一种土体微结构的层切装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土材料测试仪器领域，特别涉及一种提取土体微观结构图像的土体微结构层切装置。
【背景技术】
[0002]地基的稳定和变形是涉及到土木工程安全的重要问题，针对地基的稳定和变形问题，当前学术界在土体的宏观、细观尺度上已经进行了诸多研究，但土体的微观结构研究相对较少，从土体的微观尺度上洞察其结构属性，对于更深入地理解地基以及防范坍塌具有重要意义。
[0003]目前土体微观属性检测的研究方法大多应用扫描电子显微镜拍摄表面图像，具有分辨率高、景深相对较大的优点，但是操作复杂，只能取样到实验室中进行，在一定程度上不能满足现场测试的需要，而且只能观测土体的表面微结构。
[0004]显微镜是一种精密的光学仪器，目前已应用在众多领域，尤其是在生物学，医学，实验教学等领域。利用光学显微镜对土体的表层进行观察时，由于高倍率显微镜的成像景深极小，只能对位于焦平面内的二维土体微结构清晰成像，而偏离焦平面的微结构成像模糊，这对收集土体三维微结构信息带来了困难。如果能够对土体的微结构进行层切，然后对每个分层平面进行观察和定位，再借助图像处理技术则可以实现重建土体内部三维微结构，从而获取其内部微观结构属性参数，将为工程决策和质量改善提供丰富的信息。
[0005]为此，设计一套高精度的土体微结构层切装置是十分必要的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种土体微结构层切装置，能够以微米级的分辨率和精度对土体内部的颗粒、孔隙等结构进行剖切，形成剖切平面。
[0007]为达到本发明的目的，采用的技术方案如下:
[0008]—种土体微结构层切装置，其特征在于，所述层切装置包括机箱、微动精密定位平台、伺服驱动器、土体试样夹持器、高速铣削机构、控制板。
[0009]—种土体微结构层切装置，其特征在于，所述机箱基座和横梁，基座用于安装固定微动精密定位平台、伺服驱动器和控制板，横梁位于机箱的上部，用于安装固定高速铣削机构。
[0010]—种土体微结构层切装置，其特征在于，所述微动精密定位平台由三组电动滑台叠加装配而成，实现X、Y、Z三轴精密微运动，每一组电动滑台由滑块、导轨、精密丝杠、伺服电机构成，在控制板和伺服驱动器的控制下以微米级精度运动，其中X、Z轴方向的运动使土体试样的剖切面对准铣刀，Y轴方向的微运动使试样进给量为微米级，实现对土体试样的微结构剖切。
[0011]—种土体微结构层切装置，其特征在于，高速铣削机构由交流电机、筒夹、高速铣刀构成，高速铣刀采用钨钢制铣刀，铣削速度达到20000转/分钟，使铣削面形成的剖切面尽可能平整。
[0012]—种土体微结构层切装置，其特征在于，所述土体试样夹持器固定在微动精密定位平台上，用于夹持待测的土体试样。
[0013]—种土体微结构层切装置，其特征在于，所述控制板和所述伺服驱动器安装在机箱的前部，控制板由控制器、人机交互模块、输入输出接口、电源模块、控制软件组成，其中，所述控制器采用PLC，人机交互模块由触摸屏、显示器、指示灯组成，所述输入输出接口用于接收控制器的指令并传递给伺服驱动器和高速铣削机构；所述伺服驱动器接收所述控制器发出的控制指令，并向伺服电机输出功率。
[0014]本发明的优点为:
[0015]本发明装置基于精密定位平台和实时性控制器，微动定位和铣削精度较高，可对土体试样的微结构进行内部分层，为检测土体的微观属性提供条件。
[0016]本发明装置结构紧凑，便于放置到工程现场对土体进行剖切。
[0017]本发明装置操作方便，自动化程度较高，便于推广应用。
【附图说明】
[0018]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0019]图1是构成精密定位平台的电动滑台和伺服电机；
[0020]图2、图3、图4分别是装置中X、Y、Z轴精密定位平台；
[0021]图5是装置中的土体试样夹持器；
[0022]图6是装置中的精密定位平台与夹持器的装配体；
[0023]图7是装置中的机箱；
[0024]图8是装置中的精密定位平台、夹持器、机箱的装配体；
[0025]图9是装置中的高速铣削机构；
[0026]图10是装置中的精密定位平台、夹持器、机箱及高速铣削机构的装配体；
[0027]图11是装置中的精密定位平台、夹持器、机箱及高速铣削机构的装配体的前视图，其中，A1:机箱基座；A2:横梁:X轴微动平台及伺服电机；B2:Z轴微动平台及伺服电机；B3:Y轴微动平台及伺服电机；C1:试样夹持器；D1:高速铣削机构的电机；D2:铣刀
