CN112433062A - 一种材料自动研发线 - Google Patents

Abstract

本发明适用于新材料研发技术领域，提供了一种材料自动研发线，依次包括自动上料装置、材料研磨装置、自动试验装置和自动检测装置；上述装置通过智能控制装置自动化控制运行；材料自动研发线能够自动上料、对物料进行研磨、使研磨后的物料按预定条件试验、对试验结果进行检测。本发明通过智能控制装置自动化控制，使新材料的研发工作流水线化，可以做到全天候、不间断的试验，极大程度的提高了研发效率，节省了人力；另通过设置有声波光谱检测装置，可以与已有数据对比，从而判断是否产生了新材料；另通过有设置样品自动储存循环再利用工位，可以使试验结果被重新利用，节省材料成本。

Description

一种材料自动研发线

技术领域

本发明属于新材料研发技术领域，尤其涉及一种材料自动研发线。

背景技术

随着社会的发展与进步，各个行业对材料的种类与性能也提出更多和更高的要求，诸如材料的耐高温性、耐久性、耐压性、耐磨性等。当前的材料已逐渐无法满足社会的生产需要，人们亟待研发新的材料来替代和更换现有的旧材料。

目前，单一材料的发现已达到极致，新材料的研发工作需要对单一材料进行重组，从中寻找到性能更为优异的复合材料。此处所言的重组，并非简单是指材料简单的物理形态的改变，而是指材料在原子、分子等微小尺度的结构变化与重新结合。这些结构变化与重新结合之复杂，即使是当今水平最为强大的实验室也无法完全弄清。故而，新材料的产生更多是在不断的试错中发现的，而试错，往往要经过成千上万次的试验。

所谓的试错试验，便是将两种或两种以上的单一材料按照预先假设的配比条件不断进行试验，直到达到预期的结果为止。这是一项耗时、繁琐、重复性强的工程，一则对于大多数人而言实在无法胜任，二则研发效率实在太低。因此，目前亟待研发一种能自动进行试错试验的材料研发生产线。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种材料自动研发线，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种材料自动研发线，所述材料自动研发线上依次包括自动上料装置、材料研磨装置、自动试验装置和自动检测装置；上述装置通过智能控制装置自动化控制运行；所述材料自动研发线能够自动上料、对物料进行研磨、使研磨后的物料按预定条件试验、对试验结果进行检测。

优选的，所述材料自动研发线还包括用于检测所述自动上料装置、所述材料研磨装置、所述自动试验装置、所述自动检测装置的运行过程中是否有新材料产生的声波光谱检测装置。

优选的，所述自动上料装置包括：

用于储存原材料的原料仓；

上料机构；当所述智能控制装置根据所检测的原材料的光谱与声波判定原材料合格时，所述上料机构将原材料上料至所述原料仓；以及：

用于将原料仓内的原材料输送至所述材料研磨装置的第一输送机构。

优选的，所述原料仓内设有用于检测原材料储量的物料储量检测组件；用于检测原材料温湿度的第一温湿度检测组件，以及用于对原料仓内的温湿度进行调节的温湿度调节组件。

优选的，所述材料研磨装置包括：

用于对原材料进行研磨的研磨机构；

用于对研磨后的原材料进行储存的研磨后材料储存机构。

优选的，所述自动试验装置包括：自动取料机构、自动计量机构、第二输送机构和自动实验机构；所述自动取料机构能够与所述自动取料机构配合，进而从所述材料研磨装置获取定量的研磨后的原材料；所述自动实验机构能够使加入其中的原材料按预定条件试验。

