一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置及檢測方法。本發(fā)明二維掃描檢測裝置包括支撐臺架，二維移動單元，線性模組，光柵尺，伺服驅(qū)動單元，伺服控制單元和激光粒度儀系統(tǒng)；所述激光粒度儀系統(tǒng)由激光光源部分和激光接收部分組成。本發(fā)明檢測方法通過控制左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)使水平支撐架配合激光粒度儀系統(tǒng)；通過控制水平移動伺服電機(jī)使得脈沖噴嘴配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于激光粒度儀系統(tǒng)發(fā)射激光的正上方；通過水平移動伺服電機(jī)、左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)帶動水平支撐架和噴嘴移動平臺實(shí)現(xiàn)在垂直激光粒度儀二維平面內(nèi)的掃描移動，能夠全面真實(shí)的反應(yīng)噴霧粒徑的二維分布。
【專利說明】一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置及檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物基材料成型技術(shù)及裝備領(lǐng)域中噴霧粒徑分布檢測領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種基于精密伺服驅(qū)動二維掃描的脈沖噴霧粒徑分布檢測裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]包裝是食品制造過程的獨(dú)立元素，給人們生活帶來便利。綠色包裝是實(shí)現(xiàn)包裝工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，減少因包裝而帶來的環(huán)境污染問題的重要途徑，可食性包裝膜及蔬菜基材料以其原料來源豐富、可持續(xù)、可食、無污染等優(yōu)越性，成為新興包裝領(lǐng)域研究的一大熱點(diǎn)。蔬菜復(fù)合紙大豆蛋白液噴涂技術(shù)，采用蛋白液電子脈沖噴涂方法，通過設(shè)置脈沖噴涂的流量、氣壓、液壓等相關(guān)參數(shù)，將特定配比蛋白溶液通過高頻脈沖噴嘴噴出，形成扇形噴霧，涂覆在相關(guān)基材上，經(jīng)過烘干、整形，形成復(fù)合包裝材料。噴涂霧化的物理過程，直接關(guān)系復(fù)合材料的相關(guān)性能指標(biāo)。噴涂的均勻性，粒徑的一致性，噴霧顆?？臻g密度分布等性能參數(shù)對最終覆膜的性能具有直接而重要的影響。扇形噴霧顆粒的粒徑大小、密度分布等物理參數(shù)，不僅與噴頭物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)與噴霧氣壓、液壓、流量及噴嘴脈沖頻率直接相關(guān)。針對不同參數(shù)下噴霧的霧化性能，需要設(shè)計(jì)大量的比對實(shí)驗(yàn)。不僅要測量噴霧的輪廓造型，還需要研究噴霧的粒徑分布。
[0003]由于噴霧本身存在氣液兩相流的物理特性，在空間中分布較為復(fù)雜。在扇形噴霧輪廓內(nèi)部，噴霧的空間密度與粒徑分布隨著噴涂參數(shù)的變化而變化。在某一確定噴涂參數(shù)條件下，噴霧的粒徑分布與扇形噴霧空間密度分布形成某種動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。研究人員利用激光粒度儀能夠檢測到空間中某噴霧確定位置的相關(guān)粒徑大小。扇形噴霧在空間中，不同位置的噴霧粒徑存在不同的分布特性。局限于激光粒度儀設(shè)備的使用方式，很難將其移動，來實(shí)現(xiàn)對噴霧輪廓內(nèi)各個(gè)位置的粒徑進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，進(jìn)而難以表述噴霧在空間中整體的噴涂特性與霧化情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，解決噴霧粒徑分布檢測技術(shù)的局限與不足，提供一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置及檢測方法。
