用于颗粒力链观测的磨粒约束装置制造方法
【专利摘要】用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，包括上透明层、下透明层、夹在上下透明层之间的中层磨粒约束模块、多个用于测定磨粒受力状态的应力传感器、控制器，中层磨粒约束模块包括用于容纳光弹颗粒的腔体、挡板、施力机构，腔体侧面带有缺口；挡板安装在腔体缺口处；腔体底部装有施力机构，施力机构的挤压部贯穿腔体的底板后与光弹颗粒接触；上透明板、下透明板、施力机构的挤压部、腔体以及挡板共同围成容纳光弹颗粒的中层封闭容纳腔；中层磨粒约束模块配置多个应力传感器，应力传感器与控制器的信号输入端相连、施力机构与控制器的信号输出端相连。本发明的有益效果在于：适用于针对光弹颗粒的力链采集，并可根据加工对象的不同进行形状的调整。
【专利说明】用于颗粒力链观测的磨粒约束装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于颗粒力链观测的磨粒约束装置。
【背景技术】
[0002]气压砂轮的表层磨粒层是一个具有局部自由的颗粒群体，该磨粒层在内层弹性层支撑下，对工件表面起光整的作用。由于磨粒层是在柔性环境下对工件起加工作用的，其颗粒间的力学行为在加工过程中实时会发生变化，磨粒群在随着柔性介质呈一致的宏观运动状态同时，其内部也存在局部的微观运动，形成可变的力链分布。为了观测这一现象，在现有的光学研究基础上，采用光弹颗粒模拟磨粒群，通过光源和偏光器的作用，通过光的折射现象，对光弹颗粒在挤压过程中形成的力链进行实时观测，从而得到磨粒群的力学变化规律。
[0003]当前，由于气压砂轮实际加工过程无法配合整套观测体系，需进一步设计一套可模拟磨粒运动的观测系统，根据上述原理设计的力链观测装置存在一个主要难题，就是如何设计一个磨粒约束装置使针对磨粒群力链的观测尽可能的与实际情况相符。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有磨粒约束装置无法模拟气压砂轮实际磨粒加工情况以及无法观测磨粒群的力链变化的问题，提出了一种用于颗粒力链观测的磨粒约束装置。
[0005]本发明所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:包括上透明层、下透明层、夹在上下透明层之间的中层磨粒约束模块、多个用于测定磨粒受力状态的应力传感器、控制器，所述的中层磨粒约束模块包括用于容纳光弹颗粒的腔体、挡板、施力机构，所述的腔体侧面带有缺口 ；所述的挡板安装在所述的腔体缺口处；所述的腔体底部装有用于挤压光弹颗粒的施力机构，所述的施力机构的挤压部贯穿所述的腔体的底板后与光弹颗粒接触；所述的上透明板、下透明板、施力机构的挤压部、所述的腔体以及所述的挡板共同围成容纳光弹颗粒的中层封闭容纳腔；所述的中层磨粒约束模块配置多个应力传感器，所述的应力传感器与所述的控制器的信号输入端相连、所述的施力机构与所述的控制器的信号输出端相连。
[0006]所述的中层磨粒约束模块位于所述的上透明层与下透明层的中心。
[0007]所述的腔体为U型支架，U型支架的两个延伸臂上端设有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分别装有与第二滑槽匹配的第二滑块，所述的挡板的两端分别固接在所述的第二滑块上，并且所述的挡板随第二滑块的移动和转动进行扭转，使得挡板呈现下凹和上凸两个状态，其中第二滑槽的中心轴与腔体的中心轴平行。
[0008]所述的施力机构包括固接在腔体底部的连杆、由伺服电机驱动的转盘、第一滑块，所述的连杆设有第一滑槽，转盘的安装轴与第一滑块固定，随第一滑块沿第一滑槽运动，其中第一滑槽的中心轴与腔体的中心轴平行，伺服电机与控制器的信号输出端连接。
[0009]所述的第一滑槽与腔体底部之间的最小距离小于所述的转盘的半径。
[0010]所述的挡板内表面配有表层应力传感器、所述的腔体的内侧面配有内层应力传感器、所述的第一滑块配有外层应力传感器，并且所述的表层应力传感、内层应力传感器、夕卜层应力传感器分别与控制器相应的输入端连接。
[0011]所述的转盘的外缘周向配有弹性环形外套。
[0012]所述的环形外套的弹性与气压砂轮内层弹性橡胶层一致。
