一种粘附强度自动测量系统及测量方法

本发明涉及自动化测量，尤其涉及一种粘附强度自动测量系统及测量方法。

背景技术：

1、三氯化铝结晶的粘附强度是表示结晶罐内壁材料表面特性的重要参考指标，目前测量结晶粘附强度的方法主要有离心旋转法和直接推拉法，这些测量方法都处于单实验面人工操作，首先对待测实验板的单个面进行结晶，然后再通过测力计测量结晶与实验板之间的粘附力，由于力的施加角度、施加速度的不同测试结果受到操作者人为因素的影响较大，测量结果存在误差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中粘附强度测量均采用单实验面人工操作，受操作者人为因素的影响较大，测量结果存在误差的问题，现提供一种粘附强度自动测量系统及测量方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种粘附强度自动测量系统，包括：

3、结晶模块，用于在实验板上凝华形成三氯化铝结晶；

4、旋转模块，包括旋转台，所述旋转台沿其圆周方向转动安装有若干用于夹持实验板的夹紧工位，且所述旋转模块还包括用于推动夹紧工位旋转的推动组件及对旋转完成后的夹紧工位进行锁定的锁定组件，夹紧工位不仅可随旋转台转动并且可进行自转。

5、自动上料模块，用于将粘附有结晶的实验板输送至旋转模块；

6、视觉测量模块，用于测量实验板上结晶的面积；

7、自动测量模块，用于清除实验板上结晶并获得清除结晶过程中所产生的最大切向粘附力。

8、首先自动上料模块将实验板输送至夹紧工位并由夹紧工位进行夹紧，每个夹紧工位用于夹持一个实验板，视觉测量模块测得待测实验板的待测面上结晶的粘附面积，然后转动旋转台使该待测面转动至与自动测量模块正对，自动测量模块清除实验板上结晶并获得清除结晶过程中所产生的最大切向粘附力，来获得当前面的粘附强度，而后推动组件推动该夹紧工位旋转90°，其上的实验板同步旋转90°，锁定组件将实验板锁定在该状态，视觉测量模块测得旋转后与其正对的面上的结晶的粘附面积，自动测量模块测得该面上最大切向粘附力，计算得到该面的粘附强度，夹紧工位继续旋转至所有待测面均测量完毕。

9、上述技术方案利用旋转模块可对多个实验板以及每个实验板的多个面结晶的情况进行粘附强度的自动测量，提高了测量效率及测量精度，减小了人为因素对测量结果产生的误差。

10、进一步的，所述推动组件包括主动机构及辅助机构，所述主动机构包括移动台，所述移动台上方滑动设有移动块，所述移动块上固定有用于推动夹紧工位旋转的拨动杆，所述辅助机构包括伸缩气缸，所述伸缩气缸的输出端固定有第二电磁铁，且所述夹紧工位的四个侧壁固定有与第二磁铁吸合的铁块；夹紧工位底部设有转轴，旋转台对应位置嵌入有深沟球轴承，转轴和深沟球轴承进行配合实现夹紧工位的旋转。首先移动台带动移动块向夹紧工位的方向运动，拨动杆与夹紧工位接触并带动夹紧工位逆时针转动，当转动至一定角度后，伸缩气缸的输出端伸出至指定位置，第二电磁铁得电并与夹紧工位侧壁的铁块吸合，从而实现夹紧工位90°的旋转。

11、进一步的，所述夹紧工位的四个拐角处均设有定位孔，所述锁定组件包括位于定位孔中的上连接块及下连接块，所述上连接块与下连接块之间设有连接弹簧，所述旋转台对应于每个夹紧工位的部位均开设有四个定位槽，所述定位槽内部设有用于与下连接块吸合的第一电磁铁；当第一电磁铁得电时，下连接块在连接弹簧的拉伸作用下与第一电磁铁吸合，从而实现夹紧工位的固定，当第一电磁铁失电时，下连接块与第一电磁铁断开在连接弹簧的拉伸作用下回到初始位置，从而实现夹紧工位的松开。

12、进一步的，每个夹紧工位的中心部位凹陷形成有用于放置实验板的固定座，且所述固定座两侧分别设有用于夹紧实验板的前夹紧块及后夹紧块，夹紧工位上设有滑轨，后夹紧块下方设有与滑轨相匹配的滑块，滑块滑动连接在滑轨上，所述前夹紧块与后夹紧块之间连接有拉伸弹簧，且所述旋转台的中心部位设有用于推拉后夹紧块的导杆气缸，通过导杆气缸的输出轴的伸缩来带动后夹紧块靠近或远离前夹紧块，从而实现实验板的夹紧与松开。

