快速成型設備及其溫度校準裝置製造方法
2023-05-05 19:50:41 1
快速成型設備及其溫度校準裝置製造方法
【專利摘要】一種快速成型設備及其溫度校準裝置，其中溫度校準裝置在黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動。本發明的溫度校準裝置提高了紅外傳感器探測快速成型設備工作平面溫度的校準精度。
【專利說明】快速成型設備及其溫度校準裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於快速成型製造領域，具體涉及一種快速成型設備及其溫度校準裝置。
【背景技術】
[0002]快速成型技術(Rapid Prototyping,簡稱RP)是一項具有數位化製造、高度柔性和適應性、直接CAD模型驅動、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點的先進位造技術，自二十世紀八十年代末發展至今，己成為現代先進位造技術中的一項支柱技術。選擇性雷射燒結(Selective Laser Sintering,簡稱SLS)是近年來發展最為迅速的快速成型技術之一,其以粉末材料為原料，採用雷射對三維實體的截面進行逐層掃描完成原型製造，不受零件形狀複雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，應用範圍廣。選擇性雷射燒結工藝的基本過程是:送粉裝置將一定量粉末送至工作檯面，鋪粉裝置將一層粉末材料平鋪在成型缸已成型零件的上表面，加熱裝置將粉末加熱至設定的粉末燒結溫度，振鏡控制雷射器按照該層的截面輪廓對實心部分粉末層進行掃描，使粉末的溫度升至熔化點，粉末熔化燒結並與下面已成型的部分實現粘接；當一層截面燒結完後，工作檯下降一個層的厚度，鋪粉裝置又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的掃描燒結，經若干層掃描疊加，直至完成整個原型製造。
[0003]由於SLS設備是一臺熱機器，燒結材料具備較高的熱敏感度，溫度變化與控制是影響SLS成型質量的關鍵因素之一。為了保證整個燒結過程的實時溫度控制，通過紅外傳感器實時反饋回來的溫度數據，及時調整加熱裝置的輸出，保證新鋪的粉層及時加熱升溫以及粉層加熱到達後不會出現熱過衝。但由於紅外傳感器存在零漂問題，也就是隨著溫度的升高，紅外傳感器的測量會出現漂移，由此導致測量溫度出現誤差，造成燒結工件的翹曲變形。
[0004]目前，雖然出現過利用黑體來校正紅外傳感器的技術，但黑體輻射源設置在選擇性雷射燒結設備的鋪粉裝置上，鋪粉動作的運動使得紅外傳感器在運動中採集數據，這樣會造成採集的數據存在誤差；而且鋪粉裝置的運動也導致了工作腔體內氣流產生，從而影響了校準精度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於，針對現有技術存在的問題，提供一種精度高，結構緊湊的快速成型設備及其溫度校準裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案:
一種快速成型設備的溫度校準裝置，包括支撐機構、驅動機構、控制單元、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關，所述支撐機構設置在工作腔上，所述驅動機構、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關均設置在支撐機構上，所述驅動機構驅動黑體輻射源運動，當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動。
[0007]優選地，所述溫度校準裝置還包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板用於限制黑體輻射源在第一預設位置繼續運動，所述第二預設位置用於限制黑體輻射源在第二預設位置繼續運動。
[0008]優選地，所述控制單元根據紅外傳感器採集的數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準具體包括:
當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度；
控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並記錄，當記錄的數據達到N個時，求N個數據的平均值，其中N > 2 ;
將上述平均值與黑體輻射源自身測得的溫度值進行比較，並根據比較得到的差值對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準。
[0009]優選地，所述溫度校準裝置還包括支撐座，所述支撐座具有一凹槽，所述黑體輻射源設置在凹槽內，所述驅動機構驅動支撐座運動，同時帶動黑體輻射源一起運動。
[0010]優選地，所述第一預設位置設置在黑體輻射源完全遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置，所述第二預設位置設置在黑體輻射源未遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置。
[0011]優選地，所述黑體輻射源包括輻射體、加熱器和熱電阻，所述加熱器的一面貼於輻射體，所述熱電阻設置在輻射體內。
[0012]優選地，所述加熱器的另一面貼有保溫棉。
