本发明属于矿物加工实验领域，具体涉及一种全自动矿粉填棒仪。
背景技术
在矿物加工实验领域中，光谱实验前，需要先通过振动搅拌仪将待检测的矿粉混匀，然后再将混匀的矿粉填入碳棒凹槽端。矿粉填棒时，矿粉的填充量很少，一般为0.2g，而且要求填充紧实。目前都是由人工填棒，人工填棒时操作工在一堆矿粉前，手持碳棒使凹槽端推入矿粉堆内并按压多次，而且还要人工振捣。人工填棒不仅对操作人员的能力有一定的要求(不能太紧实而破坏碳棒，也不能太松散而掉粉)，而且劳动强度大，尤其是对手指的伤害也很大，关键是，一个熟练操作工一天仅能填棒800根，至少需要两名以上的熟练操作工才能满足一个光谱实验室的需求，这样的话，白白浪费了很多人工。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种全自动矿粉填棒仪，实现了倒料、推棒、填料和取棒的自动进行和多工位同步进行，降低了劳动强度，填棒效率高。
本发明所采用的技术方案是：
一种全自动矿粉填棒仪，包括控制器以及连接至控制器的填料模块、倒料模块、推棒模块和取棒模块，填料模块包括转盘、填料杆和填料杆驱动机构，转盘上设有若干个带有填料斗的工位，填料斗内底面开有集粉槽，集粉槽两端向外开孔延伸分别形成填料杆孔和碳棒孔，倒料模块包括若干个用于盛放矿粉的坩埚、用于排放坩埚的坩埚台、用于依次夹取坩埚并倾倒至填料工位处填料斗的倒料运动机构，推棒模块包括用于堆放碳棒的碳棒仓、仅容碳棒仓内碳棒依次单根进入的碳棒滑道、顶棒杆、能带动顶棒杆将碳棒沿碳棒滑道推出至填料工位处碳棒孔并顶紧的顶棒杆驱动机构，填料杆驱动机构能带动填料杆伸入填料工位处填料杆孔并继续前进将矿粉压紧填入碳棒凹槽端，取棒模块包括用于排放碳棒的成品台和能将取棒工位处碳棒转移并依次插放至成品台的取棒运动机构。
进一步地，填料杆包括杆体和位于杆体工作端的杆头，杆体的下表面与集粉槽配合、上表面具有一个以上的倒v结构。
进一步地，填料杆包括杆体和位于杆体工作端的杆头，填料杆孔与杆体配合，杆头为圆柱状且与碳棒孔同轴。
进一步地，填料斗通过销孔配合可移动的安装有支撑架，支撑架相对填料斗的位置通过压缩弹簧调整，支撑架上设有支撑孔，碳棒进入碳棒孔前先支撑的穿过支撑孔。
进一步地，坩埚台为混匀矿粉工序中振动搅拌仪上可拆卸的物料盘。
进一步地，倒料运动机构包括用于安装物料盘并带动物料盘旋转的旋转座、直线运动组件、设在直线运动组件传动末端的能翻转的倒料夹爪。
进一步地，物料盘下方设有若干个顶升组件，倒料夹爪夹取坩埚前，顶升组件能将对应位置的坩埚顶升。
进一步地，取棒运动机构包括直线运动组件、平面运动组件和安装在平面运动组件传动末端的可翻转的取棒夹爪，成品台安装在直线运动组件的传动末端，直线运动组件和平面运动组件配合能实现三维空间运动。
进一步地，还包括清洁模块，转盘上设有至少一个清洁工位，清洁工位位于取棒工位下游，清洁模块包括将所有清洁工位半包围的罩体、将每个填料斗单独半包围的围体、吹气机构和吸气机构，清洁工位上的填料斗被罩体和围体合围在单独的密封腔内，吹气机构能向密封腔内的填料斗吹气，吸气机构能对密封腔吸气。
进一步地，清洁工位为一个时，吹气机构和吸气机构同时作用在唯一的清洁工位上；清洁工位大于一个时，吸气机构至少作用在最下游的清洁工位上。
本发明的有益效果是：
1.本发明实现了倒料、推棒、填料和取棒的自动进行和多工位同步进行，降低了劳动强度，填棒效率高。经过实际使用效果统计，该全自动矿粉填棒仪每分钟能够填充4根碳棒(还可以根据需求调整生产节拍，增大或减少产量)，完全满足实验室需求。
2.填料杆将矿粉压紧填入碳棒凹槽端时，一般是设定往复填充2-4次(根据实际需要设定)，因此填料杆回退以及前进的过程中，需要填料斗里原有的矿粉继续掉落至集粉槽内，但是一般的矿粉都会有一定的粘结性，如果杆体上表面采用圆形或平面的话，矿粉底部之间会形成支撑受力结构，因而互相粘连而不落粉，采用倒v结构不仅可以使矿粉底部没有可靠支撑力，而且会对矿粉底部起到剪切作用，容易垮塌掉粉。