优选的，所述自动试验装置还包括用于分析试验过程，并根据分析结果对试验过程进行调控的自动化分析仪。

优选的，所述自动实验机构包括搅拌组件、加热组件、加水组件、第二温湿度检测组件、进料出料检测组件和清洗组件。

优选的，所述自动检测装置包括：

用于从所述自动试验装置取样的试验结果自动取样机构；

用于检测所获取样品性能的材料性能检测机构；所述材料性能检测机构至少能对样品的密度、分子结构、强度、耐高温性、耐磨性、耐久性、耐压性进行检测。

优选的，所述材料自动研发线还包括用于储存检测后样品的样品自动储存循环再利用工位。

优选的，所述智能控制装置包括：

用于控制所述材料自动研发线自动化运行的控制机构；

用于显示控制过程的显示机构；

用于储存原材料的上料数据、原材料的标准性能数据、原材料的试验条件、试验结果以及检测结果的数据储存机构。

本发明实施例提供的一种材料自动研发线，依次包括自动上料装置、材料研磨装置、自动试验装置和自动检测装置；上述装置通过智能控制装置自动化控制运行；所述材料自动研发线能够自动上料、对物料进行研磨、使研磨后的物料按预定条件试验、对试验结果进行检测。本发明通过智能控制装置自动化控制，使新材料的研发工作流水线化，可以做到全天候、不间断的试验，极大程度的提高了研发效率，节省了人力。在试验过程中，可以根据材料的不同、试验条件的不同，自动加温、加水、搅拌等。

此外，本发明还设置有声波光谱检测装置，可以对自动上料装置上料时的原材料，研磨后的原材料以及试验时产生的材料进行检测，通过检测数据与已有数据的对比，从而判断在这些过程中是否产生了新材料；设置有样品自动储存循环再利用工位，可以使试验结果被重新利用，节省材料成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种材料自动研发线的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种材料自动研发线的主视图；

图3为本发明实施例提供的一种材料自动研发线的俯视图；

图4为本发明实施例提供的材料自动研发线的控制示意图。

附图中：1、上料机构；2、原料仓；3、研磨机构；4、研磨后材料储存机构；5、自动取料机构；7、第二输送机构；8、自动实验机构；9、试验结果自动取样机构；10、材料性能检测机构；11、样品自动储存循环再利用工位；12、声波光谱检测装置；14、智能控制装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如附图1所示，为本发明一个实施例提供的一种材料自动研发线，所述材料自动研发线上依次包括自动上料装置、材料研磨装置、自动试验装置和自动检测装置；上述装置通过智能控制装置14自动化控制运行；所述材料自动研发线能够自动上料、对物料进行研磨、使研磨后的物料按预定条件试验、对试验结果进行检测。

本发明通过智能控制装置14自动化控制，使新材料的研发工作流水线化，可以做到全天候、不间断的试验，极大程度的提高了研发效率，节省了人力。如以两种材料做一次重组，再把重组后材料和另外两种材料做二次重组，然后把重组后材料拆分再重组，经过五次重组以后，大约需要三十个人，在半小时完成。经过五十次重组以后，大约需要三百人，在三小时内完成。经过五千次五万次重组以后，大约需要三万人，在二十四小时内完成。也就是说，这种通过无限重组来求新材料，求化学反应，不论从人力上、空间上、时间上、成本上都是非常巨大的。而本发明通过自动化流水线试验，可以快速准确的完成上面的工作。

如附图2~4所示，所述材料自动研发线还包括用于检测所述自动上料装置、所述材料研磨装置、所述自动试验装置、所述自动检测装置的运行过程中是否有新材料产生的声波光谱检测装置12。

具体的，本实施例中的声波光谱检测装置12可以采用声波检测仪和光波检测仪。声波光谱检测装置12可以对自动上料装置上料时的原材料，研磨后的原材料以及试验时产生的材料进行检测，通过检测数据与已有数据的对比，从而判断在这些过程中是否产生了新材料。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自动上料装置包括：

用于储存原材料的原料仓2；

上料机构1；当所述智能控制装置14根据所检测的原材料的光谱与声波判定原材料合格时，所述上料机构1将原材料上料至所述原料仓2；以及：

用于将原料仓2内的原材料输送至所述材料研磨装置的第一输送机构。

具体的，鉴于原材料的种类非常多，故而设置了用于储存原材料的原料仓2。在上料机构1将原材料上料到原料仓2时，首先经过声波光谱检测装置12对原材料进行光谱与声波检测，检测的数据传输到智能控制装置14，由智能控制装置14与原材料的性能标准数据进行对比，对比的内容包括诸如材料的湿度、杂质的含量等指标。当检测的数据满足这些指标时，智能控制装置14发出合格指令，上料机构1接收指令将原材料输送到原料仓2内储存；当检测的数据不满足这些指标时，智能控制装置14发出不合格指令，不合格原材料返回供应厂家。原料仓2为密封储存条件，能保证原材料的性能不发生改变。当需要对原材料进行研磨时，通过第一输送机构将原料仓2内的原材料输送到材料研磨装置。