[0013]優選地，所述紅外傳感器發射出的紅外光通過工作腔的窗口鏡射入工作平面。
[0014]優選地，所述驅動機構包括電機和驅動軸，所述電機通過驅動軸驅動黑體輻射源和/支撐座運動。
[0015]本發明的快速成型設備的溫度校準裝置，包括支撐機構、驅動機構、控制單元、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關，所述支撐機構設置在工作腔上，所述驅動機構、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關均設置在支撐機構上，所述驅動機構驅動黑體輻射源運動，當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，避免了現有技術中設置在鋪粉裝置的黑體輻射源，在其對紅外傳感器進行校準的過程中，鋪粉動作的運動造成紅外傳感器在運動中採集的數據存在誤差的弊端，本發明的快速成型設備的溫度校準裝置設置在工作腔上，且紅外傳感器在黑體輻射源停止時進行數據採集，從而提高了紅外傳感器探測快速成型設備工作平面溫度的校準精度；另一方面，本發明通過將紅外傳感器和黑體輻射源均設置在支撐機構上，不僅提高了校準精度，而且整個溫度校準裝置結構更緊湊。
[0016]本發明的快速成型設備，通過具備上述溫度校準裝置，不僅提高了紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面溫度的校準精度，而且整個設備結構更緊湊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明快速成型設備的溫度校準裝置提供的一實施例的結構圖；
圖2是圖1溫度校準裝置的仰視圖；
圖3是圖2的D-D剖視圖。
[0018]圖例說明:
1、支撐機構；2、電機；3、驅動軸；4、紅外傳感器；5、黑體輻射源；6、第一限位開關；7、第二限位開關；8、紅外光；9、支撐座；10、第一限位板；11、第二限位板；51、輻射體；52、加熱器；53、保溫棉。
【具體實施方式】
[0019]為了讓本領域的技術人員更好地理解並實現本發明的技術方案，以下將結合說明書附圖和具體實施例做進一步詳細說明。
[0020]為了避免現有技術中設置在鋪粉裝置上的黑體輻射源，在其對紅外傳感器進行校準的過程中，鋪粉動作的運動造成紅外傳感器在運動中採集的數據存在誤差的技術問題，本發明提供了一種校準精度高的快速成型設備的溫度校準裝置，該裝置包括支撐機構、驅動機構、控制單元、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關，所述支撐機構設置在工作腔上，所述驅動機構、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關均設置在支撐機構上，所述驅動機構驅動黑體輻射源運動，當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，在此需說明的是，所述反向運動是指黑體輻射源與運動到第一預設位置前一時刻相反的方向運動；當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，在此需說明的是，所述反向運動是指黑體輻射源與運動到第二預設位置前一時刻相反的方向運動。
[0021]可以理解的是，根據設計人員的要求，黑體輻射源運動到第二預設位置時可能停止一定時間，再在控制單元的控制下反向運動，當然，其停止時間也可能儘可能短，甚至忽略不計。另外，黑體輻射源每次對紅外傳感器校準結束時，其可停止在除第一預設位置外的任意位置，當然其可以停在第二預設位置；停止命令是控制單元需執行命令的優先級別，例如，當黑體輻射源運動到第二預設位置，此時如果控制單元同時接收到第二限位開關的觸發信號或停止命令，此時控制單元將優先處理停止命令，控制黑體輻射源停止。
[0022]所述控制單元根據紅外傳感器採集的數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準具體包括:
當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度；
控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並記錄，當記錄的數據達到N個時，求N個數據的平均值，其中N > 2，N的取值設計人員可根據具體情況確定，例如N=1 ；
將上述平均值與黑體輻射源自身測得的溫度值進行比較，並根據比較得到的差值對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面溫度進行校準。
[0023]上述通過採用兩次或兩次的數據進行校準，使得本發明溫度校準裝置校準的更精確。
[0024]在此需說明的是，所述控制單元根據紅外傳感器採集的數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準還可以包括以下方式:
當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並記錄；
將記錄的數據與黑體輻射源自身測得的溫度值進行比較，並根據比較得到的差值對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面溫度進行校準。
