[發(fā)明專利]一種制備可控空間變異性土樣的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811230849.2
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109238803B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李錦輝;孫路偉;宋磊;蔡永敏
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學（深圳）
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/38;B33Y30/00
• 代理公司: 深圳市添源知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

1.一種制備可控空間變異性土樣的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)土樣的三維坐標控制；在土體的三維坐標控制上，采用STM32芯片、42步進電機和絲桿方式進行三維坐標的運動控制；

(2)土樣的進料控制；采用STM32芯片、螺旋進料器和閉環(huán)步進電機進行土料和水料的進料量控制；

(3)土樣的攪拌控制；采用STM32芯片、閉環(huán)步進電機和攪拌器配置不同土水混合比的土樣；

(4)土樣的出料控制；采用STM32芯片、減速器和圓錐螺旋進料器控制土樣的出料量；

(5)土樣的軟件界面；采用MFC和Opengl實現(xiàn)土樣模型的參數(shù)輸入，進而自動生成三維空間變異性土樣模型，并進行模型自動三維切片，生成可供控制芯片和電機讀取的Gcode文件；最終制備得到可控空間變異性土樣；

其中，步驟(1)中土樣打印機的三維控制框架外殼采用鋁合金工字型支撐；其中，豎向滑臺模塊控制打印裝置的豎向運動；水平滑臺模塊控制打印裝置的水平運動；在豎向滑臺和水平滑臺交接處采用電動分度盤模塊，功能是對水平滑臺進行旋轉(zhuǎn)，從而控制打印噴口的旋轉(zhuǎn)運動；

電動分度盤的旋轉(zhuǎn)運動和豎向滑臺的豎向運動、水平滑臺的水平運動協(xié)調(diào)工作，共同打印目標土樣；上位機在對目標土樣進行切片后，獲取每個打印單元的土樣三維坐標值和含水率，并將其生成執(zhí)行機構(gòu)可識別的gcode文件格式；控制芯片根據(jù)gcode文件信息，以及步進電機的S型算法，輸出相應(yīng)的PWM控制信號，控制豎向滑臺、水平滑臺和電動分度盤的步進電機進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一工作，打印目標坐標位置和含水率的單元土樣；

步驟(2)土樣的進料控制采用STM32、螺旋進料器和閉環(huán)步進電機統(tǒng)一控制；其中，STM32控制芯片根據(jù)上位機設(shè)置的單元土樣三維坐標和土樣含水率進行輸出相應(yīng)目標土樣的干土料和水料的配比信號；螺旋進料器的進給電機在收到信號后控制干土料的進料；霍爾傳感器和電磁閥控制水料的進給；

步驟(3)中在干土料和水料按照預(yù)定目標進入攪拌裝置后，閉環(huán)步進電機根據(jù)STM32芯片傳輸?shù)目刂菩盘枺瑤訑嚢鑲}進行相關(guān)轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)，使得攪拌倉內(nèi)的干土料和水料進行混合，并滿足目標含水率；

步驟(4)中當干土料和水料攪拌完畢后，在增氣裝置的帶動下，進入出料前置倉，出料前置倉為土樣出料前的臨時儲備裝置；此時，減速器帶動圓錐型變螺距螺旋進料器進行轉(zhuǎn)動，并將出料前置倉的土樣打印至目標三維坐標處；

步驟(5)中土樣打印裝置的軟件界面主要包括：土樣信息輸入、土樣生成、土樣切片、土樣Gcode文件生成以及土樣顯示窗口；

其中，信息輸入主要是用戶根據(jù)自身的目標土樣的參數(shù)性質(zhì)，在軟件中輸入土樣參數(shù)信息；土樣的參數(shù)信息輸入包括：土樣的幾何信息，選自長方體土樣為：長、寬、高，或者圓柱體土樣為：直徑和高，土樣的隨機場參數(shù)，選自土樣的含水率、水平波動范圍、豎向波動范圍、標準差、均值；

土樣生成是根據(jù)土樣的參數(shù)信息輸入，生成對應(yīng)的土樣模型，并在土樣顯示窗口顯示出來；生成的效果是三維土樣模型，同時在模型表面為不同含水率對應(yīng)的色磅，土樣模型可透明顯示，進而展示內(nèi)部土樣的含水率對應(yīng)的色磅；

土樣切片是根據(jù)打印土樣的單元尺寸，采用等距切片算法對土樣模型進行切片，獲取每個切片面與土樣模型重合面對應(yīng)的土樣的三維坐標、含水率信息，并整合到數(shù)據(jù)文件中；

土樣Gcode文件生成主要是將土樣切片得到的數(shù)據(jù)文件進行轉(zhuǎn)換，變?yōu)榭晒﹫?zhí)行機構(gòu)識別的文件格式。