CN114166829B - 一种浆料均匀性检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种浆料均匀性检测系统及方法，所述系统包括：浆料搅拌部件，用于搅拌浆料；安装部件，用于安装烧蚀部件和信息处理部件；烧蚀部件，用于烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；所述烧蚀部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对；信息处理部件，用于分析所述浆料搅拌部件中浆料产生的等离子体；所述信息处理部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对。本申请提供的一种浆料均匀性检测系统及方法，采用LIBS技术能够在搅拌过程中实时、快速、远距离非接触地检测不同浆料的均匀性，且操作简单，检测精度高。

Description

一种浆料均匀性检测系统及方法
技术领域
本发明属于浆料均匀性检测技术领域，具体涉及一种浆料均匀性检测系统及方法。
背景技术
浆料通常为一定浓度的固液混合物，它广泛应用于各行各业。浆料均匀性是评价浆料性能的一个关键指标，浆料是否混合均匀对于后续的使用至关重要，过少时间的搅拌往往达不到均匀的效果，过长时间的搅拌又会浪费大量时间，因此亟需一种可以实时、准确、操作简易的浆料均匀性检测方法。
激光探针技术，又称激光诱导击穿光谱技术(LIBS)，是一种利用高能量密度的激光脉冲烧蚀样品表面微量材料，并通过分析激光与样品相互作用产生的等离子体发射光谱来对样品成分定性或定量的光谱分析技术。LIBS技术具有适用于检测各类物理形态的元素分析、样品制备简便、微损、远距离非接触、实时原位检测等优势，特别适合现场在线检测。基于这些特点，在制备浆料的过程中，可以通过LIBS对浆料中元素在线探测来实现浆料均匀性的评估。
现有技术中，为使浆料均匀，大多根据经验搅拌较长时间，这样必然会浪费很多不必要的时间，大大延长浆料制备周期；或对静置状态的浆料进行检测，这样就无法评估浆料是否在搅拌过程中已经变均匀。目前为止，很少有在搅拌浆料地同时实时准确的检测浆料均匀性的方法。
专利CN113252612A公开了一种利用光强信息判断均匀性的方法，该方法在封闭的不透光箱子中通过采集红外光源射到运输管道后反馈的光强信息来评估浆料的均匀性。该方法虽然检测的并非静置浆料，但还需将浆料放入检测设备中，无法实现在线的原位检测；专利CN112924540A公开了一种基于超声波检测陶瓷浆料均匀性的装置及方法，利用超声波在介质中传播时传播速度受介质密度影响的特性，通过三个位置的超声信息计算浆料密度。该方法需要对浆料静置，且超声换能器有一定工作温度限制，并不适用一些特殊环境。专利CN112285061A公开了一种采用激光反射法定量评价高固相含量陶瓷浆料中添加钛粉分布均匀性程度的方法，浆料静置不同时间后，用激光照射浆料，通过采集反射激光照度计算评估高固相含量陶瓷浆料中添加钛粉分布均匀性程度。该方法测量的是陶瓷浆料中加入金属粉末的均匀性，需要静置浆料，该专利中选择了5h、10h和15h的静置时间，这样的静置时间成本显然很高。
上述的几种浆料检测方法对于浆料均匀性的测量都需要一些后续处理或是需要等待浆料静置后才能实现检测，无法做到实时在线检测，所需检测时间较长。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种浆料均匀性检测系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种浆料均匀性检测系统，包括：
浆料搅拌部件，用于搅拌浆料；
安装部件，用于安装烧蚀部件和信息处理部件；
烧蚀部件，用于烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；所述烧蚀部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对；
信息处理部件，用于分析所述浆料搅拌部件中浆料产生的等离子体；所述信息处理部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对。
优选地，所述浆料搅拌部件包括：加热台、容器和搅拌器，其中，所述容器放置于所述加热台上，所述搅拌器设置于所述容器内部。
优选地，所述浆料搅拌部件还包括：挡板，所述挡板设置于所述容器内壁的预设高度处。
