本發(fā)明涉及一種種子物理參數(shù)測(cè)量裝置及方法，具體涉及一種基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

籽粒物料的運(yùn)輸、播撒、收獲及干燥等一直是農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)研究的重要內(nèi)容，正確模擬籽粒物料在工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)行為和力學(xué)行為是提高農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字樣機(jī)模擬仿真研究工作精度、提升工作效率，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化的重要依據(jù)。目前，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，離散單元法理論的逐漸成熟，計(jì)算機(jī)顆粒數(shù)值模擬在農(nóng)業(yè)機(jī)械研究領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)離散元分析軟件，可以直接獲得籽粒物料大量復(fù)雜行為信息以及不易測(cè)量的顆粒尺度行為信息，并且可以為粒子流的運(yùn)動(dòng)、受力、熱量和能量傳遞提供高級(jí)的研究方法與問(wèn)題解決途徑。在現(xiàn)實(shí)中每種物料都有固有的物性參數(shù)，如何正確獲得該物性參數(shù)是決定顆粒體仿真正確性的直接因素，因此物性參數(shù)的前期測(cè)量至關(guān)重要。物性參數(shù)包括本征參數(shù)（如泊松比、剪切模量、真實(shí)密度）以及與其他材料接觸參數(shù)（如碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)、動(dòng)摩擦系數(shù)等）。

目前，針對(duì)農(nóng)業(yè)籽粒物料的物性參數(shù)測(cè)量裝置功能單一，且以手動(dòng)機(jī)械式為主，缺乏一種高精度、電動(dòng)控制、影像輔助測(cè)量且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)物性參數(shù)標(biāo)定于一體的復(fù)合測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置及測(cè)量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)物理特性參數(shù)測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置，包含：柜體；料筒；高速攝像機(jī)，設(shè)置在柜體內(nèi)上方；豎直提升裝置，包括導(dǎo)軌滑塊副和驅(qū)動(dòng)單元，導(dǎo)軌滑塊副設(shè)置在料筒與柜體之間，驅(qū)動(dòng)單元包括絲杠絲母機(jī)構(gòu)和與絲杠絲母機(jī)構(gòu)連接的豎直電機(jī)；水平頂升裝置，包括水平支撐板總成、分段頂升單元和水平移動(dòng)單元，其中，水平支撐板總成包含水平支撐板、位于支撐板下方兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的異型軸座和與異型軸座配合實(shí)現(xiàn)水平支撐板旋轉(zhuǎn)的異型軸；分段頂升單元包含均設(shè)在水平支撐板下方的導(dǎo)向輪組及頂起總成；水平移動(dòng)單元包含實(shí)現(xiàn)分段頂升單元水平移動(dòng)的直線(xiàn)滑軌和用于控制直線(xiàn)滑軌運(yùn)動(dòng)的水平電機(jī)；和電動(dòng)控制系統(tǒng)，包括用于豎直電機(jī)及水平電機(jī)控制的控制單元、與異型軸連接進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度反饋的編碼器、用于反饋豎直提升裝置提升高度的位移傳感器和與控制單元連接帶控制界面的觸摸屏。

優(yōu)選方案，料筒的上頂面及下底面均為敞口結(jié)構(gòu)，料筒上設(shè)有底座，料筒通過(guò)底座經(jīng)螺栓螺母組件與伸長(zhǎng)臂支架一端連接，長(zhǎng)臂支架另一端連接導(dǎo)軌滑塊副中滑塊上。

優(yōu)選方案，水平支撐板為矩形板，上表面沿邊緣布置有半包圍型護(hù)板，水平支撐板能夠繞異型軸實(shí)現(xiàn)0-85°旋轉(zhuǎn)，且水平支撐板設(shè)有多個(gè)預(yù)留位置孔。

優(yōu)選方案，導(dǎo)向輪組包括導(dǎo)向輪架和導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪架設(shè)置在水平支撐板下部，導(dǎo)向輪架與水平支撐板之間設(shè)有L形側(cè)板，導(dǎo)向輪架上設(shè)有安裝孔，導(dǎo)向輪通過(guò)輪軸穿過(guò)安裝孔與導(dǎo)向輪架連接。

