CN111157380A - 一种软硬度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软硬度测量装置及方法，其中装置包括载物台、设有触觉传感器的施压模块以及数据处理模块，该装置通过施压模块使触觉传感器以恒定速度移动，并以恒定压力挤压待测物以使待测物形变；拟合触觉传感器的电阻与时间的关系曲线并计算斜率；根据软硬度计算式子计算得到待测物的软硬度；具有方便快捷以及高精度的特点，轻量化、数据化及自动化，具有广泛的应用范围。

Description

一种软硬度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是一种软硬度测量装置及方法。
背景技术
随着科学技术的发展和工业技术发展的需求，对一种物质的各种性质的全面认知有利于产品的开发；在工业生产上对一种物质的各种性质的测量精度越来越高。
物质的软硬度是一项重要的物理性质。目前市场上的软硬度测量装置主要为体积较大的机械式结构，其特点是成本高、移动不方便，导致无法随时随地使用，从而限制了应用范围。并且在相关领域上对物体软硬度的数据大多是对金属物体的软硬度探测和定标，对于非金属物体的柔性材料软硬度探究较为缺少。由于缺少一个统一的标准，导致在探测物体材质软硬度的时候耗费了不少时间，大大降低了测量效率。
因此，能快速测量不同物质的软硬度的测量装置，是工业生产中对数据化、简便化、轻量化发展的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种软硬度测量装置及方法。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明的第一方面，一种软硬度测量装置，包括：
载物台，所述载物台用于放置待测物；
施压模块，所述施压模块设置在所述载物台上，所述施压模块朝向所述待测物的一端安装有触觉传感器；所述施压模块使所述触觉传感器以恒定速度移动，并以恒定压力挤压所述待测物以使所述待测物形变；
数据处理模块，所述数据处理模块与所述触觉传感器电连接，所述数据处理模块用于拟合所述触觉传感器的电阻与时间的关系曲线并计算所述关系曲线的斜率，用于根据软硬度计算式子计算所述待测物的软硬度，所述软硬度计算式子为
Figure BDA0002391182780000051
其中，B为所述触觉传感器的传感系数，R为所述触觉传感器的初始电阻，v为所述恒定速度的值，k为所述关系曲线的斜率。
上述软硬度测量装置具有以下的有益效果：便携化、轻量化和自动化，只需将待测物放置到载物台上，即可自动化完成软硬度测量，同时能够精准地测量出待测物的软硬度数据。
根据本发明的第一方面，所述载物台设有待测物固定座。
根据本发明的第一方面，所述施压模块包括驱动部和连接部，所述连接部与所述驱动部连接，所述驱动部驱动所述连接部移动。
根据本发明的第一方面，所述连接部位于所述待测物固定座的正上方，所述触觉传感器设置在所述连接部朝向所述待测物的一端上。
根据本发明的第一方面，所述驱动部驱动所述连接部以垂直于所述载物台的方向移动。
根据本发明的第一方面，一种软硬度测量装置还包括参数设置模块，所述参数设置模块，用于设置所述施压模块的恒定速度的值和恒定压力的值。
根据本发明的第一方面，所述恒定速度的值的范围为1mm/min至 1000mm/min；所述恒定压力的值的范围为0.01mN至4N。
根据本发明的第一方面，所述数据处理模块还包括初步处理模块，所述初步处理模块用于对所述触觉传感器的电阻的信号进行滤波和降噪处理。
根据本发明的第一方面，所述数据处理模块还包括：
软硬度数据库，用于存储物质名称、物质的关系曲线和物质的软硬度；以及
匹配模块，用于根据待测物的关系曲线或软硬度从所述软硬度数据库中匹配得到物质名称。
本发明的第二方面，一种软硬度测量方法，应用如本发明第一方面所述的一种软硬度测量装置，包括以下步骤：
通过施压模块使触觉传感器以恒定速度移动，并以恒定压力挤压待测物以使待测物形变；
拟合触觉传感器的电阻与时间的关系曲线并计算所述关系曲线的斜率；
根据软硬度计算式子计算待测物的软硬度，所述软硬度计算式子为
Figure BDA0002391182780000051
其中，B为触觉传感器的传感系数，R为触觉传感器的初始电阻，v为恒定速度的值，k为关系曲线的斜率。
上述软硬度测量方法至少具有以下的有益效果：具有方便快捷、自动化和数据化的特点，且精确度高。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一种软硬度测量装置的结构图；
图2是本发明实施例一种软硬度测量方法的流程图；
图3是触觉传感器的性能图；
