一種土體微結(jié)構(gòu)的層切裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，由機(jī)箱、微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器、土體試樣夾持器、高速銑削機(jī)構(gòu)、控制板組成。其特征是：通過精密定位平臺(tái)使土體試樣在銑刀下做X、Y、Z三軸微米級(jí)精度運(yùn)動(dòng)，使多次剖切過程中每一個(gè)剖切點(diǎn)都對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)位置，同時(shí)以微米級(jí)分辨率進(jìn)給銑削，使土體的微結(jié)構(gòu)被銑削為多個(gè)剖切面；同時(shí)，采用高速銑削機(jī)構(gòu)使銑削形成的剖切面盡可能平整，近乎為平面，方便檢測(cè)。本發(fā)明專利技術(shù)裝置通過控制板的觸摸屏輸入剖切層數(shù)設(shè)定值和剖切啟動(dòng)指令，系統(tǒng)即可進(jìn)入自動(dòng)剖切模式，完成所設(shè)定剖切層數(shù)的銑削，其主要優(yōu)點(diǎn)是精度高、自動(dòng)化，土體試樣剖切面的間距小于試樣的微結(jié)構(gòu)尺度，結(jié)構(gòu)緊湊方便操作使用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于巖土材料測(cè)試儀器領(lǐng)域，特別涉及一種提取土體微觀結(jié)構(gòu)圖像的土體微結(jié)構(gòu)層切裝置。
技術(shù)介紹
地基的穩(wěn)定和變形是涉及到土木工程安全的重要問題，針對(duì)地基的穩(wěn)定和變形問題，當(dāng)前學(xué)術(shù)界在土體的宏觀、細(xì)觀尺度上已經(jīng)進(jìn)行了諸多研究，但土體的微觀結(jié)構(gòu)研究相對(duì)較少，從土體的微觀尺度上洞察其結(jié)構(gòu)屬性，對(duì)于更深入地理解地基以及防范坍塌具有重要意義。目前土體微觀屬性檢測(cè)的研究方法大多應(yīng)用掃描電子顯微鏡拍攝表面圖像，具有分辨率高、景深相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn)，但是操作復(fù)雜，只能取樣到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，在一定程度上不能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的需要，而且只能觀測(cè)土體的表面微結(jié)構(gòu)。顯微鏡是一種精密的光學(xué)儀器，目前已應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，尤其是在生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)等領(lǐng)域。利用光學(xué)顯微鏡對(duì)土體的表層進(jìn)行觀察時(shí)，由于高倍率顯微鏡的成像景深極小，只能對(duì)位于焦平面內(nèi)的二維土體微結(jié)構(gòu)清晰成像，而偏離焦平面的微結(jié)構(gòu)成像模糊，這對(duì)收集土體三維微結(jié)構(gòu)信息帶來了困難。如果能夠?qū)ν馏w的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行層切，然后對(duì)每個(gè)分層平面進(jìn)行觀察和定位，再借助圖像處理技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)重建土體內(nèi)部三維微結(jié)構(gòu)，從而獲取其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)屬性參數(shù)，將為工程決策和質(zhì)量改善提供豐富的信息。為此，設(shè)計(jì)一套高精度的土體微結(jié)構(gòu)層切裝置是十分必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，能夠以微米級(jí)的分辨率和精度對(duì)土體內(nèi)部的顆粒、孔隙等結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖切，形成剖切平面。為達(dá)到本專利技術(shù)的目的，采用的技術(shù)方案如下：一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述層切裝置包括機(jī)箱、微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器、土體試樣夾持器、高速銑削機(jī)構(gòu)、控制板。一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述機(jī)箱基座和橫梁，基座用于安裝固定微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器和控制板，橫梁位于機(jī)箱的上部，用于安裝固定高速銑削機(jī)構(gòu)。一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述微動(dòng)精密定位平臺(tái)由三組電動(dòng)滑臺(tái)疊加裝配而成，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸精密微運(yùn)動(dòng)，每一組電動(dòng)滑臺(tái)由滑塊、導(dǎo)軌、精密絲杠、伺服電機(jī)構(gòu)成，在控制板和伺服驅(qū)動(dòng)器的控制下以微米級(jí)精度運(yùn)動(dòng)，其中X、Z軸方向的運(yùn)動(dòng)使土體試樣的剖切面對(duì)準(zhǔn)銑刀，Y軸方向的微運(yùn)動(dòng)使試樣進(jìn)給量為微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體試樣的微結(jié)構(gòu)剖切。一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，高速銑削機(jī)構(gòu)由交流電機(jī)、筒夾、高速銑刀構(gòu)成，高速銑刀采用鎢鋼制銑刀，銑削速度達(dá)到20000轉(zhuǎn)/分鐘，使銑削面形成的剖切面盡可能平整。一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述土體試樣夾持器固定在微動(dòng)精密定位平臺(tái)上，用于夾持待測(cè)的土體試樣。一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述控制板和所述伺服驅(qū)動(dòng)器安裝在機(jī)箱的前部，控制板由控制器、人機(jī)交互模塊、輸入輸出接口、電源模塊、控制軟件組成，其中，所述控制器采用PLC，人機(jī)交互模塊由觸摸屏、顯示器、指示燈組成，所述輸入輸出接口用于接收控制器的指令并傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器和高速銑削機(jī)構(gòu)；所述伺服驅(qū)動(dòng)器接收所述控制器發(fā)出的控制指令，并向伺服電機(jī)輸出功率。