一种小颗粒高精度密度全自动测量系统的制作方法

1.本发明涉及颗粒密度测量技术领域，具体涉及一种小颗粒高精度密度全自动测量系统。


背景技术：

2.密度是对特定体积内的质量的度量，是物质的基本属性之一，在科学实验中经常需要准确测定物质的密度。现有的密度测量方法无法精确测量直径50um-1000um的不规则颗粒，颗粒的密度测量，其精度要求较高，精确达到0.00001g/cm3，传统的测量方法无法达到如此精度。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，该测量系统采用梯度溶液、悬浮标定和机器视觉配合使用的方案实现高精度密度全自动测量。
4.本发明的技术方案如下：
5.一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，包括水热循环模块、溶液模块、梯度标定模块、视觉检测模块和数据分析模块；
6.所述水热循环模块为溶液模块提供恒温环境；
7.所述溶液模块提供承载颗粒的梯度溶液；
8.所述梯度标定模块与视觉检测模块配合使用标定梯度溶液的梯度关系；
9.所述数据分析模块与视觉检测模块配合使用计算颗粒的密度。
10.进一步地，所述水热循环模块包括水箱、加热管、温度传感器和水循环管路，所述水箱中放有水，在水箱中设置有加热管、温度传感器和水循环管路。
11.进一步地，其特征在于，所述水循环管路包括两对交替使用的入水口a和出水口a及入水口b和出水口b。
12.进一步地，所述溶液模块包括设置在水箱中的容器和容器中的梯度溶液。
13.进一步地，所述梯度溶液由密度低的轻液和密度高的重液混合后静置而成。
14.进一步地，所述视觉检测模块包括相机模组、光源和金属反射板，所述相机模组可直线上下移动地设置在水箱的正前方拍摄容器中图像，光源设置在水箱的前面的两侧，金属反射板设置在水箱中容器的后方。
15.进一步地，所述相机模组包括视觉软件，所述视觉软件分析、记录拍摄的图像。
16.进一步地，所述梯度标定模块包括已知密度的固定密度球。
17.一种小颗粒高精度密度全自动测量方法，包括以下步骤：
18.保持水箱中温度恒定；标定梯度溶液的梯度关系；相机模组开始沿轨道从下至上开始滑动，视觉软件对容器内梯度溶液中悬浮的颗粒进行图像采集，扫描容器内的颗粒直至结束；数据分析模块分析得出颗粒的密度。
19.进一步地，所述数据分析模块的分析过程为：当前视野中出现目标颗粒后，由视觉
检测模块采用斑点质心或拟合的方式确定颗粒中心位置，记录颗粒的横向和纵向位置，将数据带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值；当下次检测到颗粒后，对历史数据进行检查，只有横向和纵向位置都不重复时，才作为数据并带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值，并计入统计列表；当一批粒子全部检测完成或扫描过程结束时，计算所有颗粒的平均密度作为该材料的密度。
20.本发明的有益效果在于：
21.1、本发明公开的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，该系统能够实现粒子密度的高精度自动化测量，对物理、化学、生物领域需要检测物质密度的场合具有重要作用。
22.2、本发明公开的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，通过设置水循环模块实现容器内温度的恒定。
附图说明
23.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
24.在附图中：
25.图1为本发明实施例的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统整机的设备外形图；
26.图2为本发明实施例的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统整机的剖视图；
27.图3为本发明一种小颗粒高精度密度全自动测量系统的系统原理组成俯视图；
28.图4为本发明一种小颗粒高精度密度全自动测量系统的系统原理组成主视图；
29.图中各附图标记所代表的组件为：
30.本发明：1、相机模组，2、水箱，3、水，4、容器，5、加热管，6、反光金属板，7、温度传感器，8、光源，9、水循环管路，91、入水口a，92、出水口a，93、入水口b，94、出水口b。
具体实施方式
