专利名称：自动化插入度试验仪及试验方法
技术领域：
本发明涉及海运中适运水份极限测试领域，尤其涉及一种自动化插入度试验仪及试验方法。
背景技术：
国际海事组织海上安全委员会第85届会议通过了《经修正的1974年国际海上人命安全公约》第VI章和第VII章的修正案，同时通过了《国际海运固体散装货物规则》(以下简称《MSBC规则》)，该修正案和规则将于2011年I月I日强制生效。根据《頂SBC规则》的规定，部分固体散装货物在交付船舶运输前，应对其物理、化学性质和技术指标进行检测。对于《MSBC规则》中规定的易流态化物质，海事管理机构在办理固体散装货物申报备案手续时，应要求提交货物适运水分极限和货物含水量证明。货物适运水分极限的检测应在装货前六个月内按照《MSBC规则》的规定进行取样和检测，如期间发生可改变货物适运水分极限的情况，应予以重新取样和检测。货物含水量的检测应在装货前7日内按照《MSBC规则》的规定进行取样和检测，如期间发生可改变货物含水量的降水等情况，应予以重新取样和检测。货物含水量超过货物适运水分极限的，不得装船运输。目前在国际海运测试适运水份极限(TML)的通用方法中的流盘试验，其用于测试易流态化物质的水份含量、易流态化物质的流盘振动力或离心力作用下的流动水份点(FMP)及试验物质的适运水份极限。在流盘实验中，目前的技术是将待测易流化物质按照标准要求圆模中捣实，待测易流化物质在圆模中分成三层(形成试样)，第一层约占圆模深度的三分之一，第二层应约达到圆模深度的三分之二，第三层应刚好达到圆模顶边的下部，然后撤去圆模，然后通过手工对试样在流盘上25次/分，12. 5毫米高处升落50次，如果试样散落，则说明试样的含水量低于流动水份点，此时需要对待测易流化物质进行喷洒水份，然后再取样试验，直到试样试验不会散落为止。在上述试验过程中，对流盘的升落通过人工手动的操作，采用人工手动升落的操使操作人员的工作量比较大，也会相当的辛苦，而且转速和升落的高度都不容易达到完全精准的控制，这对试验的准确度带来一定的误差，甚至严重的试验失误。因此亟需一种能够提高试验准确度、减轻试验人员工作强度的自动化插入度试验仪及试验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高试验准确度、减轻试验人员工作强度的自动化插入度试验仪及试验方法。为了实现上述目的之一，本发明的技术方案是提供一种自动化插入度试验仪，包括控制系统及与所述控制系统电性连接的主体结构，其中
所述控制系统包括工控机和信号解析板，所述工控机给驱动装置发送控制命令，所述信号解析板连接于所述工控机与驱动装置之间，根据所述控制命令生成适于控制驱动装置的驱动信号；
所述主体结构包括
测试圆缸，所述测试圆缸内设有用于盛装被测物质的凹腔；
驱动装置，所述驱动装置用于驱动捣棒，所述捣棒固定安装在所述驱动装置上，所述驱动装置根据所述驱动信号驱动所述捣棒对被测物质进行压实；
振动装置，所述振动装置安设于所述测试圆缸之下，并对所述测试圆缸进行振动；测试棒装置，所述测试棒装置包括支架及测试棒，所述测试棒可定位在所述支架上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。所述驱动装置包括步进电机及悬臂系统，所述悬臂系统包括X悬臂、Y悬臂及Z悬臂，所述步进电机驱动所述X悬臂、Y悬臂及Z悬臂带动所述捣棒对被测物质进行压实。所述支架预设有定位孔，所述测试棒包括平衡杆及与所述平衡杆连接的测试头，所述平衡杆穿过所述定位孔，对所述测试棒的水平高度进行定位，且对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。所述支架包括有第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架均开设有具有同一中心线的所述定位孔。所述自动化插入度试验仪还设置有视觉系统，所述视觉系统与所述控制系统电性连接，所述视觉系统对所述凹腔的位置信息进行跟踪，并将所述凹腔的位置信息反馈至所述控制系统，所述控制系统根据所述位置信息，调整所述悬臂系统的初始位置后，控制所述驱动装置驱动所述悬臂系统带动所述捣棒对被测物质进行压实。所述信号解析板与所述驱动装置之间还设置有用于产生匹配所述驱动装置的功率的的功率驱动板。所述控制系统装设于机柜上，所述机柜设置有温度显示窗口及湿度显示窗口，所述温度显示窗口及湿度显示窗口分别用于安装温度显示装置及湿度显示装置。所述驱动装置还包括有捣棒固定件，所述捣棒固定件包括有用于固定安装到所述悬臂系统上的安装部，所述安装部水平弯折延伸形成用于固定所述捣棒的安装孔。所述捣棒内设有与所述控制系统电性连接的压力传感器，所述压力传感器用于检测被测物质与所述捣棒的捣棒头之间的压力大小的信息，并转化为电信号传递给所述控制系统，所述控制系统根据所述压力大小的信息决定是否停止对被测物质进行压实。所述振动装置与所述控制系统电性连接，且所述控制系统预存有驱动所述振动装置的程序，并对所述振动装置的振动强度进行控制。为了实现上述目的之二，本发明提供的技术方案是提供一种进行自动化插入度试验的方法，其包括如下步骤
