一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种面向图像测量的具有分层缓冲特性的微小片状颗粒采样装置。该装置采用模块化设计方法，包括颗粒采样板、标定板固定板和采样板固定基座三个模块。颗粒采样板与标定板固定板通过固定孔进行贴合，然后安装在采样板固定基座上。片状颗粒从颗粒采样板中的进料块落入采样装置，通过颗粒进料块的倾斜角度、分筛柱区以及梯形槽斜边控制颗粒落入的缓冲、分散防堆叠和方向，使得颗粒能散落在颗粒承接块上。通过图像传感器采集颗粒厚度与标定板图像，然后采用风送方式在颗粒进料块处向内送风，将颗粒承接块上的颗粒吹向两边的出口区域，并通过采样板固定基座上的中空区将吹出的颗粒掉入至接料箱中，完成颗粒采样和出料。
【专利说明】
一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置
技术领域
[0001]本发明属于颗粒形态参数测量的技术领域，特别是涉及一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置。
【背景技术】
[0002]颗粒形态信息能够描述颗粒的外观情况，是影响颗粒材料性能及其物理、化学特性的重要指标参数。对颗粒形态参数进行高精度与自动化测量，在食品加工、工业生产、生物医药等行业具有重要的应用研究价值和经济价值。因此，提高颗粒形态参数测量的效率，也就能够有效提升其评价和生产效率。
[0003]针对微小片状颗粒的形态信息测量，目前已发展了多种测量方法和测量仪器。其中，传统方法是通过人工方式采用千分尺来进行测量，这种方法的效率低下且难以保证测量精度。激光测量方法能够提高测量的准确度，但在某些特定应用环境中，激光照射可能改变颗粒材料的属性；且对含能颗粒材料来说，激光照射还可能引起火灾甚至造成爆炸的灾难。图像测量方法则通过非接触方式展现颗粒的形态信息，测量精度高、操作方便且不会对颗粒本身造成任何影响，是一种较为理想的颗粒形态参数测量方法。图像测量方法也能为颗粒形态参数的自动化测量提供良好的技术手段。
[0004]对于片状颗粒，在图像传感器的观测条件下，能够容易获取颗粒的二维平面投影图像信息，而其厚度信息则相对较难获取。现有解决手段是采用斜投影方法，调整颗粒的光学显微图像传感器观测角度，结合投影变换计算颗粒的厚度，但这种方法容易受到显微图像传感器放大倍数、分辨力等因素的影响，难以进行自适应调整，且操作不方便。另外，在颗粒形态参数的测量过程中，由于颗粒在下落后，会在落入的接触面上形成弹跳，从而造成难以控制颗粒落点的难题，即难以控制颗粒有效地自动落入图像传感器视场范围。为高效率地解决基于图像测量的颗粒厚度测量问题，本发明提出了一种新的微小片状颗粒采样装置。该装置可实现颗粒的在线自动采样、落点控制和防堆叠，能够为颗粒厚度的图像测量建立良好的图像采集平台。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决基于图像分析的厚度测量技术中微小片状颗粒的采样问题，提出了一种面向图像测量且具有分层缓冲特性的微小片状颗粒采样装置。该装置采用模块化设计，能够为片状颗粒的厚度测量提供良好的图像采集视场。
[0006]为实现上述目的，本发明设计的技术方案示意图如图1所示。所发明的模块化采样装置包括三个模块，分别是颗粒采样板、标定板固定板和采样板固定基座。颗粒采样板实现颗粒的进料、分筛、缓冲、采样和出料功能；标定板固定板用于标定板的安装固定，为颗粒厚度测量提供参考信息；采样板固定基座用于固定颗粒采样板，使装置保持稳定。
[0007]所述的模块化采样装置是将标定板固定板和颗粒采样板通过固定孔贴面安装在一起，再将贴合的模块板安装在采样板固定基座上。