图4是不同配比的硅胶的关系曲线对比图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本发明的一个实施例，一种软硬度测量装置，包括：
载物台10，载物台10用于放置待测物；
施压模块20，施压模块20设置在载物台10上，施压模块20朝向待测物的一端安装有触觉传感器23；施压模块20使触觉传感器23 以恒定速度移动，并以恒定压力挤压待测物以使待测物形变；
数据处理模块30，数据处理模块30与触觉传感器23电连接，数据处理模块30包括：
曲线拟合模块，用于拟合触觉传感器23的电阻与时间的关系曲线并计算关系曲线的斜率；以及
软硬度计算模块，用于根据软硬度计算式子计算待测物的软硬度，软硬度计算式子为
Figure BDA0002391182780000051
其中，B为触觉传感器23的传感系数，R为触觉传感器23的初始电阻，v为恒定速度的值，k为关系曲线的斜率。
在该实施例中，该软硬度测量装置具有便携化、轻量化和自动化的特点，只需将待测物放置到载物台10上，即可自动化完成软硬度测量，方便快捷，同时能够精准地测量出待测物的软硬度数据。
另外，触觉传感器23是一种通过挤压产生形变导致其本身电阻值发生变化的传感器。在触觉传感器23挤压待测物的过程中，触觉传感器23的电阻值会发生变化。触觉传感器23受到形变，则其电阻的数值下降；形变的幅度越大，电阻的下降幅度越大。
需要说明的是，在触觉传感器23挤压待测物的过程中，触觉传感器23和待测物均会产生形变，但待测物的压缩形变量应远大于触觉传感器23的压缩形变量，以降低触觉传感器23的形变所带来的影响。
进一步，载物台10设有待测物固定座11，用于固定待测物，避免待测物在被挤压的过程中移动，影响测量效果。
进一步，施压模块20包括驱动部21和连接部22，连接部22与驱动部21连接，驱动部21驱动连接部22移动。具体地，驱动部21 可以是电机驱动、液压机驱动或气缸驱动。连接部22为杆状。
进一步，连接部22位于待测物固定座11的正上方，触觉传感器 23设置在连接部22朝向待测物的一端上。驱动部21驱动连接部22 以垂直于载物台10的方向移动。在该实施例中，触觉传感器23以垂直于载物台10的方向挤压待测物为优选；当然在其他实施例中，根据实际需求，触觉传感器23也可以从其他角度挤压待测物实现软硬度测量。
需要说明的是，施压模块20可以是压力机。
进一步，该软硬度测量装置还包括参数设置模块，参数设置模块，用于设置施压模块20的恒定速度的值和恒定压力的值。
需要说明的是，在测量前，先设置好施压模块20的恒定速度的值和恒定压力的值。然后，施压模块20的驱动部21驱动连接部22 以及连接部22上的触觉传感器23以恒定速度移动，同时使触觉传感器23以恒定压力挤压待测物。
具体地，恒定速度的值的范围为1mm/min至1000mm/min；恒定压力的值的范围为0.01mN至4N。当然在其他实施例中，恒定速度的值和恒定压力的值可以根据实际需要来选择。
进一步，数据处理模块30与触觉传感器23连接，接收触觉传感器23输出的电阻信号。当然，数据处理模块30也可以通过电阻测量仪器测量得到触觉传感器23的电阻值。
进一步，数据处理模块30还包括初步处理模块，初步处理模块用于对触觉传感器23的电阻的信号进行滤波和降噪处理，能提高测量的精确度，减少噪声干扰。具体地，初步处理模块可以是滤波电路模块，也可以通过滤波算法进行处理。
经过初步处理模块处理的信号将会输入到曲线拟合模块，用于拟合关系曲线。
进一步，数据处理模块30还包括：
软硬度数据库，用于存储物质名称、物质的关系曲线和物质的软硬度；以及
匹配模块，用于根据待测物的关系曲线或软硬度从软硬度数据库中匹配得到物质名称。
在该实施例中，软硬度数据库将已经测量好的多种物质的数据以关系表的形式存储，物质名称、物质的关系曲线和物质的软硬度一一对应。当该软硬度测量装置对待测物进行软硬度测量后，根据待测物的关系曲线或软硬度在软硬度数据库的关系表查找匹配，输出物质名称至输出装置显示。
参照图2，本发明的另一个实施例，提供了一种软硬度测量方法，应用如上的一种软硬度测量装置，包括以下步骤：
步骤S100、通过施压模块20使触觉传感器23以恒定速度移动，并以恒定压力挤压待测物以使待测物形变；
步骤S200、拟合触觉传感器23的电阻与时间的关系曲线并计算关系曲线的斜率；
步骤S300、根据软硬度计算式子计算待测物的软硬度，软硬度计算式子为
Figure BDA0002391182780000081
其中，B为触觉传感器23的传感系数，R为触觉传感器23的初始电阻，v为恒定速度的值，k为关系曲线的斜率。