优选地，所述安装部件包括：透镜固定架、安装杆、底座和安装夹具，其中，所述安装杆设置于所述底座上，所述透镜固定架和所述安装夹具设置于所述安装杆上，所述烧蚀部件至少部分结构设置于所述透镜固定架上，所述信息处理部件至少部分结构设置于所述安装夹具上。
优选地，所述安装部件还包括：底部位移平台，所述底座设置于所述底部位移平台上。
优选地，所述安装部件包括：固定杆、顶部位移平台、悬挂夹具、安装笼和透镜悬挂架，其中，所述固定杆设置于所述顶部位移平台上，所述悬挂夹具、所述安装笼和所述悬挂架设置于所述固定杆上，所述烧蚀部件至少部分结构设置于所述透镜悬挂架上，所述信息处理部件至少部分结构分别对应设置于所述悬挂夹具和所述安装笼上。
优选地，所述安装部件还包括：固定夹具、距离传感器和直线电机，其中，所述直线电机设置于所述安装杆上，且与所述透镜悬挂架连接，所述固定夹具设置于所述安装杆上，所述距离传感器设置于所述固定夹具上。
优选地，所述烧蚀部件包括：二向色镜、聚焦透镜和脉冲激光器，其中，所述二向色镜和所述聚焦透镜设置于所述安装部件上，所述脉冲激光器产生的脉冲激光经由所述二向色镜后进入所述聚焦透镜并作用于所述浆料搅拌部件中的浆料上。
优选地，所述信息处理部件包括：采集探头、光谱仪、光纤、同步时序发生器和处理器，其中，所述采集探头设置于所述安装部件上，所述光谱仪经由所述光纤分别与所述采集探头、所述同步时序发生器和所述处理器连接，所述同步时序发生器与所述烧蚀部件中的脉冲激光器连接。
本申请还提供了一种浆料均匀性检测方法，基于如上述中任一所述的浆料均匀性检测系统实现，所述方法包括步骤：
浆料搅拌部件搅拌浆料；
烧蚀部件产生激光烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；
信息处理部件根据所述等离子体检测浆料均匀性。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本申请提供的一种浆料均匀性检测系统及方法，采用LIBS技术能够在搅拌过程中实时、快速、远距离非接触地检测不同浆料的均匀性，且操作简单，检测精度高；实现远距离非接触式检测，更安全方便；实现实时在线检测，可以在搅拌过程中实现均匀性检测，无需静置；实现原位检测，无需其他设备容器；测量浆料种类多，可以用于不同种类，不同配比浆料均匀性检测，且可以根据需求实现多元素同时分析；近乎无损，烧蚀量为微克级别，几乎不会浪费浆料；检测速度快，精度高；节省大量时间，缩短浆料制备周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的实施例1的部分结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的实施例1的部分结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的实施例2的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的实施例2的部分结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种浆料均匀性检测系统的部分结构示意图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
如图1-6，在本申请实施例中，本申请提供了一种浆料均匀性检测系统，包括：
浆料搅拌部件，用于搅拌浆料；
安装部件，用于安装烧蚀部件和信息处理部件；
烧蚀部件，用于烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；所述烧蚀部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对；
信息处理部件，用于分析所述浆料搅拌部件中浆料产生的等离子体；所述信息处理部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对。
当使用此浆料均匀性检测系统时，预先在浆料搅拌部件中装入浆料，然后将烧蚀部件和信息处理部件对应安装于安装部件上，并调整烧蚀部件和信息处理部件对准浆料搅拌部件的角度，然后开启浆料搅拌部件搅拌浆料，同时开启烧蚀部件，烧蚀部件产生激光烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体，信息处理部件根据所述等离子体检测浆料均匀性。
如图1和4，在本申请实施例中，所述浆料搅拌部件包括：加热台1、容器2和搅拌器3，其中，所述容器2放置于所述加热台1上，所述搅拌器3设置于所述容器2内部。
