專利名稱：一種膨潤土吸藍量測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于自動化測試裝置，具體涉及一種膨潤土吸藍量測試裝置。
背景技術：
粘土砂型鑄造生產中，根據膨潤土中含蒙脫石礦物能吸附亞甲基藍等染料，而粉 塵、砂粒、被燒死的無效膨潤土等無粘結作用物料則不吸附或極少量吸附亞甲基藍染料的 特性進行舊砂中的有效膨潤土含量測定。目前，粘土舊砂的吸附亞甲基藍染料量的測定方法有三種第一種方法是按照《鑄造手冊》造型材料卷(上)的國家標準檢測方法，采用純手 工滴定。其試驗步驟為稱取烘干試樣5g，分別加入質量分數為的焦磷酸鈉溶液20mL 和蒸餾水50mL，搖晃均勻后在電爐上加熱煮沸5min，在空氣中冷卻至室溫，用滴定管滴入 質量分數為0. 2%的亞甲基藍溶液。滴定時，第一次可加入預計的亞甲基藍溶液量的2/3 左右，以后每次滴加l_2mL。檢驗終點的方法是，每次滴加亞甲基藍溶液后，搖晃30s，用玻 璃棒蘸一滴試液在中速定量濾紙上，觀察在中央深藍色點的周圍有無出現淡藍色的暈環， 若未出現，繼續滴加亞甲基藍溶液。如此反復操作，當開始出現淡藍色暈環時，將試液靜 置Imin后，再用玻璃棒蘸一滴試液，若四周又未出現淡藍色的暈環，說明未到終點，應再滴 加亞甲基藍溶液，直到出現明顯的淡藍色暈環為試驗終點。[中國機械工程學會鑄造分會 編.鑄造手冊(4) [M],北京機械工業出版社，2002.]這種方法的測試速度較慢、時間長，測試結果依靠肉眼判別，精度不高。第二種方法是利用SND型亞甲基藍粘土測定儀，該儀器包括試樣分散處理裝置和 滴定部件，采用超聲波分散方法分散處理試樣，采用自動滴定管，配合機械攪拌。(中國機械 工程學會鑄造分會編.鑄造手冊(4) [M],北京機械工業出版社，2002.)該儀器采用半手 工半機械測試，手動操作充氣球，其操作過程和上述第一種方法過程類似，所不同的是將第 一種方法中的手工滴定改成手動控制充氣球產生氣壓，利用氣壓來控制滴定量，實現半自 動滴定，滴定后的手工搖晃試液改成機械攪拌試液。這種方法采用手動控制氣壓來進行滴 定，人工觀測滴定量值，滴定量和觀測值均容易產生誤差，而且和純手工滴定一樣，最終結 果判斷依靠肉眼，精度不高。第三種方法是遼寧工程技術大學的任瑞晨等人提出的膨潤土吸藍量自動分析檢 測儀及其檢測方法，(專利申請號=200810013428. 4，專利公開號:CN101493451A)，該分析 儀由自動滴定系統、取樣系統和顏色識別系統組成，和第二種方法中的SND型測試儀一樣， 采用超聲波分散處理膨潤土試樣。該儀器能自動化檢測膨潤土吸藍量，采用人機對話系統 控制亞甲基藍的滴入量，其顏色識別系統采用給定顏色標定，在熒光照射下，傳感器檢測滴 斑是否出現淺綠色暈環，并與給定顏色標定對比來判斷滴定終點。整個儀器的滴定過程共 使用了 5個步進電機，以控制橫架和兩個可伸縮桿的運行，包括橫架的旋轉和伸縮桿的上 下滑動。綜合來看，第三種方法的測試儀器和方法基本上能實現自動化檢測，測試結果精度 也相對較高，但儀器整體順序運行過程較復雜，在電機帶動可伸縮桿機械運行過程中，伸縮桿上的液滴有提前滴落的可能，會導致空滴等情況。 發明內容本實用新型提供一種膨潤土吸藍量測試裝置，解決現有檢測儀操作較復雜，可能 重復滴定、導致測試過程延長的問題。