CN115265729B - 增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及一种增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，包括：承载板；承托板,料仓位于承托板的中间位置处；压力传感器，用于检测承托板反映在压力传感器上的压力；弹性支撑部件；弹性支撑部件，可调节承托板对压力传感器的压力；料仓对承托板的压力记为FA，弹性支撑部件对承托板的支撑力记为FN，则选择量程为FA与FN的差值(FA‑FN)等级的压力传感器，实现对料仓内的粉末的克级的变化量。本发明通过将大粉量料仓中的大部分重量平衡掉，然后使用小量程的、灵敏度高的压力传感器检测整体料粉重量的变化量，通过使用小量程、精度高的传感器，实现对大粉量料仓的料仓重量的变化的精确检测。

Description

增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置

本发明是申请号为202011287404.5、申请日为2020年11月17日、发明名称为“用于大粉量精细检测的平衡机构”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及一种增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置。

背景技术

增材制造是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。

目前金属快速成型领域很多，无论是新兴的金属3D打印还是传统的激光溶覆，都需要以下核心器件的支持，激光器/加工头和送粉器，做为核心器件的送粉器，起着均匀输送粉末的关键作用，送粉器的稳定和精密，直接影响着工件的打印质量和打印精度，提升送粉器的功能有很大的意义。

现有技术中对送粉器中粉末的消耗量一般有利用光电传感器对桶内粉末的消耗进行量化检测，但是量化精确度比较低，或者在管道内检测流量来判断消耗量，这种方式的测量精度与传感器的布置和计算方式相关，不够稳定，又或者利用称量式检测料筒内粉末重量的变化，但是应用在大粉量称量时，传感器的量程越大精度越差，导致送粉器的精度不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，旨在通过使用小量程、精度高的传感器，实现对大粉量料仓的料仓重量的变化的精确检测。

为了实现上述目的，本发明提供一种增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，包括：

承载板，固定于送粉机构的负载面上；

承托板，通过一水平布置的通轴与所述承载板的一侧铰接，用于承托料仓；所述料仓位于所述承托板的中间位置处；

压力传感器，被设置在承载板上远离所述通轴的一侧，用于检测承托板反映在压力传感器上的压力；

弹性支撑部件，被设置在承载板和承托板之间，用于支撑承托板；

其中，所述弹性支撑部件包括弹簧和用于压缩/释放弹簧改变弹簧对承托板的挤压力的执行元件，从而调节承托板对压力传感器的压力；

所述料仓对承托板的压力记为FA，所述弹性支撑部件对承托板的支撑力记为FN，则选择量程为FA与FN的差值(FA-FN)等级的压力传感器，实现对料仓内粉末的克级变化量检测。

优选地，所述料仓重量精细检测平衡装置包括两个弹性支撑部件，两个弹性支撑部件与所述压力传感器同侧布置，并且分别置于所述压力传感器的两侧。

优选地，通过调节弹性支撑部件对承托板的总的支撑力，降低所选用的压力传感器的量程等级，提高料仓内的粉末变化率的检测精度。

优选地，所述承载板和承托板为矩形板，所述通轴和压力传感器分别布置于的承载板和承托板的两个短边侧。

优选地，所述承托板的下端面设有导套，所述执行元件包括：

固定在承载板上的驱动电机；

连接在驱动电机输出端的丝杆；

沿所述导套长度方向滑动连接在所述导套内壁的滑块；

所述弹簧位于滑块和承托板之间；

其中，所述滑块与丝杆传动连接以压缩/释放弹簧，改变弹簧对承托板的挤压力。

优选地，所述丝杆的轴线方向与所述承托板垂直。

优选地，所述丝杆的上端贯穿所述承托板，且其上端具有限位板，所述限位板的直径大于丝杆的直径，以限制承托板因受到弹簧弹力而发生翻转。

优选地，所述承托板上设有轴承，所述丝杆贴附在轴承内圈相对于承托板转动连接。

优选地，所述滑块的外壁设有限位部，所述导套的内壁设有与限位部配合的导向部。

优选地，所述承载板和承托板平行布置。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明实施例的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置的立体图；

图2是本发明另一个实施例的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置的正视图；

图4是图3实施例的结构的A-A向的截面结构示意图；

图5是图4实施例中弹性支撑部件的结构示意图；

图6是图5实施例的弹性支撑部件的受力分析图；

图7是本发明另一个实施例的弹性支撑部件的结构示意图；

图8是实施例的大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置使用的滑块的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

