CN109883883A - 一种振实密度自动测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振实密度自动测定装置，包括：振动机构、测距扫描装置和控制系统；容器安装在所述振动机构上；所述振动机构对容器中的粉末颗粒施加垂直方向的振动作用；所述测距扫描装置安装在所述振动机构上方；所述测距扫描装置对容器中的粉末表面进行测距扫描；所述控制系统对所述振动机构和所述测距扫描装置进行自动控制和数据采集。该振实密度自动测定装置，可以自动调节振幅、频率和振动次数，监测粉末堆积密度的变化过程，提高了振实密度的测定精度和操作过程的自动化水平。

Description

一种振实密度自动测定装置

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，更具体的说是涉及一种振实密度自动测定装置。

背景技术

振实密度是指容器中的粉末在规定条件下被振实后的堆积密度，是粉末粒度及分布、颗粒形状和表面粗糙度等多种物理特性的综合体现。根据国家标准GB/T21354和国际标准ISO3953，振实密度一般采用专门的振实密度测定仪器按照规定的方法和参数进行测量，在特殊情况下允许采用人工操作方式。现有的振实密度测定仪器通常是利用电机驱动凸轮转动，带动导杆向上滑动后在凸轮轮廓断面处加速下滑、冲击砧座，产生有节拍的振动，将量筒中的粉末颗粒逐渐振实。在振动次数达到设定值后停止振动，操作人员利用量筒刻度读取粉末体积，进而计算振实密度。通过手动更换凸轮或调整砧座高度、电机转速来设定或者修改振幅和频率。但是振实后的粉末上表面是不平整的，操作人员利用量筒刻度线所读取的粉末体积精确程度有限，容易受到人为因素的影响，也不适用于大直径、无刻度线以及不透明的其他容器。此外,不同的粉末颗粒在不同的振动条件下的振实过程是有差异的，只读取振实后的粉末体积无法对粉末颗粒的体积变化过程作进一步了解和分析。所以现有的振实密度测定仪器或装置的自动化水平较低，功能单一，限制了其应用范围。

发明专利“粉体振实密度仪”(申请公布号：CN102692360A)公开了一种奶粉密度计，使用步进电机驱动凸轮转动，将电机划分为加速、匀速和减速三个运行阶段，加强了对凸轮转动过程的控制精度，但是振幅固定为3mm，不可调节。发明专利“一种新型振实密度仪”(授权公告号：CN103234864B)公开了一种由单个电机同时驱动导杆作上下滑动和周向旋转的振实密度仪，则需要通过更换不同长度的滑杆调节振幅。这些技术方案仍然需要人工读取粉末体积。

因此，如何提供一种自动调节振幅、频率和振动次数，实时监测粉末颗粒堆积密度变化的振实密度自动测定装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种振实密度自动测定装置，可以自动调节振幅、频率和振动次数，实时监测粉末颗粒堆积密度的变化过程，提高了振实密度的测定精度和测定过程的自动化水平。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种振实密度自动测定装置，包括：振动机构、测距扫描装置和控制系统；容器安装在所述振动机构上；所述振动机构对容器中的粉末颗粒施加垂直方向的振动作用；所述测距扫描装置安装在所述振动机构上方；所述测距扫描装置在容器上方对其中的粉末表面进行测距扫描；所述控制系统对所述振动机构和所述测距扫描装置进行自动控制和数据采集。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述振动机构包括容器固定座，装有粉末颗粒的容器安装在所述容器固定座上，所述容器固定座的底部与振动杆的上端连接，所述振动杆的下端设置有从动件，所述从动件与轴承随动器配合，所述轴承随动器安装在振动摆杆的末端，所述振动摆杆安装在与混合伺服电机动力输出轴连接的转轴上。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述轴承随动器与所述从动件的配合包括：所述轴承随动器与所述从动件的下边缘单侧接触和脱离接触；或者所述从动件设有腰形孔，所述轴承随动器与所述腰形孔边缘双侧接触。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，包括组合轴套,所述组合轴套包括：法兰轴套、导向轴套和轴套固定座；所述法兰轴套安装在所述轴套固定座上。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述振动杆外套有法兰轴套，所述法兰轴套设置有2个，分别安装在所述轴套固定座的中心通孔两端，所述轴套固定座的上、下端面分别连接有上层固定板和下层固定板，所述上层固定板和下层固定板均安装在机架上。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述容器固定座底部还设置有导向杆，所述导向杆外套有所述导向轴套，所述导向轴套安装在所述轴套固定座上端面的盲孔中。

