CN109883881B - 一种称重装置、pbx炸药柱自动密度测试仪及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PBX炸药柱自动密度测试仪的称重装置，包括台架、升降机构、吊索组件、称重组件及托盘，所述称重组件包括秤盘及电子称台；所述升降机构包括固定端及伸出端，升降机构的固定端安装于台架上，升降机构的伸出端与托盘相连，所述秤盘设于托盘上，托盘可带动秤盘上下移动，所述电子称台固定于台架上且通过吊索组件连接秤盘。本发明的称重装置可实现完全替代人工测量，减少所需人工数量，降低操作人员的任务量，且通过本方法可有效减小测得的炸药柱密度的误差，解决了炸药部件密度批量测量的数量需求和精度需求。
Description
技术领域
本发明涉及炸药柱密度测量技术领域，特别涉及一种称重装置、PBX炸药柱自动密度测试仪及其测试方法。
背景技术
压装PBX炸药部件的密度是其成型性能的重要指标，根据技术条件要求，其密度测量通常要精确到0.001g/cm3。利用排水法测量炸药柱的密度是在水下操作，安全可靠，而且不需要知道药柱的体积，只需得到室温对应下蒸馏水的密度、药柱的干重和湿重即可，是一种较为理想的方法。该方法中湿重的称量最为关键和繁琐，传统的称量方法采用手工作业，先用一根较细的尼龙绳拴紧药柱，再将药柱悬挂于水中称量，实际操作中，为了简化计算过程，直接默认为绳子的湿重与干重相等，而当药柱较小时，上述测量方式会导致系统误差较大，严重时会直接影响对炸药柱密度合格与否的判定。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种称重装置、PBX炸药柱自动密度测试仪及其测试方法，可实现更精确、更高效的测量小药柱的密度，特别是直径为Φ10mm-Φ60mm的药柱密度，同时，通过本发明的PBX炸药柱自动密度测试仪，可实现完全替代人工测量，减少所需人工数量，降低操作人员的任务量，且通过本发明提供的方法可有效减小测得的炸药柱密度的误差，满足了炸药部件密度批量测量的数量需求和精度需求。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种用于PBX炸药柱自动密度测试仪的称重装置，包括台架、升降机构、吊索组件、称重组件及托盘，所述称重组件包括秤盘及电子称台；所述升降机构包括固定端及伸出端，升降机构的固定端安装于台架上，升降机构的伸出端与托盘相连，所述秤盘设于托盘上，托盘可带动秤盘上下移动，所述电子称台固定于台架上且通过吊索组件连接秤盘；本发明的称重装置主要用于排水法测量PBX炸药柱密度的方法中，采用排水法不会引入额外的力热刺激，可保障测试中的安全性，同时，本发明的称重装置具体进行PBX炸药柱的重量测试时需搭配水槽或烧杯等盛水容器一起使用，湿重去皮前，通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上，并对电子称台称出的吊索组件与秤盘的湿重全部作清零处理，称量湿重时，通过升降机构及托盘将秤盘举离到液面以下不超过a毫米(一般为液面以下2mm左右)，将PBX炸药柱置放于秤盘内，再通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上，读取此时电子称台显示的数值作为PBX炸药柱的湿重。具体的，称量PBX炸药柱湿重时，不将秤盘举离出水面可避免秤盘重新沉入水中时引入的气泡影响湿重准确性，而一般最小的PBX炸药柱的高度也在3mm左右，因此，将秤盘举离到液面以下2mm左右即可。
进一步地，在所述秤盘的侧边设有定位孔，在托盘的相应位置设有与所述定位孔相配合的定位锥，秤盘与托盘通过定位锥与定位孔实现定位，可保证秤盘与托盘分离或结合时无偏离。
