靶丸球形度检测分选机构和检测分选方法与流程

本发明涉及靶丸，特别是一种靶丸球形度检测分选机构和检测分选方法。

背景技术：

激光惯性约束聚变(inertialconfinementfusion,以下简称为icf)是利用激光辐照到充满氘氚燃料的靶丸表面，达到一定条件后产生聚变点火并燃烧。该过程中需要大量的靶丸进行实验，因此需要对批量生产的靶丸进行筛选，挑出符合要求的靶丸。只有几何参数和微球质量都满足严格要求的空心微球才能用作icf实验，其中球形度为一项重要技术指标。球形度用于衡量一个物体的球形化程度，球形度被定义为与该物体具有相同体积的所对应理想球体的表面积和该物体的实际表面积的比值，然而目前尚无合适的测量设备能准确而快速地测量出该比值，因此在实际测量中通常是通过微球某一赤道面投影所形成的圆环的圆度反映该微球的球形度，三个不同截面的投影圆环的圆度即可反映球形度。初期的制靶量非常大，并且靶丸粘性，静电吸附性，易聚团，直径小，测量精度要求高，结构脆弱等特点，人工检测困难、效率低下。

目前国内外检测靶丸圆度的方法主要包括：x光法、显微图像法。x光法是利用x光图像获取靶丸截面直径数据，测量精度高，可达0.3μm。h.huang等人利用对vmr显微镜系统编程的方法，设计了对靶丸的精密检测路线和快速检测路线，实现了对靶丸的快速检测。但是该方法仅实现了在测量过程中自动化，未提出测量前靶丸的自动放置和测量后靶丸的自动分选装置和方法，此过程仍需消耗大量时间。对于自动化设备应用到靶丸测量领域，清华大学唐飞等人发明了一种微球分离方法与筛选系统，该方法的原理是利用喷射脉冲水流驱动微球通过宽度大小可调的窄缝，从而实现不同直径的微球筛选。但是该方法无法准确地测出靶丸的直径数据。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种靶丸球形度检测分选机构和检测分选方法，该机构通过静电约束，实现靶丸的快速地检测和分选，进而完成快速的直径检测。本发明能够显著提高检测效率，并且可以减少人为因素对靶丸的损伤。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种靶丸球形度检测分选机构，其特点在于包括：显微镜、检测分选盒、计算机、静电发生头、静电发生器和电机驱动器，

所述的检测分选盒包括：设备上盖、初始放置区域、分选转盘、装载区域、检测区域、合格样品收集区、不合格样品收集区、设备外壁、旋转底盘、外旋转底盘、外旋转底盘齿轮、支撑台、第一传动齿轮轴、第一电机、第二电机、第三电机、第二传动齿轮轴、第三传动齿轮轴，其位置关系是：所述的设备上盖与外壁连接并通过设备外壁固定在所述的显微镜平台上，所述的旋转底盘与外旋转底盘设置于所述的设备上盖的下方，所述的内旋转底盘与外旋转底盘均通过中心柱放置在所述的支撑台上，该支撑台固定在设备外壁上，所述的内旋转底盘与所述的外旋转底盘处于同一平面并且同轴心，所述的第一传动齿轮轴置于所述的支撑台内，所述的第一传动齿轮轴通过所述的支撑台的中心向上与所述的内旋转底盘同轴相连；

所述的设备上盖的上半圆设有镂空的宽度逐渐变窄的靶丸移动通道，该靶丸移动通道由三段圆弧构成，依次是最宽处的靶丸初始放置区域，中间的靶丸移动通道和最窄处的靶丸出口，该靶丸出口与所述的述的设备上盖的下半圆的镂空处相通，该镂空处为分选转盘设置区，所述的分选转盘置于所述的分选转盘设置区，与该镂空处相连的还有两条半圆周形镂空通道：内半圆周通道即合格样品收集区，外半圆周通道即不合格样品收集区，所述的分选转盘的周边设有间隔均匀的分布的多个v型槽口，当所述的分选转盘的一个v型槽口与所述的靶丸出口对齐时，与该靶丸出口对齐的v型槽口为装载区域，逆时针方向是所述的检测区域，所述的检测区域处于所述的显微镜头的正下方的视野内，所述的检测区域与所述的内半圆周通道即合格样品收集区相连，逆时针方向的下一个v型槽口与所述的外半圆周通道即不合格样品收集区相连；

所述的第一传动齿轮轴与内旋转底盘同轴相连，所述的第一电机驱动所述的第一传动齿轮轴旋转带动所述的内旋转底盘的转动；第二传动齿轮轴与所述的分选转盘同轴连接，第二电机驱动第二传动齿轮轴带动所述的分选转盘转动；所述的外旋转底盘齿轮贴合在所述的外旋转底盘的下表面，第三传动齿轮轴与所述的外旋转底盘齿轮啮合，第三电机驱动第三传动齿轮轴带动所述的外旋转底盘转动，所述的第一电机、第二电机、第三电机由计算机通过所述的电机驱动器控制驱动；