优选的，所述上层固定板上表面安装有砧座，所述砧座上表面设置有减振垫，所述减振垫与所述容器固定座相对。

通过上述技术方案，本发明的技术效果：通过所述轴承随动器与从动件的单侧接触实现冲击振动，即所述振动摆杆转动，推动所述振动杆沿所述法兰轴套向上滑动，然后所述振动摆杆快速反向转动使所述轴承随动器与所述从动件脱离接触，所述容器固定座加速下落、冲击砧座，产生冲击振动作用；通过所述轴承随动器与从动件的双侧接触实现连续振动，即振动摆杆往复摆动，带动所述振动摆杆沿所述法兰轴套同步地上下滑动，产生周期性的连续振动。

优选的，连续振动时所述容器固定座与所述砧座之间设置有弹簧。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述测距扫描装置包括激光测距传感器，所述激光测距传感器安装在扫描摆臂上，所述扫描摆臂安装在步进电机输出轴上，所述步进电机安装在微调水平台上，所述微调水平台安装在龙门支架上。

优选地，所述扫描摆臂上设有条形孔，通过所述条形孔调整所述激光测距传感器在所述扫描摆臂上的安装位置。

优选的，所述龙门支架与所述振动机构的机架相互独立。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述激光测距传感器的测距扫描过程分为两种情况：(1)圆周扫面模式，即所述步进电机的输出轴与容器中心线重合，所述扫描摆臂带动所述激光测距传感器沿圆周匀速运动，所述激光测距传感器测量在该圆周轨迹上的粉末表面轮廓；(2)弧线扫描模式，即所述步进电机带动所述激光测距传感器沿弧线匀速往复运动，弧线运动轨迹经过容器中心线，所述激光测距传感器测量在该弧线轨迹上的粉末表面轮廓。

通过上述技术方案，本发明的技术效果：机架和龙门支架相互独立可以防止振动机构振动影响龙门支架上测距扫描装置的测距扫描过程。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述扫描摆臂上开设条形孔，所述激光测距传感器通过螺栓安装在所述条形孔上。

通过上述技术方案，本发明的技术效果：通过调整所述龙门支架与所述机架的相对位置、微调水平台在龙门支架上的安装位置以及激光测距传感器在扫描摆臂上的安装位置，调整激光测距传感器与容器的相对位置。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述控制系统包括控制器、第一驱动器、第二驱动器和上位机；所述激光测距传感器、所述上位机、所述第一驱动器、第二驱动器分别与所述控制器电性连接；所述第一驱动器与所述混合伺服电机连接；所述第二驱动器与所述步进电机连接。

优选的，在上述的一种振实密度自动测定装置中，所述机架两侧设置有配重块；所述机架底部安装有机架减振垫。

有益效果：

1.采用混合伺服电机代替普通的调速电机，可以更准确地设置振动参数，自动调节振幅、频率和振动次数。

2.通过所述轴承随动器与所述从动件的单侧接触和双侧接触分别实现冲击振动和连续振动。

3.采用测距扫描装置测量粉末表面轮廓代替人工读数，提高了振实密度的测量精度。通过监测粉末的振实过程，既可以预先设定振动次数，也可以根据粉末堆积密度的变化趋势适时停止振动。

4.可以使用除有刻度线、透明量筒以外的其他容器，扩展了振实密度测定装置的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的正视图；

图2附图为本发明的侧视图；

图3附图为本发明的振动机构剖视图；

图4附图为本发明的测距扫描装置结构示意图；

图5附图为本发明的混合伺服电机示意图；

图6附图为本发明的连续振动模式的振动机构；

图7附图为本发明的控制原理图。

在图中：11容器固定座、12振动杆、13从动件、14轴承随动器、15振动摆杆、16混合伺服电机、17机架、18组合轴套、19上层固定板、110下层固定板、111减振垫、112砧座、113导向杆、114容器、115石墨铜套、116配重块、117机架减振垫、118控制柜、119联轴器、120转轴、121弹簧、21扫描摆臂、22步进电机、23龙门支架、24激光测距传感器、25微调水平台、31控制器、32第一驱动器、33第二驱动器、34上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种振实密度自动测定装置，自动调节振幅、频率和振动次数，实时监测粉末颗粒堆积密度的变化，提高了振实密度测定结果的精度和测定操作的自动化水平。

