基本信息
- 项目名称：
- 木料密度快速测量仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 综合使用嵌入式计算机技术、称重传感器和激光测距技术，结合合理的机械结构外观设计加工，制造出高精度、高速度且性能稳定可靠实用的在线木料密度测量仪器。整个密度测量由系统一步完成，可在保证木料完整性和精确度的前提下实现对木料密度的快速测量。同时该仪器操作简单方便，适合工人使用，可以在提高生产效率和产品质量的同时为企业降低生产成本，系统的可靠性和耐用性满足工业级的要求。
- 详细介绍：
- 目前市场上现有的几种密度测量仪，皆为检验室用品，只能用于抽样检测。检验时不仅需要将样品切片，破坏了木料样品的完整性与原有特性；而且必须由专业人员进行操作，检验耗时耗力。而工厂实际应用常常需要在线的实时快速检测，要求操作简便稳定，在保证在线高速和精确的前提下，还要求测量仪器能长时间无故障连续运行，适应复杂的工业生产环境。 为此我们设计了此款木料密度快速测量仪。其可在保证木料完整性和精确度的前提下实现对木料密度的快速测量，同时该仪器操作简单方便，适合工人使用，可以在提高生产效率和产品质量的同时为企业降低生产成本。 本作品可无损、快速、在线测量各种合适尺寸的规则物料的密度，目前已在作为生产风力发电领域前端产品的常熟市卡柏先进复合材料有限公司试用，且试用情况良好。在试用了本木料密度快速测量仪之后，该公司的生产效率得到大幅度的提高。选料车间操作工人由原手工测量的3组6人减到现在的2人，由原来每天检测4立方提高到40立方以上，使该企业克服原来严重影响产量和质量的瓶颈，帮助该公司在节省人力资源的基础上整体生产质量和效率得到大幅度提升。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 实现对木料的无损测量，提高测量速度与精度并增加产品的可维护性与升级空间。该作品集成激光测距技术、称重传感器技术及嵌入式计算机系统和接口技术。 创新点与技术关键： 1.实现了对较规则物料密度的无损测量，填补市场在该领域的空白。 2.质量测量模块采用多点压力传感器，辅以计算机多点测量平衡数学模型，克服测量较长物体时发生抖动对精度的影响。 3.采用高精度激光测距技术以及高灵敏度的压电传感器，减小了密度测量误差，满足企业对其密度测量精度的要求。需解析激光测距传感器的通讯协议，实现无缝连接；需对测量到的数字信号进行滤波处理，产生稳定可靠的数据。 4.采用嵌入式计算机系统进行高速的数据采集与运算，实现对规则物料密度的快速在线检测，以满足工厂对产量和质量的苛刻要求。 5.采用人性化的外观设计和合理坚固的机械结构，利于工人操作和维护，提高了仪器的持久耐用，电器性能指标满足工业级别的要求。 6.友好的人机接口。仪器由普通工人操作，在软件设计时体现了更多的使用简易性。 主要技术指标： 1)被测物体类型：规则物料； 2)量程 1： 250~750mm; 2： 750~ 1250mm； 重量： 0~3000g； 3)工作电压： 220v； 4)质量测量误差：≤3g 5)长宽高测量误差：≤1mm； 6)密度误差：≤±3%； 7)精度：0.1kg/m3； 8)测量时间：≤2s； 9)使用温度：-20~50℃； 10)无故障时间：>10000小时。
科学性、先进性
- 目前市场上的密度仪多采用阿基米德的浮力测量法求密度，需采用木料的切片进行测量，这样不仅破坏了木料的完整性，而且步骤复杂，测量时间较长，因此该测量方式不能实现在线无损检测，无法满足工厂对测量速度的要求。 为此本作品采用了高灵敏的称重传感器技术和激光测距技术，实现了对物料质量和体积的无损测量，通过公式：ρ=m/v计算出物料的密度，既保证了检测结果的精确性，又保证了被测物料的完整性；同时，本作品采用了嵌入式计算机系统，使检测和计算一步完成，提高了检测的效率；密度仪的整体结构考虑采用坚固的机械结构，以克服使用中的碰撞和磨损，保证仪器的耐用性。电器性能指标也要满足工业级别的要求，以填补目前市场上在线无损密度测量的空缺。
获奖情况及鉴定结果
- 1、 2010年12月获校第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 2、 2011年3月获得中华人民共和国国家知识产权局的实用新型专利授权批准。授权专利号：201020570438.0 4、 2011年4月常熟质量技术监督局计量测试所出具检验报告； 4、 2011年4月教育部科技查新工作站出具查新报告。 （详见附件）
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合作开发或销售，利润分成。
作品可展示的形式
- 实物、产品、图纸、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品采用多种先进传感器技术、嵌入式计算机技术、人性化的人机界面和坚固的机械结构，可无损、快速、在线测量各种合适尺寸的规则物料的密度，目前已在作为生产风力发电领域前端产品的常熟市卡柏先进复合材料有限公司试用，且试用情况良好。该公司的生产效率得到大幅度的提高。选料车间操作工人由原手工测量的3组6人减到现在的2人，由原来每天检测4立方提高到40立方以上，使该企业克服之前严重影响产量和质量的瓶颈，帮助该公司在节省人力资源的基础上整体生产质量和效率得到大幅度提升。 该作品应用前景广泛。在国家对开发清洁能源的大力支持下，风力发电领域发展迅猛，目前仅风力发电机叶片生产产值已超4亿人民币。轻木质量筛选是保证风力发电机叶片质量的重要工序之一，本作品实现了风力发电机叶片原料的无损、高速、在线筛选，为实现风力发电机叶片生产工序的自动化迈出了重要的一步。 除此之外，本作品还可适用于其他诸如家具生产行业、钢铁行业、建筑材料生产行业等众多领域。因此本作品具有十分广泛的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 目前市场上现有的几种密度测量仪，皆为检验室用品，只能用于抽样检测。检验时需要将样品切片，破坏样品的原有性能，检验耗时耗力，且必须由专业人员进行操作，同时也破坏了木料的完整性。 比如目前市场上有一款型号为MH-300w木料密度测量仪，其外观如下： 类似该木料密度测量仪的产品无法应用于工厂生产线的高速在线检测和实时的质量控制中，理由如下： 第一，此类木料密度测量仪需要通过对木料进行切片和浸泡来测量，破坏了木料的原有物理特性，因此样品不能再被作为原料继续使用。 第二，工厂的环境比较复杂，灰尘相对较多，该类木料密度测量仪比较娇贵，同时还需要其他辅助设备，如真空抽取机、红外线水分计等。必须在环境良好的检验室使用，无法胜任恶劣的工业环境。 第三，工厂在线的木料密度测量必须由工人操作，要求其操作十分简便，然而此类木料密度测量仪操作复杂，非专业人员不能胜任。 第四，这些木料密度测量仪的测量周期长（需取样、制样、检测等复杂环节），不适用于工厂的高速在线检测。 第五，该类木料密度测量仪皆只对木料进行抽样检测，无法实现木料筛选环节的全面质量控制； 综上，该类木料密度测量仪不能满足保证木料的完整性的同时高速测量出木料密度，无法在工厂的生产线上直接应用。