(1)初始化控制系统，且将被测物质放置于凹腔内部，进入待试验状态；
(2)用视觉系统对所述凹腔的位置信息进行跟踪，所述控制系统根据所述凹腔的位置信息调整捣棒的初始位置；
(3)所述控制系统控制驱动装置驱动捣棒对被测物质进行压实，压力传感器实时检测被测物质与捣棒的捣棒头之间的压力大小的信息，当所述压力大小达到预设的压力数值时，所述控制系统控制驱动装置停止捣棒对被测物质进行压实； (4)判断是否仍需继续向凹腔内放置被测物质，若是，则继续向向凹腔内放置被测物质，并执行步骤(2)- (6)，若否，则执行下一步骤；
(5)通过所述控制系统驱动振动装置对测试圆缸进行振动；
(6)让测试棒自由降落插入被测物质，对插入度进行试验。在步骤(3)中，控制系统中预存有至少一个所述压力数值，控制系统对比所述压力大小与预存的所述压力数值的差异，若差异在误差范围之内，则控制系统控制驱动装置停止捣棒对被测物质进行压实，若差异超出误差范围，则控制系统控制驱动装置驱动捣棒继续对被测物质进行压实。在步骤(5)中，控制系统可以对振动装置的振动强度和时间进行预先编程，并进行存储，且通过设置变频器对所述振动装置的振动强度进行控制。所述测试圆缸包括有上底板、下底板及设置于所述上底板及下底板之间的缸体，所述下底板通过夹紧件夹紧固定，所述缸体的内部形成所述凹腔。相对于现有技术的手工对被测物质进行捣实，由于在所述测试圆缸内，手工无法控制对被测物质进行精确的、均匀的捣实，造成被测物质的结实程度不均匀，手工捣实后的被测物质并不能成为一个整体，使得测试的准确度无法掌握。而由于本发明自动化插入度试验仪中，试验仪包括控制系统及与所述控制系统电性连接的主体结构，所述主体结构包括所述测试圆缸、驱动装置、振动装置及测试装置，所述测试圆缸内设有用于盛装被测物质的凹腔，所述驱动装置用于驱动捣棒，所述捣棒固定安装在所述驱动装置上，所述驱动装置驱动所述捣棒对被测物质进行压实，所述振动装置安设于所述测试圆缸之下，并对所述测试圆缸进行振动，所述测试棒装置包括支架及测试棒，所述测试棒可定位在所述支架上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。所述捣棒是固定安装到所述驱动装置上，所述驱动装置对捣棒对被测物质的捣实力度和移动位移均可以达到精确控制，因此能够确保被测物质被捣实之后是一个完整的均匀硬度的整体，而且可以根据自己的需要预先对捣棒和被测物质之间的最大压力进行预先编程，因此可以对被捣实后的被测物质的硬度进行精确控制。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
图1为本发明自动化插入度试验仪的一个实施例的结构示意图。图2为如图1所示的自动化插入度试验仪的主体结构的结构示意图。图3为如图1所示的自动化插入度试验仪的驱动装置安装有捣棒的结构示意图。图4为如图1所示的自动化插入度试验仪的控制系统与驱动装置连接的电路原理图。图5为如图1所示的自动化插入度试验仪的工作原理图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，如图1所示，本发明实施例提供的自动化插入度试验仪100，包括控制系统IOOa及与所述控制系统IOOa电性连接的主体结构100b，所述控制系统IOOa包括工控机I和信号解析板2，所述工控机I给驱动装置20发送控制命令，所述信号解析板2连接于所述工控机I与驱动装置20之间，根据所述控制命令生成适于控制驱动装置20的驱动信号；
所述主体结构IOOb包括
测试圆缸10，所述测试圆缸10内设有用于盛装被测物质的凹腔11，被测物质是指通过海运的固体散装货物，包括泥沙、煤炭等；