3.填料杆孔起到导向的作用，同时也保证了杆头的稳定前进，杆头为圆柱状且与碳棒孔同轴的设置，能够使矿粉均匀填充碳棒。
4.支撑架起到预先托住碳棒、防止掉落以及导向的作用，而且在后续的取棒过程中，由于碳棒的长度是不一定的(比如相邻两组试验，采用不同长度的碳棒，或者同一组试验，碳棒的长度不一致)，因此最好是夹持碳棒凹槽端(碳棒凹槽端的位置是固定的)，这样就可以对碳棒有精确定位，夹持碳棒时取棒运动机构抵住支撑架将其压缩到指定位置后取下碳棒，方便夹取到碳棒凹槽端位置，可以适应不同长度的碳棒，适用范围广。
5.坩埚台采用上一步混匀矿粉工序中振动搅拌仪上可拆卸的物料盘，无需人工再去摆放，省时省力。
6.倒料运动机构与物料盘完美适应，利用物料盘的旋转和直线运动组件的运动，即可带动倒料夹爪选取任意位置的坩埚，能翻转的倒料夹爪既能夹取坩埚，又能倾倒坩埚。
7.实际上不设置顶升组件也可以完成坩埚的夹取，只需将倒料夹爪设置低一点并将坩埚设置为一层同心圆即可，但是这样的话，坩埚的排布就会变稀降低了处理量，设置顶升组件可以在坩埚设置多层同心圆，加大了处理量。
8.取棒运动机构的直线运动组件和平面运动组件配合能实现三维空间运动，满足将取棒夹爪在成品台和取棒工位之间的转移，可翻转的取棒夹爪除了夹持碳棒，还可以向下翻转使碳棒凹槽端向下插入成品台。
9.清洁模块能够对清洁工位上完成填棒和取棒的填料斗进行清洁，清洁时既吹走了填料斗上的残余矿粉，有吸走了环境中的矿粉，清洁度高。
10.清洁工位的个数根据具体的清洁度要求和尺寸排布确定，吸气机构至少作用在最下游的清洁工位上，起到兜底的作用，保证密封腔内不会有矿粉。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图一。
图2是本发明实施例的结构示意图二。
图3是本发明实施例中倒料模块的正视图。
图4是本发明实施例中倒料模块的俯视图。
图5是本发明实施例中倒料模块的侧视图。
图6是本发明实施例中推棒模块的正视图。
图7是本发明实施例中推棒模块的俯视图。
图8是本发明实施例中推棒模块的侧视图。
图9是图8中a处的放大图。
图10是本发明实施例中填料模块的正视图。
图11是本发明实施例中填料模块的俯视图。
图12是本发明实施例中填料模块的侧视图。
图13是本发明实施例中填料模块的填料斗的示意图。
图14是图13的俯视图。
图15是图13的正视图。
图16是本发明实施例中填料模块的填料杆的示意图。
图17是本发明实施例中填料模块的支撑架的示意图。
图18是本发明实施例中取棒模块的正视图。
图19是本发明实施例中取棒模块的俯视图。
图20是本发明实施例中取棒模块的侧视图。
图21是本发明实施例中清洁模块的侧视图。
图22是图21中b-b处的剖视图。
图中：1-倒料模块；11-坩埚；12-物料盘；13-旋转座；14-倒料模块的直线运动组件；15-倒料夹爪；16-倒料模块的旋转组件；17-顶升组件；2-推棒模块；21-碳棒仓；22-碳棒滑道；23-顶棒杆；24-顶棒杆驱动机构；25-碎屑收集槽；3-填料模块；31-转盘；32-填料杆；321-倒v结构；322-杆头；33-填料杆驱动机构；34-填料斗；341-集粉槽；342-填料杆孔；343-碳棒孔；35-支撑架；351-支撑孔；352-弹簧；4-取棒模块；41-成品台；42-取棒模块的直线运动组件；43-取棒夹爪；44-取棒模块的旋转组件；45-横向的直线运动组件；46-竖向的直线运动组件；5-清洁模块；51-罩体；52-围体；53-吹气机构；54-吸气机构；6-碳棒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种全自动矿粉填棒仪，包括控制器(一般是plc控制器，也可以是单片机，用于实