CN107020379B - 一种传感器保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种传感器保护装置包括保护装置，保护装置设有导向通道、捕捉装置、检测腔，导向通道与保护装置外部环境连通，捕捉装置与导向通道连通；导向通道将气体疏导至捕捉装置；捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至检测腔；检测腔与通槽连通。本发明采用导向通道将进入保护装置的颗粒导向至捕捉装置捕捉，实现净化传感器检测区域内环境，吸附氧化物烟尘，确保传感器检测精度，延长传感器使用寿命。本发明通过对建造空间内传感器采用保护装置的设定，解决了困扰业内的重大问题。同时，使整个建造过程控制精度大幅提升，提高了金属粉末床3D打印装备的运行可靠性；为建造大尺寸复杂难于成形建造的3D打印成形件，提供了重要的基础保障。

Description

一种传感器保护装置

技术领域

本发明涉及一种传感器保护装置，尤其涉及一种用于金属3D打印建造过程的传感器保护装置。

背景技术

近年来，科技革命与产业变革促使3D打印行业快速发展，作为工业4.0时代最具发展前景的制造技术之一，各个国家纷纷将其作为未来产业发展新增长点加以培育，形成了以软件、硬件、服务、共享为主线的3D打印产业价值链。特别是金属3D打印装备制造领域迅猛发展，形成了多模态数据集、多学科交互应用的新技术趋势。新兴技术的应用必然产生新技术应用环境下的技术需求。本发明即是传感器感知元件在新应用环境下的研究创新型技术应用。

金属3D打印技术是通过选择性烧结熔化金属粉末进行积层建造的增材制造技术。金属粉末在烧结熔化过程中，需要进行抗氧化保护、去除建造过程烟尘杂质、搭建基础温度等技术约束，这就要求金属3D打印装备功能配置具备上述条件。建造过程应具备针对技术约束进行实时监测、反馈、处置的功能。抗氧化的保护措施通常采用氮气(N2)、氩气(Ar)等惰性气体进行建造过程保护，烟尘处理通常采用循环净化处理装置，过滤粉尘、增压返回维持建造过程环境压力稳定。一般地，过程中需采用氧含量传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器等，进行建造环境参数变量的监测与控制。

3D打印技术即是层叠叠加建造过程技术。一般地，建造层厚为20um～80um，建造一个零件所需的制造周期较长。连续建造过程应具备高可靠性能要求，维持稳定可靠的建造环境，使建造成形件的几何精度与产品性能稳定可控。在使用过程中，较为突出的问题是传感器故障、老化、失效等异常；对于上述问题极易造成制造过程中控制数据缺失，控制程序失常，成形件性能评价缺乏依据，乃至控制程序误动作造成更大的损失等。

建造环境技术指标是金属3D打印成形技术的重要参数。包含了基础温度控制、保护气氛氧含量控制、成形建造空间压力控制、成形建造区域内风场控制、湿度控制等。为了维护各项技术指标的稳定可控，需要一个密封的建造围构空间。该空间的特定区域设计了成形建造区域，该区域需要洁净的(经过净化处理过的)惰性气体，以一定的速度吹扫，去除3D打印过程中产生的烟尘等杂质异物，确保成形件的物理性能。

低氧含量的惰性气氛工艺约束是建造环境约束的重要条件之一。在建造空间内，一般地，需要稳定压力下的惰性气体保护气氛，压力范围维持在50mbar至150mbar之间，保持稳定惰性气氛状态。同时，因建造过程产生的烟尘、杂质、飞溅物等需要净化处理，在有效成形建造范围内，进行循环风吹扫激励，带走影响成形件组织性能的有害物质。从而产生了气流扰动，使得微细粉末无规则碰撞流动。在整个成形围构空间内，形成了以微细粉末为主的，包含了氧化物烟尘的混合气体气氛，混乱而无规则的运动状态，对整个围构内接触到的任何位置，其中也包含了主动测量检测用的传感器元件，这对传感器寿命与精度产生了不良影响。

针对上述问题，在3D打印领域急需一种传感器保护装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种传感器保护装置，实现净化传感器检测区域内环境，吸附氧化物烟尘，确保传感器检测精度，延长传感器使用寿命。

本发明提供一种传感器保护装置，包括保护装置，所述的保护装置安装于顶板一侧，传感器安装于顶板另一侧；所述的顶板上设有通槽；所述的保护装置笼罩所述的通槽，所述的传感器的检测探头接触所述的通槽内的检测气体；所述的保护装置设有导向通道、捕捉装置、检测腔，所述的导向通道与保护装置外部环境连通，所述的捕捉装置与所述的导向通道连通；所述的导向通道将气体疏导至所述的捕捉装置；所述的捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至所述的检测腔；所述的检测腔与所述的通槽连通。

进一步地，所述的保护装置包括遮挡件、折返件、捕捉滤袋；所述的折返件固定安装于所述的顶板上；所述的遮挡件套设于所述的折返件外；所述的捕捉装置具体为所述的捕捉滤袋，所述的遮挡件的遮挡内壁与所述的折返件的折返外壁形成所述的导向通道；所述的折返件的检测内壁与所述的捕捉滤袋上方区域形成所述的检测腔。

