一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統及方法與流程
2023-06-29 03:23:51
本發明屬於快速成形設備的鋪粉機構的運動精度補償技術領域，具體涉及一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統及方法。
背景技術：
快速成形技術中以粉末為原料，通過選區沉積/燒結/熔化工藝進行零件的快速成形技術是目前快速製造領域研究的熱點，現有的選區燒結技術是通過分層掃描的方式完成零件的加工過程。在加工過程中，每加工完一層，鋪粉工作檯下降一定的距離，送粉器送出一定量的粉末再由鋪粉機構將其鋪平，然後對該層粉末進行燒結處理，不斷重複這一過程，最終完成加工。鋪粉工作檯的運動精度，決定了鋪粉層的厚度和粉末層密度的大小，直接影響燒結件的密度，從而影響燒結件的物理性能、收縮和翹曲變形以及稜角清晰度。加工過程中鋪粉過程的好壞影響製件的質量，甚至加工過程能否繼續進行。
現有的鋪粉工作檯進行換向運動時，由於鋪粉機構中電機在正反轉時，導致鋪粉機構中軸承會產生遊隙，造成的精度下降。經過反覆測量，這種遊隙只會出現在換向後的第一次上升或下井動作中，同方向連續的上升或下降的運動精度較為準確。因此，現如今缺少一種結構簡單、成本低、設計合理、運動精度高的用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統及方法，通過鋪粉工作檯進行換向運動產生的遊隙進行補償及校準，實現鋪覆出均勻、無缺陷且具有較高密度的粉末層。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其設計新穎合理，通過採集光軸升降驅動機構升降過程中轉向產生的升降遊隙值，採用控制主機對其進行校準並控制電機模塊精確的轉動，進而提高粉層升降工作檯的運動精度，實現鋪覆出均勻、無缺陷且具有較高密度的粉末層，便於推廣使用。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其特徵在於：包括安裝在快速成形設備底板上的鋪粉裝置和用於控制補償所述鋪粉裝置升降的控制主機，所述鋪粉裝置包括垂直穿過快速成形設備底板且與快速成形設備底板滑動配合的光軸、水平設置在光軸頂端且用於為待成形工件鋪設粉層的粉層升降工作檯和設置在光軸底端且用於安裝光軸升降驅動機構的安裝板，所述光軸升降驅動機構由穿過安裝板抵接在快速成形設備底板底部的絲槓、與絲槓滑動配合的絲槓螺母、帶動絲槓螺母旋轉的皮帶輪和與皮帶輪傳動連接且用於驅動皮帶輪轉動的電機模塊組成，所述絲槓螺母嵌入在安裝板內且與安裝板固定連接，粉層升降工作檯的底部安裝有用於測量所述光軸升降驅動機構升降過程中轉向產生的升降遊隙值、以及粉層升降工作檯的底面和快速成形設備底板的頂面之間距離的光學測距儀，光學測距儀的信號輸出端與控制主機的輸入端相接，電機模塊由控制主機控制。
上述的一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其特徵在於：所述電機模塊固定安裝在安裝板的一側。
上述的一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其特徵在於：所述快速成形設備底板的底部安裝有底板固定板，光軸垂直穿過底板固定板。
上述的一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其特徵在於：所述控制主機上連接有存儲器和顯示器，控制主機為計算機或plc控制器。
上述的一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，其特徵在於：所述光學測距儀為紅外線測距儀，所述紅外線測距儀的紅外線發射端與快速成形設備底板垂直。
同時，本發明還公開了一種方法步驟簡單，設計合理，可提高成形過程中每一次鋪粉層的均勻性、可靠性的快速成形設備的鋪粉精度補償的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟：
