申请/专利权人：济南大学

申请日：2018-12-03

公开（公告）日：2023-11-21

公开（公告）号：CN109341599B

主分类号：G01B11/26

分类号：G01B11/26;G01N11/00;G01N15/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.11.21#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2019.02.15#公开

摘要：本公开公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定方法和装置，包括：矩形容器中放置有带测量休止角的粉体物料，所述矩形容器固定在悬架上；自动移动组件与矩形容器非接触且在动力的带动下沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动，激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。本公开的休止角的获得是通过测量高度，从而得到正切值，通过正切定理，求得堆积角度，而现有文献多数是直接测量休止角，本公开的测得的休止角更准确。

主权项：1.利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，包括：矩形容器中放置有带测量休止角的粉体物料，所述矩形容器固定在悬架上；自动移动组件与矩形容器非接触且在动力的带动下沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动，激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角；所述悬架的一端固定在立柱上，另一端悬空，所述立柱固定在底座上，所述底座与悬架平行，所述立柱与底座与悬架垂直连接；所述自动移动组件包括电机，所述电机的输出端连接至联轴器，所述联轴器连接至丝杠，所述丝杠与滑块构成滚珠丝杆螺母副，导柱与丝杠平行布置，所述丝杠在电机的带动下转动，从而带动滑块沿导柱上下移动，滑块和移动悬架是固连在一起的，两者同时上下移动；所述移动悬架的长度大于矩形容器的长度，且在移动悬架的超出矩形容器的位置处分别设置有激光发射器及激光接收器；在所述移动悬架超出矩形容器的一端设置有激光测距器接收端，激光测距器接收端正下方且位于底座上的位置设置有激光测距器，激光测距器接收端及激光测距器构成激光检测组件；所述激光发射器、激光接收器、电机、激光测距器均连接至控制器，当移动悬架移动到粉体顶端时，激光发射器的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，控制器获得一个输入信号，控制电机停止转动，测量此时激光测距器接收端和激光测距器之间的高度；所述粉体物料的高度H的计算公式为：H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光测距器的高度；所述控制器与利用非接触式粉体物料休止角测定装置相连，控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动；控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度计算得到粉体物料的休止角。