本實用新型的一種膨潤土吸藍量測試裝置，包括攪拌、移液、滴定、步進轉動、圖像 采集部件和處理器，其特征在于所述攪拌部件，由電磁攪拌器和電阻絲組成，固定于支撐臺上，電阻絲位于電磁攪 拌器托盤下，其作用在于初期加熱粘土舊砂混合水溶液，使舊砂中的膨潤土充分分散于混 合溶液中；后期對滴入了亞甲基藍的舊砂混合水溶液進行攪拌，使溶液充分分散均勻；所述移液部件，由第一蠕動泵、第一移液管和試劑容器組成，第一蠕動泵固定于支 撐臺的第一立桿上，第一移液管置于第一蠕動泵的卡槽中，第一移液管下端由固連于第一 立桿的第一橫桿固定，第一移液管內徑為0. 8 1. 6mm ；其作用在于將試劑容器中的濃度為 0. 2%的純亞甲基藍溶液定量移取至裝有粘土舊砂試樣混合水溶液的試樣容器中；所述滴定部件，由第二蠕動泵、第二移液管和試樣容器組成，第二蠕動泵固定于支 撐臺的第二立桿上，第二移液管置于第二蠕動泵的卡槽中，兩端分別由第一橫桿和固連于 第二立桿的第二橫桿固定，第二蠕動泵具有反轉系統，第二移液管內徑為0. 6 1. 2mm，其 作用在于將試樣容器中的粘土舊砂和亞甲基藍混合溶液滴定到置于步進轉動部件上的中 速定量濾紙片上，滴定一滴后，反轉系統將第二移液管中的溶液反向壓回試樣容器中；所述步進轉動部件，由轉動臺和步進電機兩部分組成，固定于支撐臺上第二立桿 外側，步進電機位于轉動臺下方，與轉動臺通過齒輪連接，控制轉動臺的步進轉動，其作用 在于當自動滴定完成后，在步進電機帶動下，轉動臺帶著轉動臺臺面上的中速定量濾紙片 轉動一定角度，使滴斑置于圖像采集部件的正下方，便于圖像的采集；所述圖像采集部件，由數字式工業相機和環形光源組成，通過固定板固定于支撐 臺的第三立桿上，數字式工業相機固定于環形光源中心，采集裝置正下方中速定量濾紙片 上的滴斑圖像，并將圖像傳輸回處理器；所述處理器通過數據傳輸線與第一蠕動泵、電磁攪拌器、第二蠕動泵、步進電機和 數字式工業相機電信號連接；處理器內置程序控制模塊和圖像處理模塊，所述程序控制模 塊依序控制下述過程A.攪拌部件對試樣溶液加熱、攪拌；B.啟動第一蠕動泵，控制第一蠕 動泵工作時間，定量移取試劑容器中的試劑至試樣容器中；C.啟動電磁攪拌器攪拌試樣溶 液；D.啟動第二蠕動泵，移取試樣容器中的溶液，在轉動臺上滴定一滴溶液；E.第二蠕動泵 反轉，將第二移液管中的試樣溶液反向壓回試樣容器；F.啟動圖像采集部件，采集工業相 機正下方的滴斑圖像，并傳輸給圖像處理模塊；根據圖像處理模塊的運算處理結果決定是 否繼續運行過程B F;所述圖像處理模塊對滴斑圖像進行運算處理，確定待測粘土舊砂中的有效膨潤土
含量值。本實用新型的圖像處理模塊對滴斑圖像進行運算處理時，順序包括下述過程1.將采集到的滴斑圖像分解成紅色、綠色和藍色三通道圖像；2.對紅色、綠色和藍色三通道圖像進行灰度值減法運算，得到外圈淡藍色暈環[0020]將紅色通道圖像中像素點的灰度值減去綠色通道圖像中對應像素點的灰度值，再 進行下述運算，得到過渡圖像，其像素點的灰度值P P = α X (R-G) + β，α =。· 1 3，β = 0 256 ；將過渡圖像中像素點的灰度值減去藍色通道圖像中對應像素點的灰度值，再進行 下述運算，得到外圈淡藍色暈環，其像素點的灰度值Q Q=yX (P-B) + 入，γ =0.1 3，λ = 0 256;式中R、G、B分別代表紅色、綠色和藍色三通道中的像素點的灰度值，當滴斑圖像 效果偏暗時，α和Y取值范圍在1 3間，滴斑圖像越暗，取值越大；當滴斑圖像偏亮時， α和Y取值范圍在0. 1 1間，滴斑圖像越亮，取值越小；β = α X I (R-G) |min，λ = y X | (P_B) Ifflin ；3.填充得到完整滴斑圖像根據外圈淡藍色暈環像素點的灰度值，應用填充算法對所述外圈淡藍色暈環的環 內區域進行填充，得到完整滴斑圖像Rf ；4.