一种基于超磁致伸缩材料的称重装置及方法与流程

本发明涉及称重领域，尤其涉及一种基于超磁致伸缩材料的称重装置及方法。

背景技术：

随着网上购物的越发普及，商家对于物流速度的要求越来越高，而货物称重物流整理过程中比较耗时的一个环节，而称重在称重技术中，是将重物放于称重系统的承载体上待稳定后，才可以准确地读出重量值，但是需要进行快速称重时，这种传感器就暴露出缺陷，由于弹性体的阻尼比较小传，传感器到达稳态的时间较长，不能满足快速测量的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于超磁致伸缩材料的称重装置及方法，能够快速、稳定、精确地称重。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于超磁致伸缩材料的称重装置，包括壳体、托盘、压力应变模块、微位移驱动模块、位移放大模块、压盘、称重传感模块、控制模块和电源模块；

所述壳体呈空心柱状，其上端开口，下端封闭；

所述压力应变模块包含若干设置在壳体上端的压力应变片，用于感应压力状况并将其传递给所述控制模块；

所述托盘架在所述壳体上端的压力应变模块上；

所述微位移驱动模块包含上盖、外壳、下盖、超磁致伸缩棒、输出推杆、偏置线圈、励磁线圈和至少两根预紧弹簧；

所述上盖和下盖通过外壳相连组成柱体，其中，上盖的上端与所述托盘的底部固定相连，下盖的中心设有供所述输出推杆伸出的圆孔；

所述超磁致伸缩棒上端与所述上盖的中心固定相连，下端与所述输出推杆固定相连；

所述励磁线圈设置在超磁致伸缩棒的外圈，偏置线圈设置在励磁线圈的外圈；

所述输出推杆的下端伸出所述下盖与所述位移放大模块的位移输入端固定相连；

所述位移放大模块的位移输出端与所述压盘固定相连，用于放大输入的位移；

所述称重传感模块设置在所述壳体的底端、压盘的下方；

所述输出推杆上设有凸环；

所述预紧弹簧均设置在所述凸环上，一端与所述凸环固定相连，另一端与所述下盖固定相连，使得称重传感模块在称重装置未工作时与所述压盘之间留有空隙；

所述控制模块分别与电源模块、压力应变模块、励磁线圈、偏置线圈、称重传感模块相连，用于根据压力应变模块的输入信号控制励磁线圈、偏置线圈通电，使得超磁致伸缩棒伸长，压盘压在称重传感模块上，将托盘撑起；并根据称重传感模块的输入信号控制励磁线圈、偏置线圈断电，使得超磁致伸缩棒收缩，压盘离开称重传感模块。

作为本发明一种基于超磁致伸缩材料的称重装置进一步的优化方案，所述位移放大模块包括液压缸、第一活塞、第二活塞和液压液；

所述液压缸包含分别对应于第一活塞、第二活塞的第一液压部和第二液压部，所述第一液压部和第二液压部均为圆柱体，第一液压部的底端与第二液压部的顶端相连，且第一液压部的直径大于第二液压部的直径；

所述第一活塞的活塞柄与所述输出推杆的下端固定相连，所述第二活塞的活塞柄与所述压盘的上端固定相连；

所述液压液设置在第一活塞和第二活塞之间的液压缸中。

作为本发明一种基于超磁致伸缩材料的称重装置进一步的优化方案，所述壳体顶端开口呈沉头孔状，所述压力应变模块包含三个均匀分布在沉头平面上的压力应变片，所述托盘架在所述三个压力应变片上。

作为本发明一种基于超磁致伸缩材料的称重装置进一步的优化方案，所述称重传感模块包含五个呈十字形分布的压力传感器。

本发明还公开了该基于超磁致伸缩材料的称重装置的称重方法，包含以下过程：

步骤1），将待称重物品放进托盘，使得压力应变模块中的压力应变片发生形变，将形变信号发送给所述控制模块；

步骤2），控制模块对接收到的形变信号进行分析，如果压力应变片的形变量大于预设的形变量阈值，控制励磁线圈、偏置线圈通电，使得超磁致伸缩棒伸长；

步骤3），输出推杆往下移动，朝位移放大模块输入向下的位移，预紧弹簧被压缩；

步骤4），位移放大模块输出放大后向下的位移，使得压盘朝下移动，压住称重传感模块，将托盘顶起；

步骤5），称重传感模块将称重信号传递给所述控制模块，控制模块计算出待称重物品的重量；

步骤6），将待称重物品拿出托盘；

步骤7），控制模块对接收到的称重信号进行分析，如果称重信号中的重量值大于预设的第一重量阈值且小于预设的第二重量阈值，控制励磁线圈、偏置线圈断电，使得超磁致伸缩棒收缩；

步骤8），预紧弹簧使得输出推杆往上移动，朝位移放大模块输入向上的位移；

步骤9），位移放大模块输出放大后向上的位移，使得压盘朝上移动，与称重传感模块之间留有空隙。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 使用了智能材料超磁致伸缩棒，通过磁场方向来实现超磁致伸缩棒的微位移控制，并通过所述位移放大模块将微位移驱动模块输出的位移进行放大，进而顺利的实现托盘的上升与下降以平稳、快速、准确的完成整个称重过程；

