CN112719309B - 粉末流量检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粉末流量检测装置及方法，包括：送粉器(1)、送粉管(2)、激光器(3)、光传输通道(4)、方管(5)、光学探测器(6)以及光学头(7)；所述送粉器(1)与送粉管(2)相连；所述送粉管(2)与方管(5)相连；所述方管(5)与光传输通道(4)相连；所述光传输通道(4)与激光器(3)相连；所述光传输通道(4)与光学探测器(6)相连；所述光学头(7)与光传输通道(4)相连。本发明能够检测增材制造设备加工过程中粉末流量，通过量化粉末流量参数，提高设备加工稳定性和质量。

Description

粉末流量检测装置及方法
技术领域
本发明涉及激光粉末增材制造技术领域，具体地，涉及一种粉末流量检测装置及方法。
背景技术
送粉量是粉末增材制造设备中重要的工艺参数，在设备长期工作过程中经常发生粉末剩余量不足或送粉器故障等状况，使得工作状态下粉末的送粉量不满足工艺要求，从而导致零件的打印失败。同时，激光粉末增材制造设备需要不定期标定送粉器的出粉量，降低了设备的使用效率。因此设备在打印过程中对出粉量的闭环控制非常关键，可以有效地提高设备打印的成功率，为智能制造提供助力。
因此为了实时监控粉末增材制造设备工作过程中的送粉量，本发明提出一种粉末流量光学检测方法和装置。在设备送粉器上外加一个粉末流量检测模块，能够将出粉量的数据反馈给控制***。准确地检测粉末的送粉量，并实现当送粉量不满足工艺要求的时候，设备能够停止打印，现场工作人员能够及时处理问题，保证设备高效地运转。
专利文献CN107952957A公开了增材制造***，所述增材制造***包括增材制造模块，所述增材制造模块具有两个横向支架以及位于所述两个横向支架之间的增材制造成形腔，所述两个横向支架平行延伸并隔开预定距离，所述增材制造***还包括增材制造装置以及跨置在所述两个横向支架上的纵向支架，所述纵向支架相对于所述两个横向支架能够沿所述两个横向支架延伸的方向移动，所述增材制造装置通过引导装置与所述纵向支架联接并且能够与所述纵向支架一起移动，其中，所述增材制造***能够包括多个所述增材制造模块，相邻的两个所述增材制造模块是通过拼合连接装置接合到一起的。该专利的结构和性能仍然有待提高的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种一种粉末流量检测装置及方法。
根据本发明提供的一种粉末流量检测装置，包括：送粉器1、送粉管2、激光器3、光传输通道4、方管5、光学探测器6以及光学头7；
所述送粉器1与送粉管2相连；
所述送粉管2与方管5相连；
所述方管5与光传输通道4相连；
所述光传输通道4与激光器3相连；
所述光传输通道4与光学探测器6相连；
所述光学头7与光传输通道4相连。
优选地，还包括：IPC工控机；
所述IPC工控机与送粉管2相连；所述IPC工控机与送粉器1相连；
所述IPC工控机与激光器3相连；
所述IPC工控机与光学探测器6相连。
优选地，所述送粉管2采用PVC送粉管。
优选地，所述方管5采用有机玻璃方管。所述方管5为在激光器3波长对应窗口的透光率达到90％，不一定是有机玻璃管。
根据本发明提供的一种粉末流量检测方法，采用所述的粉末流量检测装置，包括：
步骤S1：根据实际工况加工金属粉末的吸收特性信息，采用激光器为光学检测提供以下任意一种信号：
-输出信号；
-激光器模块波长；
-功率等光学参数；
根据实际工况下送粉管直径信息，获取激光器出光状态信息；
步骤S2：根据激光器出光状态信息，采用光电探测器接收以下任意一种信息：
-经过送粉管后的光信号；
-光电探测器灵敏度参数信息；
-损伤阈值参数信息；
根据控制单元的读取接口信息，获取探测器的输出信号；
步骤S3：根据激光器的出光状态和功率，选配聚焦镜和衰减片；
步骤S4：读取光电探测器的输出电信号，分析对应电信号下的粉末流量和控制送粉器的粉末输送量，获取粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息。