[0008]所述的颗粒采样板采用的是组合结构，涉及颗粒采样基板、颗粒进料块、颗粒分筛柱区、颗粒承接块、遮挡块、承接台、固定孔以及入、出口区域。其中，颗粒承接块和遮挡块采用光学玻璃材料，颗粒分筛柱采用不锈钢圆柱材料，其余结构采用有机玻璃材料。
[0009]所述的标定板固定板采用的是凹形结构，涉及标定板基板、标定板卡槽、标定板和固定孔，其中标定板为光学玻璃材料，其余采用有机玻璃材料。
[0010]所述的采样板固定基座采用的是开槽结构，涉及基座、卡槽、固定支架、中空区和接料箱。基座和固定支架采用不锈钢材料，接料箱采用塑料材料。
[0011]所述的分层缓冲特性是指颗粒落入采样板中的颗粒进料块实现第一层缓冲，通过分筛柱区的两层圆柱排列结构实现第二层缓冲，降低颗粒下降时的能量，并通过倾斜槽边控制颗粒落入的方向，使得颗粒能尽可能地落至颗粒承接块上。
【附图说明】
[0012]图1是微小片状颗粒采样装置的技术方案示意图。
[0013]图2是微小片状颗粒的采样板结构图。
[0014]图3是微小片状颗粒的标定板固定板结构图。
[0015]图4是微小片状颗粒的采样板固定基座结构图。
【具体实施方式】
[0016]本发明的采样对象是微小片状颗粒，其厚度分布在0.2?0.5mm的范围内。当颗粒从空中下落时，会在落入的接触面上形成弹跳反应，这就造成难以控制颗粒落在图像传感器的视场范围内。当多个颗粒同时落入时，也可能形成颗粒之间的相互堆叠，这就造成后续难以进行颗粒间的图像分割，影响图像测量的精度。为解决颗粒厚度测量的难题，所发明的采样装置能够实现多个颗粒的自动化采集，并通过分层缓冲结构实现颗粒落入区域的有效控制，获取颗粒图像后能够方便地清理出采样装置，以便进行下一批次的颗粒厚度测量。为达到此目标，采用了模块化设计方法，设计了颗粒采样板、标定板固定板和采样板固定基座三个模块，模块组合形式是将颗粒采样板与标定板固定板进行贴合，然后再安装在采样板固定基座上，从而构造成整个采样装置。
[0017]针对颗粒采样板，其结构示意如图2所示，其【具体实施方式】是:
[0018](I)选择一块尺寸较大的长方形有机玻璃作为颗粒采样基板，可采用的参考尺寸是长为100mm、宽为80mm、厚度为4.5mm。
[0019](2)在采样基板的中间上面，连接了一 U形斜槽，该槽作为颗粒进料块与采样基本间成60度夹角，控制颗粒的落入方向和减缓颗粒落入的能量，实现第一层的颗粒落入缓冲，该进料块与采样基板的连接处即为颗粒入口区域，参考尺寸为18mm。
[0020](3)在采样基板的中间位置进行划隔，在正面抠出一厚度为1.5mm的梯形凹槽和长方形凹槽。梯形凹槽与颗粒入口区域连接，左右倾斜边可控制颗粒的落入方向，倾斜边与水平面的角度可根据实际情况调整，典型值为60度。在梯形凹槽的上部嵌入两排颗粒分筛不锈钢圆柱，上排有6个圆柱，下排有5个圆柱，形成分筛柱区，实现第二层的颗粒落入缓冲。圆柱的直径为1mm，水平间隔为2mm，垂直间隔为3mm。在长方形凹槽中的下方保留一承接台，将基于厚度为1.5mm、边长为8mm的正方形光学玻璃颗粒承接块置于此承接台上。在颗粒承接块的四周形成空的颗粒出口区域，该出口区域的开口参考长度为14_，即颗粒承接块左右有3_的空域。
[0021](4)在采样基板的中间位置进行划隔，在背面的虚线区域内抠出一厚度为3_的长方形凹槽，长X宽为30mmX20mm ;再将相同尺寸的光学玻璃嵌入至该位置处，此光学玻璃作为遮挡板，用于测量颗粒厚度图像的无干扰透光背景。
[0022](5)在采样基板的两边钻孔，形成参考直径为2mm固定孔。
[0023]针对标定板固定板，其结构示意如图3所示，其【具体实施方式】是:
[0024](I)选择一块尺寸稍小的长方形有机玻璃作为标定板基板，可采用的参考尺寸是长为60mm、宽为35mm、厚度为7mm。