步驟一、獲取光軸升降驅動機構的升降遊隙值：採用控制主機設置粉層升降工作檯上升或下降的標準步進單元距離δ，通過控制主機控制電機模塊正反轉，帶動粉層升降工作檯上下反覆運動，當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯由下降轉上升時，採用光學測距儀獲取粉層升降工作檯的下轉上步進單元實測距離ε1，根據公式δ1＝δ-ε1，獲取光軸升降驅動機構所產生的上升遊隙值δ1；
當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯由上升轉下降時，採用光學測距儀獲取粉層升降工作檯的上轉下步進單元實測距離ε2，根據公式δ2＝δ-ε2，獲取光軸升降驅動機構所產生的下降遊隙值δ2；
電機模塊帶動粉層升降工作檯上升或下降一次為一個標準步進單元距離δ；
步驟二、控制光軸升降驅動機構的上升路徑，過程如下：
步驟201、光軸升降驅動機構上升初始化：設定光軸升降驅動機構上升之前的狀態為光軸升降驅動機構下降停止狀態；
步驟202、光軸升降驅動機構上升補償：根據公式δ1＝δ+δ1+q1，設置光軸升降驅動機構上升的初始步進距離δ1，其中，δ1用來克服光軸升降驅動機構由步驟201中的下降狀態轉上升狀態時帶來的上升遊隙，q1為光軸升降驅動機構的上升補償閾值且q1為常數；
步驟203、光軸升降驅動機構下降校準：根據公式δ2＝δ1-δ2-q2，獲取光軸升降驅動機構的實際步進距離δ2，其中，δ2用來克服光軸升降驅動機構由步驟202中的上升狀態轉下降狀態時帶來的下降遊隙，q2為光軸升降驅動機構克服所述上升補償閾值的下降校準閾值且q2為常數；
步驟三、設置粉層升降工作檯的升降工作距離：採用控制主機控制粉層升降工作檯的上升工作距離nδ，採用控制主機控制粉層升降工作檯的下降工作距離mδ，其中，n和m均為不小於0的整數；
步驟四、粉層升降工作檯的升降控制：當粉層升降工作檯執行上升動作時，通過控制主機控制光軸升降驅動機構，循環步驟二；當粉層升降工作檯執行下降動作時，通過控制主機控制光軸升降驅動機構，粉層升降工作檯以標準步進單元距離δ逐步下降。
上述的方法，其特徵在於：所述控制主機為計算機或plc控制器，所述光學測距儀為紅外線測距儀，所述紅外線測距儀的紅外線發射端與快速成形設備底板垂直。
上述的方法，其特徵在於：所述δ1+q1＝δ2+q2，0.5δ<q1<δ，0.5δ<q2<δ。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明採用的鋪粉精度補償系統，通過設置光學測距儀採集光軸升降驅動機構升降過程中轉向產生的升降遊隙值，採用控制主機對其進行校準並控制電機模塊精確的轉動，進而提高粉層升降工作檯的運動精度，實現鋪覆出均勻、無缺陷且具有較高密度的粉末層。
2、本發明採用的鋪粉精度補償系統，通過設置穿過快速成形設備底板的光軸，光軸與快速成形設備底板的滑動配合限定了粉層升降工作檯的運動軌跡和運動方向，避免了光軸的傾斜變形，可靠穩定，使用效果好。
3、本發明採用的鋪粉精度補償方法，步驟簡單，通過以下降狀態結束光軸升降驅動機構上升過程，並對粉層升降工作檯的上升距離進行了校準，確保了粉層升降工作檯上升的運動精度；當進行光軸升降驅動機構下降動作時，由於光軸升降驅動機構前一次無論是上升狀態還是下降狀態，均是以下降狀態結束，因此，在執行光軸升降驅動機構下降動作時，粉層升降工作檯均未改變運動方向，不存在進行粉層升降工作檯的換向運動，進而可實現同方向連續的準確的下降，減少了光軸升降驅動機構上升轉下降的校準，使用效果好，便於推廣使用。
綜上所述，本發明設計新穎合理，通過以下降狀態結束光軸升降驅動機構上升過程，減少了光軸升降驅動機構上升轉下降的校準，提高粉層升降工作檯的運行精度和可靠性，便於推廣使用。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為本發明採用的鋪粉裝置與快速成形設備底板的安裝結構示意圖。
圖2為本發明採用的鋪粉裝置的電路原理框圖。
圖3為本發明方法的流程框圖。
附圖標記說明:
1—快速成形設備底板；2—光軸；3—粉層升降工作檯；
4—光學測距儀；5—電機模塊；6—絲槓螺母；
7—皮帶輪；8—絲槓；9—底板固定板；
10—控制主機；11—存儲器；12—顯示器；