本实施例中的上料机构1可以采用皮带输送机、气力输送机等输送设备；第一输送机构也可以采用皮带输送机、气力输送机等输送设备，或者采用AGV车等运输搬运设备。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述原料仓2内设有用于检测原材料储量的物料储量检测组件；用于检测原材料温湿度的第一温湿度检测组件，以及用于对原料仓2内的温湿度进行调节的温湿度调节组件。

具体的，物料储量检测组件可以采用3D扫描仪，通过3D扫描技术形成原料仓2内的可视化3D图像，实时反映料仓数据。数据内容包括料仓名称、料仓内径、原料名称、体积、百分比、最大、最小和平均水平或到产品的距离。通过智能控制装置14可以查看料仓数据。当然，物料储量检测组件也可以采用普通的位置传感器等，只检测原材料在原料仓2内的高度，通过原料仓2的底面积算出原材料的储量。

为保证原料仓2内的温度恒定、湿度恒定，使物料在储存的过程中不变性，无物理结块，故而在原料仓2内还设有第一温湿度检测组件。第一温湿度检测组件将检测到的原料仓2内的温湿度数据发送给智能控制装置14，智能控制装置14根据温湿度数据控制温湿度调节组件对原料仓2内的温湿度进行调节，以保证原料仓2内的温度恒定、湿度恒定。

本实施例的第一温湿度检测组件可以采用单独的温度测试仪、湿度测试仪，或者具有温湿度检测功能于一体的温湿度传感器等。第一温湿度检测组件位于原料仓2的的上、中、下三个部位，确保检测的数据有效可靠。温湿度调节组件可以采用单独的空调、制冷机、排风扇、加湿器等组成的系统，或具有温湿度调节功能于一体的温湿度调节仪等。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述材料研磨装置包括：

用于对原材料进行研磨的研磨机构3；

用于对研磨后的原材料进行储存的研磨后材料储存机构4。

具体的，原材料试验时，需要的是微颗粒，故而需要研磨机构3先对原材料进行研磨。而由于研磨的材料并不会一次用完，故而又设置了研磨后材料储存机构4。为将研磨后的材料输送到研磨后材料储存机构4，在研磨机构3与研磨后材料储存机构4还设有研磨后材料输送机构。

通常情况下，研磨都是在原材料工厂进行，研磨的太细，不利于运输并且易于结块变性，本方案在流程中采用研磨工序，目的是充分保证材料的物理特性。

本实施例中，研磨机构3可以采用研磨机，研磨机通过智能控制装置14控制启动与停止。研磨后材料输送机构可以采用皮带输送机、气力输送机等输送设备，也通过智能控制装置14控制启动与停止。研磨后材料储存机构4是与原料仓2类似的储料仓，储料仓上设于通过智能控制装置14控制开启与关闭的阀门。此外，储料仓同原料仓2一样在内部设有研磨后物料储量检测组件、储料仓温湿度检测组件、储料仓温湿度调节组件。研磨后物料储量检测组件、储料仓温湿度检测组件、储料仓温湿度调节组件的组成、结构、功能与原料仓2内的物料储量检测组件、第一温湿度检测组件、温湿度调节组件一致或类似。

而且，声波光谱检测装置12位于研磨后材料输送机构的一侧，可以判断研磨后的物料是否合格以及是否在研磨过程中即有新材料产生。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自动试验装置包括：自动取料机构5、自动计量机构、第二输送机构7和自动实验机构8；所述自动取料机构5能够与所述自动取料机构5配合，进而从所述材料研磨装置获取定量的研磨后的原材料；所述自动实验机构8能够使加入其中的原材料按预定条件试验。