優(yōu)選方案，異型軸座為凸字型結(jié)構(gòu)，中間預(yù)留異型通孔，底部?jī)啥嗽O(shè)有連接孔，異型軸座安裝在水平支撐板下方，異型軸與異型通孔配合。

優(yōu)選方案，頂起總成包括頂起支架 和主導(dǎo)向輪，頂起支架 中間開(kāi)設(shè)導(dǎo)向輪槽，頂端設(shè)有導(dǎo)向輪安裝孔，主導(dǎo)向輪通過(guò)螺栓穿過(guò)導(dǎo)向輪安裝孔與頂起支架連接。

優(yōu)選方案，頂起支架截面為圓弧過(guò)渡曲面，過(guò)渡曲面切線(xiàn)方向與水平面呈58°，并且曲面與主導(dǎo)向輪外輪廓呈相切關(guān)系。

一種利用基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置進(jìn)行種子物理特性參數(shù)的測(cè)量方法，包括以下步驟：

a、顆粒體堆積角測(cè)量，初始籽粒物料放置在料筒內(nèi)，控制單元預(yù)設(shè)提升速度，料筒通過(guò)豎直提升裝置驅(qū)動(dòng)由靜止位置沿豎直方向提升，籽粒物料無(wú)約束分散至水平臺(tái)面上，形成堆積角度，借助高速攝像機(jī)捕捉堆積圖像，利用圖像分析軟件對(duì)拍攝圖像進(jìn)行分析測(cè)量，繪制堆積曲線(xiàn)用于仿真分析及結(jié)果對(duì)比；

b、碰撞恢復(fù)系數(shù)測(cè)量，籽粒物料通過(guò)豎直提升裝置升至設(shè)定高度后，在該高度自然下落，與水平支撐板上安裝的試驗(yàn)板材碰撞后靜止，下落及碰撞過(guò)程由高速攝像機(jī)拍攝，并借助圖像計(jì)算分析軟件完成碰撞恢復(fù)系數(shù)測(cè)定；

c、繪制堆積曲線(xiàn)，借助高速攝像機(jī)捕捉堆積圖像，利用圖像分析軟件對(duì)拍攝圖像進(jìn)行計(jì)算分析與統(tǒng)計(jì)，繪制堆積曲線(xiàn)形成過(guò)程，便于與仿真結(jié)果實(shí)時(shí)對(duì)比；

d、靜摩擦系數(shù)測(cè)量，堆積角測(cè)量完成后，水平支撐板在分段頂升單元的作用下，沿異型軸緩慢旋轉(zhuǎn)，借助高速攝像機(jī)錄像回放功能，判讀籽粒物料出現(xiàn)滑移現(xiàn)象時(shí)，讀取電動(dòng)控制系統(tǒng)顯示的水平支撐板傾斜角度，實(shí)現(xiàn)顆粒體靜摩擦系數(shù)測(cè)量。

本發(fā)明的有益效果：

1、采用上述結(jié)構(gòu)，電動(dòng)控制系統(tǒng)控制豎直提升裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)籽粒物料堆積角、碰撞恢復(fù)系數(shù)的測(cè)定，借助高速攝像機(jī)輔助測(cè)量，捕捉堆積狀態(tài)以測(cè)量堆積角度，多次測(cè)量后可繪制籽粒物料堆積曲線(xiàn)，可用于與離散元仿真結(jié)果的交互修正；利用水平頂起裝置可實(shí)現(xiàn)離散體物料靜摩擦系數(shù)精確測(cè)定，借助編碼器采集水平支撐板傾斜角度并實(shí)時(shí)顯示借助高速攝像機(jī)采集圖像測(cè)定籽粒物料發(fā)生滑移時(shí)的角度，解決了物性參數(shù)測(cè)量裝置功能單一、效率低、人工操作影響大的問(wèn)題。