所述的静电发生器置于所述的显微镜的一边，所述的静电发生器的静电发生头用手移动，与所述的靶丸初始放置区域的触及所述的靶丸。

利用上述靶丸球形度检测和分选机构对靶丸球形度的检测分选方法，其特点在于该方法包括如下步骤：

①将待检测和分选的靶丸置于所述的内旋转底盘上的初始放置区域，同时打开静电发生器，将静电发生头靠近初始放置区域几秒钟，将静电发生头撤离，靶丸即吸附于所述的内旋转底盘上；

②所述的计算机通过所述的电机驱动器控制所述的第一电机，所述的第一电机驱动所述的第一传动齿轮轴旋转带动所述的内旋转底盘的转动，带动靶丸移动，在窄通道末端，靶丸形成单排排列，当所述的内旋转底盘继续运动时，将靶丸送至分选转盘的边缘v型槽中的装载区域，该v型槽仅能容纳1个靶丸，未进入v型槽的靶丸在窄通道中堆积等待，所述的计算机通过所述的电机驱动器控制所述的第一电机停止转动，所述的内旋转底盘停止转动，此时，所述的计算机通过所述的电机驱动器控制所述的第二电机驱动第二传动齿轮轴带动所述的分选转盘转动，所述的分选转盘的转动带动靶丸移动，该靶丸由所述的内旋转底盘运动至外旋转底盘上的检测区域，即显微镜视野内；

③所述的显微镜头自动对焦后，进行图像拍摄，被拍摄的截面图像输入所述的计算机，所述的计算机利用labview软件进行图像处理，计算该截面的圆度，若圆度小于1μm则为合格，此时，计算机通过电机驱动器控制第三电机驱动第三传动齿轮轴带动所述的外旋转底盘逆时针转动，转动的同时，改变靶丸测量的横截面，重复上述步骤，测量三次，若截面的圆度均小于1μm，则该靶丸的球形度为合格；若计算机检测到靶丸投影的圆度大于1μm，则该靶丸的球形度为不合格；

④若靶丸合格，所述的计算机控制所述的第三电机转动，使外旋转底盘顺时针转动，且转动的角度大于改变靶丸测量横截面时逆时针转动的角度，确保上一个分选出去的靶丸不会与该靶丸发生接触；所述的外旋转底盘顺时针转动后，该合格靶丸会进入合格样品收集区；当靶丸不合格时，所述的计算机控制所述的第二电机转动，带动所述的分选转盘转动，使靶丸所在的v型槽口与不合格样品收集区对齐；所述的计算机再控制第三电机转动，使外旋转底盘顺时针转动，将不合格靶丸送入不合格样品收集区；

⑤重复上述步骤，将置于所述的放置区域的待检测和分选的靶丸一一检测和分选；

⑥将合格样品收集区的合格靶丸收集，靶丸分选结束。

本发明的技术效果或优点如下：

与传统的人工检测方法相比，本发明靶丸球形度检测和分选机构的主要优点有：

1、提高了检测效率。

传统的人工检测需要检测员手动获取靶丸，将靶丸放置和移出显微镜平台，因为靶丸太小，并且脆弱，捕获靶丸需要一定时间；传统的人工检测改变靶丸投影截面时需要手动施加剪切力，该过程困难且耗时。本发明利用旋转底盘将靶丸移入和移出显微镜平台，外旋转底盘可改变靶丸投影截面，上述过程均为自动化。

2、减少对靶丸造成损伤。

传统的人工检测在获取靶丸和改变靶丸投影截面时都需要检测员手工操作，接触靶丸的力无法控制，若操作时靶丸受力过大，则表面会受到影响。本发明利用静电约束力，无需操作员直接接触靶丸，避免了操作员对靶丸造成的损伤。

附图说明

图1是本发明靶丸球形度检测分选机构的结构示意图。

图2是检测分选盒的结构俯视示意图。

图3是检测分选盒的爆炸图。

图4是本发明所述结构的装载、检测与收集区域的细节图(俯视图)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1、图2、图3、图4，图1是本发明靶丸球形度检测分选机构的结构示意图。图2是检测分选盒的结构俯视示意图。图3是检测分选盒的爆炸图。图4是本发明所述结构的装载、检测与收集区域的细节图(俯视图)。由图可见，本发明靶丸球形度检测分选机构，包括：显微镜1、检测分选盒5、计算机4、静电发生头6、静电发生器7和电机驱动器8，

所述的检测分选盒5包括：设备上盖9、初始放置区域10、分选转盘11、装载区域12、检测区域13、合格样品收集区14、不合格样品收集区15、设备外壁16、旋转底盘17、外旋转底盘18、外旋转底盘齿轮19、支撑台20、第一传动齿轮轴21、第一电机22、第二电机23、第三电机24、第二传动齿轮轴25、第三传动齿轮轴26，其位置关系是：所述的设备上盖9与外壁16连接并通过设备外壁16固定在所述的显微镜平台3上，所述的旋转底盘17与外旋转底盘18设置于所述的设备上盖9的下方，所述的内旋转底盘17与外旋转底盘18均通过中心柱放置在所述的支撑台20上，该支撑台20固定在设备外壁16上，所述的内旋转底盘17与所述的外旋转底盘18处于同一平面并且同轴心，所述的第一传动齿轮轴21置于所述的支撑台20内，所述的第一传动齿轮轴21通过所述的支撑台20的中心向上与所述的内旋转底盘17同轴相连；