全文数据：利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定方法和装置技术领域本公开涉及机械测量技术领域，特别是涉及利用非接触式粉体物料休止角测定装置及方法。背景技术粉体物料的流动性测定具有重要的实际意义和研究价值。休止角是表征物料流动特性和摩擦特性的重要参数，休止角的准确测量是一个技术难点。公开人发现现有技术中存在采用一个下端开口的准二维矩形容器来测量休止角。首先在矩形容器中填满粉末，将上表面用刮板刮平。然后将下端开口打开，粉体会自由下落，下落结束后，会形成两个对称的堆积角度。此时，底面的长度L是已知的，只要得到高度H就可以得到休止角度的正切值，从而得到休止角。目前，可以采用手工测量的方法测量高度，但是存在两个问题，一是测量不准确，二是测量过程中很容易碰到矩形容器，从而影响测量准确性。目前检索到的自动测量技术与本公开技术方案的区别在于：1，本公开技术方案的休止角是一个粉体片层的休止角，而现有的休止角度都是一堆粉体堆垛的休止角，本公开技术方案的休止角更易于测量。2，本公开技术方案的休止角的获得是通过测量高度，从而得到正切值，通过正切定理，求得堆积角度，而现有文献多数是直接测量休止角，本公开技术方案的测得的休止角更准确。公开内容为了解决现有技术的不足，本公开提供了利用非接触式粉体物料休止角测定装置，能够实现粉体物料的自动测量，另外，由于采用非接触式的测量方式，测量精度较高。利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，包括：矩形容器中放置有带测量休止角的粉体物料，所述矩形容器固定在悬架上；自动移动组件与矩形容器非接触且在动力的带动下沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动，激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。进一步的技术方案，所述悬架的一端固定在立柱上，另一端悬空，所述立柱固定在底座上，所述底座与悬架平行，所述立柱与底座与悬架垂直连接。进一步的技术方案，所述自动移动组件包括电机，所述电机的输出端连接至联轴器，所述联轴器连接至丝杠，所述丝杠与滑块构成滚珠丝杆螺母副，导柱与丝杠平行布置，所述丝杠在电机的带动下转动，从而带动滑块沿导柱上下移动，滑块和移动悬架是固连在一起的，两者同时上下移动。进一步的技术方案，所述移动悬架的长度大于矩形容器的长度，且在移动悬架的超出矩形容器的位置处分别设置有激光发射器及激光接收器。进一步的技术方案，在所述移动悬架超出矩形容器的一端设置有激光测距器接收端，激光测距器接收端正下方且位于底座上的位置设置有激光测距器，激光测距器接收端及激光测距器构成激光检测组件。进一步的技术方案，激光发射器、激光接收器、电机、激光测距器均连接至控制器，当移动悬架移动到粉体顶端时，激光发射器的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，控制器获得一个输入信号，控制电机停止转动，测量此时激光测距器接收端和激光测距器之间的高度。进一步的技术方案，粉体物料的高度H的计算公式为：H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光激光测距器的高度。进一步的技术方案，激光测距器接收端为一底板。本公开的实施例子还公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定系统，包括控制器，所述控制器与利用非接触式粉体物料休止角测定装置相连，控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动；所述控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。本公开的实施例子还公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定方法，包括：控制器控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，激光发射器发出的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，此时，控制器控制电机停止移动；控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角；其中，H为粉体物料的高度，L为矩形容器的底面的长度；H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光激光测距器的高度。与现有技术相比，本公开的有益效果是：与现有测量技术相比，本公开存在两个明显的优点：1，本公开的休止角是一个粉体片层的休止角，而现有的休止角度都是一堆粉体堆垛的休止角，本公开的休止角更易于测量。2，本公开的休止角的获得是通过测量高度，从而得到正切值，通过正切定理，求得堆积角度，而现有文献多数是直接测量休止角，本公开的测得的休止角更准确。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本公开实施例子的整体结构示意图；图2为本公开实施例子的滚珠丝杆螺母副示意图；图3为本公开实施例子的测量过程示意图；图4为本公开实施例子的滚珠丝杆螺母测量过程示意图；图中，1.矩形容器，2、移动悬架，3、激光发射器，4、激光测距器接收端，5、激光接收器，6、激光测距器，7、导柱，8、丝杠，9、滑块，10、底座，11、立柱，12、悬架，14、联轴器，15、电机。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合。本公开的一种典型的实施例子中，如图1所示，公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，采用激光测距的方法自动测量粉体高度。为了实现激光自动测量粉体高度，需要三个组件来实现，包括自动移动部件，激光检测组件和激光测距组件。其中，自动移动组件包括移动悬架2、导柱7、丝杠8、滑块9、联轴器14、电机15。激光检测组件包括：激光发射器3及激光接收器5。激光测距组件包括激光测距器接收端4、激光测距器6。矩形容器1固定在悬架2上，悬架2的一端固定在立柱11上，另一端悬空，所述立柱11固定在底座10上，所述底座10与悬架2平行，所述立柱与底座与悬架垂直连接。如图2所示，导柱7起导向作用，丝杠8和滑块9构成滚珠丝杆螺母副，丝杠8在电机的带动下缓慢转动，从而带动滑块9缓慢移动，滑块9和移动悬架2是固链在一起的，两者同时移动，激光发射器3和激光接收器5分别安装在移动悬架的两端。移动悬架的一端还设置有激光测距器接收端，此处，激光测距器接收端可以设置在移动悬架的左端也可以设置在右端，底座上设置有激光测距器，激光测距器位于激光测距器接收端的正下方。具体工作时，如图3、4所示，粉体堆积完成后，移动悬架2在滚珠丝杆螺母副的带动下自上而下移动，此时，激光发射器3的激光信号被激光接收器5接收。当移动悬架2移动到粉体顶端时，激光发射器3的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器5未能接收到，此时PLC获得一个输入信号，使得电机15停止转动。测量此时激光测距器与激光测距器接收端4的高度，通过简单换算得到H。其中：H＝h1+h4-h3+h2其中，H是片层三角形粉体高度，h1是激光测距器接收端4和激光测距器6之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是工作台面和片层三角形粉体底部之间的高度，h4是激光激光测距器6的高度。在具体实施时，移动悬架2必须缓慢移动，避免因为系统响应时间过长而造成自动移动部件准停不及时，从而导致测量误差。精密调节激光发射器3和激光接收器5的灵敏度，防止出现误操作，同时防止激光发射器3和激光接收器5的不够灵敏导致的测量误差。调整好移动悬架2与激光发射器3和激光接收器5之间的响应时间，通过多次试验标定移动悬架2的延迟响应行程，降低其延迟响应对测量高度H的影响。本公开的实施例子还公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定系统，包括控制器，所述控制器与利用非接触式粉体物料休止角测定装置相连，控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动；所述控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。本公开的实施例子还公开了利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定方法，包括：控制器控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，激光发射器发出的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，此时，控制器控制电机停止移动；控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角；其中，H为粉体物料的高度，L为矩形容器的底面的长度；H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光激光测距器的高度。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