步骤S5：根据粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息，获取粉末流量检测结果信息。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：采用以下任意一种材料制作粉末传输管道：
-有机玻璃；
-石英玻璃；所述方管5为在激光器3波长对应窗口的透光率达到90％，不一定是有机玻璃管。
让激光在光管道内传输损耗降至最低。由于检测装置所在的工作环境中粉末含量较高，避免环境对检测的影响，因此光传输管道具有一定的密封性。
优选地，所述步骤S5包括：
步骤S5.1:根据粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息，通过光电探测器接收激光器输出的光信号，并根据光信号的变化标定不同粉末流量下探测器输出的电信号变化，拟合电信号与粉末流量的关系曲线，获取关系曲线结果信息。
优选地，所述步骤S5包括：
步骤S5.2:根据关系曲线结果信息，获取粉末流量检测结果信息。
优选地，所述步骤S5.2包括：
步骤S5.2.1:根据关系曲线结果信息，检测过程中发现送粉量变化后及时调整送粉器的送粉量，获取粉末流量检测结果信息。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明能够检测增材制造设备加工过程中粉末流量，通过量化粉末流量参数，提高设备加工稳定性和质量；
2、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷；
3、本发明在本技术领域，能够获得显著的技术效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中增材制造粉末流量检测光路***原理示意图；
图2为本发明实施例中增材制造粉末流量检测装置示意图；
图3为本发明实施例中增材制造粉末流量检测方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种粉末流量检测装置及方法，适用增材制造设备光学检测领域，针对设备成形过程送粉量变化不能直接观测，提供了粉末流量检测解决方法及其装置。该方法及装置主要包含激光器、光电探测器、控制***和传输通道。激光器作为发射源，光电探测器作为接收器探测激光经过粉末穿过管道后光信号的变化，并通过控制***探测到的光信号变化对送粉器的送粉量进行调节。该粉末流量检测装置能够快速、高灵敏度检测设备成形的送粉量，保证设备高效地运转，提高设备打印的成功率，为传统增材制造转向智能化制造提供助力。
一种增材制造设备工艺过程中粉末流量参数监控的解决方法及其装置中，通过探测器接收半导体激光器输出的光能量，拟合通光量与粉末流量的关系曲线，并将结果反馈给控制***，实现粉末的流量监控。
优选地，所述粉末流量检测装置主要包含激光器、光电探测器、控制***和光传输通道。其中，所述装置中激光器为光学检测提供输出信号，激光器模块波长、功率等光学参数根据实际工况的加工金属粉末的吸收特性进行选择，激光器的出光状态根据实际工况下送粉管的直径决定。
优选地，所述粉末流量检测光路***中光电探测器用于接收经过送粉管后的光信号，光电探测器灵敏度、损伤阈值等主要参数根据激光器的输出光信号决定，并且，探测器的输出信号也要符合控制***的读取接口。
优选地，所述粉末流量检测光路***中光传输管道包含送粉管和激光传输管道，其中，送粉管采用透光性良好的有机玻璃或石英玻璃，让激光在光管道内传输损耗降至最低。由于检测装置所在的工作环境中粉末含量较高，避免环境对检测的影响，因此光传输管道具有一定的密封性。此外，根据激光器的出光状态和功率选配聚焦镜和衰减片。
优选地，所述粉末流量检测光路***中控制***集成在增材制造设备中，能够读取光电探测器的输出电信号并且分析对应电信号下的粉末流量，最后能够控制送粉器的粉末输送量。
如图2所示，为本发明实施例的粉末流量检测装置，详述如下。
在本发明实施例中，所述粉末流量检测装置主要包含激光器、光电探测器、控制***和光传输通道。该装置安装于激光熔覆设备光学头的送粉管段，保证精确测量出粉处的送粉量。