31.如图3和图4所示，小颗粒高精度密度全自动测量系统包括水热循环模块、溶液模块、梯度标定模块、视觉检测模块和数据分析模块；所述水热循环模块为溶液模块提供恒温环境；所述溶液模块提供承载颗粒的梯度溶液；所述梯度标定模块与视觉检测模块配合使用标定梯度溶液的梯度关系；所述数据分析模块与视觉检测模块配合使用计算颗粒的密度。
32.水热循环模块包括水箱2、加热管5、温度传感器7和水循环管路9，所述水箱2中放有水3，在水箱2中设置有加热管5、温度传感器7和水循环管路9；所述水循环管路9包括两对交替使用的入水口a91和出水口a92及入水口b93和出水口b94。
33.溶液模块包括设置在水箱2中的容器4和容器4中的梯度溶液；所述梯度溶液由密度低的轻液和密度高的重液混合后静置而成。
34.视觉检测模块包括相机模组1、光源8和金属反射板6，所述相机模组1可直线上下移动地设置在水箱2的正前方拍摄容器4中图像，光源8设置在水箱2的前面的两侧，金属反射板6设置在水箱2中容器4的后方；所述相机模组1包括视觉软件，所述视觉软件分析、记录
拍摄的图像。
35.梯度标定模块包括已知密度的固定密度球。
36.小颗粒高精度密度全自动测量方法，包括以下步骤：
37.保持水箱2中温度恒定；标定梯度溶液的梯度关系；相机模组1开始沿轨道从下至上开始滑动，视觉软件对容器4内梯度溶液中悬浮的颗粒进行图像采集，扫描容器4内的颗粒直至结束；数据分析模块分析得出颗粒的密度。
38.数据分析模块的分析过程为：当前视野中出现目标颗粒后，由视觉检测模块采用斑点质心或拟合的方式确定颗粒中心位置，记录颗粒的横向和纵向位置，将数据带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值；当下次检测到颗粒后，对历史数据进行检查，只有横向和纵向位置都不重复时，才作为数据并带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值，并计入统计列表；当一批粒子全部检测完成或扫描过程结束时，计算所有颗粒的平均密度作为该材料的密度。
39.实施例
40.如图1和图2所示，图1为本发明实施例的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统设备的外形图；图2为图1的剖视图；小颗粒高精度密度全自动测量系统主要包括水热循环系统、溶液系统、梯度标定系统、视觉检测和数据分析系统，对应本发明技术方案中的水热循环模块、溶液模块、梯度标定模块、视觉检测模块和数据分析模块。
41.水热循环系统由水箱中的水3、温度传感器7和水循环系统组成；水循环系统保持常开工作状态，用于提供能量对流；工作时，两对进出水口交替工作，实现水中能量的循环流动；温度传感器7装在水箱不同的四个位置，用于监控水箱2中的水温及其一致性；当水温低于标准23℃时，加热管启动工作，当水温高于标准23℃时，冷凝管启动工作，直到温度达到标准温度；当水温一致性较差时，四个进出水口的工作功率将被提高，直到水箱中的水温度均匀。
42.溶液系统主要由提供承载粒子所需要的梯度溶液及容器4组成，溶液由密度较低的轻液和密度较大的重液混合后静置而成，其在扰动前，其浓度梯度是固定的，可通过固定密度的标定球进行标定，得到其梯度公式；溶液系统需要保持恒温，由水热循环系统提供恒温环境。
43.梯度标定系统主要由已知的固定密度球组成，同视觉检测系统配合工作；标定时现将不同密度的标定球放入容器内，由视觉检测系统检测各球的高度并计算出梯度关系，此关系经证实通常是线性关系，因此由两个标定系数a、b确定。
44.视觉检测系统除了参与标定过程，还在正常测量过程中提供数据；视觉检测系统可驱动相机模组1从高向低运动，拍摄不同高度处的悬浮片，视觉检测系统包括相机模组1、光源8、金属反射板6和视觉软件组成；相机模组1拖动相机拍摄容器4中悬浮片，光源8照射出的白光经金属反射板6反射后透过容器4被ccd靶面接收，悬浮片的遮挡作用使其在成像图像上呈现黑斑，以此来对悬浮片进行视觉定位，金属放射板6起到背光源的作用。
45.数据处理过程：当前视野中出现目标粒子后，由视觉检测系统检测确定粒子的所在高度，并以此高度作为数据带入前述梯度公式计算出当前粒子的密度值；当检测到下一颗粒子后，对历史数据进行筛选和校验，确保该粒子是新出现的粒子后才进行计算和统计；当一批粒子全部检测完成或扫描过程结束时，计算所有粒子的平均密度作为该材料的密
度。
46.工艺过程：1.点击“开始”按钮，相机开始沿轨道从下至上开始滑动扫描，同时图像采集系统开启，对梯度密度容器内悬浮的粒子进行图像采集，扫描容器内的粒子直至结束；2.图像采集结束后，输入图像分析条件，系统自动完成图像分析；3.统计数据并输出该批颗粒对应的密度。