所述的设备上盖9的上半圆设有镂空的宽度逐渐变窄的靶丸移动通道，该靶丸移动通道由三段圆弧构成，依次是最宽处的靶丸初始放置区域10，中间的靶丸移动通道和最窄处的靶丸出口12，该靶丸出口12与所述的述的设备上盖9下半圆的镂空处相通，该镂空处为分选转盘设置区，所述的分选转盘11置于所述的分选转盘设置区，与该镂空处相连的还有两条半圆周形镂空通道：内半圆周通道14即合格样品收集区14，外半圆周通道15即不合格样品收集区15，所述的分选转盘11的周边设有间隔均匀的分布的多个v型槽口，当所述的分选转盘11的一个v型槽口与所述的靶丸出口12对齐时，与该靶丸出口12对齐的v型槽口为装载区域，逆时针方向是所述的检测区域13，所述的检测区域13处于所述的显微镜头2的正下方的视野内，所述的检测区域13与所述的内半圆周通道14即合格样品收集区14相连，逆时针方向的下一个v型槽口与所述的外半圆周通道15即不合格样品收集区15相连；

所述的第一传动齿轮轴21与内旋转底盘17同轴相连，所述的第一电机22驱动所述的第一传动齿轮轴21旋转带动所述的内旋转底盘17的转动；第二传动齿轮轴21与所述的分选转盘11同轴连接，第二电机23驱动第二传动齿轮轴25带动所述的分选转盘11转动；所述的外旋转底盘齿轮19贴合在所述的外旋转底盘18的下表面，第三传动齿轮轴26与所述的外旋转底盘齿轮19啮合，第三电机24驱动第三传动齿轮轴26带动所述的外旋转底盘18转动，所述的第一电机22、第二电机23、第三电机24由计算机4通过所述的电机驱动器8控制驱动；

所述的静电发生器7置于所述的显微镜1的一边，所述的静电发生器7的静电发生头6用手移动，与所述的靶丸初始放置区域10的触及所述的靶丸。

利用上述靶丸球形度检测分选机构对靶丸球形度的检测分选方法，该方法包括如下步骤：

①将待检测和分选的靶丸置于所述的内旋转底盘17上的初始放置区域10，同时打开静电发生器7，将静电发生头6靠近初始放置区域10几秒钟，将静电发生头6撤离，靶丸即吸附于所述的内旋转底盘17上；

②所述的计算机4通过所述的电机驱动器8控制所述的第一电机22，所述的第一电机22驱动所述的第一传动齿轮轴21旋转带动所述的内旋转底盘17的转动，带动靶丸移动，在窄通道末端，靶丸形成单排排列，当所述的内旋转底盘17继续运动时，将靶丸送至分选转盘11的边缘v型槽中的装载区域12，该v型槽仅能容纳1个靶丸，未进入v型槽的靶丸在窄通道中堆积等待，所述的计算机4通过所述的电机驱动器8控制所述的第一电机22停止转动，所述的内旋转底盘17停止转动，此时，所述的计算机4通过所述的电机驱动器8控制所述的第二电机23驱动第二传动齿轮轴25带动所述的分选转盘11转动，所述的分选转盘11的转动带动靶丸移动，该靶丸由所述的内旋转底盘17运动至外旋转底盘18上的检测区域13，即显微镜视野内；

③所述的显微镜头2自动对焦后，进行图像拍摄，被拍摄的截面图像输入所述的计算机4，所述的计算机4利用labview软件进行图像处理，计算该截面的圆度，若圆度小于1μm则为合格，此时，计算机4通过电机驱动器8控制第三电机24驱动第三传动齿轮轴26带动所述的外旋转底盘18逆时针转动，转动的同时，改变靶丸测量的横截面，重复上述步骤，测量三次，若截面的圆度均小于1μm，则该靶丸的球形度为合格；若计算机检测到靶丸投影的圆度大于1μm，则该靶丸的球形度为不合格；

④若靶丸合格，所述的计算机4控制所述的第三电机24转动，使外旋转底盘18顺时针转动，且转动的角度大于改变靶丸测量横截面时逆时针转动的角度，确保上一个分选出去的靶丸不会与该靶丸发生接触；所述的外旋转底盘18顺时针转动后，该合格靶丸会进入合格样品收集区14；当靶丸不合格时，所述的计算机4控制所述的第二电机22转动，带动所述的分选转盘11转动，使靶丸所在的v型槽口与不合格样品收集区15对齐；所述的计算机4再控制第三电机24转动，使外旋转底盘18顺时针转动，将不合格靶丸送入不合格样品收集区15；

⑤重复上述步骤，将置于所述的放置区域10的待检测和分选的靶丸一一检测和分选；

⑥将合格样品收集区14的合格靶丸收集，靶丸分选结束。

实验表明，本发明通过静电约束，实现靶丸的快速地检测和分选，进而完成快速的直径检测。本发明能够显著提高检测效率，并且可以减少人为因素对靶丸的损伤。