进一步地，所述的捕捉滤袋由针刺毡材料制成。

进一步地，所述的保护装置还包括调节螺钉；所述的遮挡件与所述的折返件通过所述的调节螺钉固定连接；所述的调节螺钉设有调节块；所述的调节块抵触所述的遮挡件与所述的折返件。

进一步地，所述的捕捉滤袋与所述的遮挡件通过螺纹连接。

进一步地，所述的保护装置还包括弹性卡圈；所述的捕捉滤袋与所述的遮挡件通过所述的弹性卡圈固定。

进一步地，所述的遮挡内壁轮廓为折线；所述的导向通道入口口径小于等于所述的导向通道出口口径。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明一种传感器保护装置包括保护装置，保护装置安装于顶板一侧，传感器安装于顶板另一侧；顶板上设有通槽；保护装置笼罩通槽，传感器的检测探头接触通槽内的检测气体；保护装置设有导向通道、捕捉装置、检测腔，导向通道与环境连通，捕捉装置与导向通道连通；导向通道将气体疏导至捕捉装置；捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至检测腔；检测腔与通槽连通。本发明采用导向通道将进入保护装置的颗粒导向至捕捉装置捕捉，实现净化传感器检测区域内环境，吸附氧化物烟尘，确保传感器检测精度，延长传感器使用寿命。本发明通过对建造空间内传感器采用保护装置的设定，解决了困扰业内的重大问题。同时，使整个建造过程控制精度大幅提升，提高了金属粉末床3D打印装备的运行可靠性；为建造大尺寸复杂难于成形建造的3D打印成形件，提供了重要的基础保障。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种传感器保护装置应用结构示意图；

图2为本发明的一种传感器保护装置应用底部结构示意图；

图3为本发明的一种传感器保护装置分解结构示意图；

图4为本发明的一种传感器保护装置局部结构示意图；

图5为本发明的一种传感器保护装置应用剖面图；

图6为本发明的一种传感器保护装置应用局部剖面图；

图7为本发明的导向通道导向原理示意图；

附图中，保护装置1、捕捉滤袋11、遮挡件12、遮挡内壁121、折返件13、折返外壁131、检测内壁132、弹性卡圈14、固定螺钉15、调节螺钉16、顶板2、通槽21、传感器3、传感器固定板31。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种传感器保护装置1，如图1-图6所示，包括保护装置1，保护装置1安装于顶板2一侧，传感器3通过传感器固定板31安装于顶板2另一侧；顶板2上设有通槽21；保护装置1笼罩通槽21，传感器3的检测探头接触通槽21内的检测气体；保护装置1设有导向通道、捕捉装置、检测腔，导向通道与保护装置外部环境连通，捕捉装置与导向通道连通；导向通道将气体疏导至捕捉装置；捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至检测腔；检测腔与通槽21连通。

在一具体实施例中，如图3所示，保护装置1包括遮挡件12、折返件13、捕捉滤袋11；折返件13通过固定螺钉15固定安装于顶板2上；遮挡件12套设于折返件13外；捕捉装置具体为捕捉滤袋11，遮挡件12的遮挡内壁121与折返件13的折返外壁131形成导向通道；折返件13的检测内壁132与捕捉滤袋11上方区域形成检测腔。具体的，如图5、图6所示，遮挡内壁121轮廓为折线；导向通道入口口径小于等于导向通道出口口径，图6中遮挡内壁121为“八”字形，遮挡内壁121下部呈一外扩斜面。

如图7所示，为导向通道导向原理示意图，遮挡件12的遮挡内壁121与折返件13的折返外壁131形成的导向通道，混合气体中的颗粒物在通过导向通道时，会发生颗粒间的碰撞运动和颗粒与通道壁间的碰撞反弹运动，如图7中的模拟运动轨迹所示，颗粒间的碰撞后运动方向仍然处于不确定状态；颗粒与导向通道壁间的碰撞会产生近似镜像折返方向运动的趋势，遮挡内壁121的折返侧末端设置折返角

可以扩大碰撞在遮挡侧壁的颗粒折返后运动的折射角度，从而控制了颗粒运动方向。如图7所示控制总体方向为向下运动，遮挡内壁121的末端与折返外壁131的拐点处设定一个高度差H，可以遮挡向上、水平、折返角度较小的颗粒并使其再次镜像折返向折返外壁131运动，直至使总体方向向下，符合设计要求，通过导向通道的颗粒运动总体上分为三种类型如下：