目前送粉器主要有气吹式送粉、螺旋式送粉和转动式送粉，其中气吹式的送粉器是利用压缩气体携带粉末输送至喷口处，而对应粉末的定量可以采用旋转计量盘或计量轴又或棘轮计量送粉部件，但是以上部件的送粉均匀与否，依赖于靠重力测量粉末的变化量，而现有的料仓称重由于精度不高，因此很难做到精确监控；其中，螺旋式送粉主要是利用一根螺旋绞龙输送物料，靠转速控制输出速度，而粉末流动性不够好，有时会携带空腔输出，也造成输出不稳定，料仓也无法依据重量变化向绞龙转速输出反馈，使物料输送不均匀。

本发明旨在实现能够将大粉量的料仓中的大部分重量平衡掉，然后使用小量程的、灵敏度高的压力传感器检测整体料粉重量的变化量，实现以可选择量大、价格相对低的传感器实现高精准度的测量，而通过准确的监控料仓内粉料的变化量，可以直接的反映出输料部件输送的均匀性，间接的，利用反馈量可以控制流量控制机构(如，控制气流量的气阀或控制螺杆转速的电机等)，以形成闭环反馈，达到更精准的送粉控制，提高打印工件的成型质量。

结合图1～图5所示，本实施例中提供增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，包括固定于送粉机构的负载面上的承载板1。通过一水平布置的通轴21铰接于承载板1的一侧的承托板2，承托板2上开设有一个槽，该槽可以用于承托料仓6，承载板1的下方也有一个供料仓6穿过的槽，连接送粉结构。

可选的，该料仓6也可以替换为其他类型的需要称量的器件。

优选的，承载板1和承托板2构造成形状相同的矩形板。

如图所示，在矩形板的短边设置了连接通轴21环形连接结构，其中环形连接结构布置在承载板1的上方、承托板2的下方，通轴21贯穿承载板1和承托板2上的环形连接结构，使得承载板1和承托板2可以沿通轴21相对翻转，并且使承载板1和承托板2之间形成一定的空间。

进一步的，在与接通轴21相对一侧的短边上设置压力传感器5，承托板2抵触在压力传感器5上。在一些实施例中，压力传感器5的高度和环形连接结构的高度相同，使承载板1和承托板2平行的布置，压力传感器5用来检测承托板2对压力传感器5的压力。

如此，承载板1和承托板2之间形成杠杆原理，料仓6优选被放置在承托板2的中间位置处，通轴21在承载板1和承托板2的一个边形成杠杆的支点，压力传感器5在承托板2的另一个边检测料仓6的重量，由于料仓6位于承托板2的中间位置处，根据杠杆原理，此时的压力传感器5所受的压力是料仓6重量的一半。

进一步的，在承载板1和承托板2之间的空间内设置弹性支撑部件，起到对承托板2的支撑作用。

优选的，弹性支撑部件包括两个，分别置于压力传感器5的两侧，这样每个弹性支撑部件所承受的压力就被减小，在调节弹性支撑部件对承托板2的支撑力时也更精准。

如此，弹性支撑部件可以分担承托板2对压力传感器5的压力，将压力传感器5所受的压力进一步的减小，因此可以选择量程更小精度更高的传感器，这样料仓6在单位时间内的重量变化就能灵敏的被传感器检测到，进而提高送粉精度。

结合图5和图6所示，本实施例中，料仓6重量为100kg，料仓6在承托板2的中间位置处，对承托板2的压力记为FA，FA为50kg，弹性支撑部件与压力传感器5同侧布置，弹性支撑部件对承托板2的支撑力记为FN，压力传感器5对承托板2的支撑力记为F0，调节其中弹性支撑部件对承托板2的支撑力FN，使FN达到40kg，此时，压力传感器5选用量程为10kg的即可，在这个测量范围内的压力传感器可以检测克级的变化量，若料仓6中每分钟减少10g料粉，则反映在压力传感器5上是每分钟有5g的变化量，可以精确到g为单位，以提高送粉精度。

具体的，弹性支撑部件包括弹簧34和用于挤压弹簧34以调节对承托板2支撑力的执行元件。

在可选的实施例中，可以设置更多的弹性支撑部件实现对承托板2的支撑力，如此，在依靠以位移量(执行元件通过位移量挤压弹簧34以调节对承托板2支撑力)改变支撑力的情况下，每个弹性支撑部件的弹力可以设置较小，在相同的位移量下，支撑力改变的梯度就会增加，以增加可控性。

结合图5所示，承托板2的下端面设有导套4，执行元件包括：

固定在承载板2上的驱动电机3，驱动电机3通过杆状支撑架11固定在承载板2的下端；连接在驱动电机3输出端的丝杆32；沿导套4长度方向滑动连接在导套4内壁的滑块33；弹簧34位于滑块33和承托板2之间。

如此，驱动电机3可以精准的驱动丝杆32转动，使滑块33发生可控的位移，改变弹簧34对承托板2的支撑力，使压力传感器5所接受的压力在其量程范围内，保持对料仓内重量变化的精准监控。