[0005]本發(fā)明噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置，通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，所述二維掃描檢測裝置包括支撐臺架，二維移動單元，線性模組，光柵尺，伺服驅(qū)動單元，伺服控制單元和激光粒度儀系統(tǒng)；所述激光粒度儀系統(tǒng)由激光光源部分和激光接收部分組成，所述激光光源部分包括激光光源和光源調(diào)整平臺，激光光源內(nèi)安裝透鏡；激光接收部分包括激光接收器、鏡頭、針孔和接收器調(diào)整平臺，鏡頭安裝在激光接受器的前端，鏡頭前方的調(diào)整平臺頂端安裝針孔；
[0006]所述支撐臺架由左底座、右底座、左立架、右立架、橫梁和支撐架固定組成；二維移動單元由水平直線導(dǎo)軌、左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌組成；水平直線導(dǎo)軌固定在支撐架前側(cè)面，光柵尺固定在支撐架上表面，水平直線導(dǎo)軌內(nèi)安裝水平線性模組，移動平臺與水平線性模組固定，噴嘴安裝在移動平臺上；左垂直導(dǎo)軌固定于左立架上，左垂直線性模組固定于左垂直導(dǎo)軌內(nèi)，右垂直導(dǎo)軌固定于右立架上，右垂直線性模組固定于右垂直導(dǎo)軌內(nèi)，支撐架的兩端分別設(shè)置于左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌內(nèi)；伺服驅(qū)動單元由驅(qū)動噴嘴的水平移動伺服電機(jī)5、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)組成，伺服控制單元控制伺服驅(qū)動單元；伺服控制單元連接運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)，激光接收器連接數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)；
[0007]激光光源部分和激光接收部分水平對置，噴嘴置于激光光源部分和激光接收部分之間空間的上部位置，噴霧垂直向下噴出，利用噴嘴的移動，實(shí)現(xiàn)基于激光粒度儀的噴霧粒徑二維掃描檢測。
[0008]上述線性模組是基于滾珠絲杠驅(qū)動的，所述水平直線導(dǎo)軌、左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌的兩端分別安裝極限位置限位器。
[0009]所述伺服驅(qū)動單元通過聯(lián)軸器將伺服電機(jī)與線性模組連接。
[0010]本發(fā)明噴霧粒徑分布二維掃描檢測方法，按照下述步驟進(jìn)行，
[0011]S1:安裝調(diào)節(jié)激光粒度儀系統(tǒng)，并保證激光光源部分和激光接收部分之間有足夠的空間能夠放置噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置；
[0012]S2:安裝需要進(jìn)行測試的噴嘴，并調(diào)整噴嘴位置，保證噴嘴垂直向下；
[0013]S3:啟動運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)，通過控制左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)使水平支撐架配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于合理的高度；通過控制水平移動伺服電機(jī)使得脈沖噴嘴配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于激光粒度儀系統(tǒng)發(fā)射激光的正上方；
[0014]S4:啟動氣泵，設(shè)置噴霧氣壓、液壓，以及脈沖噴涂的頻率；
[0015]S5:噴霧穩(wěn)定后，啟動二維移動平臺，根據(jù)設(shè)計(jì)好的路徑，調(diào)整噴頭和激光粒度儀光線的相對位置；
[0016]S6:每次移動過的距離，以及在某一位置停留的時(shí)間有操作者自行決定，移動最短距離由伺服電機(jī)反饋單元的最小驅(qū)動角度決定，在保證采集激光粒度儀最短的時(shí)間條件下，停留時(shí)間可以任意設(shè)定；
[0017]S7:通過水平移動伺服電機(jī)、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)帶動水平支撐架和噴嘴移動平臺實(shí)現(xiàn)在垂直激光粒度儀二維平面內(nèi)的掃描移動，將不同位置的粒徑大小數(shù)據(jù)，配合二維掃描移動平臺的相對坐標(biāo)，能夠全面真實(shí)的反應(yīng)噴霧粒徑的二維分布；