在本发明实施例中，所述粉末流量检测装置中半导体激光器波长为650nm，且出光状态为一字线型，覆盖送粉管的边长。
在本发明实施例中，所述光传输通道中的送粉管采用92％透光率的有机玻璃，并将有机玻璃段的送粉管与PVC送粉管密封。此外，光传输通道为了防止在光传输链路上受到空气中剩余粉末干扰，该装置需要防尘密封设计。
在本发明实施例中，所述粉末流量检测装置中的硅基光电探测器的接收信号为入射激光能量，输出信号为电流。由于有效探测区域稍小于入射一字线形激光光斑的大小，因此在探测器入射光方向添加聚焦镜减小到达探测面的光斑面积。根据公式
Figure BDA0002817575010000051
和
Figure BDA0002817575010000052
计算探测器损伤阈值Pmax和灵敏度Pmin，确定所选激光器功率是否满足要求，若激光器功率大于探测器的损伤阈值，则探测器入射光方向添加对应的衰减片即可。
在本发明实施例中，所述粉末流量检测装置中的控制***主要用于控制送粉器的送粉量、激光器的开关和读取分析光电探测器接收光信号。特别地，通过分析后的数据对送粉器的送粉量反馈调节，保证激光熔覆设备工作过程中的工艺参数不变，提高设备成形质量和打印成功率。
在本发明实施例中，所述粉末流量检测方法为设备在充满粉末的环境内工作，零件打印时间长且工作人员无法判断成形过程送粉量是否发生变化，由此依靠光学的技术手段进行检测。其检测流程图3所示，通过光电探测器接收半导体激光器输出的光功率，并根据光功率的变化标定不同粉末流量下探测器输出的电流变化，拟合电流与粉末流量的关系曲线，并将结果反馈给设备的控制***。然后在检测过程中发现送粉量变化后及时调整送粉器的送粉量，从而实现粉末流量的检测。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种粉末流量检测方法，其特征在于，采用粉末流量检测装置，包括：送粉器（1）、送粉管（2）、激光器（3）、光传输通道（4）、方管（5）、光学探测器（6）以及光学头（7）；
所述送粉器（1）与送粉管（2）相连；
所述送粉管（2）与方管（5）相连；
所述方管（5）与光传输通道（4）相连；
所述光传输通道（4）与激光器（3）相连；
所述光传输通道（4）与光学探测器（6）相连；
所述光学头（7）与光传输通道（4）相连；
所述粉末流量检测方法包括：
步骤S1：根据实际工况加工金属粉末的吸收特性信息，采用激光器为光学检测提供输出信号；激光器模块波长、功率的光学参数根据实际工况的加工金属粉末的吸收特性进行选择；
根据实际工况下送粉管直径信息，获取激光器出光状态信息；
步骤S2：根据激光器出光状态信息，采用光电探测器接收经过送粉管后的光信号，光电探测器灵敏度、损伤阈值根据激光器的输出光信号决定；
根据控制单元的读取接口信息，获取探测器的输出信号；
步骤S3：根据激光器的出光状态和功率，选配聚焦镜和衰减片；
步骤S4：读取光电探测器的输出电信号，分析对应电信号下的粉末流量和控制送粉器的粉末输送量，获取粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息；
步骤S5：根据粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息，获取粉末流量检测结果信息；
所述步骤S5包括：
步骤S5.1:根据粉末流量信息、控制送粉器的粉末输送量信息；通过光电探测器接收激光器输出的光信号，并根据光信号的变化标定不同粉末流量下探测器输出的电信号变化，拟合电信号与粉末流量的关系曲线；
步骤S5.2:根据关系曲线结果信息，获取粉末流量检测结果信息。
2.根据权利要求1所述的粉末流量检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：采用以下任意一种材料制作送粉管：
- 有机玻璃；
- 石英玻璃。
3.根据权利要求1所述的粉末流量检测方法，其特征在于，所述步骤S5.2包括：
步骤S5.2.1: 根据关系曲线结果信息，检测过程中发现送粉量变化后及时调整送粉器的送粉量，获取粉末流量检测结果信息。
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