CN112660441A

CN112660441A - 一种婴幼儿米粉定量称取装置

Info

Publication number: CN112660441A
Application number: CN202011616982.9A
Authority: CN
Inventors: 王燕; 石剑
Original assignee: Second Hospital of Hebei Medical University
Current assignee: Second Hospital of Hebei Medical University
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明涉及一种婴幼儿米粉定量称取装置，包括称量机构和控制单元，所述称量机构包括机架和通过托架设于机架上的称料斗，所述机架的上方设有与称料斗连通的进料仓，所述托架上上设有用于称量称料斗的称重传感器，所述进料仓底部与称料斗上方的连接处设有开合组件，所述称料斗的底部集料斗设有放料步进电机，所述控制单元包括上位机、数据采集模块、主控模块和无线模块，所述称重传感器将称料斗物料重量转换为模拟信号输出至主控模块，所述主控模块通过无线模块与上位机通信；本发明提供的米粉定量称取装置，实现了米粉的自动化称量，解决了人工称量效率低、生产成本高的难题。

Description

一种婴幼儿米粉定量称取装置

技术领域

本发明属于米粉生产技术领域，具体涉及一种婴幼儿米粉定量称取装置。

背景技术

婴儿米粉是指通过现代营养科学，以原生态优质小米、大米为主要原料，以白砂糖、蔬菜、水果、蛋类、肉类等为选择性配料，同时通过适量钙、磷、铁、蛋白质等婴幼儿全面发育成长所需营养物质和微量元素的加入，科学配方配料加工制作而成的专用于母乳不足，或成人饭食过度时为婴幼儿补充、提供营养的一种现代科学辅食。

在婴幼儿辅食行业中，存在客户对成型婴幼儿辅食米粉颗粒度有米片状、米粉状的不同需求，米片状通过成型机筛网一次成型得到，而米粉状则需要对上述米片状再经过粉碎机进一步粉碎获得，所以在实际生产运作中就存在针对客户订单对成型婴幼儿辅食米粉颗粒度进行灵活切换的需要，但是现有的接收设备大都是通过人工在各个设备之间进行搬运与来回切换，这样操作不仅费时费力，生产效率较低，同时也存在如果不能够做到快速切换，米粉与米片存在受潮及可能交叉污染等质量隐患，影响到产品质量和食品安全。

目前国内米粉行业中，米粉的称重通过人工操作完成，此过程生产效率及自动化程度低下，同时增加了大量的人工成本，无法满足自动化生产的行业要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种婴幼儿米粉定量称取装置，实现了米粉的自动化称量，解决了人工称量效率低、生产成本高的难题。

本发明的目的是这样实现的：

一种婴幼儿米粉定量称取装置，包括称量机构和控制单元，所述称量机构包括机架和通过托架设于机架上的称料斗，所述机架的上方设有与称料斗连通的进料仓，所述托架上上设有用于称量称料斗的称重传感器，所述称料斗的内部上端设有主振机，所述进料仓底部与称料斗上方的连接处设有开合组件，所述称料斗的底部集料斗设有放料步进电机，所述控制单元包括上位机、数据采集模块、主控模块和无线模块，所述称重传感器将称料斗物料重量转换为模拟信号输出至主控模块，所述主控模块通过无线模块与上位机通信，所述主控模块对采集的多路重量值进行组合运算，驱动满足要求的称料斗步进电机运转放料。

优选的，所述进料仓和称料斗之间通过软管连接，所述进料仓上设有进料阀门，所述机架的上端设有驱动主振机的电磁振荡器。

优选的，所述称料斗的底部集料斗的出口处对应设有夹带摇臂，所述夹带摇臂通过托架固定连接机架。

优选的，所述开合组件包括驱动电机、连接驱动电机输出装的滚珠丝杠副和连接滚珠丝杠副的双向阀门，所述双向阀门设于称料斗对应进料仓的上方，所述双向阀门滑动连接称料斗。

优选的，所述称重传感器将称料斗物料重量转换为模拟信号输出，经过放大、滤波后由AD模拟数字转换器将模拟信号转换为数字信号，由副控制器CUP通过RS485传送给主控模块。

