CN114440795A - 散粒体物料休止角自动测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及休止角测定技术领域，具体公开了一种散粒体物料休止角自动测试装置；包括底板、储料盒、安装架和处理系统，所述储料盒和安装架水平设置在底板上，所述安装架的上端设置有沿储料盒中心线方向移动的移动组件，所述移动组件上设置垂直朝下设置的激光测距模块，所述激光测距模块与处理系统电性连接；本发明提出的散粒体物料休止角的测试依托于激光测距模块测得的物料坡面上大量不同位置的连续数据，能准确的获取物料坡面不同位置的高度数据，使测试结果准确度高，而且通过对储料盒结构的设计使其能够实现多种不同粒径的散粒体物料休止角的测定；整个物料休止角的测定操作简单、测量方便、测试结果准确。

Description

散粒体物料休止角自动测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及休止角测定技术领域，具体公开了一种散粒体物料休止角自动测试装置。

背景技术

休止角作为能够反映散粒体堆积规律的一个重要参数，是指散粒体物料从某一高度连续自然地落到平面上时，堆积成的圆锥体母线与底平面的夹角。散粒体物料的休止角体现了物料本身内部的摩擦特性及其与接触表面的摩擦特性，研究休止角对了解散粒体物料的堆积问题具有重要意义。目前，散粒体物料的休止角一般采用测试装置测试获得。具体操作时将被测散粒体物料用投料装置在一定的高度令其落在平面上自然堆积，多次测量其底面直径与锥顶高度，并求得二者的平均值，最后计算休止角，此方法不仅操作麻烦，而且底面半径和圆锥高度数据获取存在较大误差，所得测量结果精度低，参考价值不大。

申请号为2021100259815的发明专利公开了一种可全景测量的中粒料休止角测定仪，包括骨料筒、可动支撑架、固定支撑架、激光发射器、测量板和全景拍摄架，骨料筒顶部设有进料口且底部设有出料口，骨料筒底部设有封口插板，封口插板底部设有摄像机固定槽，骨料筒设在可动支撑架中部，可动支撑架设在固定支撑架上且通过第一锁紧结构锁紧，激光发射器设在固定支撑架上且通过第二锁紧结构锁紧，测量板设在骨料筒下方，全景拍摄架包括环形轨道和多个直轨道，环形轨道和直轨道上均设有多个摄像机卡口；该发明公开的中粒料休止角测定仪虽然从多个角度全景测量颗粒堆积休止角，建立三维堆积体图像，并测得平均休止角，得到更具真实性、代表性和准确性的休止角；但是整个设备制备成本较高，而且建立的三维堆积体图像仍需要测量其倾斜角（即休止角）。因此，针对现有散粒体物料休止角测定装置以及方法的上述不足，本申请提出了一种全新思路设计的散粒体物料休止角自动测试装置。

发明内容

本发明的目的是设计了一种散粒体物料休止角自动测试装置及其测试方法，使得该装置通过移动块带动激光测距模块，以一种距离扫描的方法，得到散粒体物料坡面每一点的高度数据，继而发送到上位机直线拟合计算出散粒体物料的休止角。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种散粒体物料休止角自动测试装置，包括底板、储料盒、安装架和处理系统，所述储料盒和安装架水平设置在底板上，且储料盒上插设有挡板，所述安装架的上端设置有沿储料盒中心线方向移动的移动组件，所述移动组件上设置垂直朝下的激光测距模块，所述激光测距模块与处理系统电性连接。

作为上述方案的具体设置，所述移动组件包括与安装架固定连接的横梁，所述横梁上设置有沿储料盒中心线方向移动的移动块以及用于驱动移动块的传动机构，所述激光测距模块安装在移动块上。驱动机构通过驱动移动块沿着横梁匀速直线运动，然后通过激光测距模块完成对散粒体物料坡面的倾斜角测量。

作为上述方案的具体设置，所述传动机构为滚珠丝杆传动机构，所述移动块上开设有与滚珠丝杆传动机构相匹配的螺纹孔；上述仅为传动机构的一种设计方式，本发明中的传动机构不仅限于滚珠丝杆传动机构一种形式。