[0025]在本發明的具體實施中，所述第一預設位置設置在黑體輻射源完全遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置，此時紅外傳感器不能探測工作平面內溫度，所述第二預設位置設置在黑體輻射源未遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置，此時紅外傳感器可正常探測工作平面內溫度。
[0026]在本發明的具體實施中，所述黑體輻射源包括輻射體、加熱器和熱電阻，所述加熱器的一面貼於輻射體，所述熱電阻設置在輻射體內。優選地，所述加熱器的另一面貼有保溫棉。
[0027]在本發明的具體實施中，所述支撐機構的形狀可根據設計人員的需求自由設計，例如可以為凸形、錐形，或其它形狀。所述紅外傳感器發射出的紅外光通過工作腔的窗口鏡射入工作平面。
[0028]本發明的快速成型設備的溫度校準裝置，通過包括支撐機構、驅動機構、控制單元、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關，所述支撐機構設置在工作腔上，所述驅動機構、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關均設置在支撐機構上，所述驅動機構驅動黑體輻射源運動，當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，避免了現有技術中設置在鋪粉裝置的黑體輻射源，在其對紅外傳感器進行校準的過程中，鋪粉動作的運動造成紅外傳感器在運動中採集的數據存在誤差的弊端，本發明的快速成型設備的溫度校準裝置設置在工作腔上，且紅外傳感器在黑體輻射源停止時進行數據採集，從而提高了紅外傳感器探測快速成型設備工作平面溫度的校準精度。
[0029]優選地，所述溫度校準裝置還包括支撐座，所述支撐座具有一凹槽，所述黑體輻射源設置在凹槽內，所述驅動機構驅動支撐座運動，同時帶動黑體輻射源一起運動，這樣不僅起到支撐黑體輻射源的作用，還大大減小了工作腔內環境溫度對黑體輻射源的影響。具體實施中，所述驅動機構包括電機和驅動軸，所述電機通過驅動軸驅動黑體輻射源和/支撐座運動。
[0030]作為本發明的一種優選方案，為了防止黑體輻射源由於運動慣性造成停止位置不夠精確，以及第一限位開關和/或第二限位開關可能存在的瞬時感應靈敏度低的弊端，所述溫度校準裝置還包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板用於限制黑體輻射源在第一預設位置繼續運動，所述第二預設位置用於限制黑體輻射源在第二預設位置繼續運動，這樣可確保黑體輻射源在設定位置處的運動狀態更精確。
[0031]本發明還提供了一種快速成型設備，該快速成型設備通過包括上述任一實施例的溫度校準裝置，提高了紅外傳感器探測快速成型設備工作平面溫度的校準精度。
[0032]為了讓本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖詳細敘述本發明提供的優選實施例。
[0033]圖1是本發明快速成型設備的溫度校準裝置提供的一實施例的結構圖，圖2是圖1溫度校準裝置的仰視圖，圖3是圖2的D-D剖視圖。如圖1-圖3所示，快速成型設備的溫度校準裝置包括支撐機構1、驅動機構、控制單元、紅外傳感器4、黑體輻射源5、第一限位開關6、第二限位開關7、支撐座9、第一限位板10和第二限位板11，所述支撐機構I設置在工作腔上，所述紅外傳感器4發射出的紅外光8通過工作腔的窗口鏡射入工作平面。所述驅動機構、紅外傳感器4、黑體輻射源5、第一限位開關6和第二限位開關均設置在支撐機構I上，所述驅動機構包括電機2和驅動軸3，所述黑體輻射源5包括輻射體51、加熱器52、熱電阻和保溫棉53，所述加熱器52的一面貼於輻射體51，所述加熱器52的另一面貼有保溫棉53，所述熱電阻設置在輻射體51內。所述支撐座9具有一凹形槽，所述黑體輻射源5設置在凹槽內，所述驅動機構驅動支撐座9運動，同時帶動黑體輻射源5相對運動。
[0034]首先對黑體輻射源5設定某一溫度值，加熱器52對黑體輻射源5加熱，由熱電阻讀取其溫度值反饋至控制單元，溫度達到設定值後，控制加熱器52的輸出，使黑體輻射源5溫度保持恆定。
[0035]控制單元根據設計人員的需要定時控制電機2驅動黑體輻射源5運動，當黑體輻射源5運動到第一預設位置時，第一限位開關6發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關6的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源5停止運動，當黑體輻射源5停止運動時，紅外傳感器4探測黑體輻射源5的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器4採集的數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，在預設時間內完成溫度數據的採集，之後控制驅動機構驅動黑體輻射源5反向運動，當黑體輻射源5運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源5反向運動。所述第一預設位置設置在黑體輻射源5完全遮擋紅外傳感器4發射出紅外光8的位置，所述第二預設位置設置在黑體輻射源5未遮擋紅外傳感器4發射出紅外光8的位置，所述第一限位板10用於限制黑體輻射源5在第一預設位置繼續運動，所述第二預設位置用於限制黑體輻射源5在第二預設位置繼續運動。
[0036]由上描述可知，黑體輻射源5在電機2的驅動下，在第一預設位置和第二預設位置之間進行往返運動，並通過以下方法實現紅外傳感器4探測的快速成型設備工作平面溫度的校準:
