用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置制造方法
【專利摘要】用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，包括上透明層、下透明層、夾在上下透明層之間的中層磨粒約束模塊、多個(gè)用于測(cè)定磨粒受力狀態(tài)的應(yīng)力傳感器、控制器，中層磨粒約束模塊包括用于容納光彈顆粒的腔體、擋板、施力機(jī)構(gòu)，腔體側(cè)面帶有缺口；擋板安裝在腔體缺口處；腔體底部裝有施力機(jī)構(gòu)，施力機(jī)構(gòu)的擠壓部貫穿腔體的底板后與光彈顆粒接觸；上透明板、下透明板、施力機(jī)構(gòu)的擠壓部、腔體以及擋板共同圍成容納光彈顆粒的中層封閉容納腔；中層磨粒約束模塊配置多個(gè)應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器與控制器的信號(hào)輸入端相連、施力機(jī)構(gòu)與控制器的信號(hào)輸出端相連。本實(shí)用新型的有益效果在于：適用于針對(duì)光彈顆粒的力鏈采集，并可根據(jù)加工對(duì)象的不同進(jìn)行形狀的調(diào)整。
【專利說(shuō)明】用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氣壓砂輪的表層磨粒層是一個(gè)具有局部自由的顆粒群體，該磨粒層在內(nèi)層彈性層支撐下，對(duì)工件表面起光整的作用。由于磨粒層是在柔性環(huán)境下對(duì)工件起加工作用的，其顆粒間的力學(xué)行為在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)會(huì)發(fā)生變化，磨粒群在隨著柔性介質(zhì)呈一致的宏觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同時(shí)，其內(nèi)部也存在局部的微觀運(yùn)動(dòng)，形成可變的力鏈分布。為了觀測(cè)這一現(xiàn)象，在現(xiàn)有的光學(xué)研究基礎(chǔ)上，采用光彈顆粒模擬磨粒群，通過(guò)光源和偏光器的作用，通過(guò)光的折射現(xiàn)象，對(duì)光彈顆粒在擠壓過(guò)程中形成的力鏈進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，從而得到磨粒群的力學(xué)變化規(guī)律。
[0003]當(dāng)前，由于氣壓砂輪實(shí)際加工過(guò)程無(wú)法配合整套觀測(cè)體系，需進(jìn)一步設(shè)計(jì)一套可模擬磨粒運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的力鏈觀測(cè)裝置存在一個(gè)主要難題，就是如何設(shè)計(jì)一個(gè)磨粒約束裝置使針對(duì)磨粒群力鏈的觀測(cè)盡可能的與實(shí)際情況相符。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有磨粒約束裝置無(wú)法模擬氣壓砂輪實(shí)際磨粒加工情況以及無(wú)法觀測(cè)磨粒群的力鏈變化的問(wèn)題，提出了一種用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置。
[0005]本實(shí)用新型所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:包括上透明層、下透明層、夾在上下透明層之間的中層磨粒約束模塊、多個(gè)用于測(cè)定磨粒受力狀態(tài)的應(yīng)力傳感器、控制器，所述的中層磨粒約束模塊包括用于容納光彈顆粒的腔體、擋板、施力機(jī)構(gòu)，所述的腔體側(cè)面帶有缺口 ；所述的擋板安裝在所述的腔體缺口處；所述的腔體底部裝有用于擠壓光彈顆粒的施力機(jī)構(gòu)，所述的施力機(jī)構(gòu)的擠壓部貫穿所述的腔體的底板后與光彈顆粒接觸；所述的上透明板、下透明板、施力機(jī)構(gòu)的擠壓部、所述的腔體以及所述的擋板共同圍成容納光彈顆粒的中層封閉容納腔；所述的中層磨粒約束模塊配置多個(gè)應(yīng)力傳感器，所述的應(yīng)力傳感器與所述的控制器的信號(hào)輸入端相連、所述的施力機(jī)構(gòu)與所述的控制器的信號(hào)輸出端相連。
[0006]所述的中層磨粒約束模塊位于所述的上透明層與下透明層的中心。
[0007]所述的腔體為U型支架，U型支架的兩個(gè)延伸臂上端設(shè)有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分別裝有與第二滑槽匹配的第二滑塊，所述的擋板的兩端分別固接在所述的第二滑塊上，并且所述的擋板隨第二滑塊的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，使得擋板呈現(xiàn)下凹和上凸兩個(gè)狀態(tài)，其中第二滑槽的中心軸與腔體的中心軸平行。