驱动装置20，所述驱动装置用于驱动所述捣棒22，所述捣棒22固定安装在所述驱动装置20上，所述驱动装置20驱动所述捣棒22对被测物质进行压实，所述驱动装置20包括步进电机23及悬臂系统24，所述悬臂系统24包括X悬臂24a、Y悬臂24b及Z悬臂24c，所述步进电机23驱动所述X悬臂24a、Y悬臂24b及Z悬臂24c带动所述捣棒22对被测物质进行压实，在实际操作过程中，工作人员可以对所述控制系统IOOa进行预先设定，即预存有控制所述驱动装置20运行的驱动程序，所述X悬臂24a、Y悬臂24b及Z悬臂24c按照预存的驱动程序运转，而所述X悬臂24a、Y悬臂24b及Z悬臂24c均为通过所述步进电机23进行驱动，所述捣棒22是固定安装在所述Z悬臂24c上，因此所述捣棒22将按照预定的运行轨迹对被测物质进行捣实；
振动装置30，所述振动装置30安设于所述测试圆缸10之下，并对所述测试圆缸10进行振动，所述振动装置30为竖直振动装置，为所述控制系统IOOa进行控制，所述控制系统IOOa可以对所述振动装置30的振动强度进行预先编程，在所述测试圆缸10与所述振动装置30之间还设置有固定板50，为了确保所述测试圆缸10能够受到均匀的振动，因此所述振动装置30启动前，必须确保所述测试圆缸10固定到所述固定板50上，而当所述自动化插入度试验仪100试验完成时，能够方便的将所述测试圆缸10内的被测物质倒出，因此测试圆缸10与所述固定板是通过均匀的设置肘夹件60进行固定；
如图2所示，测试棒装置40，所述测试棒装置40包括支架41及测试棒42，所述测试棒42可定位在所述支架41上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒42自由降落插入被测物质内，所述支架41是安装到一具有标尺的竖直杆43上，并可以在所述竖直杆43上滑动，根据需参考标尺，将所述测试棒42固定到需要试验的水平高度。如图2所示,所述支架41预设有定位孔(图上未视),所述测试棒42包括平衡杆42a及与所述平衡杆42a连接的测试头42b，所述平衡杆42a穿过所述定位孔，对所述测试棒42的水平高度进行定位，且对被测物质进行试验时，让所述测试棒42自由降落插入被测物质内。所述支架41包括有第一支架41a和第二支架41b，所述第一支架41a和第二支架41b均开设有具有同一中心线的所述定位孔。 所述自动化插入度试验仪100还设置有视觉系统70，所述视觉系统70与所述控制系统IOOa电性连接，所述视觉系统70对所述凹腔11的位置信息进行跟踪，并将所述凹腔11的位置信息反馈至所述控制系统100a，所述控制系统IOOa根据所述位置信息，调整所述悬臂系统24的初始位置后，控制所述驱动装置20驱动所述悬臂系统24带动所述捣棒22对被测物质进行压实。所述信号解析板2与所述驱动装置20之间还设置有用于产生匹配所述驱动装置的功率的的功率驱动板3。所述控制系统IOOa装设于机柜4上，所述机柜4设置有温度显示窗口及湿度显示窗口，所述温度显示窗口及湿度显示窗口分别用于安装温度显示装置5及湿度显示装置6，通过所述温度显示装置5及湿度显示装置6能够让工作人员随时掌握自动化插入度试验所处的环境的环境参数。所述驱动装置20还包括有捣棒固定件25，所述捣棒固定件25包括有用于固定安装到所述悬臂系统24上的安装部25a，所述安装部25a水平弯折延伸形成用于固定所述捣棒22的安装孔25b，所述捣棒22套设于所述安装孔25b上，对捣棒22进行固定。所述捣棒22内设有与所述控制系统IOOa电性连接的压力传感器(图上未视)，所述压力传感器用于检测被测物质与所述捣棒22的捣棒头之间的压力大小的信息，所述压力传感器可以装设于所述捣棒22的内部对所述捣棒22的棒头与被测物质之间的压力大小进行检测，并通过电流的形式输出所述压力大小的信息给所述控制系统100a，所述控制系统IOOa根据所述压力大小的信息决定是否停止对被测物质进行压实。所述振动装置30与所述控制系统IOOa电性连接，且所述控制系统IOOa预存有驱动所述振动装置30的程序，并对所述振动装置30的振动强度进行控制，在实际应用中，所述振动装置30的振动强度可以通过变频器进行实现。所述测试圆缸10包括有上底板11、下底板13及设置于所述上底板11及下底板13之间的缸体12，所述下底板13通过夹紧件14夹紧固定，所述缸体12的内部形成所述凹腔11。提供一种进行自动化插入度试验的方法，其包括如下步骤
SOOl初始化控制系统，且将被测物质放置于凹腔内部，进入待试验状态；
S002用视觉系统对所述凹腔的位置信息进行跟踪，所述控制系统根据所述凹腔的位置信息调整捣棒的初始位置，使所述捣棒的初始位置处于默认状态；
