CN108202143B - 一种便于测距的枪头装置及控制打印头高度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便于测距的枪头装置，包括打印头、测距机构以及用于安装打印头和测距机构的枪架，所述测距机构包括固定安装于枪架上的距离检测组件以及可升降安装于距离检测组件下方的连接杆组，所述连接杆组的下端安装有与其轴向相对固定的脚轮，所述脚轮与被测工件的表面始终处于紧贴状态；所述距离检测组件用于检测其与连接杆组之间的距离，从而得出打印头与工件表面之间的距离。本发明还公开了一种控制打印头高度的方法。采用本发明的枪头装置能够准确的测量出打印头与工件表面之间的距离。

Description

一种便于测距的枪头装置及控制打印头高度的方法
技术领域
本发明涉及电熔增材制造领域，尤其涉及一种便于测距的枪头装置以及控制此枪头装置的打印头高度的方法。
背景技术
为了提高重型设备行业的关键构件(例如核电、石化行业的压力容器、贯穿件或者稳压器等)的各项性能，现有技术研发出了一种电熔成形方法，此电熔成形方法通过电熔熔接原理来制造整个工件，根据试验研究表明，通过此电熔成形方法加工出来的工件的化学性能和力学性能良好。
其中，电熔成形方法加工工件时，必须要严格控制枪头打印的精确度，例如打印头高度、温度等，若不能精确控制，对加工出来的工件的性能有严重影响，其中打印头的高度会影响打印头的导电嘴与工件表面的距离，若距离偏离正常范围，则会导致每层工件的厚度不均，从而严重影响工件的性能。
现有技术一般采用红外传感器检测导电嘴与工件表面的距离，即在枪头上设置红外感应件，由红外感应件发射出的红外线射向工件的表面，当红外线到达工件表面时会进行反射，从而推断出导电嘴与工件表面的距离，但是采用此种方法时，红外线会受到工件表面的亮度影响而造成测量误差较大，不能满足增材制造的精度要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种便于测距的枪头装置，提高打印头与工件表面之间的距离的检测精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便于测距的枪头装置，包括打印头、测距机构以及用于安装打印头和测距机构的枪架，所述测距机构包括固定安装于枪架上的距离检测组件以及可升降安装于距离检测组件下方的连接杆组，所述连接杆组的下端安装有与其轴向相对固定的脚轮，所述脚轮与被测工件的表面始终处于紧贴状态；
所述距离检测组件用于检测其与连接杆组之间的距离，从而得出打印头与工件表面之间的距离。
作为上述方案的改进，还包括复位弹簧，所述复位弹簧对连杆组件或者脚轮施加向下的弹簧力，以使脚轮与被测工件的表面紧贴。
作为上述方案的改进，还包括固定安装于枪架上的滑轨，所述连接杆组可升降安装于滑轨上，所述复位弹簧套设于滑轨外并位于连接杆组的上方。
作为上述方案的改进，所述连接杆组包括连接杆部以及与连接杆部固定连接的探测部，所述探测部位于距离检测组件的正下方，所述距离检测组件用于检测其与探测部上表面之间的距离。
作为上述方案的改进，所述连接杆部与所述打印头平行。
作为上述方案的改进，所述脚轮包括安装于连接杆部下端的连接架以及安装于连接架上的滚轮，所述连接架可相对连接杆部的中心线旋转，所述滚轮可相对其中心线旋转，所述滚轮的中心线与连接杆部的中心线垂直且处于不同平面。
作为上述方案的改进，还包括固定安装于枪架上的支撑板，所述连接杆部可升降的穿过支撑板。
作为上述方案的改进，还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于连接杆部外，压缩弹簧的上端与支撑板紧贴，下端与连接杆部或者脚轮紧贴。
作为上述方案的改进，所述距离检测组件为红外测距传感器。
相应的，本发明还公开了一种控制打印头高度的方法,包括以下步骤:
A、控制系统根据工艺要求设定打印头与工件表面的预设距离值L1；
B、距离检测组件检测其与连接杆组之间的距离L2，并将其检测结果传送至控制系统；
C、控制系统根据距离检测组件检测的结果计算出打印头与工件表面之间的距离L3，并将L3与L1进行比对得到偏差，控制系统根据此偏差调节打印头的高度。
实施本发明的实施例，具有如下有益效果：