[0013]本发明的工作原理在于:将光弹颗粒置于腔体内，其左右侧分别由U型支架延伸臂进行约束，因此光弹颗粒在这两个方向是无法移动的；上方和下方分别由透明板进行约束，下透明板主要用于光源入射光的通过，上透明板主要用于光弹颗粒在接受光源照射后将折射光传至摄像机，便于图像整理；其前侧由挡板进行约束，后侧由环形外套进行约束，在试验过程中，首先选取与气压砂轮内层弹性橡胶层一致的环形外套，安装于轮盘外层，使其在驱动磨粒运动时具有与气压砂轮一直的作用效果。选取需要检测的加工表面形貌，通过可旋转的第二滑块调整挡板，使挡板呈现下凹或上凸形状。选取适量的光弹颗粒置于密闭环境中，该密闭环境也可添加气压砂轮磨粒层中相应的介质，使光弹颗粒群尽量与磨粒层状态一致。通过伺服电机驱动轮盘旋转，使得表层光弹颗粒在这一过程中受环形外套施加压力，同时光弹颗粒内部相互挤压，形成力链，并使光弹颗粒对上挡板产生作用力。通过第一滑块移动转盘在U型支架内部前后移动，使得光弹颗粒进一步挤压，增大上挡板表面的接触压力，从而模拟气压砂轮在加工过程中驱动磨粒群对工件实现加工的过程。通过外层应力传感器控制环形外套对光弹颗粒的施加应力的大小，通过内层应力传感器检测U型支架内壁的受力大小，可用于力链的分析，通过表层应力传感器检测上挡板表面的应力大小，用于研究实际加工应力。整个磨粒群力链采集过程，基于Maxwell关于应力-光学定理，采用光弹颗粒模拟现实磨粒颗粒，利用光折射产生相位差的原理，通过图像处理的方式直接观察颗粒力链状态，结合彩色梯度算法获取光弹颗粒材料力学信息。
[0014]本发明的有益效果在于:针对磨粒约束装置无法模拟气压砂轮实际磨粒加工情况，设计了一套可用于颗粒力链观测的磨粒约束装置。该套装置可适用于针对光弹颗粒的力链采集，并可根据加工对象的不同进行形状的调整，也可根据气压砂轮磨粒层设计的不同，对光弹颗粒群介质进行调整，还可以通过颗粒驱动介质的材料设计与运动状态的调整实际模拟气压砂轮的加工情况。该装置的设计可为气压砂轮磨粒群力链的研究提供极大的帮助。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明整体结构上视图(其中ω代表转盘的转动角速度)。
[0016]图2是本发明整体结构前视图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图进一步说明本发明
[0018]参照附图:
[0019]实施例1本发明所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，包括上透明层1、下透明层3、夹在上下透明层之间的中层磨粒约束模块2、多个用于测定磨粒受力状态的应力传感器、控制器，所述的中层磨粒约束模块2包括用于容纳光弹颗粒的腔体212、挡板219、施力机构，所述的腔体212侧面带有缺口 ；所述的挡板安装在所述的腔体缺口处；所述的腔体底部装有用于挤压光弹颗粒的施力机构，所述的施力机构的挤压部贯穿所述的腔体212的底板后与光弹颗粒217接触；所述的上透明板1、下透明板3、施力机构的挤压部、所述的腔体212以及所述的挡板219共同围成容纳光弹颗粒的中层封闭容纳腔；所述的中层磨粒约束模块2配置多个应力传感器，所述的应力传感器与所述的控制器的信号输入端相连、所述的施力机构与所述的控制器的信号输出端相连。
[0020]所述的中层磨粒约束模块2位于所述的上透明层I与下透明层3的中心。
[0021]所述的腔体212为U型支架，U型支架的两个延伸臂上端设有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分别装有与第二滑槽匹配的第二滑块210，所述的挡板219的两端分别固接在所述的第二滑块210上，并且所述的挡板219随第二滑块210的移动和转动进行扭转，使得挡板219呈现下凹和上凸两个状态，其中第二滑槽的中心轴与腔体212的中心轴平行。
[0022]所述的施力机构包括固接在腔体212底部的连杆、由伺服电机驱动的转盘213、第一滑块215，所述的连杆设有第一滑槽，转盘213的安装轴与第一滑块215固定，随第一滑块215沿第一滑槽运动，其中第一滑槽的中心轴与腔体212的中心轴平行，伺服电机与控制器的信号输出端连接。
[0023]所述的第一滑槽与腔体212底部之间的最小距离小于所述的转盘213的半径。
[0024]所述的挡板219内表面配有表层应力传感器211、所述的腔体212的内侧面配有内层应力传感器218、所述的第一滑块215配有外层应力传感器214，并且所述的表层应力传感211、内层应力传感器218、外层应力传感器214分别与控制器相应的输入端连接。
[0025]所述的转盘213的外缘周向配有弹性环形外套216。
[0026]所述的环形外套216的弹性与气压砂轮内层弹性橡胶层一致。