S003所述控制系统控制驱动装置驱动捣棒对被测物质进行压实，压力传感器实时检测被测物质与捣棒的捣棒头之间的压力大小的信息，当所述压力大小达到预设的压力数值时，所述控制系统控制驱动装置停止捣棒对被测物质进行压实；
S004判断是否仍需继续向凹腔内放置被测物质，若是，则继续向向凹腔内放置被测物质，并执行步骤(2)- (6)，若否，则执行下一步骤；
S005通过所述控制系统驱动振动装置对测试圆缸进行振动；
S006让测试棒自由降落插入被测物质，对插入度进行试验。在步骤S003中，控制系统I中预存有至少一个所述压力数值，控制系统IOOa对比所述压力大小与预存的所述压力数值的差异，若差异在误差范围之内，则控制系统IOOa控制驱动装置20停止捣棒22对被测物质进行压实，若差异超出误差范围，则控制系统IOOa控制驱动装置20驱动捣棒22继续对被测物质进行压实。在步骤S005中，控制系统IOOa可以对振动装置30的振动强度和时间进行预先编程，并进行存储，且通过设置变频器对所述振动装置的振动强度进行控制。相对于现有技术的手工对被测物质进行捣实，由于在所述测试圆缸10内，手工无法控制对被测物质进行精确的、均匀的捣实，造成被测物质的结实程度不均匀，手工捣实后的被测物质并不能成为一个整体，使得测试的准确度无法掌握。而由于本发明自动化插入度试验仪100中，所述测试圆缸10内设有用于盛装被测物质的凹腔11，被测物质是指通过海运的固体散装货物，包括泥沙、煤炭等；所述驱动装置20用于驱动所述捣棒22，所述捣棒22固定安装在所述驱动装置20上，所述驱动装置20驱动所述捣棒22对被测物质进行压实，所述振动装置30安设于所述测试圆缸10之下，并对所述测试圆缸10进行振动，所述测试棒装置40包括支架41及测试棒42，所述测试棒42可定位在所述支架41上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒42自由降落插入被测物质内，所述支架41是安装到一具有标尺的竖直杆43上，并可以在所述竖直杆43上滑动，根据需要固定到需要试验的水平高度。所述驱动装置20对捣棒22对被测物质的捣实力度和移动位移均可以达到精确控制，因此能够确保被测物质被捣实之后是一个完整的均匀硬度的整体，而且可以根据自己的需要预先对捣棒22和被测物质之间的最大压力进行预先编程，因此可以对被捣实后的被测物质的硬度进行精确控制。以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种自动化插入度试验仪，包括控制系统及与所述控制系统电性连接的主体结构，其特征在于 所述控制系统包括工控机和信号解析板，所述工控机给驱动装置发送控制命令，所述信号解析板连接于所述工控机与驱动装置之间，根据所述控制命令生成适于控制驱动装置的驱动信号； 所述主体结构包括 测试圆缸，所述测试圆缸内设有用于盛装被测物质的凹腔； 驱动装置，所述驱动装置用于驱动捣棒，所述捣棒固定安装在所述驱动装置上，所述驱动装置根据所述驱动信号驱动所述捣棒对被测物质进行压实； 振动装置，所述振动装置安设于所述测试圆缸之下，并对所述测试圆缸进行振动； 测试棒装置，所述测试棒装置包括支架及测试棒，所述测试棒可定位在所述支架上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。
2.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述驱动装置包括步进电机及悬臂系统，所述悬臂系统包括X悬臂、Y悬臂及Z悬臂，所述步进电机驱动所述X悬臂、Y悬臂及Z悬臂带动所述捣棒对被测物质进行压实。
3.如权利要求2所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述自动化插入度试验仪还设置有视觉系统，所述视觉系统与所述控制系统电性连接，所述视觉系统对所述凹腔的位置信息进行跟踪，并将所述凹腔的位置信息反馈至所述控制系统，所述控制系统根据所述位置信息，调整所述悬臂系统的初始位置后，控制所述驱动装置驱动所述悬臂系统带动所述捣棒对被测物质进行压实。
4.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述信号解析板与所述驱动装置之间还设置有用于产生匹配所述驱动装置的功率的的功率驱动板。