现各模块之间的联动、驱动元件的预设和调节)以及连接至控制器的填料模块3、倒料模块1、推棒模块2和取棒模块4，填料模块3包括转盘31、填料杆32和填料杆驱动机构33，转盘31上设有若干个带有填料斗34的工位，填料斗34内底面开有集粉槽341，集粉槽341两端向外开孔延伸分别形成填料杆孔342和碳棒孔343，倒料模块1包括若干个用于盛放矿粉的坩埚11(不同的坩埚11放置相同或不同的矿粉，粉量是相同的，一个坩埚11的粉量略大于一个碳棒6的填充量)、用于排放坩埚11的坩埚台、用于依次夹取坩埚11并倾倒至填料工位处填料斗34(填料工位处填料斗34朝上，方便承接矿粉)的倒料运动机构，推棒模块2包括用于堆放碳棒6的碳棒仓21(操作人员堆放碳棒6时使碳棒6凹槽端位于同侧，这样可以保证始终是碳棒6凹槽端伸出)、仅容碳棒仓21内碳棒6依次单根进入的碳棒滑道22、顶棒杆23、能带动顶棒杆23将碳棒6沿碳棒滑道22推出至填料工位处碳棒孔343并顶紧的顶棒杆驱动机构24(碳棒孔343内设有碳棒定位结构和\或顶棒杆驱动机构24上带有位置传感器，以此实现定位)，填料杆驱动机构24能带动填料杆23伸入填料工位处填料杆孔42并继续前进将矿粉压紧填入碳棒6凹槽端，取棒模块4包括用于排放碳棒6的成品台41和能将取棒工位处碳棒6转移并依次插放至成品台41的取棒运动机构。本发明实现了倒料、推棒、填料和取棒的自动进行和多工位同步进行，降低了劳动强度，填棒效率高。经过实际使用效果统计，该全自动矿粉填棒仪每分钟能够填充4根碳棒6(还可以根据需求调整生产节拍，增大或减少产量)，完全满足实验室需求。
在倒料模块1中，坩埚台为混匀矿粉工序中振动搅拌仪上可拆卸的物料盘12。坩埚台采用上一步混匀矿粉工序中振动搅拌仪上可拆卸的物料盘12，无需人工再去摆放，省时省力。当然也可以采用其余的坩埚台，只不过需要人工摆放，耗时较长。
在倒料模块1中，倒料运动机构包括用于安装物料盘12并带动物料盘12旋转的旋转座13、直线运动组件14、设在直线运动组件14传动末端的能翻转的倒料夹爪15(倒料夹爪15与旋转组件16为一体，旋转组件16带动倒料夹爪15翻转)。倒料运动机构与物料盘12完美适应，利用物料盘12的旋转和直线运动组件14的运动，即可带动倒料夹爪15选取任意位置的坩埚11，能翻转的倒料夹爪15既能夹取坩埚11，又能倾倒坩埚11。实际上，倒料运动机构还可以是其它方案，比如，倒料运动机构包括平面运动组件、设在平面运动机构传动末端的能翻转的倒料夹爪15。再比如，倒料运动机构包括用于安装坩埚台的x向直线运动组件、y向直线运动组件、设在y向直线运动组件传动末端的能翻转的倒料夹爪15。这些方案都能实现功能，只是额外增加了安装尺寸，不利于其余模块的安装，而且增加了成本。
在倒料模块1中，物料盘12上每一个坩埚位置都设有标记，旋转座13与物料盘12通过定位结构(定位结构为旋转座13上的定位柱和物料盘12上的定位孔，或相反)固定角度安装。作标记有助于区分，操作人员能够依照前后顺序，将坩埚11与填料后的碳棒6一一对应。
在倒料模块1中，物料盘12下方设有若干个顶升组件17，倒料夹爪15夹取坩埚11前，顶升组件17能将对应位置的坩埚11顶升。实际上不设置顶升组件17也可以完成坩埚11的夹取，只需将倒料夹爪15设置低一点并将坩埚11设置为一层同心圆即可，但是这样的话，坩埚11的排布就会变稀，降低了处理量，设置顶升组件17可以在坩埚11设置多层同心圆，加大了处理量。
在倒料模块1中，旋转座13、直线运动组件14、倒料夹爪15、顶升组件17可以采用电动、气动、液动、电推杆等常规驱动，具体设置根据实际的活动范围、动作频率和作用力大小确定。