进一步的，在本实施例中，当一个量程检测完毕后，如料仓6中20kg的粉料流完后，压力传感器5从10kg变化到0，在短时间内(一分钟或者更短的时间以内)，驱动电机3控制滑块33移动，使弹簧34压力减小至30kg，此时压力传感器5仍受压10kg，压力传感器5进入下一个量程，在这个时间区间内，将检测的数据忽略掉，并根据实际前一分钟和后一分钟流失量的平均值填入该时间区间。

在可选的实施例中，执行元件可以是其他电动伸缩结构或气压、液压的直线推杆。

优选的，丝杆32的轴线方向与承托板2垂直。

结合图7和图8所示，丝杆32的上端贯穿承托板2，且其上端具有限位板31，限位板31的直径大于丝杆32的直径。

如此，当弹簧34对承托板2向上的推力过大时，限位板31起到保护和限位作用，防止承托板2发生翻转。

进一步的，承托板2上设有轴承41，丝杆32贴附在轴承41内圈相对于承托板2转动连接。

如此，当丝杆32转动时，通过轴承41的设置可以保持其转动的状态稳定，轴承41和丝杆32在轴向方向上相互之间没有作用力。

具体的，滑块33的外壁设有限位部331，导套4的内壁设有与限位部331配合的导向部。

如此，可以保持丝杆32和滑块33在螺纹传动过程中，滑块33不会发生周向转动，而是顺着丝杆32的轴线方向发生位移。

在可选的实施例中，限位部331可以设计为凸出部或凹陷部，导向部相应的设计成凹陷槽或凸出的导向条。

本发明提供另外一种实施例，一种送粉器，包括流量控制机构，流量控制机构与上述方案中的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置中的压力传感器5信号连接。

具体的，流量控制机构包括气阀、螺旋送料部件和转动送料部件。

结合以上实施例，本发明在杠杆原理减重的基础上，使用弹性支撑部件将待称量的粉末重量平衡到小量程高精度的传感器可测的范围内，灵活性高，可变性高，因此可以在送粉过程中，以更高精度的对粉末的变化量进行检测，并配合流量控制机构形成闭环反馈调节，以提高目前主流送粉器的送粉精度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，包括：

承载板，固定于送粉机构的负载面上；

承托板，通过一水平布置的通轴与所述承载板的一侧铰接，用于承托料仓；承载板和承托板能够沿通轴相对翻转，并且使承载板和承托板之间形成一定的空间；所述料仓位于所述承托板的中间位置处;

压力传感器，被设置在承载板上远离所述通轴的一侧，承托板抵触压力传感器，用于检测承托板反映在压力传感器上的压力；

弹性支撑部件，被设置在承载板和承托板之间，用于支撑承托板；

其中，所述弹性支撑部件包括弹簧和用于压缩/释放弹簧改变弹簧对承托板的挤压力的执行元件，从而调节承托板对压力传感器的压力；

所述料仓对承托板的压力记为FA，所述弹性支撑部件对承托板的支撑力记为FN，则选择量程为FA与FN的差值（FA/2-FN）等级的压力传感器，实现对料仓内粉末的克级变化量检测；

其中，所述承载板和承托板平行布置，并且构造成形状相同的矩形板；所述承载板和承托板之间形成杠杆原理，通轴在承载板和承托板的短边形成杠杆的支点，压力传感器在承托板的另一个侧检测料仓的重量，由于料仓位于承托板的中间位置处，根据杠杆原理，压力传感器所受的压力是料仓重量的一半。

2.根据权利要求1所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，所述料仓重量精细检测平衡装置包括两个弹性支撑部件，两个弹性支撑部件与所述压力传感器同侧布置，并且分别置于所述压力传感器的两侧。

3.根据权利要求1所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，通过调节弹性支撑部件对承托板的总的支撑力，降低所选用的压力传感器的量程等级，提高料仓内的粉末变化率的检测精度。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，所述承托板的下端面设有导套，所述执行元件包括：

固定在承载板上的驱动电机；

连接在驱动电机输出端的丝杆；

沿所述导套长度方向滑动连接在所述导套内壁的滑块；

所述弹簧位于滑块和承托板之间；

其中，所述滑块与丝杆传动连接以压缩/释放弹簧，改变弹簧对承托板的挤压力。

5.根据权利要求4所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，所述丝杆的轴线方向与所述承托板垂直。

6.根据权利要求4所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，所述丝杆的上端贯穿所述承托板，且其上端具有限位板，所述限位板的直径大于丝杆的直径，以限制承托板因受到弹簧弹力而发生翻转。

7.根据权利要求4所述的增材制造用大粉量料仓的料仓重量精细检测平衡装置，其特征在于，所述滑块的外壁设有限位部，所述导套的内壁设有与限位部配合的导向部。