a、颗粒间、颗粒与导向通道壁间多次碰撞后，在折返外壁131最后一次反射，向下运动趋势；

b、通过导向通道末端时，恰好不再发生碰撞，向下运动趋势；

c、通过导向通道末端时，发生一次遮挡内壁121折返，恰好不再发生碰撞而趋势向下。

这三种运动方向总体趋势向下，捕捉滤袋11对杂质进行统一捕捉使其停止不规则运动。

在一具体实施中，捕捉滤袋11由针刺毡材料制成，一般的针刺毡包括涤纶针刺毡、PE针刺毡、玻璃纤维针刺毡等，应当理解，针刺毡仅为结构特性，不因材料特性来限定本发明保护范围。捕捉滤袋11具备两种功能，其中一种功能为建造空间内的混合气体通过捕捉滤袋11进入该保护装置1内部时，过滤掉混合气体内部的粉尘颗粒等杂质，使装置内形成洁净的气体组织；另一种功能为捕捉滤袋11的内表面是织物组织表面形貌，对总体方向向下运动的颗粒物，触碰到捕捉滤袋11内表面后，不再发生反向弹射，起到捕捉混合气体中的颗粒物的作用，从而，使本装置内部保持稳定的、洁净的测量空间，起到保护传感器免受污染，延长使用寿命的作用。

在一实施例中，如图4、图6所示，保护装置1还包括调节螺钉16；遮挡件12与折返件13通过调节螺钉16固定连接；调节螺钉16设有调节块；调节块抵触遮挡件12与折返件13。通过选择不同厚度的调节块调节导向通道入口大小。

在一实施例中，如图3所示，保护装置1还包括弹性卡圈14；捕捉滤袋11与遮挡件12通过弹性卡圈14固定。在另一实施例中，捕捉滤袋11与遮挡件12通过螺纹连接。应当理解，遮挡件12、折返件13、捕捉滤袋11可一体制造，因方便捕捉滤袋11拆洗或更换，采用快拆式结构，如上述的弹性卡圈14或螺纹连接，不应实施例中的连接方式限定本发明保护范围。

在成形建造空间围构的顶板2上设置传感器3，如图1、图5所示，传感器3的检测探头通过顶板2的通槽21与检测腔内部相通，监测计量成形检测腔内的环境指标，实施测量反馈，实施控制过程，最终达到没有污染传感器探头的有害物质；气氛中气体流动畅通，能够保持与建造空间内的指标参数相同；如果有异物进入后，进行捕捉停止。

本发明一种传感器保护装置包括保护装置，保护装置安装于顶板一侧，传感器安装于顶板另一侧；顶板上设有通槽；保护装置笼罩通槽，传感器的检测探头接触通槽内的检测气体；保护装置设有导向通道、捕捉装置、检测腔，导向通道与环境连通，捕捉装置与导向通道连通；导向通道将气体疏导至捕捉装置；捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至检测腔；检测腔与通槽连通。本发明采用导向通道将进入保护装置的颗粒导向至捕捉装置捕捉，实现净化传感器检测区域内环境，吸附氧化物烟尘，确保传感器检测精度，延长传感器使用寿命。本发明通过对建造空间内传感器采用保护装置的设定，解决了困扰业内的重大问题。同时，使整个建造过程控制精度大幅提升，提高了金属粉末床3D打印装备的运行可靠性；为建造大尺寸复杂难于成形建造的3D打印成形件，提供了重要的基础保障。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种传感器保护装置，包括保护装置，所述的保护装置安装于顶板一侧，传感器安装于顶板另一侧；所述的顶板上设有通槽；所述的保护装置笼罩所述的通槽，所述的传感器的检测探头接触所述的通槽内的检测气体；其特征在于：所述的保护装置设有导向通道、捕捉装置、检测腔，所述的导向通道与保护装置外部环境连通，所述的捕捉装置与所述的导向通道连通；所述的导向通道将气体疏导至所述的捕捉装置；所述的捕捉装置捕捉杂质；经捕捉后的气体流至所述的检测腔；所述的检测腔与所述的通槽连通；

所述的保护装置包括遮挡件、折返件、捕捉滤袋；所述的折返件固定安装于所述的顶板上；所述的遮挡件套设于所述的折返件外；所述的捕捉装置具体为所述的捕捉滤袋，所述的遮挡件的遮挡内壁与所述的折返件的折返外壁形成所述的导向通道；所述的折返件的检测内壁与所述的捕捉滤袋上方区域形成所述的检测腔。

2.如权利要求1所述的一种传感器保护装置，其特征在于：所述的捕捉滤袋由针刺毡材料制成。

3.如权利要求1所述的一种传感器保护装置，其特征在于：所述的保护装置还包括调节螺钉；所述的遮挡件与所述的折返件通过所述的调节螺钉固定连接；所述的调节螺钉设有调节块；所述的调节块抵触所述的遮挡件与所述的折返件。

4.如权利要求2所述的一种传感器保护装置，其特征在于：所述的捕捉滤袋与所述的遮挡件通过螺纹连接。

5.如权利要求2所述的一种传感器保护装置，其特征在于：所述的保护装置还包括弹性卡圈；所述的捕捉滤袋与所述的遮挡件通过所述的弹性卡圈固定。

6.如权利要求1至5任一项所述的一种传感器保护装置，其特征在于：所述的遮挡内壁轮廓为折线；所述的导向通道入口口径小于等于所述的导向通道出口口径。

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