具体的，本实施例的自动取料机构5可以采用AGV小车、搬运机器人等搬运设备。以AGV小车为例，AGV小车上面有接料斗，接料斗上有进料口与放料口，均配备有蝶阀。通过智能控制装置14控制AGV小车的启动、停止、运行方向、速度、蝶阀的开关等，AGV小车上的其他附属装置如除尘装置等也受智能控制装置14的控制。具体的控制方式表现为：根据摄像头传回的图像确定车型的大小，自动采用 3、5、8 至 15 点的取样点方式；取样扦样器上的到位传感器的控制；取样量的调整，根据材料不同，选择 1 或 2 个取样档位；取样设备的启动与复位及其它操作。

运行时，AGV小车根据智能控制装置14的指令运动到相应的储料仓下，进料口与储料仓放料口对正，进料口蝶阀打开，研磨后的原材料进入接料斗，放料结束后，进料口蝶阀关闭。而后智能控制装置14控制AGV小车运行到第二输送机构7，通过第二输送机构7将研磨后的原材料投放到自动实验机构8。

此外，为能够按预定比例向自动实验机构8内投放物料，特在储料仓上设有通过智能控制装置14控制的自动计量机构。放料时，自动计量机构对AGV小车接收的物料进行计重，当重量达到预定比例的要求时，计量结束，智能控制装置14控制储料仓关闭停止放料，接料斗进料口蝶阀也关闭停止接料。本实施例中，自动计量机构可以采用微量称，误差控制在±0.03%。当然，自动计量机构也可以设置在AGV小车接料斗上等其他适于对接收物料进行称重的位置。

第二输送机构7可以采用同第一输送机构相同或类似的组成、结构，也可以采用溜管、溜槽等结构将配比好的物料送到自动实验机构8。第二输送机构7同样通过智能控制装置14控制。如当采用溜管、溜槽时，智能控制装置14通过控制溜管、溜槽中蝶阀的开启、关闭，从而控制是否向自动实验机构8内投料。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自动试验装置还包括用于分析试验过程，并根据分析结果对试验过程进行调控的自动化分析仪。

具体的，自动化分析仪与智能控制装置14电连接，持续监控物料试验过程中含水量变化数据，并通过过程控制器在允许的范围内增加或降低水分。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自动实验机构8包括搅拌组件、加热组件、加水组件、第二温湿度检测组件、进料出料检测组件和清洗组件。

具体的，自动实验机构8与智能控制装置14电连接，通过智能控制装置14控制其内部搅拌组件、加热组件、加水组件、第二温湿度检测组件、进料出料检测组件和清洗组件的运行。当然，自动实验机构8内并不止这些组件，可以根据不同的试验需求增加不同的组件。当物料进入自动实验机构8内后，智能控制装置14控制加水、加温、加辅助材料等，第二温湿度检测组件进行温湿度检测，搅拌组件进行搅拌、混合、震荡等。通过进料出料检测组件可以检测物料进入自动实验机构8和排出自动实验机构8的情况。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述自动检测装置包括：

用于从所述自动试验装置取样的试验结果自动取样机构9；

用于检测所获取样品性能的材料性能检测机构10；所述材料性能检测机构10至少能对样品的密度、分子结构、强度、耐高温性、耐磨性、耐久性、耐压性进行检测。

具体的，每一次试验结束后，都通过试验结果自动取样机构9进行取样，然后通过材料性能检测机构10对样品的性能进行检测。取样时，根据不同状态的样品，可以不同结构的试验结果自动取样机构9。如当样品是固态时，可以采取机械手进行抓取取样；当样品是液态时，可以采取试管抽取取样。

材料性能检测机构10的结构并非一成不变，可根据实际情况由不同的性能检测设备组成。一般情况下，需要检测的是样品的密度、分子结构、强度、耐高温性、耐磨性、耐久性、耐压性等，但也可增加其他的检测仪器对样品的耐酸性、耐碱性等其他需要了解的性能进行检测。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述材料自动研发线还包括用于储存检测后样品的样品自动储存循环再利用工位11。