計算外圈淡藍色暈環和內圈深藍色斑點的面積比外圈淡藍色暈環的面積Sq和內圈深藍色斑點的面積Sd分別為Sq = f(d) X / Sq (d)，Sd = Sf-Sq,其中，Sf為完整滴斑的面積Sf = f(d) X / Sf (d)，外圈淡藍色暈環和內圈深藍色斑點的面積比T為T = SQ/SD，式中d為數字相機的分辨率，f(d)為對應數字相機分辨率下的單個像素面積， / Sq(d)為外圈淡藍色暈環所包含像素點的個數，/ Sf(d)為完整滴斑區域內所包含像素點 的個數；5.判斷所述淡藍色暈環和內圈深藍色斑點的面積比T是否大于等于15 %，是則轉 過程6，否則通知程序控制模塊運行過程B F ；6.通知程序控制模塊終止滴定過程，并計算有效膨潤土含量；首先根據第一蠕動泵每次工作時間，計算總移液量值V V = V^V2+......Vi+......+VN，式中，Vi為第一蠕動泵第i次工作時間對應的移液量，i為自然數；總移液量值V 即為膨潤土吸藍量；若測試粘土舊砂有效膨潤土含量，則繼續進行過程7 ；7.根據總移液量值V判斷有效膨潤土含量的對應區間范圍，確定相應的滴定系數 K和滴定常數B，將K、B代入下式，計算出有效膨潤土質量百分含量M = (V-B) /K，B、K如下確定取新砂與膨潤土的混合試樣5g，測定混合試樣中膨潤土質量百分 含量分別為2%、4%、6%、8%和10%時混合試樣的吸藍量，繪出膨潤土標準滴定曲線；計 算膨潤土質量百分含量對應區間為(2%，4% )、(4%,6% (6%,8% )和(8%，10% )時 的曲線斜率和1軸截距，分別為對應區間的滴定系數K和滴定常數B。對所述外圈淡藍色暈環的環內區域進行填充時，現有圖像處理的各種填充算法均 適用，如線掃描填充算法、四向連通區域種子填充算法、八向連通區域種子填充算法；可參
5見孫家廣等.計算機圖形學(第三版)[M].北京清華大學出版社，1998。利用本實用新型測試膨潤土吸藍量和粘土舊砂有效膨潤土含量時，包括如下步 驟(1)將裝有粘土舊砂試樣混合水溶液的試樣容器放在攪拌部件上，加熱分散至溶液均 勻；(2)溶液冷卻至室溫后，移液部件定量移取試劑容器中的亞甲基藍溶液至試樣容器中， 攪拌部件同時攪拌；(3)滴定部件移取試樣容器中的混合溶液滴定至步進轉動部件上方的 濾紙片上；(4)滴定一滴后，步進轉動部件轉動一定角度，圖像采集裝置采集正下方滴斑圖 像，并將滴斑圖像傳輸至處理器；(5)處理器對滴斑圖像進行數據處理、比較；(6)重復(2) (3) (4) (5)步驟，最終確定滴定終點。本實用新型利用市場上成熟的蠕動泵、電磁攪拌器和小型步進電機等元件構建， 結構簡單，操作方便，針對鑄造生產線上的粘土舊砂中的膨潤土吸藍量和有效膨潤土含量 測定，可人工手動輸入初始滴入量值，全自動化設定及運行，自動采集滴斑圖像并判斷最終 滴定終點，能自動計算膨潤土的吸藍量和粘土舊砂中有效膨潤土含量，結果準確，減輕了實 驗人員的勞動強度，提高了判斷滴定終點的準確度。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括攪拌、移液、滴定、步進轉動、圖像采集部件和處 理器20，各部分裝于密閉的外殼體2內；攪拌部件，由電磁攪拌器8和電阻絲組成，固定于支撐臺1上，電阻絲位于電磁攪 拌器8托盤下，外殼體2上對應攪拌部件位置安裝有第一滑動門22 ；移液部件，由第一蠕動泵6、第一移液管5和試劑容器3組成，第一蠕動泵6固定于 支撐臺的第一立桿7上，第一移液管5置于第一蠕動泵的卡槽中，第一移液管下端由固連于 第一立桿的第一橫桿4固定，外殼體2上對應試劑容器3位置安裝有第二滑動門23 ；滴定部件，由第二蠕動泵11、第二移液管10和試樣容器9組成，第二蠕動泵11固 定于支撐臺的第二立桿12上，第二移液管10置于第二蠕動泵的卡槽中，兩端分別由第一橫 桿4和固連于第二立桿的第二橫桿13固定，第二蠕動泵具有反轉系統；第一移液管5內徑可以為0. 