2、本發(fā)明涉及的豎直提升裝置及水平頂升裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌滑塊完成動(dòng)作及PLC控制，各驅(qū)動(dòng)參數(shù)可設(shè)定或?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)，便于靈活確定多項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)組合，快速測(cè)定物性參數(shù)。

3、本發(fā)明所涉及的靜摩擦系數(shù)測(cè)量方式設(shè)計(jì)了帶圓弧過(guò)渡和導(dǎo)向輪的分段頂升單元，兩者配合可實(shí)現(xiàn)水平支撐板初始位置的水平定位與頂升過(guò)程中的平穩(wěn)銜接，減少工作過(guò)程中的沖擊，保證測(cè)量過(guò)程的平穩(wěn)。

5.水平支撐板總成一方面為堆積角測(cè)量功能中的籽粒物料散落載體，另一方面是靜摩擦系數(shù)測(cè)量中籽粒物料與其他材質(zhì)板材安裝載體，配套設(shè)計(jì)有水平支撐板、異型軸和異型軸安裝座，結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為整機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖。

圖2為整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖3為水平支撐板總成示意圖。

圖4為導(dǎo)向輪組示意圖。

圖5為頂起總成置示意圖。

圖中1.高速攝像機(jī)，2.柜體，3.料筒，4. 水平支撐板，5. 分段頂升單元，6.導(dǎo)向輪組，7.位移傳感器，8. 直線(xiàn)滑軌，9. 水平電機(jī)，10.觸摸屏，11. 豎直電機(jī)，12.編碼器支架，13.異型軸，14.伸長(zhǎng)臂支架，15.異型軸座，16.編碼器， 17. 導(dǎo)軌滑塊副， 18. 絲杠絲母機(jī)構(gòu)，501.主導(dǎo)向輪，502. 螺栓，503.頂起支架，601.導(dǎo)向輪，602.輪軸，603.側(cè)板，604.導(dǎo)向輪架。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置，包含柜體2、料筒3、高速攝像機(jī)1、豎直提升裝置、水平頂升裝置和電動(dòng)控制系統(tǒng)。

柜體2包括多個(gè)板件相接構(gòu)成，內(nèi)部輔以角鐵首尾相接構(gòu)成骨架。

料筒3的上頂面及下底面均為敞口結(jié)構(gòu)，料筒3上設(shè)有帶有料筒安裝孔的底座。

高速攝像機(jī)1設(shè)置在柜體2內(nèi)頂部的橫梁上。

豎直提升裝置包括導(dǎo)軌滑塊副17和驅(qū)動(dòng)單元，導(dǎo)軌滑塊副17設(shè)置在料筒3與柜體2之間，驅(qū)動(dòng)單元包括絲杠絲母機(jī)構(gòu)18和與絲杠絲母機(jī)構(gòu)18連接的豎直電機(jī)11。

水平頂升裝置包括水平支撐板總成、分段頂升單元5和水平移動(dòng)單元，其中，水平支撐板總成包含水平支撐板4、位于支撐板下方兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的異型軸座15和與異型軸座15配合實(shí)現(xiàn)水平支撐板4旋轉(zhuǎn)的異型軸13；分段頂升單元5包含均設(shè)在水平支撐板4下方的導(dǎo)向輪組6及頂起總成；水平移動(dòng)單元包含實(shí)現(xiàn)分段頂升單元5水平移動(dòng)的直線(xiàn)滑軌8和用于控制直線(xiàn)滑軌8運(yùn)動(dòng)的水平電機(jī)9。

電動(dòng)控制系統(tǒng)，包括用于豎直電機(jī)11及水平電機(jī)9控制的控制單元、與異型軸13通過(guò)編碼器支架12連接的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度反饋的編碼器16、用于反饋豎直提升裝置提升高度的位移傳感器7和與控制單元連接帶控制界面的觸摸屏10。

本實(shí)施例中，料筒3的上頂面及下底面均為敞口結(jié)構(gòu)，料筒3上設(shè)有底座，料筒3通過(guò)底座經(jīng)螺栓螺母組件與伸長(zhǎng)臂支架14一端連接，長(zhǎng)臂支架另一端連接導(dǎo)軌滑塊副中滑塊上。