2. 超磁致伸缩棒在磁场方向的变化下可灵敏、快速的进行微位移的输出，相对于传统的称重装置，大大提高了称重的速度；

3. 通过预紧弹簧避免了重物冲击造成称重传感模块的损坏；

4. 保证了超磁致伸缩棒恢复时压盘离开称重传感模块。；

5. 位移放大模块制造工艺简单，成本低廉。

附图说明

图1是本发明一种基于超磁致伸缩材料的称重装置的结构示意图；

图2是本发明一种基于超磁致伸缩材料的称重装置的剖视图。

其中：1-微位移驱动模块，2-位移放大模块，3-压盘，4-称重传感模块，5-壳体，6-托盘，7-外壳，8-线圈骨架，9-偏置线圈，10-励磁线圈，11-超磁致伸缩棒，12-输出推杆，13-上盖，14-下盖，15-预紧弹簧，16-液压缸，17-第一活塞，18-第二活塞，19-液压液，20-沉头圆口，21-压力应变片，22-控制模块，23-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1和图2所示， 本发明公开了一种基于超磁致伸缩材料的称重装置，包括壳体、托盘、压力应变模块、微位移驱动模块、位移放大模块、压盘、称重传感模块、控制模块和电源模块；

所述壳体呈空心柱状，其上端开口，下端封闭；

所述压力应变模块包含若干设置在壳体上端的压力应变片，用于感应压力状况并将其传递给所述控制模块；

所述托盘架在所述壳体上端的压力应变模块上；

所述微位移驱动模块包含上盖、外壳、下盖、超磁致伸缩棒、输出推杆、偏置线圈、励磁线圈和至少两根预紧弹簧；

所述上盖和下盖通过外壳相连组成柱体，其中，上盖的上端与所述托盘的底部固定相连，下盖的中心设有供所述输出推杆伸出的圆孔；

所述超磁致伸缩棒上端与所述上盖的中心固定相连，下端与所述输出推杆固定相连；

所述励磁线圈设置在超磁致伸缩棒的外圈，偏置线圈设置在励磁线圈的外圈；

所述输出推杆的下端伸出所述下盖与所述位移放大模块的位移输入端固定相连；

所述位移放大模块的位移输出端与所述压盘固定相连，用于放大输入的位移；

所述称重传感模块设置在所述壳体的底端、压盘的下方；

所述输出推杆上设有凸环；

所述预紧弹簧均设置在所述凸环上，一端与所述凸环固定相连，另一端与所述下盖固定相连，使得称重传感模块在称重装置未工作时与所述压盘之间留有空隙；

所述控制模块分别与电源模块、压力应变模块、励磁线圈、偏置线圈、称重传感模块相连，用于根据压力应变模块的输入信号控制励磁线圈、偏置线圈通电，使得超磁致伸缩棒伸长，压盘压在称重传感模块上，将托盘撑起；并根据称重传感模块的输入信号控制励磁线圈、偏置线圈断电，使得超磁致伸缩棒收缩，压盘离开称重传感模块。

在微位移驱动模块内可以设置线圈骨架，以固定偏置线圈和励磁线圈。

本发明使用了智能材料超磁致伸缩棒，通过磁场方向来实现超磁致伸缩棒的微位移控制，并通过所述位移放大模块将微位移驱动模块输出的位移进行放大，进而顺利的实现托盘的上升与下降以平稳、快速、准确的完成整个称重过程。

超磁致伸缩棒在磁场方向的变化下可灵敏、快速的进行微位移的输出，相对于传统的称重装置，大大提高了称重的速度，预紧弹簧则避免了重物冲击造成称重传感模块的损坏，并保证了超磁致伸缩棒恢复时压盘离开称重传感模块。

下面给出一种位移放大模块的具体实施例：包括液压缸、第一活塞、第二活塞和液压液；液压缸包含分别对应于第一活塞、第二活塞的第一液压部和第二液压部，所述第一液压部和第二液压部均为圆柱体，第一液压部的底端与第二液压部的顶端相连，且第一液压部的直径大于第二液压部的直径；第一活塞的活塞柄与所述输出推杆的下端固定相连，所述第二活塞的活塞柄与所述压盘的上端固定相连；液压液设置在第一活塞和第二活塞之间的液压缸中。

通过该种结构将微位移驱动模块输出的微位移进行放大到适当的倍数，保证称重过程稳定、快速且该种位移放大模块制造工艺简单，成本低廉。

壳体顶端开口可以设置为沉头孔状，压力应变模块包含三个均匀分布在沉头平面上的压力应变片，托盘架在所述三个压力应变片上，所述应变片用于感知托盘上是否称重。

所述称重传感模块优先采用五个呈十字形分布的压力传感器。

本发明使用了智能材料超磁致伸缩棒，通过磁场方向来实现超磁致伸缩棒的微位移控制，并通过所述位移放大模块将微位移驱动模块输出的位移进行放大，进而顺利的实现托盘的上升与下降以平稳、快速、准确的完成整个称重过程。

基于超磁致伸缩材料的称重装置的称重方法包含以下过程：

步骤1），将待称重物品放进托盘，使得压力应变模块中的压力应变片发生形变，将形变信号发送给所述控制模块；

步骤2），控制模块对接收到的形变信号进行分析，如果压力应变片的形变量大于预设的形变量阈值，控制励磁线圈、偏置线圈通电，使得超磁致伸缩棒伸长；

步骤3），输出推杆往下移动，朝位移放大模块输入向下的位移，预紧弹簧被压缩；

步骤4），位移放大模块输出放大后向下的位移，使得压盘朝下移动，压住称重传感模块，将托盘顶起；

步骤5），称重传感模块将称重信号传递给所述控制模块，控制模块计算出待称重物品的重量；

步骤6），将待称重物品拿出托盘；

步骤7），控制模块对接收到的称重信号进行分析，如果称重信号中的重量值大于预设的第一重量阈值且小于预设的第二重量阈值，控制励磁线圈、偏置线圈断电，使得超磁致伸缩棒收缩；

步骤8），预紧弹簧使得输出推杆往上移动，朝位移放大模块输入向上的位移；

步骤9），位移放大模块输出放大后向上的位移，使得压盘朝上移动，与称重传感模块之间留有空隙。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。