作为上述方案的具体设置，所述储料盒包括镜像对称设置的外、中、内三组侧板，所述侧板的后端部可拆卸连接有端板，所述侧板的前端插设有挡板；上述储料盒有三组侧板组成，在进行休止角的测量时可根据不同种类、不同容积、不同粒径的散粒体物料选择合适的一组侧板形成储料盒的不同大小的容积空间，使其满足多种类粒径不同的散粒体物料休止角的测定条件要求。

作为上述方案的具体设置，所述端板上连接有连接板，所述连接板通过连接件与安装架相连接；上述通过连接板的设置能够将整个储料盒稳定与安装架、底板相连接。

作为上述方案的具体设置，所述侧板的前端上表面均开设有凹槽，所述挡板的下表面设置有与每个凹槽相匹配的凸起，所述挡板通过凸起与凹槽的作用插设在侧板前端；上述凹槽、凸起的设置使得挡板通过凸起与凹槽的配合作用插设在三组侧板的前端。

一种使用上述散粒体物料休止角自动测试装置的测试方法，包括如下步骤：

1）将散粒体物料填入储料盒，沿底板垂直方向提升挡板，使得散粒体物料自然滑落并静止，形成自然的休止角坡面；

2）接通电源，激光测距模块沿储料盒中心线方向匀速直线运动，逐点扫描储料盒中散粒体物料的坡面，得到一组坡面不同位置高度数据；

3）处理系统采用直线拟合方法拟合坡面高度数据，得到散粒体物料坡面的坡度角，即为所测散粒体物料的休止角。

与已公开技术相比，本发明的优点包括:

1）本发明提出的散粒体物料休止角的测试依托于激光测距模块测得的物料坡面上大量不同位置的连续数据，能准确的获取物料坡面不同位置高度数据，使测试结果准确度高。

2）本发明通过对储料盒结构的设计使其能够实现多种不同粒径的散粒体物料休止角的测定。

3）本发明公开的自动测试装置在进行散粒体物料休止角的测量时，其操作简单、测量方便、测试结果准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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他的附图。

图1为本发明中散粒体物料休止角自动测试装置的立体结构示意图；

图2为本发明中底板、储料盒的立体结构示意图

图3为本发明中滚珠丝杆传动机构、激光测距模块的立体结构示意图；

图4为本发明中储料盒中散粒体物料堆积的结构示意图；

图5为本发明中测控模块连接示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1~5，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1公开了一种散粒体物料休止角自动测试装置，参考附图1，该装置的主体包括安装架1、底板5、储料盒3以及处理系统。其中，安装架1与储料盒3水平设置，将安装架1的下端与底板5相连接，并将储料盒3设置在底板5的上表面。

在具体设置时该储料盒3的具体结构参考附图2，其包括三组侧板和端板3a，三组侧板分别是外侧板3b和3g、中层侧板3c和3f、内层侧板3d和3e，端板3a与三组侧板的后端相连接，并将端板3a与安装架1的下端相连接。同时还在三组侧板的前端插设有挡板3h，在设置时为了方便挡板3h插入三组侧板中，在三组侧板的前端上表面均开设有凹槽，挡板3h的下表面设置有与每个凹槽相匹配的凸起，使得挡板3h通过凸起与凹槽的配合作用插设在三组侧板的前端。在进行休止角的测量时可根据不同种类、不同容积、不同粒径的散粒体物料选择合适的一组侧板形成储料盒3的不同大小、形状的容积空间，使其满足多种类、粒径不同的散粒体物料休止角的测定条件要求，通过抽走挡板3h使散粒体自然滑落并静止在底板5的上表面。

参考附图1和附图3，在位于储料盒3中心线正上方的安装架1上连接有滚珠丝杆传动机构以及激光测距模块6。具体设置时该滚珠丝杆传动机构包括与安装架1上端相连接的机架横梁1b、步进电机2、滚珠丝杆8、螺母块9和支撑端7，其中步进电机2和支撑端7分别设置在机架横梁1b的两端，滚珠丝杆8的一端与步进电机2的输出轴相连接，另一端与支撑端7转动连接。螺母块9与滚珠丝杆8相匹配，并将激光测距模块6与螺母块9相连接，并使得激光测距模块6垂直向储料盒3中心线的方向设置。本实施例中的滚珠丝杆传动机构由步进电机2提供动力，滚珠丝杆8可将步进电机2提供的回转运动转为直线运动，激光测距模块6通过安装于螺母块9上完成匀速移动，从而实现了激光测距模块6沿着储料盒3中心线的方向匀速直线运动的过程。当然，本实施例1中用于实现激光测距模块6沿着储料盒3中心线的方向匀速直线运动的传动方式不仅限于上述结构，还可通过像气缸、电动推杆等方式只要满足匀速、直线运动均可。