13—安裝板。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本發明所述的一種用於快速成形設備的鋪粉精度補償系統，包括安裝在快速成形設備底板1上的鋪粉裝置和用於控制補償所述鋪粉裝置升降的控制主機10，所述鋪粉裝置包括垂直穿過快速成形設備底板1且與快速成形設備底板1滑動配合的光軸2、水平設置在光軸2頂端且用於為待成形工件鋪設粉層的粉層升降工作檯3和設置在光軸2底端且用於安裝光軸升降驅動機構的安裝板13，所述光軸升降驅動機構由穿過安裝板13抵接在快速成形設備底板1底部的絲槓8、與絲槓8滑動配合的絲槓螺母6、帶動絲槓螺母6旋轉的皮帶輪7和與皮帶輪7傳動連接且用於驅動皮帶輪7轉動的電機模塊5組成，所述絲槓螺母6嵌入在安裝板13內且與安裝板13固定連接，粉層升降工作檯3的底部安裝有用於測量所述光軸升降驅動機構升降過程中轉向產生的升降遊隙值、以及粉層升降工作檯3的底面和快速成形設備底板1的頂面之間距離的光學測距儀4，光學測距儀4的信號輸出端與控制主機10的輸入端相接，電機模塊5由控制主機10控制。
本實施例中，所述電機模塊5固定安裝在安裝板13的一側。
需要說明的是，快速成形設備底板1水平安裝作為快速成形設備各個部件的安裝基礎，垂直穿過快速成形設備底板1的光軸2的設置一是為了安裝粉層升降工作檯3並保證粉層升降工作檯3的水平安裝，二是為了帶動粉層升降工作檯3上下升降；實際使用中，光軸2的採用4個，4個光軸2的設置保證了光軸2與快速成形設備底板1的滑動配合不變形，限定了粉層升降工作檯3的垂直升降的運動軌跡和運動方向；安裝板13的設置一是為了安裝光軸升降驅動機構，二是限定了粉層升降工作檯3的最大運行路徑，確定鋪粉裝置的大小；絲槓8的設置為了提供光軸升降驅動機構的滑動軌道，絲槓螺母6的轉動實現了光軸升降驅動機構的滑動，實際使用中，安裝板13上開設有與絲槓螺母6固定連接的螺母孔，實現絲槓螺母6與安裝板13固定為一體，電機模塊5固定安裝在安裝板13的一側是為了不阻礙絲槓螺母6在絲槓8的長度方向滑動，另外，當絲槓螺母6滑動時，帶動安裝板13跟著滑動，進而帶動整個光軸升降驅動機構以及粉層升降工作檯3同步上下滑動。
光學測距儀4的設置是為了採集光軸升降驅動機構升降過程中轉向產生的升降遊隙值，採用控制主機10對其進行校準並控制電機模塊5精確的轉動，另外，光學測距儀4的設置是為了採集粉層升降工作檯3的底面和快速成形設備底板1的頂面之間距離，對校準後的光軸升降驅動機構進行驗證，實現全面的精度補償控制，進而提高粉層升降工作檯的運動精度，實現鋪覆出均勻、無缺陷且具有較高密度的粉末層。
本實施例中，所述快速成形設備底板1的底部安裝有底板固定板9，光軸2垂直穿過底板固定板9。
底板固定板9的設置是為了加固快速成形設備底板1的支撐作用，光軸2垂直穿過底板固定板9與光軸2垂直穿過快速成形設備底板1共同實現了對光軸2的定向，保證了光軸2滑動不變形。
本實施例中，所述控制主機10上連接有存儲器11和顯示器12，控制主機10為計算機或plc控制器。
存儲器11可將光學測距儀4採集的數據存儲起來，便於控制主機10調用，顯示器12的設置是為了實時查看粉層升降工作檯的運動狀態，顯示粉層升降工作檯的運動精度數據，直觀有效。
本實施例中，所述光學測距儀4為紅外線測距儀，所述紅外線測距儀的紅外線發射端與快速成形設備底板1垂直。
紅外線測距儀的紅外線發射端與快速成形設備底板1垂直是為了保證光學測距儀4採集的數據精度高，誤差小，數據有效。
如圖3所示的一種快速成形設備的鋪粉精度補償的方法，包括以下步驟：
步驟一、獲取光軸升降驅動機構的升降遊隙值：採用控制主機10設置粉層升降工作檯3上升或下降的標準步進單元距離δ，通過控制主機10控制電機模塊5正反轉，帶動粉層升降工作檯3上下反覆運動，當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯3由下降轉上升時，採用光學測距儀4獲取粉層升降工作檯3的下轉上步進單元實測距離ε1，根據公式δ1＝δ-ε1，獲取光軸升降驅動機構所產生的上升遊隙值δ1；
當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯3由上升轉下降時，採用光學測距儀4獲取粉層升降工作檯3的上轉下步進單元實測距離ε2，根據公式δ2＝δ-ε2，獲取光軸升降驅動機構所產生的下降遊隙值δ2；