[0008]所述的施力機(jī)構(gòu)包括固接在腔體底部的連桿、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)、第一滑塊，所述的連桿設(shè)有第一滑槽，轉(zhuǎn)盤(pán)的安裝軸與第一滑塊固定，隨第一滑塊沿第一滑槽運(yùn)動(dòng)，其中第一滑槽的中心軸與腔體的中心軸平行，伺服電機(jī)與控制器的信號(hào)輸出端連接。
[0009]所述的第一滑槽與腔體底部之間的最小距離小于所述的轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑。
[0010]所述的擋板內(nèi)表面配有表層應(yīng)力傳感器、所述的腔體的內(nèi)側(cè)面配有內(nèi)層應(yīng)力傳感器、所述的第一滑塊配有外層應(yīng)力傳感器，并且所述的表層應(yīng)力傳感、內(nèi)層應(yīng)力傳感器、夕卜層應(yīng)力傳感器分別與控制器相應(yīng)的輸入端連接。
[0011]所述的轉(zhuǎn)盤(pán)的外緣周向配有彈性環(huán)形外套。
[0012]所述的環(huán)形外套的彈性與氣壓砂輪內(nèi)層彈性橡膠層一致。
[0013]本實(shí)用新型的工作原理在于:將光彈顆粒置于腔體內(nèi)，其左右側(cè)分別由U型支架延伸臂進(jìn)行約束，因此光彈顆粒在這兩個(gè)方向是無(wú)法移動(dòng)的；上方和下方分別由透明板進(jìn)行約束，下透明板主要用于光源入射光的通過(guò)，上透明板主要用于光彈顆粒在接受光源照射后將折射光傳至攝像機(jī)，便于圖像整理；其前側(cè)由擋板進(jìn)行約束，后側(cè)由環(huán)形外套進(jìn)行約束，在試驗(yàn)過(guò)程中，首先選取與氣壓砂輪內(nèi)層彈性橡膠層一致的環(huán)形外套，安裝于輪盤(pán)外層，使其在驅(qū)動(dòng)磨粒運(yùn)動(dòng)時(shí)具有與氣壓砂輪一直的作用效果。選取需要檢測(cè)的加工表面形貌，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的第二滑塊調(diào)整擋板，使擋板呈現(xiàn)下凹或上凸形狀。選取適量的光彈顆粒置于密閉環(huán)境中，該密閉環(huán)境也可添加氣壓砂輪磨粒層中相應(yīng)的介質(zhì)，使光彈顆粒群盡量與磨粒層狀態(tài)一致。通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)，使得表層光彈顆粒在這一過(guò)程中受環(huán)形外套施加壓力，同時(shí)光彈顆粒內(nèi)部相互擠壓，形成力鏈，并使光彈顆粒對(duì)上擋板產(chǎn)生作用力。通過(guò)第一滑塊移動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)在U型支架內(nèi)部前后移動(dòng)，使得光彈顆粒進(jìn)一步擠壓，增大上擋板表面的接觸壓力，從而模擬氣壓砂輪在加工過(guò)程中驅(qū)動(dòng)磨粒群對(duì)工件實(shí)現(xiàn)加工的過(guò)程。通過(guò)外層應(yīng)力傳感器控制環(huán)形外套對(duì)光彈顆粒的施加應(yīng)力的大小，通過(guò)內(nèi)層應(yīng)力傳感器檢測(cè)U型支架內(nèi)壁的受力大小，可用于力鏈的分析，通過(guò)表層應(yīng)力傳感器檢測(cè)上擋板表面的應(yīng)力大小，用于研究實(shí)際加工應(yīng)力。整個(gè)磨粒群力鏈采集過(guò)程，基于Maxwell關(guān)于應(yīng)力-光學(xué)定理，采用光彈顆粒模擬現(xiàn)實(shí)磨粒顆粒，利用光折射產(chǎn)生相位差的原理，通過(guò)圖像處理的方式直接觀察顆粒力鏈狀態(tài)，結(jié)合彩色梯度算法獲取光彈顆粒材料力學(xué)信息。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:針對(duì)磨粒約束裝置無(wú)法模擬氣壓砂輪實(shí)際磨粒加工情況，設(shè)計(jì)了一套可用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置。該套裝置可適用于針對(duì)光彈顆粒的力鏈采集，并可根據(jù)加工對(duì)象的不同進(jìn)行形狀的調(diào)整，也可根據(jù)氣壓砂輪磨粒層設(shè)計(jì)的不同，對(duì)光彈顆粒群介質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，還可以通過(guò)顆粒驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的材料設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的調(diào)整實(shí)際模擬氣壓砂輪的加工情況。該裝置的設(shè)計(jì)可為氣壓砂輪磨粒群力鏈的研究提供極大的幫助。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)上視圖(其中ω代表轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度)。
