CN1947858A - 可控给粉装置及控制给粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控给粉装置及控制给粉的方法，其装置包括步进电机螺旋输粉器(2)、步进电机驱动器(3)、电脑控制系统(4)和CCD高速摄像系统(9)，特别是还包括毛细管(5)、微型致动器(6)、微型致动器驱动器(7)；电脑控制系统(4)控制微型致动器驱动器(7)，毛细管(5)置于支架(8)E型台中间的突台上，其上端与支架(8)E型台挠性固定，开口正对步进电机螺旋输粉器(2)的出粉口，其下端与微型致动器刚性连接。其方法是当微纳米粉体材料充向毛细管时，启动微型致动器驱动器，控制微型致动器振动，使粉体从毛细管中按照控制指令流出。由于采用了采用微致动器结合毛细管，可控制粉体材料从毛细管中流出的始停以及流量，使定量给粉得以实现。

Description

可控给粉装置及控制给粉的方法

技术领域

本发明涉及一种可控给粉装置，还涉及用这种装置控制给粉的方法。

背景技术

随着科学技术的发展，在20世纪末涌现出了多种新的机械制造技术，如微细加工技术、快速原型制造技术等。其中一些制造技术以微纳米粉体材料作为原料，来制造机械零件或者成形具有特殊性能的材料。随着这些制造技术的发展，在借鉴粉末涂层技术和涂装技术的基础上，开发了诸如高压静电喷粉技术、高压无空气喷粉技术等喷粉或者给粉技术及装置。其技术原理可以总结为：微纳米粉体材料在动力源，如压缩气体、机械泵等的作用下，形成粉末流，粉末流从喷嘴中以一定速度喷出，从而实现喷粉。随着机械零件向微小化、高精密的方向以及材料向智能化方向的发展，制造技术对微纳米粉体材料操作技术提出了新的要求，比如粉体材料的给粉速度，给粉量以及粉体材料给出后的落点进行精确控制。现行喷粉技术虽然在一定程度上可以控制喷粉的速度，但对喷出粉体材料的量和落点的控制精度相对较低，难以满足现代精密制造技术的要求，需要开发新的给粉装置及其控制技术，能精确控制微纳米粉体材料的流量及落点。

文献“The effect of particles in different sizes on the mechanical properties of sprayformed steel composites[J].Kenneth Petersen，Allan Schroder Pedersen，Nini Pryds，et al.Materials Science and Engineering，2002，A326：40-50”中介绍了利用喷射共沉积技术制造粉体颗粒增强金属基复合材料的方法，其中介绍了一种对粉体材料进行操作的技术。其原理为：利用机械搅拌器把容器中的粉体颗粒材料搅拌成烟雾状，再通入惰性气体，气体依靠产生负压吸附带着粉体材料从喷嘴喷出，实现给粉。

由于此技术在进行给粉之前，要将粉体颗粒材料搅拌成烟雾状，其本身处于不稳定状态，密度不均，再加上靠气流产生的负压吸附来带动粉体材料形成气体和粉体的混合流，具有一定压力的混合流从喷嘴喷出将发生膨胀而分散，这些因素直接影响粉体材料的流量和落点的控制精度，致使控制能力低。

发明内容

为了克服现有技术对粉体材料量和落点的控制精度低的不足，本发明提供一种可控给粉装置，本发明还提供用这种装置控制给粉的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可控给粉装置，包括粉桶1、步进电机螺旋输粉器2、步进电机驱动器3、电脑控制系统4、支架8和CCD高速摄像系统9，特别是还包括毛细管5、微型致动器6、微型致动器驱动器7；支架8是一个E型台，步进电机螺旋输粉器2与粉桶1连通置于台面上，电脑控制系统4直接控制步进电机驱动器3和微型致动器驱动器7，并接收从CCD高速摄像系统传来的信号，步进电机驱动器3与步进电机螺旋输粉器2电连接，微型致动器驱动器7与微型致动器6电连接；毛细管5置于支架8E型台中间的凸台上，其上端与支架8E型台挠性固定，开口正对步进电机螺旋输粉器2的出粉口，其下端与微型致动器刚性连接。

所述的毛细管是漏斗形，其下端口经为10微米到200微米。

所述的微型致动器是压电陶瓷驱动。

一种上述可控给粉装置控制给粉的方法，包括下述步骤：

1)在粉桶中装入适量的微纳米粉体材料；

2)启动电脑控制系统，控制步进电机驱使螺旋杆旋转，把粉桶中微纳米粉体材料向毛细管中充粉；

3)启动微型致动器驱动器，控制微型致动器振动，迫使毛细管中粉体流出；

4)启动CCD高速摄像系统，在线测量粉体流量，根据实际要求改变微型致动器驱动参数，控制粉体流量。

本发明的有益效果是，由于采用了微致动器结合毛细管，可控制粉体材料从毛细管中流出的始停以及流量，使定量给粉，特别是微量给粉得以实现；采用微致动器结合计算机，使给粉可实现计算机控制，实现自动化；CCD高速摄像系统的使用，使给粉过程能实现在线监测；尤其是利用微致动器提供给粉的动力，使粉末流流出后不会发生形变，使粉体材料的精确定位能得以实现。

附图说明

图1是本发明可控给粉装置结构示意图。

图2是本发明利用可控给粉装置控制给粉的方法流程图。

图中，1-粉桶  2-步进电机螺旋输粉器  3-步进电机驱动器  4-电脑控制系统  5-毛细管6-微型致动器  7-微型致动器驱动器  8-支架  9-CCD高速摄像系统——粉体材料流动路线——控制信号路线。