當黑體輻射源5運動到第一預設位置時，第一限位開關6發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關6的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源5停止，當黑體輻射源5停止時，控制單元接收紅外傳感器4採集的數據並分別記錄為T1, T2,……；
當記錄的數據達到N個時，求N個數據的平均值T，其中N > 2，
T=〔?\+Τ2+……〕/ N ；
將上述平均值T與黑體輻射源5中熱電阻測得的溫度值Ttl進行比較，並根據比較得到差值Λ T=T0 - Τ，由此可對紅外傳感器4探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，例如，當紅外傳感器4探測的快速成型設備工作平面的溫度為Ti,則其修正值應該為T1-AT，從而實現了溫度校準。
[0037]以上實施例僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護範圍並不僅局限於上述實施例，凡屬於本發明思路下的技術方案均應屬於本發明的保護範圍。應當指出，在不脫離本發明原理前提下的若干修改和修飾，應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種快速成型設備的溫度校準裝置，其特徵在於，包括支撐機構、驅動機構、控制單元、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關，所述支撐機構設置在工作腔上，所述驅動機構、紅外傳感器、黑體輻射源、第一限位開關和第二限位開關均設置在支撐機構上，所述驅動機構驅動黑體輻射源運動，當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度，控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並根據該數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動，當黑體輻射源運動到第二預設位置時，第二限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第二限位開關的觸發信號時，控制驅動機構驅動黑體輻射源反向運動。
2.根據權利要求1所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述溫度校準裝置還包括第一限位板和第二限位板，所述第一限位板用於限制黑體輻射源在第一預設位置繼續運動，所述第二預設位置用於限制黑體輻射源在第二預設位置繼續運動。
3.根據權利要求1或2所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述控制單元根據紅外傳感器採集的黑體輻射源的溫度數據對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準具體包括: 當黑體輻射源運動到第一預設位置時，第一限位開關發出觸發信號，控制單元接收到第一限位開關的觸發信號時，通過驅動機構控制黑體輻射源停止運動，當黑體輻射源停止運動時，紅外傳感器探測黑體輻射源的輻射溫度； 控制單元接收紅外傳感器探測的溫度數據並記錄，當記錄的數據達到N個時，求N個數據的平均值，其中N彡2 ; 將上述平均值與黑體輻射源自身測得的溫度值進行比較，並根據比較得到的差值對紅外傳感器探測的快速成型設備工作平面的溫度進行校準。
4.根據權利要求3所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述溫度校準裝置還包括支撐座，所述支撐座具有一凹槽，所述黑體輻射源設置在凹槽內，所述驅動機構驅動支撐座運動，同時帶動黑體福射源一起運動。
5.根據權利要求4所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述第一預設位置設置在黑體輻射源完全遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置，所述第二預設位置設置在黑體輻射源未遮擋紅外傳感器發射出紅外光的位置。
6.根據權利要求5所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述黑體輻射源包括輻射體、力口熱器和熱電阻，所述加熱器的一面貼於輻射體，所述熱電阻設置在輻射體內。
7.根據權利要求6所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述加熱器的另一面貼有保溫棉。
8.根據權利要求7所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述紅外傳感器發射出的紅外光通過工作腔的窗口鏡射入工作平面。
9.根據權利要求8所述的溫度校準裝置，其特徵在於，所述驅動機構包括電機和驅動軸，所述電機通過驅動軸驅動黑體輻射源和/支撐座運動。
10.一種快速成型設備，其特徵在於，所述設備包括權利要求1-9任一項所述的溫度校準裝置。
【文檔編號】B22F3/105GK104353834SQ201410678654
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】許小曙, 劉鑫炎, 孟紅偉, 司妞 申請人:湖南華曙高科技有限責任公司