本发明通过在距离检测组件与工件表面之间设置连接杆组作为中间测距部，所述距离检测组件检测的是其与连接杆组之间的距离，相对于现有技术中直接检测工件表面的距离，本发明的距离检测组件检测时不会出现失效的问题，从而提高距离检测组件检测的精度。
此外，由于距离检测组件和打印头均安装在枪架上，即两者的相对位置不变，而所述连接杆组的下端通过脚轮与工件的表面始终处于接触的状态，所以距离检测组件检测其与连接杆组之间的距离即可推导出打印头与工件表面的距离，其中脚轮可以减轻对工件表面的损坏。
附图说明
图1是本发明枪头机构的结构示意图；
图2是本发明连接杆组和脚轮的剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
实施例一
参见附图1和附图2，本发明公开了一种便于测距的枪头装置，包括打印头1、测距机构以及用于安装打印头1和测距机构的枪架2，所述测距机构包括固定安装于枪架2上的距离检测组件4以及可升降安装于距离检测组件4下方的连接杆组5，所述连接杆组5的下端安装有与其轴向相对固定的脚轮6，所述脚轮6与被测工件的表面始终处于紧贴状态。其中，所述距离检测组件4优选为红外测距传感器。本发明也可以采用其他的距离检测传感器，例如雷达测距传感器等。其中，所述脚轮6通过弹性复位件3向下的驱动力与被测工件的表面始终处于紧贴状态。
其中，所述复位弹性件为复位弹簧，所述复位弹簧对连杆组件或者脚轮6施加向下的弹簧力，以使脚轮6与被测工件的表面紧贴。本发明也可以采用其他能够下压脚轮的机构。
工作时，所述距离检测组件4用于检测其与连接杆组5之间的距离，从而得出打印头1与工件表面之间的距离。
本发明通过在距离检测组件4与工件表面之间设置连接杆组5作为中间测距部，所述距离检测组件4检测的是其与连接杆组5之间的距离，相对于现有技术中直接检测工件表面的距离，本发明的距离检测组件4检测时不会出现失效的问题，从而提高距离检测组件4检测的精度。
此外，由于距离检测组件4和打印头1均安装在枪架2上，即两者的相对位置不变，而所述连接杆组5的下端通过脚轮6与工件的表面始终处于接触的状态，所以距离检测组件4检测其与连接杆组5之间的距离即可推导出打印头1与工件表面的距离，其中脚轮6可以减轻对工件表面的损坏。
需要说明的是，采用电熔增材加工出来的工件一般为大型工件，在加工时需要设置多个依次间隔排列成直线的打印头1，此时，由于打印头1设置的个数较多，所以控制打印头1位置的精度会直接影响到加工工件的整体的精确性，采用本发明的枪头机构可以对各自的打印头1与工件表面之间的距离进行精确测量，从而便于对打印头1高度的精确控制，即能够保证辅料厚度的相对稳定，进一步增强了金属熔覆层成型的稳定性，解决了传统增材制造因壁厚不同而产生的不同程度的形变等问题。
其中，所述连接杆组5包括连接杆部51以及与连接杆部51固定连接的探测部52，所述探测部52位于距离检测组件4的正下方，所述距离检测组件4用于检测其与探测部52上表面之间的距离。其中，所述连接杆部51优选与所述打印头1平行，此时，检测的距离最为准确。本发明通过设置探测部52作为距离检测组件4检测距离的感应部位，可以增加探测部52的探测面积，并且对连接杆部51的位置要求较低，只要探测部52位于距离检测组件4的正下方即可，从而便于枪头机构的整体布局。此外，本发明可以在探测部52的表面喷涂一层感应材料，通过感应材料提高距离检测组件感应的精度。当然，本发明的连接杆组5可以只设置连接杆部51，此时，距离检测组件4直接检测其与连接杆部51上表面之间的距离。其中所述连接杆部51外套设有导向套53，所述连接杆部51升降设于导向套53上。
此外，需要说明的是，脚轮6在与工件表面接触的时候容易出现凹凸不平的情况，此时容易造成脚轮6卡死的现象，为了解决此问题，本发明所述脚轮6包括安装于连接杆部51下端的连接架61以及安装于连接架61上的滚轮62，所述连接架61可相对连接杆部51的中心线旋转，所述滚轮62可相对其中心线旋转，所述滚轮62的中心线与连接杆部51的中心线垂直且处于不同平面。此时，所述脚轮6可以绕自身的中心线旋转，即可实现滚轮62在工件表面滚动，同时，所述脚轮6整体还可以绕连接杆部51旋转，且两者的旋转中心线不在同一平面，即使工件表面凹凸不平，脚轮6也可以通过两个方向的调节解决卡死的问题。
为了提高连接杆部51升降的稳定性，本发明的枪头机构还包括固定安装于枪架2上的支撑板(附图中未显示)，所述连接杆部51可升降的穿过支撑板。