具体的，采用皮带输送机、气力输送机、AGV小车等输送设备将检测后的样品送到样品自动储存循环再利用工位11储存。在试验过程中，当试验结果非要求所得时，按设定要求进行循环再利用。

当前的实验室在进行每一次试验后，除去少量的试验结果被利用外，大部分试验结果被当做固体废弃物给处理到。本发明中，这些材料可以被重新利用，节省材料成本。

如附图2~4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述智能控制装置14包括：

用于控制所述材料自动研发线自动化运行的控制机构；

用于显示控制过程的显示机构；

用于储存原材料的上料数据、原材料的标准性能数据、原材料的试验条件、试验结果以及检测结果的数据储存机构。

具体的，智能控制装置14可以说是整条材料自动研发线的大脑，采用控制机构+显示机构的方式。本实施例中，控制机构可以是PLC、单片机等。为便于操作，增加若干计算机与之相连进行指令输入。显示机构即显示屏，可以采用液晶屏、LCD屏、LED屏、甚至投影屏等。材料自动研发线运行中，通过控制机构进行电气控制、各种阀门启停信号、各种传感器信号的控制，声波、光谱信号的检测与判断等，上述控制过程显示在显示机构上。

此外，整个材料自动研发线具有材料性质、运动控制、性能检测、声波、光谱的检测与对比，这些都基于数据的检测与运用，需要一个庞大的数据库来支撑，并且要求过程中的数据语言具有专一性，故而需要一个与智能控制装置14连接的数据储存机构。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种材料自动研发线，其特征在于：所述材料自动研发线上依次包括自动上料装置、材料研磨装置、自动试验装置和自动检测装置；上述装置通过智能控制装置自动化控制运行；所述材料自动研发线能够自动上料、对物料进行研磨、使研磨后的物料按预定条件试验、对试验结果进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述材料自动研发线还包括用于检测所述自动上料装置、所述材料研磨装置、所述自动试验装置、所述自动检测装置的运行过程中是否有新材料产生的声波光谱检测装置。

3.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述自动上料装置包括：

用于储存原材料的原料仓；

上料机构；当所述智能控制装置根据所检测的原材料的光谱与声波判定原材料合格时，所述上料机构将原材料上料至所述原料仓；以及：

用于将原料仓内的原材料输送至所述材料研磨装置的第一输送机构。

4.根据权利要求3所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述原料仓内设有用于检测原材料储量的物料储量检测组件；用于检测原材料温湿度的第一温湿度检测组件，以及用于对原料仓内的温湿度进行调节的温湿度调节组件。

5.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述材料研磨装置包括：

用于对原材料进行研磨的研磨机构；

用于对研磨后的原材料进行储存的研磨后材料储存机构。

6.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述自动试验装置包括：自动取料机构、自动计量机构、第二输送机构、自动实验机构和自动化分析仪；所述自动取料机构能够与所述自动取料机构配合，进而从所述材料研磨装置获取定量的研磨后的原材料；所述自动实验机构能够使加入其中的原材料按预定条件试验；所述自动化分析仪用于分析试验过程，并根据分析结果对试验过程进行调控。

7.根据权利要求6所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述自动实验机构包括搅拌组件、加热组件、加水组件、第二温湿度检测组件、进料出料检测组件和清洗组件。

8.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述自动检测装置包括：

用于从所述自动试验装置取样的试验结果自动取样机构；

用于检测所获取样品性能的材料性能检测机构；所述材料性能检测机构至少能对样品的密度、分子结构、强度、耐高温性、耐磨性、耐久性、耐压性进行检测。

9.根据权利要求8所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述材料自动研发线还包括用于储存检测后样品的样品自动储存循环再利用工位。

10.根据权利要求1所述的一种材料自动研发线，其特征在于，所述智能控制装置包括：

用于控制所述材料自动研发线自动化运行的控制机构；

用于显示控制过程的显示机构；

用于储存原材料的上料数据、原材料的标准性能数据、原材料的试验条件、试验结果以及检测结果的数据储存机构。

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