进一步地，所述台架包括顶板、侧板、底板及两根支撑柱，所述侧板用于连接顶板与底板的一侧，两根支撑柱用于连接顶板与底板的另一侧，即台架前、后、左三面为敞开设计，可便于操作人员随时观察测量情况，也方便机械手抓取药柱，所述顶板为中空设计用于放置电子称台且同时满足下挂法测量要求，升降机构的固定端安装于侧板上，由侧板为升降机构提供支撑，可保持升降机构升降运行的平稳。
进一步地，所述秤盘为多阶秤盘，且秤盘的底部以及端面为开孔设计，其中，多阶设计可实现药柱通过秤盘台阶定位，确保药柱放置位置准确，且在水下不易漂浮移位，开孔设计不仅可减小进入水中时的阻力，也避免了水流波动对湿重称量的影响，在秤盘中心设有多阶槽，优选设置3个台阶，且每个台阶高4毫米，以适应常见的不同规格药柱的摆放。
进一步地，所述吊索组件由吊索架及吊索丝构成，其中，所述吊索架呈十字形且悬挂于电子称台上，吊索丝至少有4根且各吊索丝的一端与吊索架相连，吊索丝另一端与秤盘相连。
进一步地，所述升降机构为气动滑台，则移动过程中不会产生电火花等危险因素；且放置完药柱后，升降机构可平缓的将秤盘放入水中，可保持较小的扰动。
进一步地，所述台架由铝合金材料制成，所述吊索组件采用碳纤维材料制成，具体为吊索丝选用直径小于等于50μm的超轻超细碳纤维线，可减小系统误差，吊索架由碳纤维棒搭建，重量轻且强度可靠。
同时，本发明还公开了一种PBX炸药柱自动密度测试仪，包括上述的称重装置，还包括机柜、送料盘、自动抓取机械手、电气控制柜、机械手控制柜、测量台，其中，机柜表面为操作台，所述电气控制柜、机械手控制柜安装于机柜内，所述称重装置安装于测量台上，测量台上设有水槽，所述自动抓取机械手用于抓取送料盘内的PBX炸药柱并放置于称重装置的秤盘内；其中，为了保障自动抓取机械手在运行中不会对测量台带来扰动，需要对测量台采取单独的固定方式，如可采用将测量台与机柜设为两个独立的部分拼凑在一起，使其为相互隔离的两部分，从而避免自动抓取机械手工作时造成的扰动影响到水箱，进而确保称重装置处于稳定状态，保证其称量的准确性。
同时，本发明还公开了一种PBX炸药柱的密度测试方法，通过上述的PBX炸药柱自动密度测试仪实现，具体包括以下步骤：
A.通过电子称台测量PBX炸药柱在空气中的质量m1；
B.通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上；
C.对电子称台称出的吊索组件与秤盘的湿重全部作清零处理；
D.通过升降机构及托盘将秤盘举离到液面以下不超过a毫米(一般为液面以下2mm左右)，自动抓取机械手抓取送料盘中的PBX炸药柱并置放于秤盘内；
E.通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上，读取此时电子称台显示的数值作为PBX炸药柱在水中的质量m2；
F.计算PBX炸药柱密度ρ测，其中，ρw为水的密度。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的PBX炸药柱称重装置、PBX炸药柱自动密度测试仪及其测试方法，利用阿基米德原理，通过特殊的结构设计和称重方法改进，满足了炸药部件密度批量测量的数量需求和精度需求。在安全层面上，本发明在测试PBX炸药柱密度时采用排水法测量，并不会引入额外的力热刺激，可保障测量的安全性，在测量效率层面上，本发明可实现自动测量及计算，其工作效率远高于传统的人工操作，在测量精度上，本发明通过设计一种全新结构的称重装置，可使得PBX炸药柱在水中的质量测量的误差相比传统的人工测量方法降低4-6个数量级，极大的提升了测量精度，因此，本发明的技术方案可以实现精准高效测量炸药部件密度的目标。
附图说明