[0025](2)在标定板基板的中间位置抠出一区域，形成凹形卡槽结构，即为标定板卡槽，该卡槽的长为50mm,宽为25mm,厚度为3mm。标定板尺寸为50mmX 50mm的正方形，厚度为3mm,标定板中的正方形黑白块尺寸为0.5mmX0.5mm。标定板放置于该卡槽内，固定标定板的卡槽突出部分长度为5mm，
[0026](3)在标定板基板的两边钻孔，形成参考直径为2mm固定孔。该固定孔的位置与采样基本中的固定孔位置保持一直，便于两者之间的贴合固定。
[0027](4)标定板固定板中的虚线标注区域表示采样基板中的遮挡块区域，即当标定板固定板和采样基板贴合在一起时，图像传感器视场范围内的颗粒采样区域为光学玻璃，以确保透光效果。
[0028]针对采样板固定基座，其结构示意如图4所示，其【具体实施方式】是:
[0029](I)选择一块长方形不锈钢作为采样板固定基座，可采用的参考尺寸是长为100mm、宽为20mm、厚度为15mm。该固定基座放置在两边的固定支架上。固定支架的形态和尺寸可根据情况灵活调整，能达到固定采样装置的目的即可，典型地采用宽度为15_的条形结构，并通过螺丝与此基座固定。
[0030](2)在采样板固定基座中间进行开槽,该槽的宽度为4.5mm,深度为1mm,颗粒采样板即固定于该槽内。
[0031](3)在槽中的中间抠出一中空区，该中空区长度为14_，宽为4.5mm，并在中空区的下方放置接料箱。该接料箱满足不小于中空区尺寸时就可收集测量后的颗粒。
[0032]将上述三个模块组合形成完整的微小片状颗粒采样装置，即采用螺丝将颗粒采样板与标定板固定板通过固定孔贴合在一起，然后安装在采样板固定基座上。在此基础上，微小片状颗粒的采样流程是:
[0033](I)片状颗粒从颗粒采样板中的进料块落入采样装置，通过颗粒进料块的倾斜角度和分筛柱区实现颗粒落入的缓冲，通过分筛柱区将落入的多个颗粒分散开以防止堆叠，并通过梯形槽斜边控制颗粒落入方向，使得颗粒能散落在颗粒承接块上。
[0034](2)图像传感器采集颗粒厚度图像，其视场范围包括承接块上的颗粒区域和部分标定板区域。
[0035](3)待颗粒的厚度图像采集完后，采用风送方式，其风力大小可根据实际情况进行调整，在颗粒进料块处向内送风，将颗粒承接块上的颗粒吹向两边的出口区域。
[0036](4)由于采样板上的出口区域与采样板固定基座上的中空区对应，那么，落下的颗粒将从此中空区落入接料箱中，此时，一次完整的颗粒采样和出料过程结束，可进行下一次的颗粒采样。
【主权项】
1.一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置，其特征在于，利用模块化设计方法设计了颗粒采样板、标定板固定板和采样板固定基座三个模块。组装时将颗粒采样板与标定板固定板通过固定孔进行贴合，再安装在采样板固定基座上。颗粒采样板实现颗粒的进料、分筛、缓冲、采样和出料功能；标定板固定板用于标定板的安装固定，为颗粒厚度测量提供参考信息；采样板固定基座用于固定颗粒采样板，保持装置稳定。2.根据权利书所述的一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置，其特征在于，通过颗粒进料块的倾斜角度和分筛柱区实现了颗粒落入的分层缓冲，通过分筛柱区实现了分散落入的多个颗粒以防止堆叠，并通过梯形槽斜边实现了颗粒落入方向的控制，完成颗粒的自动化采样。3.根据权利书所述的一种分层缓冲的微小片状颗粒采样装置，其特征在于，采用风送方式，将颗粒承接块上的颗粒吹向两边的出口区域，并通过采样板固定基座上的中空区将吹出的颗粒掉入至接料箱中，完成颗粒的出料。
【文档编号】G01B11/06GK105890526SQ201410469476
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年9月9日
【发明人】李强, 江虹, 林茂松, 吴亚婷, 胡小慧
【申请人】西南科技大学