CN114670426A - 一种微流控管道变速拉伸装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微流控管道变速拉伸装置及其控制方法，装置包括第一电机、第二电机、第一齿轮变速箱、第二齿轮变速箱、第一绕线筒、第二绕线筒以及主控制器，第一电机通过第一齿轮变速箱与第一绕线筒传动连接，第二电机通过第二齿轮变速箱与第二绕线筒传动连接，第一绕线筒用于缠绕设置待加工管道，第二绕线筒用于为待加工管道施加牵引力，第一电机、第二电机、第一齿轮变速箱以及第二齿轮变速箱均与主控制器电连接。本发明通过对绕线筒的转矩的实时调节，从而可以准确控制待加工管道的表面张力，进而调节待加工管道的拉伸倍率和管径变化率，得到管径连续可变的微流控管道，实现了微流控管道的变径可控化，可广泛应用于微流控管道加工技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及微流控管道加工技术领域，尤其涉及一种微流控管道变速拉伸装置及其控制方法。
背景技术
制作微流控芯片的主要材料有硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和纸基等。不同的材料特性决定了不同的微加工方法。但是微流控芯片最主要的加工方法是来自于微电子行业的光刻技术和来自于表面图案化的软光刻技术；此外，CNC、激光刻蚀、3D打印、注塑等加工工艺目前也被广泛应用。在上述技术的基础上，为了制作完整的微流控管道，一般还需要对两片材料进行键合。玻璃和硅片等材料通过高温、高压或高电压等方法键合，而PDMS材料通过氧等离子处理进行键合。这些加工方法通常只能制作二维平面的管道，无法实现三维或复杂的拓扑结构，因此可以通过聚合物管道(Teflon、PVC、Silicon等)经过缠绕等方式形成微流控管道。
目前商用的聚合物管道内径较大(0.3mm)无法满足微量的微流体的控制与应用，并且目前的管道在同一管道上直径是均一的，无法实现可控的变径管道，无法满足更加复杂的管道设计要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种微流控管道变速拉伸装置及其控制方法，该装置可以对微流控管道的拉伸倍率和管径变化率进行实时控制，从而实现了微流控管道的变径可控化。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种微流控管道变速拉伸装置，包括第一电机、第二电机、第一齿轮变速箱、第二齿轮变速箱、第一绕线筒、第二绕线筒以及主控制器，所述第一电机通过所述第一齿轮变速箱与所述第一绕线筒传动连接，所述第二电机通过所述第二齿轮变速箱与所述第二绕线筒传动连接，所述第一绕线筒用于缠绕设置待加工管道，所述第二绕线筒用于为所述待加工管道施加牵引力，所述第一电机、所述第二电机、所述第一齿轮变速箱以及所述第二齿轮变速箱均与所述主控制器电连接，所述主控制器用于调节所述第一电机和所述第二电机的转速，以及调节所述第一齿轮变速箱和所述第二齿轮变速箱的传动比。
进一步，所述第一齿轮变速箱包括第一箱体、第一传动齿轮组、第一输入轴以及第一输出轴，所述第一传动齿轮组设置在所述第一箱体内，所述第一输入轴和所述第一输出轴通过所述第一传动齿轮组传动连接，所述第一电机的输出轴与所述第一输入轴固定连接，所述第一输出轴与所述第一绕线筒同轴连接，所述主控制器与所述第一传动齿轮组电连接；
所述第二齿轮变速箱包括第二箱体、第二传动齿轮组、第二输入轴以及第二输出轴，所述第二传动齿轮组设置在所述第二箱体内，所述第二输入轴和所述第二输出轴通过所述第二传动齿轮组传动连接，所述第二电机的输出轴与所述第二输入轴固定连接，所述第二输出轴与所述第二绕线筒同轴连接，所述主控制器与所述第二传动齿轮组电连接。
进一步，所述第一电机为伺服电机或步进电机，所述第二电机为伺服电机或步进电机。
进一步，所述第二绕线筒为可变径绕线筒。
进一步，所述微流控管道变速拉伸装置还包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置设置在所述第一绕线筒内，所述第二加热装置设置在所述第二绕线筒内，所述第一加热装置和所述第二加热装置均与所述主控制器电连接。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种微流控管道变速拉伸装置的控制方法，用于通过上述微流控管道变速拉伸装置执行，待加工管道缠绕设置在所述第一绕线筒上，所述待加工管道的一端固定在所述第二绕线筒上，所述控制方法包括以下步骤：
通过主控制器控制所述第一电机以预设的第一转速运行，并通过主控制器控制所述第二电机以预设的第二转速运行；