优选的，所述步进电机采用两相步进电机，所述步进电机上设有限位组件，所述限位组件包括曲拐轴、U型槽和光电传感器，所述步进电机的主轴输出端通过曲拐轴连接至集料斗的一侧壁，所述集料斗的另一侧壁通过轴承座连接步进电机，所述U型槽设于轴承座上，所述光电传感器设于步进电机的主轴上，所述光电传感器通过信号线连接至主控模块。

优选的，所述称重传感器采用电阻式应变传感器。

优选的，所述称料斗的内部上端设有物料位置传感器，所述物料位置传感器连接至主控模块。

优选的，滚珠丝杠副的滚珠丝杠螺母以驱动步进电机的输入角度信号为输入信号，并将其转化为直线移动信号，带动下料口双向阀门快速开启或者关闭，将滚珠丝杠螺母作为电动机负载，以步进电机输出角度为输入量，下料口阀门的直线位移为输出量，则有滚珠丝杠的传递函数为：

G=L(Ws²/K+αs/K+1)/2π；

其中L为滚珠丝杠的螺距（m），W为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效转动惯量，α为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效总粘性阻尼系数，K为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效总刚度系数。

优选的，所述称量传感器显示仪的显示值d与集料斗的出料速度V(t)之间满足：

V (t)=n(d±k×d₀)/(t±t₀)；

其中n为测量区间称量传感器显示仪的变化值，d₀为称量传感器显示仪的误差系数，k为常数（取值为0.5-0.6），t为测量计时周期，t₀为计时误差系数。

优选的，在计时周期内，称料斗内的累计给料量S满足：

S=[（M₁+K）-（M₁-K）]+ V×t_AB；

其中M₁为测量可以进入称料斗内的物料的最大量，K为物料最大量的称样误差，V为集料斗内物料传输稳定速度，t_AB为物料进入称料斗到集料斗的送料步进电机关闭的时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种婴幼儿米粉定量称取装置，通过控制单元控制称量机构的进出料及物料的称重，实现米粉称量的自动化。

2、本发明提供的一种婴幼儿米粉定量称取装置，滚珠丝杠与双向阀门保持在同一个水平线的右边，滚珠丝杠轴承座用 M6 固定在上下框架之间的横梁上，滚珠丝杠螺母与双向阀门之间通过机械固定连接，当滚珠丝杠转动，珠丝杠螺母做直线运动带动双向阀门来回往返直线运动，从而控制物料的进量。

3、本发明提供的一种婴幼儿米粉定量称取装置，将相关的物料输送的检测参数输入进控制程序内，通过称料斗的物料输送的数量和速度的计算，根据输入参数值与设定值对比，进而通过输出参数对其工作模式进行管理和控制。

4、本发明提供的一种婴幼儿米粉定量称取装置，控制单元由主控模块和副控制器协同控制，副控制器负责称重传感器信号的采集、标度变换、将物料重量值传给主控制器，主控制器进行限位光电传感器信号检测、组合运算、步进电机驱动、上下位机通信，PC 上位机用于人机交互，对称重过程时时显示，数据库对组合秤生产过程相关信息进行存储。

附图说明

图1是本发明一种婴幼儿米粉定量称取装置结构示意图。

图2是本发明一种婴幼儿米粉定量称取装置开合组件示意图。

图3是本发明一种婴幼儿米粉定量称取装置限位组件示意图。

图4是本发明一种婴幼儿米粉定量称取装置控制单元示意图。

图5是本发明一种婴幼儿米粉定量称取装置开合组件工作流程图。

图中：1、机架；2、称料斗；3、软管；4、进料仓；5、进料阀门；6、电磁振荡器；7、主振机；8、称重传感器；9、托架；10、集料斗；11、放料步进电机；12、夹带摇臂；13、驱动电机；14、滚珠丝杠副；15、双向阀门；16、曲拐轴；17、轴承座；18、光电传感器；19、U型槽；20、主控模块；21、数据采集模块；22、上位机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。

实施例1

结合图1-3，一种婴幼儿米粉定量称取装置，包括称量机构，所述称量机构包括机架1和通过托架9设于机架1上的称料斗2，所述进料仓4和称料斗2之间通过软管3连接，所述机架1的上方设有与称料斗2连通的进料仓4，所述托架9上设有用于称量称料斗2的称重传感器8，所述称料斗2的内部上端设有主振机7，所述进料仓4上设有进料阀门5，所述机架1的上端设有驱动主振机7的电磁振荡器6。