具体实施方式

实施例1：参考图1，振动毛细管定量给粉装置包括粉桶1、步进电机螺旋输粉器2、步进电机驱动器3、电脑控制系统4、毛细管5、微型致动器6、微型致动器驱动器7、CCD高速摄像系统9及支架8。电脑控制系统4直接控制步进电机驱动器3和微型致动器驱动器7，从而控制步进电机螺旋输粉器2和微型致动器6。步进电机螺旋输粉器2动作后就能把粉桶1中的粉体输入到毛细管5中，微型致动器6动作对毛细管5提供一定频率的振动，驱使粉体从毛细管5中流出，控制微型致动器6，从而能精确控制给粉开始、停止及给粉的流量。

支架8是一个E型台，步进电机螺旋输粉器2与粉桶1连通置于台面上，电脑控制系统4直接控制步进电机驱动器3和微型致动器驱动器7，并接收从CCD高速摄像系统传来的信号，步进电机驱动器3与步进电机螺旋输粉器2电连接，微型致动器驱动器7与微型致动器6电连接；毛细管5置于支架8E型台中间的凸台上，其上端与支架8E型台挠性固定，开口正对步进电机螺旋输粉器2的出粉口，其下端与微型致动器刚性连接。

步进电机螺旋输粉部件2主要由步进电机和螺旋杆以及腔体组成，步进电机轴与螺旋杆直接连接，固定在腔体两端的轴承上。微型致动器6是指压电陶瓷驱动的微型致动器。

毛细管由95料玻璃做成，内径10毫米的玻璃在加热后，拉成漏斗形，下端毛细孔经为0.01毫米；微型致动器由压电陶瓷制成，可以在不同的频率和电压下产生振动，完全由电脑控制；CCD监测系统为UNIQUC610高速摄像系统，可对所摄图像进行在线处理，得到参数。

步进电机螺旋输粉部件选用高精密小型步进电机和精密螺旋机构，步进电机和螺旋机构直接连接，通过控制步进电机可以控制进入毛细管中的粉体材料的流量和总量。毛细管的形状像漏斗，上端挠性固定在支架上，接收输粉部件输出的粉体材料，下端为口径很小的毛细输出口，直径根据不同的粉体材料可在10微米到200微米范围内选择，下端与微型致动器刚性连接，可使微型致动器产生的微小位移传到毛细管下端，引起毛细管的振动，迫使毛细管中的粉体材料从毛细管中流出。

实施例2：具体的控制方法是：步进电机驱动器直接连到电脑上，通过软件编程可以控制驱动器的工作状态，从而控制步进电机螺旋输粉部件的工作状态，通过电脑可以容易的控制步进电机螺旋输粉部件的开始、停止以及速度。微型致动器驱动器与电脑直接相连，通过电脑可以控制驱动器的工作状态和改变驱动参数，利用CCD高速摄像系统实时检测毛细管输出粉体材料的流量，反馈参数到电脑，通过比较来调整驱动器的驱动参数，控制微型致动器的振动频率和振幅，从而达到调节毛细管粉体输出量的大小。

具体过程是：首先把所用的粉体材料加入到粉桶中，电脑控制步进电机螺旋输粉部件工作，则可把粉体从粉桶中导入到毛细管中，启动微型致动器，迫使毛细管做一定频率的振动，其中的粉体材料在振动作用下，从毛细管输出，打开CCD高速摄像系统，检测流量，反馈数值到电脑控制系统，比较，调节驱动参数，达到理想的数值。

把激光打印机所用直径10um以下的碳粉直接加到毛细管的上端，启动微型致动器，碳粉在振动下，从毛细管下端流出，打开监测系统，对粉体流进行拍摄，实时分析，改变微型致动器的驱动参数，从CCD高速摄像系统实时分析结果可以看到，随着参数的改变，粉体的流速在变，说明控制效果良好。

Claims (5)

1、一种可控给粉装置，包括粉桶(1)、步进电机螺旋输粉器(2)、步进电机驱动器(3)、电脑控制系统(4)、支架(8)和CCD高速摄像系统(9)，其特征在于：还包括毛细管(5)、微型致动器(6)、微型致动器驱动器(7)；支架(8)是一个E型台，步进电机螺旋输粉器(2)与粉桶(1)连通置于台面上，电脑控制系统(4)直接控制步进电机驱动器(3)和微型致动器驱动器(7)，并接收从CCD高速摄像系统传来的信号，步进电机驱动器(3)与步进电机螺旋输粉器(2)电连接，微型致动器驱动器(7)与微型致动器(6)电连接；毛细管(5)置于支架(8)E型台中间的突台上，其上端与支架(8)E型台挠性固定，开口正对步进电机螺旋输粉器(2)的出粉口，其下端与微型致动器刚性连接。

2、根据权利要求1所述的可控给粉装置，其特征在于：所述的毛细管是漏斗形。

3、根据权利要求1所述的可控给粉装置，其特征在于：所述的微型致动器是压电陶瓷驱动。

4、根据权利要求1或2所述的可控给粉装置，其特征在于：所述的毛细管下端经为10微米到200微米。

5、一种权利要求1所述可控给粉装置控制给粉的方法，其特征在于包括下述步骤：

1)在粉桶中装入适量的微纳米粉体材料；

2)启动电脑控制系统，控制步进电机驱使螺旋杆旋转，把粉桶中微纳米粉体材料向毛细管中充粉；

3)启动微型致动器驱动器，控制微型致动器振动，毛细管中粉体流出；

4)启动CCD高速摄像系统，在线测量粉体流量，根据实际要求改变微型致动器驱动参数，控制粉体流量。