通过主控制器调节所述第一齿轮变速箱和所述第二齿轮变速箱的传动比，从而调节所述第一绕线筒和所述第二绕线筒的转矩，进而调节所述待加工管道的表面张力，使得所述待加工管道被拉伸成预设管径变化的微流控管道并缠绕在所述第二绕线筒上。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种微流控管道变速拉伸装置及其控制方法，通过主控制器控制第一电机以预设的第一转速运行，并通过主控制器控制第二电机以预设的第二转速运行；通过主控制器调节第一齿轮变速箱和第二齿轮变速箱的传动比，从而调节第一绕线筒和第二绕线筒的转矩，进而调节待加工管道的表面张力，使得待加工管道被拉伸成预设管径变化的微流控管道并缠绕在第二绕线筒上。本发明通过齿轮变速箱可以对第一绕线筒和第二绕线筒的转矩进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道的表面张力，进而调节待加工管道的拉伸倍率和管径变化率，得到管径连续可变的微流控管道，实现了微流控管道的变径可控化，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种微流控管道变速拉伸装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微流控管道变速拉伸装置的信号连接示意图；
图3为本发明实施例提供的微流控管道变速拉伸装置的控制方法的步骤流程图。
附图标记：
10、第一电机；20、第二电机；30、第一齿轮变速箱；31、第一箱体；32、第一输入轴；33、第一输出轴；40、第二齿轮变速箱；41、第二箱体；42、第二输入轴；43、第二输出轴；50、第一绕线筒；60、第二绕线筒；70、待加工管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。
参照图1和2，本发明实施例提供了一种微流控管道变速拉伸装置，包括第一电机10、第二电机20、第一齿轮变速箱30、第二齿轮变速箱40、第一绕线筒50、第二绕线筒60以及主控制器(图1中未示出)，第一电机10通过第一齿轮变速箱30与第一绕线筒50传动连接，第二电机20通过第二齿轮变速箱40与第二绕线筒60传动连接，第一绕线筒50用于缠绕设置待加工管道70，第二绕线筒60用于为待加工管道70施加牵引力，第一电机10、第二电机20、第一齿轮变速箱30以及第二齿轮变速箱40均与主控制器电连接，主控制器用于调节第一电机10和第二电机20的转速，以及调节第一齿轮变速箱30和第二齿轮变速箱40的传动比。
本发明实施例通过主控制器控制第一电机10以预设的第一转速运行，并通过主控制器控制第二电机20以预设的第二转速运行；通过主控制器调节第一齿轮变速箱30和第二齿轮变速箱40的传动比，从而调节第一绕线筒50和第二绕线筒60的转矩，进而调节待加工管道70的表面张力，使得待加工管道70被拉伸成预设管径变化的微流控管道并缠绕在第二绕线筒60上。本发明实施例通过齿轮变速箱可以对第一绕线筒50和第二绕线筒60的转矩进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道70的表面张力，进而调节待加工管道70的拉伸倍率和管径变化率，得到管径连续可变的微流控管道，实现了微流控管道的变径可控化，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
在一些可选的实施例中，第一绕线筒50和第二绕线筒60之间可并行设置多个待加工管道70，这样可同时对多个待加工管道70进行加工，提高加工效率。
参照图1和2，进一步作为可选的实施方式，第一齿轮变速箱30包括第一箱体31、第一传动齿轮组、第一输入轴32以及第一输出轴33，第一传动齿轮组设置在第一箱体31内，第一输入轴32和第一输出轴33通过第一传动齿轮组传动连接，第一电机10的输出轴与第一输入轴32固定连接，第一输出轴33与第一绕线筒50同轴连接，主控制器与第一传动齿轮组电连接；
第二齿轮变速箱40包括第二箱体41、第二传动齿轮组、第二输入轴42以及第二输出轴43，第二传动齿轮组设置在第二箱体41内，第二输入轴42和第二输出轴43通过第二传动齿轮组传动连接，第二电机20的输出轴与第二输入轴42固定连接，第二输出轴43与第二绕线筒60同轴连接，主控制器与第二传动齿轮组电连接。
具体地，第一传动齿轮组和第二传动齿轮组均通过主控制器进行控制，可通过控制信号改变传动齿轮组内齿轮耦合的方式，从而改变其传动比。
本发明实施例中，通过改变齿轮变速箱的传动比可以调节电机输出到绕线筒上的转矩，从而实现了对待加工管道70表面张力的控制。
进一步作为可选的实施方式，第一电机10为伺服电机或步进电机，第二电机20为伺服电机或步进电机。
进一步作为可选的实施方式，第二绕线筒60为可变径绕线筒。
具体地，可变径绕纤筒可通过多个不同直径的绕线筒套接而成；也可以在绕线筒内的旋转杆上设置变径弹片，该变径弹片通过绕线筒上的弹片滑槽穿出绕线筒，通过旋转杆转动，可以调节变径弹片伸出弹片滑槽的长度，从而可以改变绕纤筒的直径。
本发明实施例中，采用可变径绕线筒作为第二绕线筒60为待加工管道70提供牵引力并用于缠绕加工好的微流控管道，可对微流控管到的拉伸倍率和管径变化率进一步进行准确控制调节，提高了微流控管道拉伸的可控性。