权利要求：1.利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，包括：矩形容器中放置有带测量休止角的粉体物料，所述矩形容器固定在悬架上；自动移动组件与矩形容器非接触且在动力的带动下沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动，激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。2.如权利要求1所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，所述悬架的一端固定在立柱上，另一端悬空，所述立柱固定在底座上，所述底座与悬架平行，所述立柱与底座与悬架垂直连接。3.如权利要求1所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，所述自动移动组件包括电机，所述电机的输出端连接至联轴器，所述联轴器连接至丝杠，所述丝杠与滑块构成滚珠丝杆螺母副，导柱与丝杠平行布置，所述丝杠在电机的带动下转动，从而带动滑块沿导柱上下移动，滑块和移动悬架是固连在一起的，两者同时上下移动。4.如权利要求3所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，所述移动悬架的长度大于矩形容器的长度，且在移动悬架的超出矩形容器的位置处分别设置有激光发射器及激光接收器。5.如权利要求4所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，在所述移动悬架超出矩形容器的一端设置有激光测距器接收端，激光测距器接收端正下方且位于底座上的位置设置有激光测距器，激光测距器接收端及激光测距器构成激光检测组件。6.如权利要求5所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，激光发射器、激光接收器、电机、激光测距器均连接至控制器，当移动悬架移动到粉体顶端时，激光发射器的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，控制器获得一个输入信号，控制电机停止转动，测量此时激光测距器接收端和激光测距器之间的高度。7.如权利要求6所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，粉体物料的高度H的计算公式为：H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光激光测距器的高度。8.如权利要求5所述的利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定装置，其特征是，激光测距器接收端为一底板。9.利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定系统，其特征是，包括控制器，所述控制器与利用非接触式粉体物料休止角测定装置相连，控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，停止移动；所述控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角。10.利用激光测高的非接触式粉体物料休止角测定方法，其特征是，包括：控制器控制自动移动组件与矩形容器非接触且沿着矩形容器自上之下移动，当移动至粉体物料的最高的位置时，激光发射器发出的激光信号由于粉体的阻隔，激光接收器未能接收到，此时，控制器控制电机停止移动；控制器控制激光检测组件测量激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，继而获得粉体物料的高度，再根据矩形容器的底面长度即可得到粉体物料的休止角；其中，H为粉体物料的高度，L为矩形容器的底面的长度；H＝h1+h4-h3+h2其中，h1是激光测距器接收端和激光测距器之间的高度，h2是激光测距器接收端和激光中轴线之间的高度，h3是底座台面和粉体物料底部之间的高度，h4是激光激光测距器的高度。

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