[0016]圖2是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)前視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型
[0018]參照附圖:
[0019]實(shí)施例1本實(shí)用新型所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，包括上透明層1、下透明層3、夾在上下透明層之間的中層磨粒約束模塊2、多個(gè)用于測(cè)定磨粒受力狀態(tài)的應(yīng)力傳感器、控制器，所述的中層磨粒約束模塊2包括用于容納光彈顆粒的腔體212、擋板219、施力機(jī)構(gòu)，所述的腔體212側(cè)面帶有缺口 ；所述的擋板安裝在所述的腔體缺口處；所述的腔體底部裝有用于擠壓光彈顆粒的施力機(jī)構(gòu)，所述的施力機(jī)構(gòu)的擠壓部貫穿所述的腔體212的底板后與光彈顆粒217接觸；所述的上透明板1、下透明板3、施力機(jī)構(gòu)的擠壓部、所述的腔體212以及所述的擋板219共同圍成容納光彈顆粒的中層封閉容納腔；所述的中層磨粒約束模塊2配置多個(gè)應(yīng)力傳感器，所述的應(yīng)力傳感器與所述的控制器的信號(hào)輸入端相連、所述的施力機(jī)構(gòu)與所述的控制器的信號(hào)輸出端相連。
[0020]所述的中層磨粒約束模塊2位于所述的上透明層I與下透明層3的中心。
[0021]所述的腔體212為U型支架，U型支架的兩個(gè)延伸臂上端設(shè)有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分別裝有與第二滑槽匹配的第二滑塊210，所述的擋板219的兩端分別固接在所述的第二滑塊210上，并且所述的擋板219隨第二滑塊210的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，使得擋板219呈現(xiàn)下凹和上凸兩個(gè)狀態(tài)，其中第二滑槽的中心軸與腔體212的中心軸平行。
[0022]所述的施力機(jī)構(gòu)包括固接在腔體212底部的連桿、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)213、第一滑塊215，所述的連桿設(shè)有第一滑槽，轉(zhuǎn)盤(pán)213的安裝軸與第一滑塊215固定，隨第一滑塊215沿第一滑槽運(yùn)動(dòng)，其中第一滑槽的中心軸與腔體212的中心軸平行，伺服電機(jī)與控制器的信號(hào)輸出端連接。
[0023]所述的第一滑槽與腔體212底部之間的最小距離小于所述的轉(zhuǎn)盤(pán)213的半徑。
[0024]所述的擋板219內(nèi)表面配有表層應(yīng)力傳感器211、所述的腔體212的內(nèi)側(cè)面配有內(nèi)層應(yīng)力傳感器218、所述的第一滑塊215配有外層應(yīng)力傳感器214，并且所述的表層應(yīng)力傳感211、內(nèi)層應(yīng)力傳感器218、外層應(yīng)力傳感器214分別與控制器相應(yīng)的輸入端連接。
[0025]所述的轉(zhuǎn)盤(pán)213的外緣周向配有彈性環(huán)形外套216。
[0026]所述的環(huán)形外套216的彈性與氣壓砂輪內(nèi)層彈性橡膠層一致。
[0027]本實(shí)用新型的工作原理在于:將光彈顆粒217置于腔體212內(nèi)，其左右側(cè)分別由U型支架延伸臂進(jìn)行約束，因此光彈顆粒217在這兩個(gè)方向是無(wú)法移動(dòng)的；上方和下方分別由透明板進(jìn)行約束，下透明板3主要用于光源入射光的通過(guò)，上透明板I主要用于光彈顆粒217在接受光源照射后將折射光傳至攝像機(jī)，便于圖像整理；其前側(cè)由擋板219進(jìn)行約束，后側(cè)由環(huán)形外套216進(jìn)行約束，在試驗(yàn)過(guò)程中，首先選取與氣壓砂輪內(nèi)層彈性橡膠層一致的環(huán)形外套，安裝于輪盤(pán)213外層，使其在驅(qū)動(dòng)磨粒運(yùn)動(dòng)時(shí)具有與氣壓砂輪一直的作用效果。選取需要檢測(cè)的加工表面形貌，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的第二滑塊210調(diào)整擋板219，使擋板219呈現(xiàn)下凹或上凸形狀。選取適量的光彈顆粒217置于密閉環(huán)境中，該密閉環(huán)境也可添加氣壓砂輪磨粒層中相應(yīng)的介質(zhì)，使光彈顆粒群盡量與磨粒層狀態(tài)一致。通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪盤(pán)213旋轉(zhuǎn)，使得表層光彈顆粒在這一過(guò)程中受環(huán)形外套施加壓力，同時(shí)光彈顆粒內(nèi)部相互擠壓，形成力鏈，并使光彈顆粒對(duì)上擋板產(chǎn)生作用力。