参照图2，进一步作为可选的实施方式，微流控管道变速拉伸装置还包括第一加热装置和第二加热装置，第一加热装置设置在第一绕线筒50内，第二加热装置设置在第二绕线筒60内，第一加热装置和第二加热装置均与主控制器电连接。
具体地，第一加热装置用于为第一绕线筒50加热，从而可以为第一绕线筒50上的待加工管道70提供合适的拉伸温度；第二加热装置用于为第二绕线筒60加热，从而可以为第二绕线筒60上缠绕的加工后的微流控管道提供一定的保温环境，避免微流控管道温度骤降引起对其结构造成损伤。
以上是对本发明实施例的***结构进行了说明，下面以PTFE管道为例对本发明实施例的加工流程作进一步说明。
本发明实施例将待加工的PTFE管道固定在两个绕线筒之间，控制电机旋转，经过齿轮箱减速将动力传动到绕线筒上，使得PTFE管道维持一定的张力拉伸变细并不断缠绕在第二绕线筒60上；加工过程中实时调节变速齿轮箱的传动比，改变绕线筒转动速度与转矩，也可改变第二绕线筒60直径来改变单位时间内第二绕线筒60上PTFE管道的移动距离，从而实现不同的拉伸倍率以及管径变化率控制。
参照图3，本发明实施例提供了一种微流控管道变速拉伸装置的控制方法，用于通过上述微流控管道变速拉伸装置执行，待加工管道缠绕设置在第一绕线筒上，待加工管道的一端固定在第二绕线筒上，控制方法包括以下步骤：
S101、通过主控制器控制第一电机以预设的第一转速运行，并通过主控制器控制第二电机以预设的第二转速运行；
S102、通过主控制器调节第一齿轮变速箱和第二齿轮变速箱的传动比，从而调节第一绕线筒和第二绕线筒的转矩，进而调节待加工管道的表面张力，使得待加工管道被拉伸成预设管径变化的微流控管道并缠绕在第二绕线筒上。
具体地，本发明实施例的控制方法可实现加工工艺的程序化控制，通过齿轮变速箱可以对第一绕线筒和第二绕线筒的转矩进行实时调节，从而可以准确控制待加工管道的表面张力，进而调节待加工管道的拉伸倍率和管径变化率，得到管径连续可变的微流控管道，实现了微流控管道的变径可控化，可满足多元化的微流控管道的生产需求。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (6)
1.一种微流控管道变速拉伸装置，其特征在于：包括第一电机、第二电机、第一齿轮变速箱、第二齿轮变速箱、第一绕线筒、第二绕线筒以及主控制器，所述第一电机通过所述第一齿轮变速箱与所述第一绕线筒传动连接，所述第二电机通过所述第二齿轮变速箱与所述第二绕线筒传动连接，所述第一绕线筒用于缠绕设置待加工管道，所述第二绕线筒用于为所述待加工管道施加牵引力，所述第一电机、所述第二电机、所述第一齿轮变速箱以及所述第二齿轮变速箱均与所述主控制器电连接，所述主控制器用于调节所述第一电机和所述第二电机的转速，以及调节所述第一齿轮变速箱和所述第二齿轮变速箱的传动比。
2.根据权利要求1所述的一种微流控管道变速拉伸装置，其特征在于：
所述第一齿轮变速箱包括第一箱体、第一传动齿轮组、第一输入轴以及第一输出轴，所述第一传动齿轮组设置在所述第一箱体内，所述第一输入轴和所述第一输出轴通过所述第一传动齿轮组传动连接，所述第一电机的输出轴与所述第一输入轴固定连接，所述第一输出轴与所述第一绕线筒同轴连接，所述主控制器与所述第一传动齿轮组电连接；
所述第二齿轮变速箱包括第二箱体、第二传动齿轮组、第二输入轴以及第二输出轴，所述第二传动齿轮组设置在所述第二箱体内，所述第二输入轴和所述第二输出轴通过所述第二传动齿轮组传动连接，所述第二电机的输出轴与所述第二输入轴固定连接，所述第二输出轴与所述第二绕线筒同轴连接，所述主控制器与所述第二传动齿轮组电连接。
3.根据权利要求1所述的一种微流控管道变速拉伸装置，其特征在于：所述第一电机为伺服电机或步进电机，所述第二电机为伺服电机或步进电机。
4.根据权利要求1所述的一种微流控管道变速拉伸装置，其特征在于：所述第二绕线筒为可变径绕线筒。
5.根据权利要求1所述的一种微流控管道变速拉伸装置，其特征在于：所述微流控管道变速拉伸装置还包括第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置设置在所述第一绕线筒内，所述第二加热装置设置在所述第二绕线筒内，所述第一加热装置和所述第二加热装置均与所述主控制器电连接。
6.一种微流控管道变速拉伸装置的控制方法，用于通过如权利要求1至5中任一项所述的微流控管道变速拉伸装置执行，其特征在于，待加工管道缠绕设置在所述第一绕线筒上，所述待加工管道的一端固定在所述第二绕线筒上，所述控制方法包括以下步骤：
通过主控制器控制所述第一电机以预设的第一转速运行，并通过主控制器控制所述第二电机以预设的第二转速运行；
通过主控制器调节所述第一齿轮变速箱和所述第二齿轮变速箱的传动比，从而调节所述第一绕线筒和所述第二绕线筒的转矩，进而调节所述待加工管道的表面张力，使得所述待加工管道被拉伸成预设管径变化的微流控管道并缠绕在所述第二绕线筒上。
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