5.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述支架预设有定位孔，所述测试棒包括平衡杆及与所述平衡杆连接的测试头，所述平衡杆穿过所述定位孔，对所述测试棒的水平高度进行定位，且对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。
6.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述支架包括有第一支架和第二支架，所述第一支架和第二支架均开设有具有同一中心线的所述定位孔。
7.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述控制系统装设于机柜上，所述机柜设置有温度显示窗口及湿度显示窗口，所述温度显示窗口及湿度显示窗口分别用于安装温度显示装置及湿度显示装置。
8.如权利要求2所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述驱动装置还包括有捣棒固定件，所述捣棒固定件包括有用于固定安装到所述悬臂系统上的安装部，所述安装部水平弯折延伸形成用于固定所述捣棒的安装孔。
9.如权利要求2所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述捣棒内设有与所述控制系统电性连接的压力传感器，所述压力传感器用于检测被测物质与所述捣棒的捣棒头之间的压力大小的信息，并转化为电信号传递给所述控制系统，所述控制系统根据所述压力大小的信息决定是否停止对被测物质进行压实。
10.如权利要求1所述的自动化插入度试验仪，其特征在于，所述测试圆缸包括有上底板、下底板及设置于所述上底板及下底板之间的缸体，所述下底板通过夹紧件夹紧固定，所述缸体的内部形成所述凹腔。
11.一种利用如权利要求1-10任一项所述的自动化插入度试验仪，进行自动化插入度试验方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)初始化控制系统，且将被测物质放置于凹腔内部，进入待试验状态； (2)用视觉系统对所述凹腔的位置信息进行跟踪，所述控制系统根据所述凹腔的位置信息调整捣棒的初始位置处于默认状态； (3)所述控制系统控制驱动装置驱动捣棒对被测物质进行压实，压力传感器实时检测被测物质与捣棒的捣棒头之间的压力大小的信息，当所述压力大小达到预设的压力数值时，所述控制系统控制驱动装置停止捣棒对被测物质进行压实； (4)判断是否仍需继续向凹腔内放置被测物质，若是，则继续向所述凹腔内放置被测物质，并执行步骤(2)- (6)，若否，则执行下一步骤； (5)通过所述控制系统驱动振动装置对测试圆缸进行振动； (6)让测试棒自由降落插入被测物质，对插入度进行试验。
12.如权利要求11所述的自动化插入度试验的方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制系统中预存有至少一个所述压力数值，控制系统对比所述压力大小与预存的所述压力数值的差异，若差异在误差范围之内，则控制系统控制驱动装置停止捣棒对被测物质进行压实，若差异超出误差范围，则控制系统控制驱动装置驱动捣棒继续对被测物质进行压实。
13.如权利要求11所述的自动化插入度试验的方法，其特征在于，在步骤(5)中，控制系统可以对振动装置的振动强度和时间进行预先编程，并进行存储，且通过设置变频器对所述振动装置的振动强度进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种自动化插入度试验仪及试验方法，试验仪包括控制系统及与所述控制系统电性连接的主体结构，所述主体结构包括测试圆缸，所述测试圆缸内设有用于盛装被测物质的凹腔；驱动装置，所述驱动装置用于驱动捣棒，所述捣棒固定安装在所述驱动装置上，所述驱动装置驱动所述捣棒对被测物质进行压实；振动装置，所述振动装置安设于所述测试圆缸下，并对所述测试圆缸进行振动；测试棒装置，所述测试棒装置包括支架及测试棒，所述测试棒可定位在所述支架上，对被测物质进行试验时，让所述测试棒自由降落插入被测物质内。本发明公开的自动化插入度试验仪及试验方法能够提高试验准确度、减轻试验人员工作强度。
文档编号G01N33/00GK103063810SQ201210593539
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者邱利明, 陈益思, 范静宏, 郭冰 申请人:深圳国技仪器有限公司