[0018]S8:重復(fù)步驟S1-S7，對不同的噴涂參數(shù)條件下的噴霧進(jìn)行測試。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1.使用本發(fā)明裝置及方法克服了現(xiàn)有技術(shù)上工作量大，速度慢，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性差等缺陷，能夠快速精確定位粒子粒度小而均勻的霧化良好區(qū)域。
[0021]2.本發(fā)明基于激光粒度儀檢測粒徑，同時(shí)發(fā)明二維掃描移動檢測裝置及方法，使得脈沖噴頭能夠沿著豎直和水平方向在空間二維平面內(nèi)精確移動。以解決現(xiàn)有技術(shù)在試驗(yàn)臺搭建完成后只能對噴霧某一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)粒徑測量的不足，尤其實(shí)現(xiàn)了扇形噴霧粒徑的二維掃描檢測。
[0022]3.本發(fā)明采用機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)，整個(gè)過程都可以由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行，測試結(jié)果直接以報(bào)告的形式打印出來，同時(shí)測試結(jié)束后可以得到噴嘴的噴霧粒度的分布曲線及其粒度的相關(guān)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果可以保存到數(shù)據(jù)庫，可在數(shù)據(jù)庫中查看不同噴嘴和不同條件下的粒度分布，進(jìn)行比較，從而得到適合于生產(chǎn)實(shí)際的噴嘴和工作參數(shù)。
[0023]4.本發(fā)明能夠全自動調(diào)節(jié)噴嘴的位置及噴霧氣壓、液壓、流量及噴嘴脈沖頻率等參數(shù)，能夠利用激光粒度儀精確測量噴霧在二維空間的粒度分布，并且自動化程度高，操作簡單，測量結(jié)果精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖1所示，所述二維掃描檢測裝置包括支撐臺架，二維移動單元，線性模組，伺服驅(qū)動單元，光柵尺，伺服控制單元和激光粒度儀系統(tǒng)；所述激光粒度儀系統(tǒng)由激光光源部分和激光接收部分組成，所述激光光源部分包括激光光源33和光源調(diào)整平臺31，激光光源內(nèi)安裝透鏡32 ;激光接收部分包括激光接收器30、鏡頭29、針孔28和接收器調(diào)整平臺34，鏡頭29安裝在激光接受器的前端，鏡頭前方的調(diào)整平臺頂端安裝針孔28 ;激光接收器依次連接主機(jī)35和顯示器36 ；
[0027]所述支撐臺架由左底座19、右底座23、左立架20、右立架22、橫梁21和支撐架24固定組成；二維移動單元由水平直線導(dǎo)軌7、左垂直導(dǎo)軌13和右垂直導(dǎo)軌17組成；線性模組由水平線性模組8、左垂直線性模組9和右垂直線性模組18組成；水平直線導(dǎo)軌7固定在支撐架前側(cè)面，光柵尺固定在支撐架上表面，水平直線導(dǎo)軌內(nèi)安裝水平線性模組8，水平線性模組與移動平臺25固定，噴嘴26與移動平臺固定；左垂直導(dǎo)軌固定于左立架上，左垂直線性模組固定于左垂直導(dǎo)軌內(nèi)，右垂直導(dǎo)軌固定于右立架上，右垂直線性模組固定于右垂直導(dǎo)軌內(nèi)，支撐架的兩端分別設(shè)置于左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌內(nèi)；水平直線導(dǎo)軌、左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌的兩端分別安裝極限位置限位器6、12、15 ;伺服驅(qū)動單元由驅(qū)動噴嘴的水平移動伺服電機(jī)5、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)11和右垂直移動伺服電機(jī)14組成，伺服控制單元控制伺服驅(qū)動單元，伺服控制單元依次連接主機(jī)2和顯示器I ;
[0028]激光光源部分和激光接收部分水平對置，噴嘴置于激光光源部分和激光接收部分之間空間的上部位置，噴霧垂直向下噴出，利用噴嘴的移動，實(shí)現(xiàn)基于激光粒度儀的噴霧粒徑二維掃描檢測。