需要說明的是，當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯3由下降轉上升時，由於光軸升降驅動機構存在遊隙，導致光軸升降驅動機構上升的距離不能達到預期的標準步進單元距離δ，採用光學測距儀4測量實際上升的下轉上步進單元實測距離ε1，進而得到粉層升降工作檯3由下降轉上升時的上升遊隙值δ1；同理，當光軸升降驅動機構帶動粉層升降工作檯3由上升轉下降時，由於光軸升降驅動機構存在遊隙，導致光軸升降驅動機構下降的距離不能達到預期的標準步進單元距離δ，採用光學測距儀4測量實際下降的上轉下步進單元實測距離ε2，進而得到粉層升降工作檯3由上升轉下降時的下降遊隙值δ2。
電機模塊5帶動粉層升降工作檯3上升或下降一次為一個標準步進單元距離δ；
需要說明的是，標準步進單元距離δ為控制主機10設置的粉層升降工作檯3上升或下降一次的距離，也是粉層升降工作檯3一次上升或下降預期達到的距離。
所述控制主機10為計算機或plc控制器，所述光學測距儀4為紅外線測距儀，所述紅外線測距儀的紅外線發射端與快速成形設備底板1垂直。
步驟二、控制光軸升降驅動機構的上升路徑，過程如下：
步驟201、光軸升降驅動機構上升初始化：設定光軸升降驅動機構上升之前的狀態為光軸升降驅動機構下降停止狀態；
針對光軸升降驅動機構每進行一次上升動作，均採用相同的上升過程，保持光軸升降驅動機構每上升一次均以下降結束，一是為了保證光軸升降驅動機構每上升一次的動作均相同，便於循環往復工作，減少粉層升降工作檯3實際上升或實際下降距離存在誤差的可能性，消除光軸升降驅動機構遊隙的產生；二是為了給光軸升降驅動機構下降動作產生連續下降的基礎，由於遊隙只會出現在換向後的第一次上升或下降動作中，同方向連續的上升或下降的運動精度較為準確，因此，光軸升降驅動機構下降時便不會產生換向，設計巧妙；需要說明的是，實際應用中，採用同樣的道理，也可以控制光軸升降驅動機構的下降路徑，設定光軸升降驅動機構下降之前的狀態為光軸升降驅動機構上升停止狀態，使用效果好。
步驟202、光軸升降驅動機構上升補償：根據公式δ1＝δ+δ1+q1，設置光軸升降驅動機構上升的初始步進距離δ1，其中，δ1用來克服光軸升降驅動機構由步驟201中的下降狀態轉上升狀態時帶來的上升遊隙，q1為光軸升降驅動機構的上升補償閾值且q1為常數；
步驟203、光軸升降驅動機構下降校準：根據公式δ2＝δ1-δ2-q2，獲取光軸升降驅動機構的實際步進距離δ2，其中，δ2用來克服光軸升降驅動機構由步驟202中的上升狀態轉下降狀態時帶來的下降遊隙，q2為光軸升降驅動機構克服所述上升補償閾值的下降校準閾值且q2為常數；
本實施例中，所述δ1+q1＝δ2+q2，0.5δ<q1<δ，0.5δ<q2<δ。
需要說明的是，針對相對精度要求較高的鋪粉機構，光軸升降驅動機構的上升補償閾值q1和光軸升降驅動機構的下降校準閾值q2均為與標準步進單元距離δ相近的距離，保證粉層升降工作檯3上升或下降的精度，所述δ1+q1＝δ2+q2是為了保證光軸升降驅動機構的實際步進距離δ2與標準步進單元距離δ相等，保證粉層升降工作檯3穩定的上升或下降，克服光軸升降驅動機構產生的遊隙。
步驟三、設置粉層升降工作檯的升降工作距離：採用控制主機10控制粉層升降工作檯3的上升工作距離nδ，採用控制主機10控制粉層升降工作檯3的下降工作距離mδ，其中，n和m均為不小於0的整數；
步驟四、粉層升降工作檯的升降控制：當粉層升降工作檯3執行上升動作時，通過控制主機10控制光軸升降驅動機構，循環步驟二；當粉層升降工作檯3執行下降動作時，通過控制主機10控制光軸升降驅動機構，粉層升降工作檯3以標準步進單元距離δ逐步下降。
實現粉層升降工作檯3的上升工作距離nδ，即連續循環步驟二中光軸升降驅動機構的上升路徑n次，實現粉層升降工作檯3的下降工作距離mδ，通過控制主機10控制光軸升降驅動機構，粉層升降工作檯3以標準步進單元距離δ逐步直接下降m次，完成同方向連續運動。
需要說明的是，通過以下降狀態結束光軸升降驅動機構上升過程，並對粉層升降工作檯3的上升距離進行了校準，確保了粉層升降工作檯3上升的運動精度；當進行光軸升降驅動機構下降動作時，由於光軸升降驅動機構前一次無論是上升狀態還是下降狀態，均是以下降狀態結束，因此，在執行光軸升降驅動機構下降動作時，粉層升降工作檯3均未改變運動方向，不存在進行粉層升降工作檯3的換向運動，進而可直接實現同方向連續的準確的下降，減少了光軸升降驅動機構上升轉下降的校準，使用效果好。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。