[0028]图12是控制板和伺服驱动器；以及
[0029]图13是整机装配图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图1-13详细说明本发明的使用方式。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0031]本发明装置的装配过程为:首先，利用图1所示的电动滑台作为X轴、Y轴、Z轴精密定位平台，如图2、图3、图4所示，与图5所示的土体试样夹持器装配起来形成如图6所示的装配体。然后，将图6所示的装配体安装固定于图7所示的机箱基座中，如图8所示。接着，装上机箱上部的横梁，并将图9所示的高速铣削机构安装固定于横梁上，形成的装配体如图10所示，其前视图如图11所示。最后，将图12所示的控制板和伺服驱动器安装到机箱前部，完成整机装配，如图13所示。
[0032]设备使用:
[0033]在关闭电源的情况下，将土体试样固定在试样夹持器中；
[0034]将高速铣刀安装到铣削机构的筒夹中并锁紧；
[0035]打开电源，在控制板的触摸屏上输入铣削电机启动指令并调整合适的转速；
[0036]在控制板的触摸屏上输入精密定位平台运动指令，使铣刀刚好接触试样；
[0037]在控制板的触摸屏上输入剖切层数设定值和剖切启动指令，使系统进入剖切模式，此时以5微米步距进给铣削第一个剖切面并记忆该剖切面的位置，然后降低试样和移除试样进行检测，检测完毕将试样移动到记忆的位置，再以5微米步距进给铣削第二个剖切面并记忆该剖切面的位置，如此重复直到完成所设定剖切层数的铣削并降低试样；
[0038]在控制板的触摸屏上输入铣削电机停止指令，卸下铣刀，最后关闭电源。
[0039]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种土体微结构层切装置，其特征在于，所述层切装置包括机箱、微动精密定位平台、伺服驱动器、土体试样夹持器、高速铣削机构、控制板。2.根据权利要求1所述的土体微结构层切装置，其特征在于，所述机包括箱基座和横梁，基座用于安装固定微动精密定位平台、伺服驱动器和控制板，横梁位于机箱的上部，用于安装固定高速铣削机构。3.根据权利要求1所述的土体微结构层切装置，其特征在于，所述微动精密定位平台由三组电动滑台叠加装配而成，实现X、Y、Z三轴精密微运动，每一组电动滑台由滑块、导轨、精密丝杠、伺服电机构成，在控制板和伺服驱动器的控制下以微米级精度运动，其中x、z轴方向的运动使土体试样的剖切面对准铣刀，Y轴方向的微运动使试样进给量为微米级，实现对土体试样的微结构剖切。4.根据权利要求1所述的土体微结构层切装置，其特征在于，高速铣削机构由交流电机、筒夹、高速铣刀构成，高速铣刀采用钨钢制铣刀，铣削速度达到20000转/分钟，使铣削面形成的剖切面尽可能平整。5.根据权利要求1所述的土体微结构层切装置，其特征在于，所述土体试样夹持器固定在微动精密定位平台上，用于夹持待测的土体试样。6.根据权利要求1所述的土体微结构层切装置，其特征在于，所述控制板和所述伺服驱动器安装在机箱的前部，控制板由控制器、人机交互模块、输入输出接口、电源模块、控制软件组成，其中，所述控制器采用PLC，人机交互模块由触摸屏、显示器、指示灯组成，所述输入输出接口用于接收控制器的指令并传递给伺服驱动器和高速铣削机构；所述伺服驱动器接收所述控制器发出的控制指令，并向伺服电机输出功率。
【专利摘要】本发明公开了一种土体微结构层切装置，由机箱、微动精密定位平台、伺服驱动器、土体试样夹持器、高速铣削机构、控制板组成。其特征是：通过精密定位平台使土体试样在铣刀下做X、Y、Z三轴微米级精度运动，使多次剖切过程中每一个剖切点都对准同一个位置，同时以微米级分辨率进给铣削，使土体的微结构被铣削为多个剖切面；同时，采用高速铣削机构使铣削形成的剖切面尽可能平整，近乎为平面，方便检测。本发明装置通过控制板的触摸屏输入剖切层数设定值和剖切启动指令，系统即可进入自动剖切模式，完成所设定剖切层数的铣削，其主要优点是精度高、自动化，土体试样剖切面的间距小于试样的微结构尺度，结构紧凑方便操作使用。
【IPC分类】G01N1/28
【公开号】CN105258990
【申请号】CN201510651550
【发明人】黄林冲, 余金栋
【申请人】中山大学, 广东建设职业技术学院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月30日