8 1. 6mm、第二移液管10內徑可以為0. 6 1. 2mm ；步進轉動部件，由轉動臺19和步進電機14兩部分組成，固定于支撐臺上第二立桿 12外側，步進電機14位于轉動臺下方，與轉動臺通過齒輪連接，控制轉動臺19的步進轉動； 外殼體2上對應轉動臺19位置安裝有第三滑動門24 ；圖像采集部件，由數字式工業相機17和環形光源18組成，通過固定板16固定于 支撐臺1的第三立桿15上，數字式工業相機固定于環形光源中心，采集裝置正下方中速定 量濾紙片上的滴斑圖像，并將圖像傳輸回處理器；處理器20通過數據傳輸線21與第一蠕動泵6、電磁攪拌器8、第二蠕動泵11、步 進電機14和數字式工業相機17電信號連接；處理器20內置程序控制模塊和圖像處理模 塊，程序控制模塊依序控制下述過程:A.攪拌部件對試樣溶液加熱、攪拌；B.啟動第一蠕動泵，控制第一蠕動泵工作時間，定量移取試劑容器中的試劑至試樣容器中；C.啟動電磁攪 拌器攪拌試樣溶液；D.啟動第二蠕動泵，移取試樣容器中的溶液，在轉動臺上滴定一滴溶 液；E.第二蠕動泵反轉，將第二移液管中的試樣溶液反向壓回試樣容器；F.啟動圖像采集 部件，采集工業相機正下方的滴斑圖像，并傳輸給圖像處理模塊；根據圖像處理模塊的運算 處理結果決定是否繼續運行過程B F ；圖像處理模塊對滴斑圖像進行運算處理，確定待測粘土舊砂中的有效膨潤土含量值。實施例1 粘土舊砂有效膨潤土含量測定首先將第一滑動門22、第二滑動門23、第三滑動門24上推，分別將裝有配置好的 5g舊砂、質量分數為的焦磷酸鈉溶液20mL和蒸餾水50mL的混合溶液的試樣容器9和 中速定量濾紙片放置于攪拌部件8上與轉動臺19上，裝置自檢、啟動，在處理器20的控制 程序界面上輸入第一次、第二次、第三次的亞甲基藍滴入量80ml，3ml和2ml，加熱攪拌試樣 IOmin至溶液混合均勻，冷卻后。移液部件6開始工作，內徑為0. 8mm的第一移液管5從試 劑容器3中往試樣容器9中定量移入80ml亞甲基藍溶液，移液時攪拌部件8同步啟動攪拌 試樣，滴定完成再攪拌5s后，停止攪拌，試樣靜置10s，滴定部件11啟動，內徑為0. 6mm的第 二移液管10從試樣容器9中移取試樣進行滴定，一滴后，滴定部件11的內置泵反轉，將第 二移液管10中的試樣壓回試樣瓶，同時步進電機14帶動轉動臺19和置于其上的中速定量 濾紙片轉動30°，將滴斑置于數字式工業相機18下，靜置30s，數字式工業相機18采集圖 像并傳回處理器，內置圖像處理程序采集滴斑數據，將采集到的彩色圖像分解為R/G/B三 通道圖像，通道減法運算后，計算淡藍色暈圈與中心斑點的面積比值，判斷是否達到滴定終 點。第二次、第三次重復以上步驟后，后續滴定至試樣容器9中的亞甲基藍加入量減少為每 次1ml，重復滴定直到淡藍色暈圈與中心斑點的面積比值達到15%或以上時，判斷為滴定 終點，計算有效膨潤土含量值。實施例2 粘土舊砂有效膨潤土含量測定 將盛放有5g粘土舊砂、質量分數為1 %的焦磷酸鈉溶液20mL和蒸餾水50mL的混 合溶液的試樣容器9放置于攪拌部件8上，加熱IOmin至溶液混合均勻后冷卻，在處理器20 的控制程序界面上輸入第一次、第二次、第三次的亞甲基藍滴入量80ml，3ml和2ml，第一移 液管5和第二移液管10的內徑分別選用1. 