装置开启后，进行系统初始化，进料仓4和称料斗2依次打开清空料斗的物料，然后技术人员检查每路称重传感器是否需要标定完成初始化操作，通过物料位置传感器检测物料位置，若物料位置低则送料机将物料传送至上进料仓4，然后电磁振荡器6开启，通过主振机的镇盘将物料均匀分配到称料斗2内，避免物料结块，称量好的物料经集料斗和夹带摇臂12装袋。

所述进料仓4底部与称料斗2上方的连接处设有开合组件，所述称料斗2的底部集料斗10设有放料步进电机11，所述开合组件包括驱动电机13、连接驱动电机13输出装的滚珠丝杠副14和连接滚珠丝杠副14的双向阀门15，所述双向阀门15设于称料斗2对应进料仓4的上方，所述双向阀门15滑动连接称料斗2，滚珠丝杠副14与双向阀门保持在同一个水平线的右边，滚珠丝杠轴承座用 M6 固定在称料斗2上，滚珠丝杠螺母与双向阀门15之间通过机械固定连接，当滚珠丝杠转动，珠丝杠螺母做直线运动带动双向阀门15来回往返直线运动，从而控制物料的进量。

所述放料步进电机11采用两相电机，所述放料步进电机11上设有限位组件，所述限位组件包括曲拐轴16、U型槽19和光电传感器18，所述放料步进电机11的主轴输出端通过曲拐轴16连接至集料斗10的一侧壁，所述集料斗10的另一侧壁通过轴承座17连接放料步进电机11，所述U型槽19设于轴承座17上，所述光电传感器18设于放料步进电机11的主轴上，所述光电传感器18通过信号线连接至主控模块20，采用 U 槽型光电传感器作为步进电机旋转一周的限位开关，对放料步进电机11的转角限位，以开启和关闭放料阀门。

实施例2

在实施例1的基础上，结合图4，所述控制单元包括上位机22、数据采集模块21、主控模块20和无线模块，所述称重传感器8将称料斗2内的物料重量转换为模拟信号输出至主控模块20，所述主控模块20通过无线模块与上位机22通信，所述主控模块对采集的多路重量值进行组合运算，驱动满足要求的称料斗2的放料步进电机11运转放料，所述称重传感器8将称料斗2物料重量转换为模拟信号输出，经过放大、滤波后由AD模拟数字转换器将模拟信号转换为数字信号，由副控制器CUP通过RS485传送给主控模块20。

主控模块20驱动进料装置给称料斗2加料，主振机的振动时间加料的数量，振动时间需根据目标重量进行设定，当主控模块20计算出称料斗2物料重量达到目标重量，则主控模块20驱动放料步进电机11放料，物料输送至夹带摇臂12装袋，进料仓4对已经排空的称料斗2进行补料，如此往复持续运行。

通过进料仓给称料斗加料，当加至一定位置并通过物料位置传感器自动检测到后，就停止加料，在加料完成后，物料重量将转换为控制输入参数输入给称重传感器的显示仪表，称重传感器开始工作，称重传感器对流量数据进行实时采集，然后将这些数据交给控制单元进行处理，当控制单元处理完毕后，将处理好的数据传送给上位机的显示器，以便能够进行画面显示以及数据通讯，同时，控制单元对电机的转速进行控制，以便能够实时调节流量，称重传感器运行过程中，当物料下降至设定的补料范围时，那么输出模块控制补料装置就开始动作，开始进行加料，从而保证流量的稳定和准确性。

称重传感器将物料的重量转换为微弱的电压信号输出，经过AD8253仪表放大器将微弱的电压信号进行放大滤波，由 AD7609 数据采集系统将输入的电压信号转换数字量信号，然后副控制器 STM32 单片机通过 SPI 读取 AD7609 转换之后的数据，经过标度变换转换为重量值，通过 RS485 传输给主控模块，由主控模块将采集的重量值进行组合计算，通过驱动放料步进电机将满足要求的物料排出物料，而后控制进料电机对称料斗进行加料。

实施例3

在实施例1的基础上，结合图5，滚珠丝杠副带动三行程双向阀门来回往返运动，当双向阀门达到极限位置时，行程开关与驱动电机连用，在添加物料达到目标重量时，控制单元的主控模块接收到称重传感器发来的信号并对驱动电机发出信号关闭阀门，当双向阀门彻底关闭下料口达到极限位置时碰到行程开关触点，行程开关彻底切断驱动电机电源，双向阀门停止往前继续前行，另外，在完成一次定量称重，驱动电机带动双向阀门往回移动完全打开下料口时达到极限位置，双向阀门再次碰到行程开关触点，行程开关此时切断驱动电机电源停止双向阀门继续移动，从而控制进料。

滚珠丝杠副的滚珠丝杠螺母以驱动步进电机的输入角度信号为输入信号，并将其转化为直线移动信号，带动下料口双向阀门快速开启或者关闭，将滚珠丝杠螺母作为电动机负载，以步进电机输出角度为输入量，下料口阀门的直线位移为输出量，则有滚珠丝杠的传递函数为：G=L(Ws²/K+αs/K+1)/2π；其中L为滚珠丝杠的螺距（m），W为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效转动惯量，α为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效总粘性阻尼系数，K为滚珠丝杠螺母和双向阀门折算到驱动电机轴上的等效总刚度系数。

实施例4

所述称量传感器显示仪的显示值d与集料斗的出料速度V(t)之间满足：V (t)=n(d±k×d₀)/(t±t₀)；其中n为测量区间称量传感器显示仪的变化值，d₀为称量传感器显示仪的误差系数，k为常数（取值为0.5-0.6），t为测量计时周期，t₀为计时误差系数。

在计时周期内，称料斗内的累计给料量S满足：S=[（M₁+K）-（M₁-K）]+ V×t_AB；其中M₁为测量可以进入称料斗内的物料的最大量，K为物料最大量的称样误差，V为集料斗内物料传输稳定速度，t_AB为物料进入称料斗到集料斗的送料步进电机关闭的时间。

将相关的物料输送的检测参数输入进控制程序内，通过称料斗的物料输送的数量和速度的计算，根据输入参数值与设定值对比，进而通过输出参数对其工作模式进行管理和控制。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：包括称量机构和控制单元，所述称量机构包括机架（1）和通过托架（9）设于机架（1）上的称料斗（2），所述机架（1）的上方设有与称料斗（2）连通的进料仓（4），所述托架（9）上设有用于称量称料斗（2）的称重传感器（8），所述称料斗（2）的内部上端设有主振机（7），所述进料仓（4）底部与称料斗（2）上方的连接处设有开合组件，所述称料斗（2）的底部集料斗（10）设有放料步进电机（11），所述控制单元包括上位机（22）、数据采集模块（21）、主控模块（20）和无线模块，所述称重传感器（8）将称料斗（2）内的物料重量转换为模拟信号输出至主控模块（20），所述主控模块（20）通过无线模块与上位机（22）通信，所述主控模块对采集的多路重量值进行组合运算，驱动满足要求的称料斗（2）的放料步进电机（11）运转放料。

2.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述进料仓（4）和称料斗（2）之间通过软管（3）连接，所述进料仓（4）上设有进料阀门（5），所述机架（1）的上端设有驱动主振机（7）的电磁振荡器（6）。

3.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述称料斗（2）的底部集料斗（10）的出口处对应设有夹带摇臂（12），所述夹带摇臂（12）通过托架（9）固定连接机架（1）。

4.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述开合组件包括驱动电机（13）、连接驱动电机（13）输出装的滚珠丝杠副（14）和连接滚珠丝杠副（14）的双向阀门（15），所述双向阀门（15）设于称料斗（2）对应进料仓（4）的上方，所述双向阀门（15）滑动连接称料斗（2）。

5.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述称重传感器（8）将称料斗（2）物料重量转换为模拟信号输出，经过放大、滤波后由AD模拟数字转换器将模拟信号转换为数字信号，由副控制器CUP通过RS485传送给主控模块（20）。

6.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述放料步进电机（11）采用两相电机，所述放料步进电机（11）上设有限位组件，所述限位组件包括曲拐轴（16）、U型槽（19）和光电传感器（18），所述放料步进电机（11）的主轴输出端通过曲拐轴（16）连接至集料斗（10）的一侧壁，所述集料斗（10）的另一侧壁通过轴承座（17）连接放料步进电机（11），所述U型槽（19）设于轴承座（17）上，所述光电传感器（18）设于放料步进电机（11）的主轴上，所述光电传感器（18）通过信号线连接至主控模块（20）。

7.根据权利要求1所述的一种婴幼儿米粉定量称取装置，其特征在于：所述称重传感器（8）采用电阻式应变传感器。