[0029]豎直方向安裝兩組直線移動單元:左垂直導(dǎo)軌13和右垂直導(dǎo)軌17，通過驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)11和右垂直移動伺服電機(jī)14和伺服控制單元3同步驅(qū)動支撐架24在豎直方向的平穩(wěn)移動，利用光柵尺27精密檢測平臺移動位置。從而實(shí)現(xiàn)二維掃描檢測裝置在豎直方向掃描移動的功能。
[0030]通過驅(qū)動噴嘴的水平移動伺服電機(jī)和伺服控制單元驅(qū)動水平安裝在支撐架24上的水平線性模組8帶動移動平臺25在水平方向來回往復(fù)移動。通過光柵尺27精密反饋移動平臺所處位置，實(shí)現(xiàn)對粒徑空間分布的精密定位。實(shí)現(xiàn)二維掃描檢測裝置在水平方向掃描移動的功能。
[0031]所述伺服驅(qū)動單元通過聯(lián)軸器4，10，16 ;將伺服電機(jī)5，11，14與線性模組8，9，18連接，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成線性模組上移動平臺的直線運(yùn)動。運(yùn)動控制卡發(fā)送控制指令，通過伺服驅(qū)動器，驅(qū)動伺服電機(jī)的精確轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線性移動平臺的直線移動。通過光柵尺27對伺服平臺移動位置的精密檢測，精確實(shí)現(xiàn)噴霧粒度空間分布的二維構(gòu)建。
[0032]在調(diào)節(jié)左垂直線性模組9和右垂直線性模組18時(shí)，首先通過鉛垂標(biāo)尺，初步分別找正垂直線性模組的豎直方向。然后利用測高裝置分別確定每一個(gè)垂直線性模組的基準(zhǔn)安裝點(diǎn)，以確定安裝平臺的等高。接下來，屏蔽絲杠功能，讓垂直線性模組能夠在直線方向順暢的往復(fù)運(yùn)動。安裝支撐架24，帶動支撐架同步移動兩組垂直線性模組的運(yùn)動部分，在兩組垂直線性模組不同等高處觀察橫梁移動情況，及支撐架的受力情況。最終調(diào)整支撐臺架上，兩組垂直線性模組的安裝位置，保證支撐架上下移動的穩(wěn)定性及水平精度。
[0033]使用上述裝置的噴霧粒徑分布二維掃描檢測方法，按照下述步驟進(jìn)行:
[0034]S1:安裝調(diào)節(jié)激光粒度儀系統(tǒng)，并保證激光光源部分和激光接收部分之間有足夠的空間能夠放置噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置；
[0035]S2:安裝需要進(jìn)行測試的噴嘴，并調(diào)整噴嘴位置，保證噴嘴垂直向下；
[0036]S3:啟動運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)，通過控制左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)使水平支撐架配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于合理的高度；通過控制水平移動伺服電機(jī)使得脈沖噴嘴配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于激光粒度儀系統(tǒng)發(fā)射激光的正上方；
[0037]S4:啟動氣泵，設(shè)置噴霧氣壓、液壓，以及脈沖噴涂的頻率；
[0038]S5:噴霧穩(wěn)定后，啟動二維移動平臺，根據(jù)設(shè)計(jì)好的路徑，調(diào)整噴頭和激光粒度儀光線的相對位置；
[0039]S6:每次移動過的距離，以及在某一位置停留的時(shí)間有操作者自行決定，移動最短距離由伺服電機(jī)反饋單元的最小驅(qū)動角度決定，在保證采集激光粒度儀最短的時(shí)間條件下。停留時(shí)間可以任意設(shè)定；
[0040]S7:通過水平移動伺服電機(jī)、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)帶動水平支撐架和噴嘴移動平臺實(shí)現(xiàn)在垂直激光粒度儀二維平面內(nèi)的掃描移動。將不同位置的粒徑大小數(shù)據(jù)，配合二維掃描移動平臺的相對坐標(biāo)，能夠全面真實(shí)的反應(yīng)噴霧粒徑的二維分布；
[0041]S8:重復(fù)步驟S1-S7，對不同的噴涂參數(shù)條件下的噴霧進(jìn)行測試