最后，本实施例中的处理系统为现有技术，其包括微控制器STM32F103ZET6 300、电源100、电源降压模块200、电机驱动模块400、用于发送所测数据的HC05蓝牙模块500以及上位机，其中电源100经降压模块200连接于微控制器STM32F103ZET6 300，微控制器STM32F103ZET6 300经电机驱动模块400连接于步进电机2，激光测距模块6与HC05蓝牙模块500分别连接于微控制器STM32F103ZET6 300（具体连接测控模块的连接示意图可参考附图5）。

实施例2

实施例2公开了一种使用上述休止角自动测试装置对散粒体物料进行休止角测量的使用方法，其主要步骤如下：

步骤一：先将散粒体物料填入储料盒3，然后垂直向上抽出挡板3h，待散粒体物料自然滑落并静止形成自然的休止角坡面。

步骤二：接通电源，激光测距模块6在滚珠丝杆传动机构的作用下沿着储料盒3的中心线匀速直线运动，并在运动的过程中逐点扫描位于储料盒3中散粒体物料的坡面，得到一组坡面数据（可参考附图4）。

步骤三：通过HC05蓝牙模块500将该组数据发送至上位机处理，采用直线拟合方法拟合坡面数据，得到散粒体物料坡面的坡度角α，即为所测散粒体物料的休止角。

综合实施例1和实施例2的相关技术方案，本发明公开的是以一种距离扫描的方法，得到散粒体物料坡面每一点的高度数据，继而发送到上位机直线拟合计算出散粒体物料的休止角；该休止角自动测试装置使得对散粒体物料的测量更加方便，并且解决了直接测量底面半径和圆锥高度存在较大误差的问题，使得测得的散粒体物料休止角的精度更高。

以上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 (7)

1.一种散粒体物料休止角自动测试装置，包括底板、储料盒、安装架和处理系统，其特征在于，所述储料盒和安装架水平设置在底板上，且储料盒上插设有挡板，所述安装架的上端设置有沿储料盒中心线方向移动的移动组件，所述移动组件上设置垂直朝下的激光测距模块，所述激光测距模块与处理系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的散粒体物料休止角自动测试装置，其特征在于，所述移动组件包括与安装架固定连接的横梁，所述横梁上设置有沿储料盒中心线方向移动的移动块以及用于驱动移动块的传动机构，所述激光测距模块安装在移动块上。

3.根据权利要求2所述的散粒体物料休止角自动测试装置，其特征在于，所述传动机构为滚珠丝杆传动机构，所述移动块上开设有与滚珠丝杆传动机构相匹配的螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的散粒体物料休止角自动测试装置，其特征在于，所述储料盒包括镜像对称设置的外、中、内三组侧板，所述侧板的后端部可拆卸连接有端板，所述侧板的前端插设有挡板。

5.根据权利要求4所述的散粒体物料休止角自动测试装置，其特征在于，所述端板上连接有连接板，所述连接板通过连接件与安装架相连接。

6.根据权利要求4所述的散粒体物料休止角自动测试装置，其特征在于，所述侧板的前端上表面均开设有凹槽，所述挡板的下表面设置有与每个凹槽相匹配的凸起，所述挡板通过凸起与凹槽的作用插设在侧板前端。

7.一种使用权利要求1~6任一项所述散粒体物料休止角自动测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将散粒体物料填入储料盒，沿底板垂直方向提升挡板，使得散粒体物料自然滑落并静止，形成自然的休止角坡面；

2）接通电源，激光测距模块沿储料盒中心线方向匀速直线运动，逐点扫描储料盒中散粒体物料的坡面，得到一组坡面不同位置高度数据；

3）处理系统采用直线拟合方法拟合坡面高度数据，得到散粒体物料坡面的坡度角，即为所测散粒体物料的休止角。

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