实施例1：

如图1、2所示，一种振实密度自动测定装置，包括：振动机构、测距扫描装置和控制系统；容器安装在振动机构上；振动机构对容器中的粉末颗粒施加垂直方向的机械振动；测距扫描装置安装在振动机构上方；测距扫描装置对容器中的粉末堆积表面的轮廓进行测距扫描；控制系统对振动机构和测距扫描装置进行自动控制和数据采集。

为了进一步优化上述技术方案，如图3、6所示，振动机构包括容器固定座11、振动杆12、从动件13、轴承随动器14、振动摆杆15和混合伺服电机16；容器固定座11上放置装有粉末颗粒的容器114；振动杆12一端与容器固定座11下端面连接，另一端安装从动件13；轴承随动器14安装在振动摆杆15的一端，振动摆杆15的另一端安装在与混合伺服电机16输出轴连接的转轴上；轴承随动器14与从动件13相配合进行振动。

为了进一步优化上述技术方案，从动件13与轴承随动器14抵接。

为了进一步优化上述技术方案，如图1、2、3、6所示还包括机架17、组合轴套18、上层固定板19、下层固定板110、减振垫111和砧座112；振动杆12外套有组合轴套18；组合轴套18的上下两个端面分别安装上层固定板19和下层固定板110；上层固定板19和下层固定板110均安装在机架17上；上层固定板19上表面安装砧座112；砧座112上表面的减振垫111与容器固定座11相对；振动杆12贯穿减振垫111、砧座112。

为了进一步优化上述技术方案，组合轴套18包括：法兰轴套、导向轴套和轴套固定座；所述法兰轴套安装在所述轴套固定座上。

为了进一步优化上述技术方案，容器固定座底部还设置有导向杆113，导向杆113外套有导向轴套，导向轴套安装在轴套固定座上端面的盲孔中。

为了进一步优化上述技术方案，振动机构中的法兰轴套、导向轴套均为自润滑石墨铜套115。

为了进一步优化上述技术方案，如图4所示，测距扫描装置2包括扫描摆臂21、步进电机22、龙门支架23、激光测距传感器24(激光测距传感器的量程为0-5m，测距精度1mm，最高测量频率为20Hz)和微调水平台25；微调水平台25安装在龙门支架23上；微调水平台25上安装步进电机22；步进电机22的输出轴与扫描摆臂21连接；激光测距传感器24固定在扫描摆臂21上；步进电机22输出轴的中心线与容器中心线平行。

为了进一步优化上述技术方案，机架17与龙门支架23相互独立。

为了进一步优化上述技术方案，扫描摆臂上开设条形孔，激光测距传感器24通过螺栓安装在条形孔上。

为了进一步优化上述技术方案，控制系统内置于控制柜118中，控制系统包括控制器31、第一驱动器32、第二驱动器33和上位机34；激光测距传感器24、上位机34、第一驱动器32、第二驱动器33分别与控制器31电性连接；第一驱动器32与混合伺服电机16连接；第二驱动器33与步进电机22连接。

为了进一步优化上述技术方案，机架17两侧安装有配重块116；机架17底部安装有机架减振垫117。

进一步地，图中所示的容器是铝合金圆筒容器，内径130mm，深度300mm，用于测定育苗营养土的振实过程和振实密度。

实施例2：

在实施例1的基础上更换轴承随动器14与从动件13配合方式，在轴承随动器14上开设腰形孔，从动件13安装于腰形孔内，振动摆杆15往复摆动，驱动振动杆12连续上下滑动，实现连续振动，其他内容与实施例1相同，不再赘述。