13、进一步的，所述自动测量模块包括x轴驱动机构及与x轴驱动机构的输出端连接的x轴平移台，所述x轴平移台上安装有y轴驱动机构，所述y轴驱动机构的输出端连接有y轴平移台，所述y轴平移台上安装有z轴驱动机构，所述z轴驱动机构的输出端连接有z轴平移台，所述z轴平移台上固定有刮刀及激光位移传感器，所述刮刀底部设有压力传感器；首先激光位移传感器测得刮刀与实验板之间的距离，然后通x轴驱动机构、y轴驱动机构及z轴驱动机构带动刮刀运动至与实验板的待测面接触，并利用z轴驱动机构带动刮刀清除结晶，压力传感器测得在清除结晶过程中所产生的最大切向粘附力。

14、进一步的，所述刮刀上方固定有若干压电陶瓷片，压电陶瓷片的两端和电源的正极和负极相连，通过ansys workbench的模态分析获得结晶的固有频率，结晶在其固有频率处会引发共振现象并且振幅最大，通过超声波发生器发出和结晶的固有频率相同大小的高频信号并且作用于压电陶瓷片，压电陶瓷片会引起结晶的高频振动，从而清除刮刀在每次测量后表面的残余结晶，避免了由刮刀表面的残余结晶所带来的实验误差，提高了测量结果的准确性。

15、进一步的，所述结晶模块包括反应器及收集器，实验板规则放置于收集器中，在反应器内加入固体无水三氯化铝结晶并且对反应器进行加热使其加热至升华温度180℃，固体无水三氯化铝结晶会发生气化生成三氯化铝气体通过反应器与收集器之间的升华管进入到收集器内部，由于收集器内部温度较低，三氯化铝气体遇冷会在收集器内部的实验板上凝华形成三氯化铝结晶。

16、进一步的，所述自动上料模块包括伸横移气缸及与伸横移气缸的输出端连接的横移架，所述横移架上安装有升降气缸，所述升降气缸的输出端安装有气动夹爪，由于结晶具有腐蚀性，气动夹爪表面镀有聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯涂层具有良好的耐热性和防腐蚀性，从而提高了气动夹爪的使用寿命，通过气动夹爪抓取实验板，并且在横移气缸和升降气缸的共同作用下到达固定座的指定位置。

17、进一步的，所述结晶模块、自动上料模块、旋转模块、视觉测量模块及自动测量模块均位于密闭箱体内部。由于三氯化铝结晶露置于空气时会与空气中的水分发生反应生成氯化氢气体，所以上述模块均位于密闭箱体内部以保证在测量过程中阻断与外界的空气流通，同时箱体内部还设有除湿装置用于吸收空气中的水分，减少环境因素对测量结果的影响，并且密封箱体设置有操作门，方便实验人员对测量系统内的模块进行操作。

18、一种采用上述一种粘附强度自动测量系统的测量方法，包括如下步骤：

19、s1.将实验板材料规则放置在收集器中，在反应器中加入固体无水三氯化铝结晶，加热结晶至180℃使结晶升华生成三氯化铝气体并在实验板上形成结晶；

20、s2.启动自动上料模块，通过横移气缸和升降气缸控制气动夹爪移动至实验板的上方夹紧并移送至夹紧工位的指定位置；

21、s3.控制系统控制导杆气缸的输出轴收回带动后夹紧块远离前夹紧块，松开气动夹爪将实验板放置于固定座内，导杆气缸的输出轴伸出使后夹紧块靠近前夹紧块对实验板进行夹紧；

22、s4.实验板随着旋转台的转动被自动上料机构依次放置于若干夹紧工位上，控制系统控制旋转台上的第一电磁铁失电使其与定位孔内的下连接块断开；

23、s5.移动块推动拨动杆向前移动使其拨动夹紧工位进行逆时针旋转，伸缩气缸的输出轴伸出同时第二电磁铁得电并与铁块吸合；

24、s6.伸缩气缸的输出轴回到初始位置，同时第二电磁铁失电，控制系统控制旋转台上的第一电磁铁得电使其与定位孔内的下连接块吸合使得夹紧工位固定；

25、s7.视觉测量模块正对于实验板的待测面并且获取待测面上结晶的粘附面积，所得数据实时上传至上位机树莓派中；

26、s8.通过激光位移传感器测量刮刀与实验板之间的距离，并通过x轴驱动机构、y轴驱动机构及z轴驱动机构使得刮刀与实验板表面准确接触，压力传感器获取刮刀在清除过程中的最大推力上传至上位机中并计算得到三氯化铝结晶的粘附强度。

27、本发明的有益效果是：本发明利用旋转模块可对多个实验板以及每个实验板的多个面结晶的情况进行粘附强度的自动测量，提高了测量效率及测量精度，减小了人为因素对测量结果产生的误差。