图1是本发明的用于PBX炸药柱自动密度测试仪的称重装置的示意图。
图2是本发明的称重装置的多阶秤盘的示意图。
图3是本发明的称重装置的吊索组件的示意图。
图4是本发明的称重装置的升降机构的示意图。
图5为本发明的PBX炸药柱自动密度测试仪的示意图。
图6为测量PBX炸药柱在水中质量时吊索丝浸入水中的变化示意图。
附图标记：1-称重装置，11-台架，12-升降机构，13-托盘，14-秤盘，15-电子称台，16-吊索架，17-吊索丝，111-顶板，112-侧板，113-底板，114-支撑柱，121-导杆，131-定位锥，141-定位孔，142-多阶槽，2-机柜，3-送料盘，4-自动抓取机械手，5-电气控制柜，6-机械手控制柜，7-急停按钮，8-测量台，9-水槽，10-PBX炸药柱。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
实施例一：
如图1所示，一种用于PBX炸药柱自动密度测试仪的称重装置，包括台架11、升降机构12、吊索组件、称重组件及托盘13。
称重组件包括秤盘14及电子称台15；升降机构12包括固定端及伸出端，升降机构12的固定端安装于台架11上，升降机构12的伸出端与托盘13相连，秤盘14设于托盘13上，托盘13可带动秤盘14上下移动，电子称台15固定于台架11上且通过吊索组件连接秤盘14。
具体的，本实施例中，台架11包括顶板111、侧板112、底板113及两根支撑柱114，侧板112用于连接顶板111与底板113的一侧，两根支撑柱114用于连接顶板111与底板113的另一侧，即台架11前、后、左三面为敞开设计，可便于操作人员随时观察测量情况，也方便机械手抓取药柱，顶板111为中空设计用于放置电子称台15且同时满足下挂法测量要求，升降机构12的固定端安装于侧板112上，由侧板112为升降机构12提供支撑，可保持升降机构12升降运行的平稳，且作为优选，本实施例中，台架11由铝合金材料制成。
如图3所示，本实施例中吊索组件由吊索架16及4根吊索丝17构成，其中，吊索架16呈十字形且悬挂于电子称台15上，4根吊索丝17均是一端与吊索架16相连，吊索丝17另一端与秤盘14相连。作为优选，本实施例中，吊索组件采用碳纤维材料制成，具体为吊索丝17选用直径小于等于50μm的超轻超细碳纤维线，可减小系统误差，吊索架16由碳纤维棒搭建，重量轻且强度可靠。
如图2所示，本实施例中，秤盘14为多阶秤盘14，且秤盘14的底部以及端面为开孔设计，多阶设计可实现药柱通过秤盘14台阶定位，确保药柱放置位置准确，且在水下不易漂浮移位，开孔设计不仅可减小秤盘14进入水中时的阻力，也避免了水流波动对湿重称量的影响，具体的，在秤盘14中心设有多阶槽142，优选设置3个台阶，且每个台阶高4毫米，以适应常见的不同规格药柱的摆放。
作为优选，在秤盘14的侧边设有定位孔141，在托盘13的相应位置设有与定位孔141相配合的定位锥131，秤盘14与托盘13通过定位锥131与定位孔141实现定位，可保证秤盘14与托盘13分离或结合时无偏离。
如图4所示，本实施例中的升降机构12为气动滑台，气动滑台的移动端通过导杆121与托盘13相连，则移动过程中不会产生电火花等危险因素；且放置完药柱后，升降机构12可平缓的将秤盘14放入水中，可保持较小的扰动。