6mm和1. 2mm，開始滴定，具體步驟同實施例1。實施例3 膨潤土吸藍量測定將盛放有0. 2g膨潤土試樣、質量分數為1 %的焦磷酸鈉溶液20mL和蒸餾水50mL 混合溶液的試樣容器9放置于攪拌部件8上，加熱IOmin至溶液混合均勻后冷卻，在處理器 20的控制程序界面上輸入第一次、第二次、第三次的亞甲基藍滴入量30ml，3ml和2ml，第一 移液管5和第二移液管10的內徑分別選用0. 8mm和0. 6mm,開始滴定，具體步驟同實施例 1，最終得到膨潤土吸藍量。實施例4 膨潤土吸藍量測定將盛放有0. 2g膨潤土試樣、質量分數為1 %的焦磷酸鈉溶液20mL和蒸餾水50mL 的混合溶液的試樣容器9放置于攪拌部件8上，加熱10-15min至溶液混合均勻后冷卻，在 處理器20的控制程序界面上輸入第一次、第二次、第三次的亞甲基藍滴入量30ml，3ml和 2ml，第一移液管5和第二移液管10的內徑分別選用1. 6mm和1. 2mm，開始滴定，具體步驟同實施例1，最終得到膨潤土吸藍量。
權利要求1. 一種膨潤土吸藍量測試裝置，包括攪拌、移液、滴定、步進轉動、圖像采集部件和處理 器，其特征在于所述攪拌部件，由電磁攪拌器(8)和電阻絲組成，固定于支撐臺(1)上，電阻絲位于電 磁攪拌器(8)托盤下；所述移液部件，由第一蠕動泵(6)、第一移液管(5)和試劑容器(3)組成，第一蠕動泵 (6)固定于支撐臺的第一立桿(7)上，第一移液管(5)置于第一蠕動泵的卡槽中，第一移液 管下端由固連于第一立桿的第一橫桿(4)固定；所述滴定部件，由第二蠕動泵(11)、第二移液管(10)和試樣容器(9)組成，第二蠕動泵(11)固定于支撐臺的第二立桿(12)上，第二移液管(10)置于第二蠕動泵的卡槽中，兩端分 別由第一橫桿(4)和固連于第二立桿的第二橫桿(13)固定，第二蠕動泵具有反轉系統；所述步進轉動部件，由轉動臺(19)和步進電機(14)組成，固定于支撐臺上第二立桿(12)外側，步進電機(14)位于轉動臺下方，與轉動臺通過齒輪連接，控制轉動臺(19)的步 進轉動；所述圖像采集部件，由數字式工業相機(17)和環形光源(18)組成，通過固定板(16) 固定于支撐臺(1)的第三立桿(15)上，數字式工業相機固定于環形光源中心，采集裝置正 下方中速定量濾紙片上的滴斑圖像，并將圖像傳輸回處理器；所述處理器(20)通過數據傳輸線(21)與第一蠕動泵(6)、電磁攪拌器(8)、第二蠕動 泵(11)、步進電機(14)和數字式工業相機(17)電信號連接；處理器(20)內置程序控制模 塊和圖像處理模塊。
專利摘要一種膨潤土吸藍量測試裝置，屬于自動化測試裝置，解決現有檢測儀操作較復雜，可能重復滴定、導致測試過程延長的問題。本實用新型包括攪拌部件、移液部件、滴定部件、步進轉動部件、圖像采集部件和處理器。本實用新型利用市場上成熟的蠕動泵、電磁攪拌器和小型步進電機等元件構建，結構簡單，操作方便，針對鑄造生產線上的粘土舊砂中的膨潤土吸藍量和有效膨潤土含量測定，可人工手動輸入初始滴入量值，全自動化設定及運行，自動采集滴斑圖像并判斷最終滴定終點，能自動計算膨潤土的吸藍量和粘土舊砂中有效膨潤土含量，結果準確，減輕了實驗人員的勞動強度，提高了判斷滴定終點的準確度。
文檔編號G01N21/79GK201788154SQ201020127489
公開日2011年4月6日 申請日期2010年3月5日 優先權日2010年3月5日
發明者樊自田, 胡雪婷, 龍威 申請人:華中科技大學