在推棒模块2中，碳棒滑道22位于碳棒仓21底部开口下方，碳棒仓21底部开口仅容单根碳棒6通过，碳棒滑道22内存在一根碳棒6时，上方的碳棒6被碳棒滑道22内的碳棒6抵住不能落下。这是利用碳棒滑道22和碳棒仓21底部开口的尺寸和位置关系实现单根通过，当然也可以在碳棒滑道22和碳棒仓21底部开口之间设置两个移动式挡片，上游的挡片放行时下游的挡片挡住，下游的挡片放行时上游的挡片挡住，始终保证有且仅有一个碳棒6通过，不过种方式远远没有上一种方式简单。
在推棒模块2中，顶棒杆驱动机构24上设有压力传感器。压力传感器可以通过压力反馈判断是否到位，当然也可以不设置压力传感器，通过预设一个固定的推出值实现碳棒6的推出长度控制，但是碳棒6在加工过程中可能存在长度误差，采用固定的推出值可能导致较短的碳棒6填充不够紧密。
在推棒模块2中，碳棒滑道22底面设有碎屑收集槽25。碳棒6滑落和被推动的过程中会产生碎屑，增设碎屑收集槽22，避免碎屑污染其余模块。
在推棒模块2中，顶棒杆驱动机构24采用电机驱动、丝杠传动。这是一种稳定性良好的驱动机构，当然也可以采用液压缸、气压缸或电推杆驱动，只是传动不如丝杠传动稳定，若传动抖动过大，会大幅度损伤碳棒6。
在填料模块3中，填料杆32包括杆体和位于杆体工作端的杆头322，杆体的下表面与集粉槽341配合、上表面具有一个以上的倒v结构321(本实施例为2个倒v结构321)。填料杆32将矿粉压紧填入碳棒6凹槽端时，一般是设定往复填充2-4次(根据实际需要设定)，因此填料杆32回退以及前进的过程中，需要填料斗34里原有的矿粉继续掉落至集粉槽341内，但是一般的矿粉都会有一定的粘结性，如果杆体上表面采用圆形或平面的话，矿粉底部之间会形成支撑受力结构，因而互相粘连而不落粉，采用倒v结构341不仅可以使矿粉底部没有可靠支撑力，而且会对矿粉底部起到剪切作用，容易垮塌掉粉。
在填料模块3中，填料杆孔342与杆体配合，杆头322为圆柱状且与碳棒孔343同轴。填料杆孔342起到导向的作用，保证了杆头322的稳定前进，杆头322为圆柱状且与碳棒孔343同轴的设置，能够使矿粉均匀填充碳棒6，当然杆头32并不局限于圆柱状，还可以是其余形状。
在填料模块3中，填料杆孔342和碳棒孔343的入口端均设有内倒角。方便填料杆32和碳棒6的推入，当对准不精时，起到入口导向的作用。
在填料模块3中，填料杆驱动机构33设有位置传感器。可以保证填料杆32准确达到预设的伸出长度，防止填料杆驱动机构33出现偏差，起到多重保证。
在填料模块3中，填料杆驱动机构33为气缸。还可以是液压缸、电推杆、电机等驱动方式，优选气缸，因为通过气缸的压力可以辅助判断填充的压紧程度(由于碳棒6凹槽端是定位固定的，所以只需预设填料杆33的伸出长度就可以了，这里的气缸压力起到辅助判断的作用)。
在填料模块3中，填料斗34整体为扁长状，长度方向与集粉槽341方向相同。使得矿粉沿集粉槽341分布更加均匀，不会集中在某一点上，如果集中某一点上，填料杆32前进时会挤压更多的矿粉向上，增加了填料杆32的往复次数。
在填料模块3中，填料斗34通过销孔配合可移动的安装有支撑架35，支撑架35相对填料斗34的位置通过压缩弹簧352调整，支撑架35上设有支撑孔351，碳棒6进入碳棒孔343前先支撑的穿过支撑孔351。支撑架35起到预先托住碳棒6、防止掉落以及导向的作用，而且在后续的取棒过程中，由于碳棒6的长度是不一定的(比如相邻两组试验，采用不同长度的碳棒6，或者同一组试验，碳棒6的长度不一致)，因此最好是夹持碳棒6凹槽端(碳棒6凹槽端的位置是固定的)，这样就可以对碳棒6有精确定位，夹持碳棒6时取棒运动机构抵住支撑架35将其压缩到指定位置后取下碳棒6，方便夹取到碳棒6凹槽端位置，可以适应不同长度的碳棒6，适用范围广。
在取棒模块4中，取棒运动机构包括直线运动组件42、平面运动组件和安装在平面运动组件传动末端的可翻转的取棒夹爪43(取棒夹爪43与旋转组件44为一体，旋转组件44带动取棒夹爪43翻转)，成品台41安装在直线运动组件42的传动末端，直线运动组件42和平面运动组件配合能实现三维空间运动。取棒运动机构的直线运动组件42和平面运动组件配合能实现三维空间运动，满足取棒夹爪43在成品台41和取棒工位之间的转移，可翻转的取棒夹爪43除了夹持碳棒6，还可以向下翻转使碳棒6凹槽端向下插入成品台41。