本发明的称重装置1主要用于排水法测量PBX炸药柱10密度的方法中，采用排水法不会引入额外的力热刺激，可保障测试中的安全性，同时，本发明的称重装置1具体进行PBX炸药柱10的重量测试时需搭配水槽9或烧杯等盛水容器一起使用，具体为：在湿重去皮前，先通过升降机构12及托盘13将秤盘14沉入水槽9中的测量位置并控制升降机构12使托盘13与秤盘14分离，使秤盘14通过吊索组件悬挂于电子称台15上，并对电子称台15称出的吊索组件与秤盘14的湿重全部作清零处理，称量PBX炸药湿重时，通过升降机构12及托盘13将秤盘14举离到液面以下2mm左右，将PBX炸药柱10置放于秤盘14内，再通过升降机构12及托盘13将秤盘14沉入测量台8的水槽9中的测量位置并控制升降机构12使托盘13与秤盘14分离，使秤盘14通过吊索组件悬挂于电子称台15上，读取此时电子称台15显示的数值即为PBX炸药柱10的湿重。
实施例二
如图5所示，一种PBX炸药柱自动密度测试仪，包括实施例一的称重装置1，还包括机柜2、送料盘3、自动抓取机械手4、电气控制柜5、机械手控制柜6、测量台8，其中，机柜2表面为操作台，电气控制柜5、机械手控制柜6安装于机柜2内，称重装置1安装于测量台8上，测量台8上设有水槽9，自动抓取机械手4用于抓取送料盘3内的PBX炸药柱10并放置于称重装置1的秤盘14内，本实施例中，测量台8与机柜2为相互独立的两部分，在机柜2内设有贯穿的凹槽，用于嵌装测量台8。
其中，机械手控制柜6用于控制自动抓取机械手4抓取送料盘3内的PBX炸药柱10并置放于称重装置1的秤盘14内进行水中质量的测量以及将完成测量的PBX炸药柱10从秤盘14内取出放回送料盘3内。电气控制柜5用于控制气动滑台的升降运动，电子称台15则可用于分别测量PBX炸药柱10在空气中的质量及PBX炸药柱10在水中的质量，并将测得的数据传递至控制室的数据处理单元，测试人员直接在控制室即可实时获取当前测试的具体情况，从而实现测试现场无人化操作，提升安全性。
作为优选，在操作台上还设有急停按钮7，以便通过急停按钮7停止PBX炸药柱自动密度测试仪的测试动作。
具体的，通过上述的PBX炸药柱自动密度测试仪实现PBX炸药柱10密度测试的具体步骤如下：
A.通过电子称台15测量PBX炸药柱10在空气中的质量m1；
B.通过升降机构12及托盘13将秤盘14沉入测量台8的水槽9中的测量位置并控制升降机构12使托盘13与秤盘14分离，使秤盘14通过吊索组件悬挂于电子称台15上；
C.对电子称台15称出的吊索组件与秤盘14的湿重全部作清零处理；
D.通过升降机构12及托盘13将秤盘14举离到液面以下2毫米左右，自动抓取机械手4抓取送料盘3中的PBX炸药柱10并置放于秤盘14内；
E.通过升降机构12及托盘13将秤盘14沉入测量台8的水槽9中的测量位置并控制升降机构12使托盘13与秤盘14分离，使秤盘14通过吊索组件悬挂于电子称台15上，读取此时电子称台15显示的数值作为PBX炸药柱10在水中的质量m2；
F.计算PBX炸药柱10密度ρ测，其中，ρw为水的密度。
与手动作业及测量方法不同，在本发明的测量方法中对对湿重称量方法做了两点改进以减小误差：
首先，本实施例的方法中在测量PBX炸药柱10在水中的质量前，会先对秤盘14和吊索组件下降到测量位置后整体去皮，其次是在保证使用强度的前提下，本实施例中的吊索丝17的直径小于等于50μm。
具体的，本实施例中采用的计算PBX炸药柱10密度ρ测的公示为：
其中，ρ测为测得的PBX炸药柱10密度值，ρw为室温对应下蒸馏水的密度，m1为PBX炸药柱10在空气中的质量，m2为PBX炸药柱10在水中的质量。
此时有：
m1＝m (2)
m2＝m-(Δv'0+v)ρw (3)
其中，m为PBX炸药柱10的质量，v为PBX炸药柱10的体积，Δv'0为吊索丝17称量PBX炸药柱10在水中质量前后浸入水中的体积差的绝对值(即步骤B与步骤E中吊索丝17两次浸入水中的体积变化)，源自于PBX炸药柱10加入水中前后引起的液面高度变化，导致的秤盘14沉入测量台8的水槽9中的同一测量位置时，吊索丝17浸入水中的体积增大，具体如图6所示。
将式(2)，式(3)带入式(1)就可得到：
