CN219589820U - 一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，包括调节机构；所述调节机构输出第一线性自由度调节并联机构方位调节；所述调节机构输出以环形阵列形式排布的第二线性自由度，共同调节红外辐射检测仪进行万向方位调节；所述红外辐射检测仪用于检测浇铸区的红外辐射能量强度判断浇铸流速及其温度；本实用新型基于斯蒂芬‑波尔兹曼定律原理为核心，通过红外辐射的检测可以实时、准确地测量铝液的温度和流速，使铸造工艺得以精细化控制。其次实现非接触式测量，不需要直接接触，避免了传统方法中可能存在的污染和安全隐患。

Description

一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置

技术领域

本实用新型涉及消失模技术领域，特别涉及一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置。

背景技术

消失模铸造是一种现代化的铸造技术，其特点是在砂型中填充可燃性砂芯，并在铸造过程中使其燃烧、挥发或熔化而消失。消失模铸造组合式砂箱是一种常用的砂箱类型，其由上下两部分组成，砂箱下部为造型砂箱，上部为加砂砂箱，两部分砂箱可以通过升降装置进行组合使用。消失模铸造组合式砂箱的应用范围非常广泛，可以用于铸造各种材料的零部件，例如铁、钢、铝合金、镁合金等。同时，该工艺也适用于铸造各种形状的零件，例如汽车零件、军工零件、航空零件、建筑零件等。

在消失模铸造组合式砂箱使用时，传统技术对其进行流速与温度的检测通常采用以下方式：

流速检测：传统方法中，通常使用了注射器注入砂箱中的染料来进行流速检测。染料的运动速度可以在一段时间内记录并计算出平均流速。

温度检测：在传统技术中，检测砂箱温度通常使用热电偶或红外测温仪。通过在砂箱中安装热电偶或红外测温仪，可以测量砂箱的温度。然后根据测得的温度来判断砂箱是否达到浇注要求的温度；

以上方法存在的问题是，它们都需要直接接触砂箱，从而对浇注过程造成一定的干扰，可能会导致铸件质量不稳定。

为此，提出一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例希望提供一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，包括调节机构；所述调节机构输出第一线性自由度调节并联机构方位调节；所述并联机构输出以环形阵列形式排布的第二线性自由度，共同调节红外辐射检测仪进行万向方位调节；所述红外辐射检测仪用于检测浇铸区的红外辐射能量强度判断浇铸流速及其温度。

在上述实施方式中：上述的第一、二线性自由度均为联动的关系，其相互之间为直接驱动模式，最终实现带动红外辐射检测仪进行多端自由度的联动化驱动及检测作业，其具体的驱动轨迹、方位及角度等参数具体的，基于工作人员对上述自由度的行程量选型装配，及上述自由度之间的联动与外部控制器的控制进行实现。

其中在一种实施方式中：所述调节机构包括桁架、滑动配合于所述桁架外表面的滑台；所述滑台上安装有所述调节机构；所述滑台的滑动由安装于所述桁架上的线性模组输出所述第一线性自由度驱动。

在上述实施方式中：通过上述的线性模组及滑台之间的机械联动及相互配合，带动调节机构进行指定功能的运载及其驱动；基于上述驱动模式，红外辐射检测仪则可对外部进行温度与流速检测的作业；红外光谱法可以通过检测物体辐射出的红外辐射来推算物体的表面温度，从而确定物体的流动速度。物体表面温度与其辐射出的红外辐射之间存在着一定的关系，因此可以通过斯蒂芬-波尔兹曼定律进行描述。

P＝εσA(T^4)

其中，P是物体单位时间内辐射的功率，ε是物体的辐射率，σ是斯蒂芬-波尔兹曼常数，A是物体表面积，T是物体表面温度。该公式描述了物体辐射功率与物体表面温度之间的关系，即物体表面温度越高，辐射功率越大

在上述实施方式中：上述的驱动模式并不局限于此；作为优选的技术方案，其还可优选选型为：所述线性模组包括第一动力件及由所述第一动力件驱动的滚珠丝杠；所述第一动力件驱动所述滚珠丝杠的螺纹杆旋转，所述滚珠丝杠的移动螺母与所述滑台固定连接。

其中在一种实施方式中：所述并联机构包括机架及以环形阵列形式排布的铰副组件，所述铰副组件均输出所述第二线性自由度并分别驱动连接台的外部环形阵列的三个方位点，驱动所述连接台进行万向角度调节；所述连接台的外表面安装有所述红外辐射检测仪。

在上述实施方式中：通过上述的铰副组件及连接台之间的机械联动及相互配合，通过输出第二线性自由度进行多端联动及其配合的形式，带动红外辐射检测仪进行指定功能的运载及其驱动；

在上述实施方式中：上述的驱动模式并不局限于此；作为优选的技术方案，其还可优选选型为：所述并联机构包括机架及以环形阵列形式排布的三个铰副组件；所述铰副组件包括第二动力件、传动带组件、第一铰臂和第二铰臂；所述第一铰臂铰接于所述机架；所述第二动力件驱动传动带组件，所述传动带组件传动所述第一铰臂旋转调节于所述机架，所述第一铰臂的另一端铰接于所述第二铰臂的一端；所述第二铰臂的另一端铰接于所述连接台的外部。

其中在一种实施方式中：所述传动带组件为同步带组件；所述同步带组件包括相互啮合的主动齿轮、从动齿轮和齿形带；所述从动齿轮由所述第二动力件驱动，所述主动齿轮与所述第一铰臂固定连接。

