到预设重量时重复上述指令；当三种料均在一个料槽14配重完成后，清零并给出指令运动到下一个料槽14，开始重新计量工作。

第二种方式：每一个组元依次按预定变量注入指定料槽14，再进行下一个组元的供料控制。以一个料槽14为例，称重完A组元料浆达到预设数值时，料板13下的天平应给出信号及指令用于该料浆通道上的阀门截止；同时清零数据，触发指令使该料桶、供料针头运动至下一料槽14，仍打开A组元料浆的通道阀门并开始计量；达到预设重量时闭合该料道阀门并清零数据触发指令运动到下一料槽14进行供料，直至全部料槽14注入对应的A料浆；然后系统复位重复上述工作，进行B料浆的供料直至所有料槽全部注入对应的B料浆；系统复位后进行C料浆的注入。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高通量的配料装置，其特征在于，

所述的配料装置包括料桶；所述的料桶安装在运动支架上；

所述的配料装置还包括轨道；所述的运动支架能携带所述的料桶沿着所述的轨道运动；

所述的料桶的下方设置有料板；所述的料板上设置有料槽；

当所述的料桶运动至所述的料槽的正上方时，所述的料桶向所述的料槽内注入料浆；

所述的料板的下方设置有用于称量所述的料浆的称重单元。

2.根据权利要求1所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的运动支架为龙门型支架；所述的运动支架上设置有滑轨；

所述的运动支架上设置有用于夹持所述的料桶的夹持件；

所述的夹持件能夹持所述的料桶在所述的运动支架上沿所述的滑轨做X方向相对运动。

3.根据权利要求2所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的轨道沿Y方向设置；

所述的配料装置设置有两组动力电极，分别驱动所述的料桶沿所述的滑轨在X方向运动和/或驱动所述的运动支架沿所述的轨道在Y方向运动；

所述的配料装置还设置有Z轴运动电极；所述的Z轴运动电极驱动所述的料桶沿Z方向上下运动，以调整所述的料桶与所述的料槽之间的距离。

4.根据权利要求1所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的料桶的下方设置有供料针头；

所述的供料针头上设置有供料开关；

所述的供料开关为旋转阀门式开关；所述的料桶通过供料针头、供料开关向所述的料槽注入原料。

5.根据权利要求1所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的料桶的上方设置有气路接口；所述的气路接口通过管路与供气管路相连；

所述的供气管路上设置有供气开关；所述的供气管路连接气源；所述的气源设置有气压调整阀。

6.根据权利要求1所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的料板为平板型料板；所述的料槽为设置于所述的料板的凹型槽；所述的料槽为等间距的阵列排布。

7.根据权利要求6所述的高通量的配料装置，其特征在于，

将任意一个料槽与其相邻且距离最近的料槽连线，所获得的线段平行于X轴或者Y轴。

8.根据权利要求1-7任一项所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的配料装置还设置有控制系统，分别连接所述的的配料装置的两组动力电极、Z轴运动电极、供料开关、供气开关以及称重单元；

所述的控制系统设置有用于预设和显示所述的配料装置的工作参数的人机交互界面；

所述的控制系统通过供料开关的开路或者闭合控制所述的料桶启动或者停止向料槽注入原料；

当所述的料桶向预设的料槽内注入料浆的重量达到预设值时，所述的控制系统控制所述的料桶停止向预设的料槽内注入料浆。

9.根据权利要求8所述的高通量的配料装置，其特征在于，

所述的控制系统为工控机，其设置有运动控制卡、重量信号采集卡、气压信号采集卡以及若干指令接口；所述的控制系统通过所述的指令接口采集所述的配料装置的数据信息并向所述的配料装置发送工作指令；

所述的数据信息至少包括所述的料桶的位置数据、所述的料槽的重量数据和所述的料桶的压力数据；

所述的工作指令至少包括所述的料桶的运动方向和移动距离指令、供料开关开路或者闭合指令以及供气开关开路或者闭合指令。

10.根据权利要求9所述的高通量的配料装置的应用，其特征在于，

所述的配料装置的工作程序如下：

(1)通过控制界面预设对应料槽的位置编号信息，包含所述的料槽内各组元对应的重量信息；

(2)在料桶内注入料浆、将料桶的气路接口连接供气管路；

(3)设置X方向、Y方向和Z方向的原点以及Z轴高度；

(4)所述的配料装置开始配料，所述的料桶的运动模式为：根据预设的工作参数，各个料桶依次将各种料浆注入同一料槽，然后各个料桶运动至下一个料槽，重复上述操作，直至注料完成；或者，根据预设的工作参数，一个料桶将该种料浆依次注入各个料槽后复位，然后下一个料桶重复上述操作，直至注料完成；

(5)所述的配料装置的配料工作过程为：料桶和供料针头运动，料桶和供料针头到位，开启供料开关，称重单元称重，重量信息反馈至控制系统，供料开关闭合，料桶和供料针头运动至下一工位；

(6)配料完成后，系统复位。