具体地，采用上述的软硬度测量装置对不同配比的硅胶进行软硬度测量。在该实施例中，该软硬度测量装置的触觉传感器23的性能如图3所示。通过软硬度测量装置测量不同配比的硅胶得到的数据具体参照表1和表2。
表1 硅胶配比与关系曲线的斜率的关系表
硅胶配比 20:0.5 20：1 20:2 20:4
斜率 -36.0150 -54.4662 -65.7735 -72.3405
表2 硅胶配比与软硬度的关系表
Figure BDA0002391182780000082
Figure BDA0002391182780000091
需要说明的是，该测量中，触觉传感器23的电阻取值为1726Ω，触觉传感器23的移动速度取值为2.5mm/min。
由于当触觉传感器23受到形变，则其电阻的数值下降；且形变的幅度越大，电阻的下降幅度越大。同时参照图4，待测物越硬，关系曲线的斜率越小，软硬度越大；待测物的越软，关系曲线的斜率越大，软硬度越小；与表1和表2的数据吻合。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种软硬度测量装置，其特征在于，包括：
载物台，所述载物台用于放置待测物；
施压模块，所述施压模块设置在所述载物台上，所述施压模块朝向所述待测物的一端安装有触觉传感器；所述施压模块使所述触觉传感器以恒定速度移动，并以恒定压力挤压所述待测物以使所述待测物形变；
数据处理模块，所述数据处理模块与所述触觉传感器电连接，所述数据处理模块用于拟合所述触觉传感器的电阻与时间的关系曲线并计算所述关系曲线的斜率，用于根据软硬度计算式子计算所述待测物的软硬度，所述软硬度计算式子为
Figure DEST_PATH_BDA0002391182780000051
其中，B为所述触觉传感器的传感系数，R为所述触觉传感器的初始电阻，v为所述恒定速度的值，k为所述关系曲线的斜率。
2.根据权利要求1所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述载物台设有待测物固定座。
3.根据权利要求2所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述施压模块包括驱动部和连接部，所述连接部与所述驱动部连接，所述驱动部驱动所述连接部移动。
4.根据权利要求3所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述连接部位于所述待测物固定座的正上方，所述触觉传感器设置在所述连接部朝向所述待测物的一端上。
5.根据权利要求4所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述驱动部驱动所述连接部以垂直于所述载物台的方向移动。
6.根据权利要求1所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，还包括参数设置模块，所述参数设置模块，用于设置所述施压模块的恒定速度的值和恒定压力的值。
7.根据权利要求1所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述恒定速度的值的范围为1mm/min至1000mm/min；所述恒定压力的值的范围为0.01mN至4N。
8.根据权利要求1所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述数据处理模块还包括初步处理模块，所述初步处理模块用于对所述触觉传感器的电阻的信号进行滤波和降噪处理。
9.根据权利要求8所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，所述数据处理模块还包括：
软硬度数据库，用于存储物质名称、物质的关系曲线和物质的软硬度；以及
匹配模块，用于根据待测物的关系曲线或软硬度从所述软硬度数据库中匹配得到物质名称。
10.一种软硬度测量方法，应用如权利要求1至9任一项所述的一种软硬度测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
通过施压模块使触觉传感器以恒定速度移动，并以恒定压力挤压待测物以使待测物形变；
拟合触觉传感器的电阻与时间的关系曲线并计算所述关系曲线的斜率；
根据软硬度计算式子计算待测物的软硬度，所述软硬度计算式子为
Figure 29217DEST_PATH_BDA0002391182780000051
其中，B为触觉传感器的传感系数，R为触觉传感器的初始电阻，v为恒定速度的值，k为关系曲线的斜率。
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