在本申请实施例中，容器2用于承装浆料，浆料通常由金属粉末和粘结剂组成，搅拌过程中需要使用加热台1不断加热，通过搅拌器3加以不断搅拌实现金属粉末与粘结剂的混合。
如图1，在本申请实施例中，所述浆料搅拌部件还包括：挡板4，所述挡板4设置于所述容器2内壁的预设高度处。
在本申请实施例中，挡板4的主要作用是刮平容器2中的浆料，使得烧蚀部件的聚焦焦点始终保持在挡板4刮平的浆料表面，同时挡板4可以使得搅拌中的浆料处于运动状态，也恰好避免了烧蚀部件对单个位置的反复烧蚀。
如图1-3，在本申请实施例中，所述安装部件包括：透镜固定架13、安装杆14、底座15和安装夹具16，其中，所述安装杆14设置于所述底座15上，所述透镜固定架13和所述安装夹具16设置于所述安装杆14上，所述烧蚀部件至少部分结构设置于所述透镜固定架13上，所述信息处理部件至少部分结构设置于所述安装夹具16上。
在本申请实施例中，透镜固定架13用于安装烧蚀部件中的聚焦透镜6，安装夹具16用于安装信息处理部件中的采集探头7。透镜固定架13和安装夹具16可以设置在同一个安装杆14上，或者分别设置在对应的安装杆14上。
如图1-3，在本申请实施例中，所述安装部件还包括：底部位移平台17，所述底座15设置于所述底部位移平台17上。
在本申请实施例中，底部位移平台17可以控制底座15的水平方向移动，进而可以根据需要调整烧蚀部件和信息处理部件中至少部分结构的位置。
如图4-5，在本申请实施例中，所述安装部件包括：固定杆26、顶部位移平台18、悬挂夹具19、安装笼20和透镜悬挂架21，其中，所述固定杆26设置于所述顶部位移平台18上，所述悬挂夹具19、所述安装笼20和所述悬挂架设置于所述固定杆26上，所述烧蚀部件至少部分结构设置于所述透镜悬挂架21上，所述信息处理部件至少部分结构分别对应设置于所述悬挂夹具19和所述安装笼20上。
在本申请实施例中，安装笼20用于安装烧蚀部件中的二向色镜5，透镜悬挂架21用于安装烧蚀部件中的聚焦透镜6，悬挂夹具19用于安装信息处理部件中的采集探头7，顶部位移平台18可以控制固定杆26的竖直方向位移，进而可以根据需要调整二向色镜5、聚焦透镜6和采集探头7的位置。
如图4-5，在本申请实施例中，所述安装部件还包括：固定夹具22、距离传感器23和直线电机24，其中，所述直线电机24设置于所述安装杆14上，且与所述透镜悬挂架21连接，所述固定夹具22设置于所述安装杆14上，所述距离传感器23设置于所述固定夹具22上。
在本申请实施例中，在搅拌浆料时，浆料表面高度会不断变化，此时使用距离传感器23可测量自身与浆料表面的距离后计算偏移量，并驱动直线电机24控制透镜悬挂架21的运动，使聚焦透镜6的焦点始终位于浆料表面。
如图1和4，在本申请实施例中，在本申请实施例中，所述烧蚀部件包括：二向色镜5、聚焦透镜6和脉冲激光器10，其中，所述二向色镜5和所述聚焦透镜6设置于所述安装部件上，所述脉冲激光器10产生的脉冲激光经由所述二向色镜5后进入所述聚焦透镜6并作用于所述浆料搅拌部件中的浆料上。
在本申请实施例中，脉冲激光器10发出的准平行激光经过二向色镜5反射后由聚焦透镜6汇聚于浆料表面，瞬间烧蚀微量浆料并产生等离子体。
如图1和4，在本申请实施例中，所述信息处理部件包括：采集探头7、光谱仪8、光纤9、同步时序发生器11和处理器12，其中，所述采集探头7设置于所述安装部件上，所述光谱仪8经由所述光纤9分别与所述采集探头7、所述同步时序发生器11和所述处理器12连接，所述同步时序发生器11与所述烧蚀部件中的脉冲激光器10连接。
在本申请实施例中，采集探头7用于对等离子体发射光进行收集，并可将收集的光耦合进光纤9，再将光信号传输至光谱仪8。光纤9可以根据所测元素选用特定的增强型光纤。同步时序发生器11通常采用DG535，主要用于控制光谱仪8和脉冲激光器10间的时序。
如图6，在本申请实施例中，底部位移平台17和顶部位移平台18表面都有螺纹孔25，用于方便安装安装杆14和固定杆26。
在本申请实施例中，本申请还提供了一种浆料均匀性检测方法，基于如上述中所述的浆料均匀性检测系统实现，所述方法包括步骤：
浆料搅拌部件搅拌浆料；
烧蚀部件产生激光烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；
信息处理部件根据所述等离子体检测浆料均匀性。
在本申请实施例中，可以根据浆料选择浆料搅拌部件的合适搅拌方式并开始搅拌。以用于增材制造的金属浆料制备为例，本申请提供的浆料均匀性检测方法具体步骤如下：
第一步：设置加热台1的温度，将粉末和粘结剂按顺序倒入容器2后打开搅拌器3进行混合，如果需要恒温加热环境，容器2中可以根据需求选择水浴加热或油浴加热等方式。