其中，ρ为PBX炸药柱10的实际密度。
因此，在本发明的方法中，系统误差为而在传统的人工测量的方法中，是采用测试人员用手拿绳子提住PBX炸药柱10浸入水中，绳子整个浸入水中的体积都会引起系统误差，而在自动化测量的方法里，仅有绳子浸入水中体积发生变化的那部分才会带来系统误差，其余部分则在去皮的过程中消去了，因此可以大大降低系统误差。并且，由于不再需要用绳子系药柱，而是采用了4根直径不超过50μm的吊索丝17悬挂秤盘14，因此可以进一步降低系统误差。
进一步地，本发明的测量方法中，Δv'0与PBX炸药柱10体积存在下面的关系：
其中，S0为4根吊索丝17的总截面积，Sc为水槽9的底面积，v为PBX炸药柱10的体积，将式(5)代入式(4)可得：
假设本实施例中的水槽9的横截面为直径为350mm的圆形，每根根吊索丝17直径为50μm，共有四根，在这种情况下，系统误差变为-8x10-8,相比之前传统的测量方法系统误差降低了4-6个数量级，已经远小于天平的测量精度，可以忽略不计了，从而极大的提升了测量精度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种PBX炸药柱的密度测试方法，其特征在于，通过PBX炸药柱自动密度测试仪实现，PBX炸药柱自动密度测试仪包括称重装置，称重装置包括台架、升降机构、吊索组件、称重组件及托盘，所述称重组件包括秤盘及电子称台；所述升降机构包括固定端及伸出端，升降机构的固定端安装于台架上，升降机构的伸出端与托盘相连，所述秤盘设于托盘上，托盘可带动秤盘上下移动，所述电子称台固定于台架上且通过吊索组件连接秤盘；在所述秤盘的侧边设有定位孔，在托盘的相应位置设有与所述定位孔相配合的定位锥，秤盘与托盘通过定位锥与定位孔实现定位；所述台架包括顶板、侧板、底板及两根支撑柱，所述侧板用于连接顶板与底板的一侧，两根支撑柱用于连接顶板与底板的另一侧，所述顶板为中空设计用于放置电子称台且同时满足下挂法测量要求，升降机构的固定端安装于侧板上；所述秤盘为多阶秤盘，且秤盘的底部以及端面为开孔设计，在秤盘中心设有多阶槽；所述吊索组件由吊索架及吊索丝构成，其中，所述吊索架呈十字形且悬挂于电子称台上，吊索丝至少有4根且各吊索丝的一端与吊索架相连，吊索丝另一端与秤盘相连；所述吊索丝直径不大于50μm；PBX炸药柱自动密度测试仪还包括机柜、送料盘、自动抓取机械手、电气控制柜、机械手控制柜、测量台，其中，机柜表面为操作台，所述电气控制柜、机械手控制柜安装于机柜内，所述称重装置安装于测量台上，测量台上设有水槽，所述自动抓取机械手用于抓取送料盘内的PBX炸药柱并放置于称重装置的秤盘内；PBX炸药柱的密度测试方法，具体包括以下步骤：
A.通过电子称台测量PBX炸药柱在空气中的质量m1；
B.通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上；
C.对电子称台称出的吊索组件与秤盘的湿重作清零处理；
D.通过升降机构及托盘将秤盘举离到液面以下不超过a毫米，自动抓取机械手抓取送料盘中的PBX炸药柱并置放于秤盘内；
E.通过升降机构及托盘将秤盘沉入测量台的水槽中的测量位置并控制升降机构使托盘与秤盘分离，使秤盘通过吊索组件悬挂于电子称台上，读取此时电子称台显示的数值作为PBX炸药柱在水中的质量m2；
F.计算PBX炸药柱密度ρ测，其中，ρw为蒸馏水的密度。
2.根据权利要求1所述的一种PBX炸药柱的密度测试方法，其特征在于，所述升降机构为气动滑台。
3.根据权利要求1所述的PBX炸药柱的密度测试方法，其特征在于，所述台架由铝合金材料制成，所述吊索组件采用碳纤维材料制成。
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