进一步地，连续振动时在容器固定座11和砧座112之间设置有弹簧121。

实施例3

在实施例1的基础上，步进电机22输出轴的中心线与容器中心线平行，采用圆周扫面模式是指步进电机22的输出轴中心线与容器中心线重合，扫描摆臂21带动激光测距传感器24沿圆周匀速运动，激光测距传感器24采集在该圆周轨迹上的粉末表面轮廓数据；

在另一实施例中，采用弧线扫描模式是指步进电机22带动激光测距传感器24沿弧线匀速往复运动，且弧线运动轨迹经过容器中心线，激光测距传感器24采集在该弧线轨迹上的粉末表面轮廓数据。

如图5所示，混合伺服电机的输出轴依次通过联轴器119转轴120将动力传递给振动摆杆21。

如图7所示，本发明的控制器采用台达DVPES2系列PLC，具有CH0(Y0，Y1)和CH1(Y2，Y3)两个脉冲输出通道，1个RS232通讯接口和2个RS485通讯接口，控制器通过RS232接口与上位机通讯，通过1个RS485接口与激光测距传感器通讯。控制器和控制系统的其他电气元器件放置在机架上的电气控制柜中。第一驱动器为HBS860H型与混合伺服电机配合，进行振动，第二驱动器为MB450A型与步进电机配合，进行扫描。控制器还连接有启动按钮、停止按钮、运行指示灯、待机指示灯等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种振实密度自动测定装置，用于自动测定粉末颗粒的振实密度，其特征在于，包括：振动机构、测距扫描装置和控制系统；容器安装在所述振动机构上；所述振动机构对容器中的粉末颗粒施加垂直方向的振动作用；所述测距扫描装置安装在所述振动机构上方；所述测距扫描装置在容器上方对其粉末表面进行测距扫描；所述控制系统对所述振动机构和所述测距扫描装置进行自动控制和数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述振动机构包括容器固定座、振动杆、从动件、轴承随动器、振动摆杆和混合伺服电机；所述容器固定座上放置装有粉末颗粒的容器；所述振动杆一端与所述容器固定座下端面连接，另一端安装从动件；所述轴承随动器安装在振动摆杆的一端，所述振动摆杆的另一端安装在混合伺服电机的转轴上；所述轴承随动器与所述从动件相配合进行振动。

3.根据权利要求2所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述轴承随动器与所述从动件的配合包括：所述轴承随动器与所述从动件的下边缘单侧接触和脱离接触；或者所述从动件设有腰形孔，所述轴承随动器与所述腰形孔边缘双侧接触。

4.根据权利要求2所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，还包括机架、组合轴套、上层固定板、下层固定板、减振垫和砧座；所述振动杆外套有所述组合轴套的法兰轴套；所述组合轴套的上下两个端面分别安装上层固定板和下层固定板；所述上层固定板和下层固定板均安装在所述机架上；所述上层固定板上表面安装砧座；所述砧座上表面的减振垫与所述容器固定座相对；所述振动杆贯穿所述减振垫、所述砧座。

5.根据权利要求4所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述容器固定座与所述组合轴套之间设置有导向杆；并且所述组合轴套上开设盲孔；所述导向杆伸入所述盲孔中；所述导向杆外套有所述组合轴套的导向轴套。

6.根据权利要求4所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述测距扫描装置包括扫描摆臂、步进电机、龙门支架、激光测距传感器和微调水平台；所述微调水平台安装在所述龙门支架上；所述微调水平台上安装步进电机；所述步进电机的输出轴与所述扫描摆臂连接；所述激光测距传感器固定在所述扫描摆臂上；所述步进电机输出轴的中心线与所述容器中心线平行。

7.根据权利要求6所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述机架与所述龙门支架相互独立。

8.根据权利要求6所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述扫描摆臂上开设条形孔，所述激光测距传感器通过螺栓安装在所述条形孔上。

9.根据权利要求6所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述控制系统包括控制器、第一驱动器、第二驱动器和上位机；所述激光测距传感器、所述上位机、所述第一驱动器、第二驱动器分别与所述控制器电性连接；所述第一驱动器与所述混合伺服电机连接；所述第二驱动器与所述步进电机连接。

10.根据权利要求4-9任一项所述的一种振实密度自动测定装置，其特征在于，所述机架两侧安装有配重块；所述机架底部安装有机架减振垫。