第二步：搭建烧蚀部件的光路系统。烧蚀部件的具体方案在上述浆料均匀性检测系统中已有介绍，可以根据操作平台条件自主选择。
第三步：搭建信息处理部件，采集探头7尾部与光纤9相连，光纤9另一端与光谱仪8相接，光谱仪8再连接处理器12传输采集到的数据；同步时序发生器11连接到光谱仪8与脉冲激光器10，负责控制时序。
第四步：粗调烧蚀部件的光路，使脉冲激光器10发出的准平行光经过二向色镜5反射至聚焦透镜6，再大致聚焦于搅拌平面位置，以方便后续细调。
第五步：打开搅拌器3进行搅拌，可以先将金属浆料搅拌至目测均匀后再使用LIBS检测以节约检测时间。
第六步：细调烧蚀部件的光路，通过调整聚焦透镜6的位置角度使聚焦焦点位于搅拌的金属浆料表面，可以根据采集到的光谱信号强弱微调离焦量。调整采集探头7位置，使其焦点与聚焦焦点重合，这一步可以借助指示激光器调整。
第七步：开启脉冲激光器10，连续采集光谱，每隔一段时间采集多幅光谱计算所测元素光谱波动，直至波动趋于定值即代表浆料已经混匀。
本申请提供的一种浆料均匀性检测系统及方法，采用LIBS技术能够在搅拌过程中实时、快速、远距离非接触地检测不同浆料的均匀性，且操作简单，检测精度高；实现远距离非接触式检测，更安全方便；实现实时在线检测，可以在搅拌过程中实现均匀性检测，无需静置；实现原位检测，无需其他设备容器；测量浆料种类多，可以用于不同种类，不同配比浆料均匀性检测，且可以根据需求实现多元素同时分析；近乎无损，烧蚀量为微克级别，几乎不会浪费浆料；检测速度快，精度高；节省大量时间，缩短浆料制备周期。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
总之，以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种浆料均匀性检测系统，其特征在于，包括：
浆料搅拌部件，用于搅拌浆料；
安装部件，用于安装烧蚀部件和信息处理部件；
烧蚀部件，用于烧蚀所述浆料搅拌部件中的浆料并产生等离子体；所述烧蚀部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对；
信息处理部件，用于分析所述浆料搅拌部件中浆料产生的等离子体；所述信息处理部件设置于所述安装部件上，且与所述浆料搅拌部件相对；
所述浆料搅拌部件包括：加热台、容器和搅拌器，其中，所述容器放置于所述加热台上，所述搅拌器设置于所述容器内部；
所述浆料搅拌部件还包括：挡板，所述挡板设置于所述容器内壁的预设高度处；挡板的作用是刮平容器中的浆料，使得烧蚀部件的聚焦焦点始终保持在挡板刮平的浆料表面，挡板使得搅拌中的浆料处于运动状态，避免了烧蚀部件对单个位置的反复烧蚀；
所述烧蚀部件包括：二向色镜、聚焦透镜和脉冲激光器，其中，所述二向色镜和所述聚焦透镜设置于所述安装部件上，所述脉冲激光器产生的脉冲激光经由所述二向色镜后进入所述聚焦透镜并作用于所述浆料搅拌部件中的浆料上；
所述信息处理部件包括：采集探头、光谱仪、光纤、同步时序发生器和处理器，其中，所述采集探头设置于所述安装部件上，所述光谱仪经由所述光纤分别与所述采集探头、所述同步时序发生器和所述处理器连接，所述同步时序发生器与所述烧蚀部件中的脉冲激光器连接。
2.在根据权利要求1所述的浆料均匀性检测系统，其特征在于，所述安装部件包括：透镜固定架、安装杆、底座和安装夹具，其中，所述安装杆设置于所述底座上，所述透镜固定架和所述安装夹具设置于所述安装杆上，所述烧蚀部件中的聚焦透镜设置于所述透镜固定架上，所述信息处理部件中的采集探头设置于所述安装夹具上。
3.根据权利要求2所述的浆料均匀性检测系统，其特征在于，所述安装部件还包括：底部位移平台，所述底座设置于所述底部位移平台上。
4.根据权利要求1所述的浆料均匀性检测系统，其特征在于，所述安装部件包括：固定杆、顶部位移平台、悬挂夹具、安装笼和透镜悬挂架，其中，所述固定杆设置于所述顶部位移平台上，所述悬挂夹具、所述安装笼和所述透镜悬挂架设置于所述固定杆上，所述烧蚀部件中的聚焦透镜设置于所述透镜悬挂架上，所述信息处理部件中的采集探头设置于所述悬挂夹具，所述烧蚀部件中的二向色镜设置于所述安装笼上。
5.根据权利要求4所述的浆料均匀性检测系统，其特征在于，所述安装部件还包括：固定夹具、距离传感器和直线电机，其中，所述直线电机设置于所述固定杆上，且与所述透镜悬挂架连接，所述固定夹具设置于所述固定杆上，所述距离传感器设置于所述固定夹具上。
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