进一步地，为了简化结构，本发明所述弹性复位件3为压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于连接杆部51外，压缩弹簧的上端与支撑板紧贴，下端与连接杆部51或者脚轮6紧贴。本发明通过压缩弹簧控制连接杆组5和脚轮6的复位，当脚轮6移动到相对较高的位置时，所述脚轮6会带动连接杆组5上升，此时，压缩弹簧向下的弹簧力驱动脚轮6与工件表面一直处于紧贴状态，当脚轮6移动到相对较低的位置时，所述脚轮6和连接杆组5在向下的弹簧力的作用下向下降，以使脚轮6在此种情况下与工件表面一直处于紧贴状态。本发明通过压缩弹簧以使脚轮6与工件表面始终处于紧贴状态，其结构简单，无需其他的安装部件。
实施例二
本实施例与实施例一不同的是，本实施例中的连接杆组通过滑轨进行导向，具体的，当所述复位弹性件为复位弹簧，所述复位弹簧对连杆组件或者脚轮施加向下的弹簧力，以使脚轮与被测工件的表面紧贴。为了提高连接杆组升降的稳定性，本实施例的枪头机构还包括固定安装于枪架上的滑轨，所述连接杆组可升降安装于滑轨上，所述复位弹簧套设于滑轨外并位于连接杆组的上方。
实施例三
本实施例公开了一种控制实施例一以及实施例二中所述的打印头高度的方法,其包括以下步骤:
A、控制系统根据工艺要求设定打印头与工件表面的预设距离值L1；
B、距离检测组件检测其与连接杆组之间的距离L2，并将其检测结果传送至控制系统；
C、控制系统根据距离检测组件检测的结果计算出打印头与工件表面之间的距离L3，并将L3与L1进行比对得到偏差，控制系统根据此偏差调节打印头的高度。
其中，所述控制系统优选为可编程逻辑控制器(简称PLC)。
本发明通过距离反馈信号实现对打印头高度的闭环控制，可在电熔成形过程中实时控制枪架的升降，从而保证打印头与工件表面保持在一定的距离，即保证了辅料厚度的相对稳定，进一步增强了金属熔覆层成型的稳定性，解决了传统增材制造因壁厚不同而产生的不同程度的形变等问题。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种便于测距的枪头装置，包括打印头、测距机构以及用于安装打印头和测距机构的枪架，其特征在于，所述测距机构包括固定安装于枪架上的距离检测组件以及可升降安装于距离检测组件下方的连接杆组，所述连接杆组的下端安装有与其轴向相对固定的脚轮，所述脚轮与被测工件的表面始终处于紧贴状态；
所述打印头和距离检测组件的相对位置不变，所述距离检测组件用于检测其与连接杆组之间的距离，从而得出打印头与工件表面之间的距离；
所述连接杆组包括连接杆部以及与连接杆部固定连接的探测部，所述探测部位于距离检测组件的正下方，所述距离检测组件用于检测其与探测部上表面之间的距离；
所述连接杆部与所述打印头平行；
所述脚轮包括安装于连接杆部下端的连接架以及安装于连接架上的滚轮，所述连接架可相对连接杆部的中心线旋转，所述滚轮可相对其中心线旋转，所述滚轮的中心线与连接杆部的中心线垂直且处于不同平面。
2.根据权利要求1所述的枪头装置，其特征在于，还包括复位弹簧，所述复位弹簧对连接杆组或者脚轮施加向下的弹簧力，以使脚轮与被测工件的表面紧贴。
3.根据权利要求2所述的枪头装置，其特征在于，还包括固定安装于枪架上的滑轨，所述连接杆组可升降安装于滑轨上，所述复位弹簧套设于滑轨外并位于连接杆组的上方。
4.根据权利要求1所述的枪头装置，其特征在于，还包括固定安装于枪架上的支撑板，所述连接杆部可升降的穿过支撑板。
5.根据权利要求4所述的枪头装置，其特征在于，还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧套设于连接杆部外，压缩弹簧的上端与支撑板紧贴，下端与连接杆部或者脚轮紧贴。
6.根据权利要求1至3任一项所述的枪头装置，其特征在于，所述距离检测组件为红外测距传感器。
7.一种控制权利要求1至6任一项所述枪头装置的打印头高度的方法，其特征在于,包括以下步骤:
A、控制系统根据工艺要求设定打印头与工件表面的预设距离值L1；
B、距离检测组件检测其与连接杆组之间的距离L2，并将其检测结果传送至控制系统；
C、控制系统根据距离检测组件检测的结果计算出打印头与工件表面之间的距离L3，并将L3与L1进行比对得到偏差，控制系统根据此偏差调节打印头的高度。
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