通過(guò)第一滑塊移動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)213在U型支架內(nèi)部前后移動(dòng)，使得光彈顆粒進(jìn)一步擠壓，增大擋板219表面的接觸壓力，從而模擬氣壓砂輪在加工過(guò)程中驅(qū)動(dòng)磨粒群對(duì)工件實(shí)現(xiàn)加工的過(guò)程。通過(guò)外層應(yīng)力傳感器控制環(huán)形外套對(duì)光彈顆粒的施加應(yīng)力的大小，通過(guò)內(nèi)層應(yīng)力傳感器218檢測(cè)U型支架內(nèi)壁的受力大小，可用于力鏈的分析，通過(guò)表層應(yīng)力傳感器檢測(cè)上擋板表面的應(yīng)力大小，用于研究實(shí)際加工應(yīng)力。整個(gè)磨粒群力鏈采集過(guò)程，基于Maxwell關(guān)于應(yīng)力-光學(xué)定理，采用光彈顆粒模擬現(xiàn)實(shí)磨粒顆粒，利用光折射產(chǎn)生相位差的原理，通過(guò)圖像處理的方式直接觀察顆粒力鏈狀態(tài)，結(jié)合彩色梯度算法獲取光彈顆粒材料力學(xué)信息。
[0028]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:包括上透明層、下透明層、夾在上下透明層之間的中層磨粒約束模塊、多個(gè)用于測(cè)定磨粒受力狀態(tài)的應(yīng)力傳感器、控制器，所述的中層磨粒約束模塊包括用于容納光彈顆粒的腔體、擋板、施力機(jī)構(gòu)，所述的腔體側(cè)面帶有缺口 ；所述的擋板安裝在所述的腔體缺口處；所述的腔體底部裝有用于擠壓光彈顆粒的施力機(jī)構(gòu)，所述的施力機(jī)構(gòu)的擠壓部貫穿所述的腔體的底板后與光彈顆粒接觸；所述的上透明板、下透明板、施力機(jī)構(gòu)的擠壓部、所述的腔體以及所述的擋板共同圍成容納光彈顆粒的中層封閉容納腔；所述的中層磨粒約束模塊配置多個(gè)應(yīng)力傳感器，所述的應(yīng)力傳感器與所述的控制器的信號(hào)輸入端相連、所述的施力機(jī)構(gòu)與所述的控制器的信號(hào)輸出端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的中層磨粒約束模塊位于所述的上透明層與下透明層的中心。
3.如權(quán)利要求2所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的腔體為U型支架，U型支架的兩個(gè)延伸臂上端設(shè)有第二滑槽，并且所述的第二滑槽分別裝有與第二滑槽匹配的第二滑塊，所述的擋板的兩端分別固接在所述的第二滑塊上，并且所述的擋板隨第二滑塊的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，使得擋板呈現(xiàn)下凹和上凸兩個(gè)狀態(tài)，其中第二滑槽的中心軸與腔體的中心軸平行。
4.如權(quán)利要求2所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的施力機(jī)構(gòu)包括固接在腔體底部的連桿、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)、第一滑塊，所述的連桿設(shè)有第一滑槽，轉(zhuǎn)盤(pán)的安裝軸與第一滑塊固定，隨第一滑塊沿第一滑槽運(yùn)動(dòng)，其中第一滑槽的中心軸與腔體的中心軸平行，伺服電機(jī)與控制器的信號(hào)輸出端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的第一滑槽與腔體底部之間的最小距離小于所述的轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑。
6.如權(quán)利要求4所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的擋板內(nèi)表面配有表層應(yīng)力傳感器、所述的腔體的內(nèi)側(cè)面配有內(nèi)層應(yīng)力傳感器、所述的第一滑塊配有外層應(yīng)力傳感器，并且所述的表層應(yīng)力傳感、內(nèi)層應(yīng)力傳感器、外層應(yīng)力傳感器分別與控制器相應(yīng)的輸入端連接。
7.如權(quán)利要求5所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)盤(pán)的外緣周向配有彈性環(huán)形外套。
8.如權(quán)利要求7所述的用于顆粒力鏈觀測(cè)的磨粒約束裝置，其特征在于:所述的環(huán)形外套的彈性與氣壓砂輪內(nèi)層彈性橡膠層一致。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK204188463SQ201420630569
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】曾晰, 計(jì)時(shí)鳴, 潘燁, 王成湖 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)