取棒运动机构还可与是三维运动组件和安装在三维运动组件传动末端的可翻转的取棒夹爪43，此时成品台41固定安装，由三维运动组件实现三维操作。但是这样的话，结构分配不合理，容易与其余模块产生干涉。当然，也可以采用带有夹爪的机械臂，但是增加了成本。
在取棒模4块中，直线运动组件42为电机驱动、丝杠传动。还可以是气缸、液压缸或电推杆。采用电机驱动、丝杠传动，传动稳定，不会损坏碳棒6。
在取棒模块4中，平面运动组件包括竖向的直线运动组件46和安装在竖向的直线运动组件46传动末端的横向的直线运动组件45，取棒夹爪43安装在横向的直线运动组件45传动末端。当然，也可以是平面运动组件包括横向的直线运动组件45和安装在横向的直线运动组件45传动末端的竖向的直线运动组件46，取棒夹爪43安装在竖向的直线运动组件46传动末端。优选的实施例考虑到前期对碳棒6的夹取移动是一个横向的过程，如果竖向的直线运动组件46与取棒夹爪43一起运动的话，要么会产生干涉，要么需要对其余模块进行规避调整。
还可以在上述基础上，增设清洁模块5，转盘31上设有至少一个清洁工位，清洁工位位于取棒工位下游，清洁模块5包括将所有清洁工位半包围的罩体51、将每个填料斗34单独半包围的围体52、吹气机构53和吸气机构54，清洁工位上的填料斗34被罩体51和围体52合围在单独的密封腔内，吹气机构53能向密封腔内的填料斗34吹气，吸气机构54能对密封腔吸气。清洁模块5能够对清洁工位上完成填棒和取棒的填料斗34进行清洁，清洁时既吹走了填料斗34上的残余矿粉，又吸走了环境中的矿粉，清洁度高。如果一组实验里矿粉相同的话，可以不设置清洁模块5或者不开启清洁模块5。
在清洁模块5中，清洁工位为一个时，吹气机构53和吸气机构同54时作用在唯一的清洁工位上；清洁工位大于一个时，吸气机构54至少作用在最下游的清洁工位上。清洁工位的个数根据具体的清洁度要求和尺寸排布确定，吸气机构54至少作用在最下游的清洁工位上，起到兜底的作用，保证密封腔内不会有矿粉，吹气机构53可以任意排布。
在清洁模块5中，罩体51包括将转盘31部分外圆覆盖的圆弧板和将转盘31两侧部分覆盖的两个侧板，围体52为将填料斗34底部和两侧半包围的u型板，在清洁工位上，u型板两端与圆弧板内壁贴合，u型板两侧分别与两个侧板的内壁贴合。罩体51和围体52的形状设置还可以有很多种，如，罩体51只将转盘31部分外圆覆盖，围体52将填料斗34包围只露出顶部开口，在清洁工位上，围体52顶部开口与罩体51内壁贴合。采用优选的实施例是因为安装在转盘31上的围体52结构最简单、最轻，不会影响转盘31的排布，不会加大转盘31的负载。
在清洁模块5中，罩体51和围体52的贴合处均设有用于柔性封堵的橡胶件。橡胶件既增加了整体密封性，又避免了刚性摩擦。
在清洁模块5中，罩体51由透光材料制成，能够在罩体51外部观测清洁工位上填料斗34的清洗情况。前期罩体51采用透光材料，可以观测清洗情况，便于调整改进，后期罩体对透光性能没有要求。
在清洁模块5中，吹气机构53吹气时指向集粉槽341以及填料杆孔342和碳棒孔343中的至少一个。填棒后的填料斗34剩余矿粉位于集粉槽341、填料杆孔342和碳棒孔343内，单独向集粉槽341吹气，大部分气体被反弹，只有少量气体会通过填料杆孔342和碳棒孔343，因此填料杆孔342和碳棒孔343的清洁度不高，而至少向填料杆孔342和碳棒孔343中的一个吹气时，由于填料杆孔342和碳棒孔343的方向是相同的，因此，大部分气体会通过填料杆孔342和碳棒孔343，清洁度高。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。