[0027]本发明的工作原理在于:将光弹颗粒217置于腔体212内，其左右侧分别由U型支架延伸臂进行约束，因此光弹颗粒217在这两个方向是无法移动的；上方和下方分别由透明板进行约束，下透明板3主要用于光源入射光的通过，上透明板I主要用于光弹颗粒217在接受光源照射后将折射光传至摄像机，便于图像整理；其前侧由挡板219进行约束，后侧由环形外套216进行约束，在试验过程中，首先选取与气压砂轮内层弹性橡胶层一致的环形外套，安装于轮盘213外层，使其在驱动磨粒运动时具有与气压砂轮一直的作用效果。选取需要检测的加工表面形貌，通过可旋转的第二滑块210调整挡板219，使挡板219呈现下凹或上凸形状。选取适量的光弹颗粒217置于密闭环境中，该密闭环境也可添加气压砂轮磨粒层中相应的介质，使光弹颗粒群尽量与磨粒层状态一致。通过伺服电机驱动轮盘213旋转，使得表层光弹颗粒在这一过程中受环形外套施加压力，同时光弹颗粒内部相互挤压，形成力链，并使光弹颗粒对上挡板产生作用力。通过第一滑块移动转盘213在U型支架内部前后移动，使得光弹颗粒进一步挤压，增大挡板219表面的接触压力，从而模拟气压砂轮在加工过程中驱动磨粒群对工件实现加工的过程。通过外层应力传感器控制环形外套对光弹颗粒的施加应力的大小，通过内层应力传感器218检测U型支架内壁的受力大小，可用于力链的分析，通过表层应力传感器检测上挡板表面的应力大小，用于研究实际加工应力。整个磨粒群力链采集过程，基于Maxwell关于应力-光学定理，采用光弹颗粒模拟现实磨粒颗粒，利用光折射产生相位差的原理，通过图像处理的方式直接观察颗粒力链状态，结合彩色梯度算法获取光弹颗粒材料力学信息。
[0028]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:包括上透明层、下透明层、夹在上下透明层之间的中层磨粒约束模块、多个用于测定磨粒受力状态的应力传感器、控制器，所述的中层磨粒约束模块包括用于容纳光弹颗粒的腔体、挡板、施力机构，所述的腔体侧面带有缺口 ；所述的挡板安装在所述的腔体缺口处；所述的腔体底部装有用于挤压光弹颗粒的施力机构，所述的施力机构的挤压部贯穿所述的腔体的底板后与光弹颗粒接触；所述的上透明板、下透明板、施力机构的挤压部、所述的腔体以及所述的挡板共同围成容纳光弹颗粒的中层封闭容纳腔；所述的中层磨粒约束模块配置多个应力传感器，所述的应力传感器与所述的控制器的信号输入端相连、所述的施力机构与所述的控制器的信号输出端相连。
2.如权利要求1所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的中层磨粒约束模块位于所述的上透明层与下透明层的中心。
3.如权利要求2所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的腔体为U型支架，U型支架的两个延伸臂上端设有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分别装有与第二滑槽匹配的第二滑块，所述的挡板的两端分别固接在所述的第二滑块上，并且所述的挡板随第二滑块的移动和转动进行扭转，使得挡板呈现下凹和上凸两个状态，其中第二滑槽的中心轴与腔体的中心轴平行。
4.如权利要求2所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的施力机构包括固接在腔体底部的连杆、由伺服电机驱动的转盘、第一滑块，所述的连杆设有第一滑槽，转盘的安装轴与第一滑块固定，随第一滑块沿第一滑槽运动，其中第一滑槽的中心轴与腔体的中心轴平行，伺服电机与控制器的信号输出端连接。
5.如权利要求4所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的第一滑槽与腔体底部之间的最小距离小于所述的转盘的半径。
6.如权利要求1所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的挡板内表面配有表层应力传感器、所述的腔体的内侧面配有内层应力传感器、所述的第一滑块配有外层应力传感器，并且所述的表层应力传感、内层应力传感器、外层应力传感器分别与控制器相应的输入端连接。
7.如权利要求5所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的转盘的外缘周向配有弹性环形外套。
8.如权利要求7所述的用于颗粒力链观测的磨粒约束装置，其特征在于:所述的环形外套的弹性与气压砂轮内层弹性橡胶层一致。
【文档编号】G01N15/00GK104330306SQ201410587436
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】曾晰, 计时鸣, 潘烨, 王成湖 申请人:浙江工业大学