本實(shí)施例中，水平支撐板4為矩形板，上表面沿邊緣布置有半包圍型護(hù)板，水平支撐板4能夠繞異型軸13實(shí)現(xiàn)0-85°旋轉(zhuǎn)，且水平支撐板4設(shè)有多個(gè)預(yù)留位置孔。

本實(shí)施例中，導(dǎo)向輪組6包括導(dǎo)向輪架604和導(dǎo)向輪601，導(dǎo)向輪架604設(shè)置在水平支撐板4下部，導(dǎo)向輪架604與水平支撐板4之間設(shè)有L形側(cè)板603，導(dǎo)向輪架604上設(shè)有安裝孔，導(dǎo)向輪601通過(guò)輪軸602穿過(guò)安裝孔與導(dǎo)向輪架604連接。

本實(shí)施例中，異型軸座15為凸字型結(jié)構(gòu)，中間預(yù)留異型通孔，底部?jī)啥嗽O(shè)有連接孔，異型軸座15安裝在水平支撐板4下方，異型軸13與異型通孔配合。

本實(shí)施例中，頂起總成包括頂起支架503和主導(dǎo)向輪501，頂起支架503中間開(kāi)設(shè)導(dǎo)向輪槽，頂端設(shè)有導(dǎo)向輪安裝孔，主導(dǎo)向輪501通過(guò)螺栓502穿過(guò)導(dǎo)向輪安裝孔與頂起支架503連接。頂起支架503截面為圓弧過(guò)渡曲面，過(guò)渡曲面切線(xiàn)方向與水平面呈58°，并且曲面與主導(dǎo)向輪501外輪廓呈相切關(guān)系。

一種所述基于高速攝像的種子物理特性多參數(shù)電控測(cè)量裝置進(jìn)行種子物理特性參數(shù)的測(cè)量方法，包括以下步驟：

a、顆粒體堆積角測(cè)量，初始籽粒物料放置在料筒3內(nèi)，控制單元預(yù)設(shè)提升速度，料筒3通過(guò)豎直提升裝置驅(qū)動(dòng)由靜止位置沿豎直方向提升，籽粒物料無(wú)約束分散至水平臺(tái)面上，形成堆積角度，借助高速攝像機(jī)1捕捉堆積圖像，利用圖像分析軟件對(duì)拍攝圖像進(jìn)行分析測(cè)量，繪制堆積曲線(xiàn)用于仿真分析及結(jié)果對(duì)比；

b、碰撞恢復(fù)系數(shù)測(cè)量，籽粒物料通過(guò)豎直提升裝置升至設(shè)定高度后，在該高度自然下落，與水平支撐板4上安裝的試驗(yàn)板材碰撞后靜止，下落及碰撞過(guò)程由高速攝像機(jī)1拍攝，并借助圖像計(jì)算分析軟件完成碰撞恢復(fù)系數(shù)測(cè)定；

c、繪制堆積曲線(xiàn)，借助高速攝像機(jī)1捕捉堆積圖像，利用圖像分析軟件對(duì)拍攝圖像進(jìn)行計(jì)算分析與統(tǒng)計(jì)，繪制堆積曲線(xiàn)形成過(guò)程，便于與仿真結(jié)果實(shí)時(shí)對(duì)比；

d、靜摩擦系數(shù)測(cè)量，堆積角測(cè)量完成后，水平支撐板4在分段頂升單元5的作用下，沿異型軸13緩慢旋轉(zhuǎn)，借助高速攝像機(jī)1錄像回放功能，判讀籽粒物料出現(xiàn)滑移現(xiàn)象時(shí)，讀取電動(dòng)控制系統(tǒng)顯示的水平支撐板4傾斜角度，實(shí)現(xiàn)顆粒體靜摩擦系數(shù)測(cè)量。

上述具體實(shí)施方式僅是本發(fā)明的具體個(gè)案，并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施方式。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型，皆應(yīng)落入本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍。