本发明涉及自动化制备技术领域，特别涉及一种细粉末加样方法及系统。
背景技术：
传统技术中，研发一种新的材料一般要经过较长的时间周期，耗费大量的人力物力，经“制备-性能评价-再制备-性能再评价”这样反复的循环摸索，直到获得性能最优异的材料为止。在实验室里，材料制备过程主要依靠人力和手工操作来实现。为了制备由不同成分的粉末构成的无机块材，实验人员往往需要花费大量的时间和精力，不仅人力资源浪费，人力成本高，而且工作效率低，错误率高。此外，细粉末的加样一直是个难题。因为细粉末颗粒之间的范德华力等十分的复杂，且及其易黏附。
技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种工作效率高、精度高且成本低的细粉末加样方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种细粉末加样方法，所述细粉末加样方法应用在细粉末加样装置上；所述细粉末加样装置包括支架、垂直滑台、压杆、步进电机、微型直流电机、水平滑台、粉末自动加样箱、精密天平和控制器；所述支架包括水平方向的第一支架和垂直方向的第二支架；所述垂直滑台，通过所述第一支架固定，并与所述第一支架垂直；所述压杆可移动的安装在所述垂直滑台上；所述水平滑台，通过所述第二支架固定，并与所述第二支架垂直，位于所述垂直滑台的下方；所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机的出力端通过传动机构与所述垂直滑台连接，用于带动所述垂直滑台在垂直方向上下移动；所述第二步进电机的出力端通过传动机构与所述粉末自动加样箱连接，用于带动所述粉末自动加样箱在所述水平滑台上平移；所述微型直流电机的出力端通过传动机构与所述压杆连接，用于带动所述压杆垂直向下旋转；所述粉末自动加样箱为敞口无盖的箱体；所述精密天平，位于所述水平滑台的下方，用于测量加样细粉末的实际质量；所述控制器与所述精密天平、所述步进电机、所述微型直流电机均连接；所述控制器用于控制所述压杆的下压深度和所述压杆的旋转速度；所述控制器内置数据库；所述数据库包括多个不同的控制参数组合以及所述控制参数组合所对应的加样组合；每个所述加样组合均包括细粉末的加样速度和最大误差；每个所述控制参数组合均包括压杆下压深度和压杆旋转速度；所述细粉末加样方法包括：
获取待加样细粉末的目标值和目标误差；
从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差；
实时获取加样细粉末的实际质量；
计算第一加样误差，并当所述第一加样误差为所述最大误差时，暂停加样；所述第一加样误差为所述细粉末加样装置工作时，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；
待所述细粉末加样装置完全停止工作后，再次获取所述加样细粉末的所述实际质量，并计算第二加样误差；所述第二加样误差为所述细粉末加样装置完全停止工作后，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；
判断所述第二加样误差是否小于所述目标误差，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述第二加样误差小于所述目标误差，则停止加样；
若所述第一判断结果表示所述第二加样误差大于或者等于所述目标误差，则在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差继续加样，并返回实时获取加样细粉末的实际质量步骤。
可选的，所述从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差具体包括：
从所述数据库中选取所述最大误差为所述待加样细粉末的目标值的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。
可选的，所述在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差继续加样具体包括：
从所述数据库中选取所述最大误差为所述第二加样误差的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。
本发明还提供了一种细粉末加样系统，所述细粉末加样系统应用在细粉末加样装置上；所述细粉末加样装置包括支架、垂直滑台、压杆、步进电机、微型直流电机、水平滑台、粉末自动加样箱、精密天平和控制器；所述支架包括水平方向的第一支架和垂直方向的第二支架；所述垂直滑台，通过所述第一支架固定，并与所述第一支架垂直；所述压杆可移动的安装在所述垂直滑台上；所述水平滑台，通过所述第二支架固定，并与所述第二支架垂直，位于所述垂直滑台的下方；所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机的出力端通过传动机构与所述垂直滑台连接，用于带动所述垂直滑台在垂直方向上下移动；所述第二步进电机的出力端通过传动机构与所述粉末自动加样箱连接，用于带动所述粉末自动加样箱在所述水平滑台上平移；所述微型直流电机的出力端通过传动机构与所述压杆连接，用于带动所述压杆垂直向下旋转；所述粉末自动加样箱为敞口无盖的箱体；所述精密天平，位于所述水平滑台的下方，用于测量加样细粉末的实际质量；所述控制器与所述精密天平、所述步进电机、所述微型直流电机均连接；所述控制器用于控制所述压杆的下压深度和所述压杆的旋转速度；所述控制器内置数据库；所述数据库包括多个不同的控制参数组合以及所述控制参数组合所对应的加样组合；每个所述加样组合均包括细粉末的加样速度和最大误差；每个所述控制参数组合均包括压杆下压深度和压杆旋转速度；所述细粉末加样系统包括：
目标值和目标误差获取模块，用于获取待加样细粉末的目标值和目标误差；
第一选取模块，用于从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差；
实际质量获取模块，用于实时获取加样细粉末的实际质量；
第一加样误差计算模块，用于计算第一加样误差，并当所述第一加样误差为所述最大误差时，暂停加样；所述第一加样误差为所述细粉末加样装置工作时，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；
第二加样误差计算模块，用于当所述细粉末加样装置完全停止工作后，再次获取所述加样细粉末的所述实际质量，并计算第二加样误差；所述第二加样误差为所述细粉末加样装置完全停止工作后，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；
第一判断结果得到模块，用于判断所述第二加样误差是否小于所述目标误差，得到第一判断结果；
停止加样模块，用于当所述第一判断结果表示所述第二加样误差小于所述目标误差时，停止加样；
第二选取模块，用于当所述第一判断结果表示所述第二加样误差大于或者等于所述目标误差时，在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差继续加样，并返回实时获取加样细粉末的实际质量步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种细粉末加样方法及系统，所述细粉末加样方法应用在细粉末加样装置上；所述细粉末加样装置包括支架、垂直滑台、压杆、步进电机、微型直流电机、水平滑台、粉末自动加样箱、精密天平和控制器；所述控制器内置数据库；所述数据库包括多个不同的控制参数组合以及所述控制参数组合所对应的加样组合；每个所述加样组合均包括细粉末的加样速度和最大误差；每个所述控制参数组合均包括压杆下压深度和压杆旋转速度；该方法包括：获取待加样细粉末的目标值和目标误差；从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差；实时获取加样细粉末的实际质量；计算第一加样误差，并当所述第一加样误差为所述最大误差时，暂停加样；所述第一加样误差为所述细粉末加样装置工作时，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；待所述细粉末加样装置完全停止工作后，再次获取所述加样细粉末的所述实际质量，并计算第二加样误差；所述第二加样误差为所述细粉末加样装置完全停止工作后，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值；判断所述第二加样误差是否小于所述目标误差，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述第二加样误差小于所述目标误差，则停止加样；若所述第一判断结果表示所述第二加样误差大于或者等于所述目标误差，则在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差继续加样，并返回实时获取加样细粉末的实际质量步骤。本发明通过自动化加样控制方法对细粉末进行加样处理，提高了工作效率，降低了人工成本；通过细粉末的实际质量与目标质量的差调整加样速度，提高了细粉末加样精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明细粉末加样装置的结构示意图；
图2为本发明粉末自动加样箱内部的结构示意图；
图3为本发明实施例的细粉末加样方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的细粉末加样系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供了一种工作效率高、精度高且成本低的细粉末加样方法及系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明细粉末加样装置的结构示意图，图2为本发明粉末自动加样箱内部的结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供的细粉末加样装置包括支架100、垂直滑台101、压杆102、步进电机103、微型直流电机104、水平滑台105、粉末自动加样箱106、精密天平107和控制器108。
所述支架100，包括水平方向的第一支架和垂直方向的第二支架。
所述垂直滑台101，通过所述第一支架固定，并与所述第一支架垂直。
所述压杆102，可移动的安装在所述垂直滑台101上。
所述步进电机103包括第一步进电机和第二步进电机。所述第一步进电机的出力端通过传动机构与所述垂直滑台101连接，用于带动所述垂直滑台101在垂直方向上下移动。所述第二步进电机的出力端通过传动机构与所述粉末自动加样箱106连接，用于带动所述粉末自动加样箱106在所述水平滑台105上平移。
所述微型直流电机104的出力端通过传动机构与所述压杆102连接，用于带动所述压杆102垂直向下旋转。
所述水平滑台104，通过所述第二支架固定，并与所述第二支架垂直，且位于所述垂直滑台101的下方。
所述粉末自动加样箱106为敞口无盖的箱体，可移动的安装在所述水平滑台105上，包括多个粉末自动加样头200。所述粉末自动加样头200的形状为上端口比下端口大的管状，用于装载不同的加样细粉末，所述粉末自动加样头200的下端口穿过所述粉末自动加样箱106的底部，当所述压杆102向下垂直旋转至所述粉末自动加样头200的内芯，所述粉末自动加样头200内的粉末流出，每个所述粉末自动加样头200内的细粉末是不同的，平移所述粉末自动加样箱106，当所述压杆102向下垂直旋转至不同的所述粉末自动加样头200的内芯，不同的所述粉末自动加样头200内的粉末流出。
所述精密天平107，位于所述水平滑台105的下方，用于测量加样细粉末的实际质量。
所述控制器108，与所述精密天平107连接，用于实时读取细粉末的实际质量。所述控制器108，还与所述步进电机103、所述微型直流电机104均连接；所述控制器108用于控制所述压杆102的下压深度和所述压杆的旋转速度。
所述控制器108还内置数据库；所述数据库包括多个不同的控制参数组合以及所述控制参数组合所对应的加样组合；每个所述加样组合均包括细粉末的加样速度和最大误差；每个所述控制参数组合均包括压杆下压深度和压杆旋转速度。在不同的控制参数组合下，采集某种细粉末材料的加样速度和加样误差(一种细粉末材料只需采集一次)，并存储在数据库中。
所述粉末自动加样头200的数量与所需加样的粉末种类的数量相同，所述粉末自动加样头200为梅特勒-托利多公司生产的加样头。
所述精密天平107为梅特勒-托利多公司生产的电子天平xse105du。
所述控制器108为stm32f103控制器。
图3为本发明实施例的细粉末加样方法的流程示意图，如图3所示，本发明实施例提供的细粉末加样方法应用在图1和图2所示的细粉末加样装置上，所述细粉末加样方法包括：
步骤301：获取待加样细粉末的目标值和目标误差。
步骤302：从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差；优选的，从所述数据库中选取所述最大误差为所述待加样细粉末的目标值的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。例如，设定所述待加样细粉末的目标值为a，首选选取加样组合中所述最大误差小于a/2的加样组合，并在此加样组合中选择加样速度最大的加样组合为最终加样组合，此时最终的加样组合包括与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差。
步骤303：实时获取加样细粉末的实际质量。
步骤304：计算第一加样误差，并当所述第一加样误差为所述最大误差时，暂停加样；所述第一加样误差为所述细粉末加样装置工作时，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值。
步骤305：待所述细粉末加样装置完全停止工作后，再次获取所述加样细粉末的所述实际质量，并计算第二加样误差；所述第二加样误差为所述细粉末加样装置完全停止工作后，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值。此处的所述细粉末加样装置完全停止工作为细粉末不再滴入精密天平时，避免因细粉末黏附造成误差。
步骤306：判断所述第二加样误差是否小于所述目标误差，得到第一判断结果。若所述第一判断结果表示所述第二加样误差小于所述目标误差，则执行步骤307。若所述第一判断结果表示所述第二加样误差大于或者等于所述目标误差，则执行步骤308。
步骤307：停止加样。
步骤308：在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差，继续加样，并返回实时获取加样细粉末的实际质量步骤。优选的，从所述数据库中选取所述最大误差为所述第二加样误差的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。同理，设定所述第二加样误差为d，首选选取加样组合中所述最大误差小于d/2的加样组合，并在此加样组合中选择加样速度最大的加样组合为最终加样组合，此时最终的加样组合包括与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种细粉末加样系统。
图4为本发明实施例的细粉末加样系统的结构示意图，如图4所示，本发明实施例提供的细粉末加样系统在图1和图2所示的细粉末加样装置上所述细粉末加样系统包括：
目标值和目标误差获取模块401，用于获取待加样细粉末的目标值和目标误差。
第一选取模块402，用于从所述数据库中选取与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差。优选的，从所述数据库中选取所述最大误差为所述待加样细粉末的目标值的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。例如，设定所述待加样细粉末的目标值为a，首选选取加样组合中所述最大误差小于a/2的加样组合，并在此加样组合中选择加样速度最大的加样组合为最终加样组合，此时最终的加样组合包括与所述待加样细粉末的目标值相匹配的所述加样速度和所述最大误差。
实际质量获取模块403，用于实时获取加样细粉末的实际质量。
第一加样误差计算模块404，用于计算第一加样误差，并当所述第一加样误差为所述最大误差时，暂停加样；所述第一加样误差为所述细粉末加样装置工作时，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值。
第二加样误差计算模块405，用于当所述细粉末加样装置完全停止工作后，再次获取所述加样细粉末的所述实际质量，并计算第二加样误差；所述第二加样误差为所述细粉末加样装置完全停止工作后，所述加样细粉末的所述实际质量与所述目标质量的差的绝对值。
第一判断结果得到模块406，用于判断所述第二加样误差是否小于所述目标误差，得到第一判断结果。
停止加样模块407，用于当所述第一判断结果表示所述第二加样误差小于所述目标误差时，停止加样。
第二选取模块408，用于当所述第一判断结果表示所述第二加样误差大于或者等于所述目标误差时，在所述数据库中选择与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差继续加样，并返回实时获取加样细粉末的实际质量步骤。优选的，从所述数据库中选取所述最大误差为所述第二加样误差的一半以内的所述加样组合中所述加样速度最大的加样组合。同理，设定所述第二加样误差为d，首选选取加样组合中所述最大误差小于d/2的加样组合，并在此加样组合中选择加样速度最大的加样组合为最终加样组合，此时最终的加样组合包括与所述第二加样误差相匹配的所述加样速度和所述最大误差。
采用本发明提供的细粉末加样方法具体操作过程为：
所述垂直滑台101在所述第一步进电机的带动下垂直向下移动，所述压杆102在所述微型直流电机104的带动下旋转。
所述水平滑台105上的所述粉末自动加样头在所述第二步进电机的带动下滑动到所述压杆102的正下方。
所述压杆102向下垂直旋转至所述粉末自动加样头200的内芯，所述粉末自动加样头200中的粉末流出。
所述粉末自动加样头中的粉末流至所述精密天平107，所述精密天平107测量加样细粉末的实际质量。
所述控制器108实时读取所述精密天平107反馈的实际质量，与目标值和目标误差进行比较，选择合适的加样速度和最大误差，并根据选择的加样速度和最大误差控制所述压杆102的压杆下压深度和压杆旋转速度，直到满足精度要求后停止加样。
具体实施例为：本次细粉末的加样目标值：500mg，精度要求0.2mg；根据加样目标值选择合适的控制参数组合，即为(5，300)，此时最大误差是大约20mg。当加样到480mg的时候，停止加样。等完全停止的时候(即粉末质量不变的时候)，计算第二加样误差d，大约是d＝11mg，此时11mg>0.2mg，未满足精度要求0.2mg。进入下一步，此时选出满足最大误差小于11/2mg的所有加样组合作为集合e，再从集合e中选取加样速度最大的加样组合，重复以上步骤，直至d<0.2，结束加样。
经过大量试验证明，基于应用于本发明实施例提供的加样方法一般只需循环四次左右即可收敛到所设定的精度范围，大大地缩减了加样时间，同时保证了细粉末加样的精度
在实验室里，材料制备过程主要依靠人力和手工操作来实现。为了制备连续成分的无机块材，实验人员往往需要花费大量的时间和精力，不仅人力资源浪费，人力成本高，而且效率低，易出错。而采用本发明提供的加样方法和加样装置，不仅减少了人力资源的浪费，降低了人力成本，减小了实验人员重复性操作产生的误差，还提高了制备的效率和成功率，适合用于批量材料的制备。这对新材料的研发具有重要意义。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。