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：本專利技術(shù)裝置基于精密定位平臺(tái)和實(shí)時(shí)性控制器，微動(dòng)定位和銑削精度較高，可對(duì)土體試樣的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)部分層，為檢測(cè)土體的微觀屬性提供條件。本專利技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，便于放置到工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)土體進(jìn)行剖切。本專利技術(shù)裝置操作方便，自動(dòng)化程度較高，便于推廣應(yīng)用。附圖說明附圖是用來提供對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本專利技術(shù)，但并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的限制。在附圖中：圖1是構(gòu)成精密定位平臺(tái)的電動(dòng)滑臺(tái)和伺服電機(jī)；圖2、圖3、圖4分別是裝置中X、Y、Z軸精密定位平臺(tái)；圖5是裝置中的土體試樣夾持器；圖6是裝置中的精密定位平臺(tái)與夾持器的裝配體；圖7是裝置中的機(jī)箱；圖8是裝置中的精密定位平臺(tái)、夾持器、機(jī)箱的裝配體；圖9是裝置中的高速銑削機(jī)構(gòu)；圖10是裝置中的精密定位平臺(tái)、夾持器、機(jī)箱及高速銑削機(jī)構(gòu)的裝配體；圖11是裝置中的精密定位平臺(tái)、夾持器、機(jī)箱及高速銑削機(jī)構(gòu)的裝配體的前視圖，其中，A1：機(jī)箱基座；A2：橫梁；B1：X軸微動(dòng)平臺(tái)及伺服電機(jī)；B2：Z軸微動(dòng)平臺(tái)及伺服電機(jī)；B3：Y軸微動(dòng)平臺(tái)及伺服電機(jī)；C1：試樣夾持器；D1：高速銑削機(jī)構(gòu)的電機(jī)；D2：銑刀圖12是控制板和伺服驅(qū)動(dòng)器；以及圖13是整機(jī)裝配圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1-13詳細(xì)說明本專利技術(shù)的使用方式。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本專利技術(shù)，并不用于限制本專利技術(shù)。本專利技術(shù)裝置的裝配過程為：首先，利用圖1所示的電動(dòng)滑臺(tái)作為X軸、Y軸、Z軸精密定位平臺(tái)，如圖2、圖3、圖4所示，與圖5所示的土體試樣夾持器裝配起來形成如圖6所示的裝配體。然后，將圖6所示的裝配體安裝固定于圖7所示的機(jī)箱基座中，如圖8所示。接著，裝上機(jī)箱上部的橫梁，并將圖9所示的高速銑削機(jī)構(gòu)安裝固定于橫梁上，形成的裝配體如圖10所示，其前視圖如圖11所示。最后，將圖12所示的控制板和伺服驅(qū)動(dòng)器安裝到機(jī)箱前部，完成整機(jī)裝配，如圖13所示。設(shè)備使用：在關(guān)閉電源的情況下，將土體試樣固定在試樣夾持器中；將高速銑刀安裝到銑削機(jī)構(gòu)的筒夾中并鎖緊；打開電源，在控制板的觸摸屏上輸入銑削電機(jī)啟動(dòng)指令并調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速；在控制板的觸摸屏上輸入精密定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)指令，使銑刀剛好接觸試樣；在控制板的觸摸屏上輸入剖切層數(shù)設(shè)定值和剖切啟動(dòng)指令，使系統(tǒng)進(jìn)入剖切模式，此時(shí)以5微米步距進(jìn)給銑削第一個(gè)剖切面并記憶該剖切面的位置，然后降低試樣和移除試樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完畢將試樣移動(dòng)到記憶的位置，再以5微米步距進(jìn)給銑削第二個(gè)剖切面并記憶該剖切面的位置，如此重復(fù)直到完成所設(shè)定剖切層數(shù)的銑削并降低試樣；在控制板的觸摸屏上輸入銑削電機(jī)停止指令，卸下銑刀，最后關(guān)閉電源。以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本專利技術(shù)并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本專利技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述層切裝置包括機(jī)箱、微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器、土體試樣夾持器、高速銑削機(jī)構(gòu)、控制板。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，所述層切裝置包括
機(jī)箱、微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺服驅(qū)動(dòng)器、土體試樣夾持器、高速銑削
機(jī)構(gòu)、控制板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，
所述機(jī)包括箱基座和橫梁，基座用于安裝固定微動(dòng)精密定位平臺(tái)、伺
服驅(qū)動(dòng)器和控制板，橫梁位于機(jī)箱的上部，用于安裝固定高速銑削機(jī)
構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體微結(jié)構(gòu)層切裝置，其特征在于，
所述微動(dòng)精密定位平臺(tái)由三組電動(dòng)滑臺(tái)疊加裝配而成，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z
三軸精密微運(yùn)動(dòng)，每一組電動(dòng)滑臺(tái)由滑塊、導(dǎo)軌、精密絲杠、伺服電
機(jī)構(gòu)成，在控制板和伺服驅(qū)動(dòng)器的控制下以微米級(jí)精度運(yùn)動(dòng)，其中X、
Z軸方向的運(yùn)動(dòng)使土體試樣的剖切面對(duì)準(zhǔn)銑刀，Y軸方向的微運(yùn)動(dòng)使
試樣進(jìn)給量為微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體試樣的微結(jié)構(gòu)剖切。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃林沖，余金棟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中山大學(xué)，廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44