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置，其特征是，所述二維掃描檢測裝置包括支撐臺架，二維移動單元，線性模組，光柵尺，伺服驅(qū)動單元，伺服控制單元和激光粒度儀系統(tǒng)；所述激光粒度儀系統(tǒng)由激光光源部分和激光接收部分組成，所述激光光源部分包括激光光源和光源調(diào)整平臺，激光光源內(nèi)安裝透鏡；激光接收部分包括激光接收器、鏡頭、針孔和接收器調(diào)整平臺，鏡頭安裝在激光接受器的前端，鏡頭前方的調(diào)整平臺頂端安裝針孔。 所述支撐臺架由左底座、右底座、左立架、右立架、橫梁和支撐架固定組成；二維移動單元由水平直線導(dǎo)軌、左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌組成；水平直線導(dǎo)軌固定在支撐架前側(cè)面，光柵尺固定在支撐架上表面，水平直線導(dǎo)軌內(nèi)安裝水平線性模組，移動平臺與水平線性模組固定，噴嘴安裝在移動平臺上；左垂直導(dǎo)軌固定于左立架上，左垂直線性模組固定于左垂直導(dǎo)軌內(nèi)，右垂直導(dǎo)軌固定于右立架上，右垂直線性模組固定于右垂直導(dǎo)軌內(nèi)，支撐架的兩端分別設(shè)置于左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌內(nèi)；伺服驅(qū)動單元由驅(qū)動噴嘴的水平移動伺服電機(jī)5、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)組成，伺服控制單元控制伺服驅(qū)動單元；伺服控制單元連接運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)，激光接收器連接數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)； 激光光源部分和激光接收部分水平對置，噴嘴置于激光光源部分和激光接收部分之間空間的上部位置，噴霧垂直向下噴出，利用噴嘴的移動，實(shí)現(xiàn)基于激光粒度儀的噴霧粒徑二維掃描檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置，其特征是，上述線性模組是基于滾珠絲杠驅(qū)動的，所述水平直線導(dǎo)軌、左垂直導(dǎo)軌和右垂直導(dǎo)軌的兩端分別安裝極限位置限位器(6)，(12)，(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置，其特征是，所述伺服驅(qū)動單元通過聯(lián)軸器(4)，(10)，(16)將伺服電機(jī)(5), (11), (14)與線性模組(8)，(9)，(18)連接。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種噴霧粒徑分布二維掃描檢測方法，其特征在于:按照下述步驟進(jìn)行: 51:安裝調(diào)節(jié)激光粒度儀系統(tǒng)，并保證激光光源部分和激光接收部分之間有足夠的空間能夠放置噴霧粒徑分布二維掃描檢測裝置； 52:安裝需要進(jìn)行測試的噴嘴，并調(diào)整噴嘴位置，保證噴嘴垂直向下； 53:啟動運(yùn)動控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)，通過控制左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)使水平支撐架配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于合理的高度；通過控制水平移動伺服電機(jī)使得脈沖噴嘴配合激光粒度儀系統(tǒng)，處于激光粒度儀系統(tǒng)發(fā)射激光的正上方； 54:啟動氣泵，設(shè)置噴霧氣壓、液壓，以及脈沖噴涂的頻率； S5:噴霧穩(wěn)定后，啟動二維移動平臺，根據(jù)設(shè)計(jì)好的路徑，調(diào)整噴頭和激光粒度儀光線的相對位置； 56:每次移動過的距離，以及在某一位置停留的時(shí)間有操作者自行決定，移動最短距離由伺服電機(jī)反饋單元的最小驅(qū)動角度決定，在保證采集激光粒度儀最短的時(shí)間條件下，停留時(shí)間可以任意設(shè)定； 57:通過水平移動伺服電機(jī)、驅(qū)動支撐架的左垂直移動伺服電機(jī)和右垂直移動伺服電機(jī)帶動水平支撐架和噴嘴移動平臺實(shí)現(xiàn)在垂直激光粒度儀二維平面內(nèi)的掃描移動； 58:重復(fù)步驟S1-S7，對不同的噴涂參數(shù)條件下的噴霧進(jìn)行測試。
【文檔編號】G01N15/02GK104181086SQ201410428549
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】楊傳民, 陳誠, 王心宇, 董肖云, 陳國營 申請人:天津商業(yè)大學(xué)