技术特征：
1.一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，包括水热循环模块、溶液模块、梯度标定模块、视觉检测模块和数据分析模块；所述水热循环模块为溶液模块提供恒温环境；所述溶液模块提供承载颗粒的梯度溶液；所述梯度标定模块与视觉检测模块配合使用标定梯度溶液的梯度关系；所述数据分析模块与视觉检测模块配合使用计算颗粒的密度。2.根据权利要求1所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述水热循环模块包括水箱(2)、加热管(5)、温度传感器(7)和水循环管路(9)，所述水箱(2)中放有水(3)，在水箱(2)中设置有加热管(5)、温度传感器(7)和水循环管路(9)。3.根据权利要求2所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述水循环管路(9)包括两对交替使用的入水口a(91)和出水口a(92)及入水口b(93)和出水口b(94)。4.根据权利要求2所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述溶液模块包括设置在水箱(2)中的容器(4)和容器(4)中的梯度溶液。5.根据权利要求4所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述梯度溶液由密度低的轻液和密度高的重液混合后静置而成。6.根据权利要求4所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述视觉检测模块包括相机模组(1)、光源(8)和金属反射板(6)，所述相机模组(1)可直线上下移动地设置在水箱(2)的正前方拍摄容器(4)中图像，光源(8)设置在水箱(2)的前面的两侧，金属反射板(6)设置在水箱(2)中容器(4)的后方。7.根据权利要求6所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述相机模组(1)包括视觉软件，所述视觉软件分析、记录拍摄的图像。8.根据权利要求6所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，其特征在于，所述梯度标定模块包括已知密度的固定密度球。9.一种小颗粒高精度密度全自动测量方法，其特征在于，使用如权利1-8任一项所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，包括以下步骤：保持水箱(2)中温度恒定；标定梯度溶液的梯度关系；相机模组(1)开始沿轨道从下至上开始滑动，视觉软件对容器(4)内梯度溶液中悬浮的颗粒进行图像采集，扫描容器(4)内的颗粒直至结束；数据分析模块分析得出颗粒的密度。10.根据权利要求9所述的一种小颗粒高精度密度全自动测量方法，其特征在于，所述数据分析模块的分析过程为：当前视野中出现目标颗粒后，由视觉检测模块采用斑点质心或拟合的方式确定颗粒中心位置，记录颗粒的横向和纵向位置，将数据带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值；当下次检测到颗粒后，对历史数据进行检查，只有横向和纵向位置都不重复时，才作为数据并带入梯度关系公式计算出当前颗粒的密度值，并计入统计列表；当一批粒子全部检测完成或扫描过程结束时，计算所有颗粒的平均密度作为该材料的密度。

技术总结
一种小颗粒高精度密度全自动测量系统，包括水热循环模块、溶液模块、梯度标定模块、视觉检测模块和数据分析模块；所述水热循环模块为溶液模块提供恒温环境；所述溶液模块提供承载颗粒的梯度溶液；所述梯度标定模块与视觉检测模块配合使用标定梯度溶液的梯度关系；所述数据分析模块与视觉检测模块配合使用计算颗粒的密度。该小颗粒高精度密度全自动测量系统采用梯度溶液、悬浮标定和机器视觉配合使用的方案实现高精度密度全自动测量，能够实现粒子密度的高精度自动化测量，对物理、化学、生物领域需要检测物质密度的场合具有重要作用。需要检测物质密度的场合具有重要作用。需要检测物质密度的场合具有重要作用。


技术研发人员：王成 巩合具
受保护的技术使用者：页川智能科技（山东）有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/9