在上述实施方式中：第一动力件和第二动力件均优选为伺服电机，通过伺服驱动系统配合外部控制器的模式，以实现上述元件的指定化驱动，实现调节机构及调节机构之间的联动控制，以满足相关驱动及调节作业需求。

在上述实施方式中：为实现上述第一线性自由度及第二线性自由度对其所适配的结构部件进行驱动作业的模式；其中，转动驱动的自由度起始输出点可搭配一轴承与外部相对固定的结构进行连接，以实现支撑；线性自由度本身的行程量前后端均设置有一滑块组件，以适配该线性自由度运行导向的平稳性，并规范该线性自由度的运行轨迹满足理论设计需求。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型基于斯蒂芬-波尔兹曼定律原理为核心，通过红外辐射的检测可以实时、准确地测量铝液的温度和流速，使铸造工艺得以精细化控制。其次实现非接触式测量，不需要直接接触，避免了传统方法中可能存在的污染和安全隐患。

二、本实用新型通过调节机构和并联机构之间的机械联动及其相互配合，在实际应用时通过输出多个不同方位及其驱动模式的自由度输出，实现红外辐射的检测可以对不同方位的浇注点进行方位调节，扩大检测方位及其精确度，有效满足实际应用及其实用性需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一视角立体结构示意图；

图2为本实用新型的调节机构立体结构示意图；

图3为本实用新型的调节机构立体结构示意图。

附图标记：1、调节机构；101、桁架；102、滚珠丝杠；103、第一动力件；104、滑台；2、并联机构；201、机架；202、第二动力件；203、同步带组件；204、第一铰臂；205、第二铰臂；206、连接台；3、红外辐射检测仪。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制；

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如X轴向、Y轴向、Z轴向、X轴向的一端、Y轴向的另一端或Z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在现有技术中，在消失模铸造组合式砂箱使用时传统技术对其进行流速与温度的检测通常采用以下方式：

流速检测：传统方法中，通常使用了注射器注入砂箱中的染料来进行流速检测。染料的运动速度可以在一段时间内记录并计算出平均流速。

温度检测：在传统技术中，检测砂箱温度通常使用热电偶或红外测温仪。通过在砂箱中安装热电偶或红外测温仪，可以测量砂箱的温度。然后根据测得的温度来判断砂箱是否达到浇注要求的温度；

以上方法存在的问题是，它们都需要直接接触砂箱，从而对浇注过程造成一定的干扰，可能会导致铸件质量不稳定；为此，请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案以解决上述技术问题：一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，包括调节机构1；调节机构1输出第一线性自由度调节并联机构2方位调节；并联机构2输出以环形阵列形式排布的第二线性自由度，共同调节检测件进行万向方位调节；检测件用于检测浇铸区的红外辐射能量强度判断浇铸流速及其温度。

优选的，检测件为红外辐射检测仪3。

在本方案中，上述的第一、二线性自由度均为联动的关系，其相互之间为直接驱动模式，最终实现带动红外辐射检测仪3进行多端自由度的联动化驱动及检测作业，其具体的驱动轨迹、方位及角度等参数具体的，基于工作人员对上述自由度的行程量选型装配，及上述自由度之间的联动与外部控制器的控制进行实现。

在本方案中，上述的调节机构1、并联机构2和检测组件3为本具体实施方式提供的装置中的主体功能性机构；在上述机构的基础上调节机构1的桁架1桁架101固定连接于外部环境；具体的，桁架101作为整体装置的基准支撑结构，为上述装置提供了针对外部环境配合的基础，并可适配外部工作人员对其进行保养、调节及相关零部件的装配等常规机械养护作业；

具体的，通过桁架101对上述机构的支撑，可将整体装置安放并应用于消失模铸造组合式砂箱的浇注生产场地中，使得本装置整体作为一个附加的工序于现有的消失模铸造组合式砂箱的浇注工序中，实现对消失模铸造组合式砂箱提供工艺检测的功能；

具体的，本装置的外部还设有一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，即满足了下文所述的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。

优选的，控制器为PLC控制器，通过梯形图、顺序功能图、功能块图、指令表或结构文本的等常规PLC控制的模式完成上述控制需求；需要指出的是，其编程所驱动的电器元件或其它动力元件的运行启停时间间距、转速、功率等输出参数是非限定性的；具体的，依据实际使用需求进行相关驱动控制上的调节。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2：调节机构1包括桁架101、滑动配合于桁架101外表面的滑台104；滑台104上安装有并联机构2；滑台104的滑动由安装于桁架101上的线性模组输出第一线性自由度驱动。

在本方案中，通过上述的线性模组及滑台104之间的机械联动及相互配合，带动调节机构进行指定功能的运载及其驱动；基于上述驱动模式，红外辐射检测仪3则可对外部进行温度与流速检测的作业；

具体的，线性模组包括第一动力件103及由第一动力件103驱动的滚珠丝杠102；第一动力件103驱动滚珠丝杠102的螺纹杆旋转，滚珠丝杠102的移动螺母与滑台104固定连接；

在本方案中，上述的桁架101及滑台104之间作为滑动配合连接的关系，二者在相互滑动的一面还设置有一滑台组件，该滑台组件的布置轴向与上述部件的滑动方向相同，用于适配对应的线性自由度，在运行时提供导向的平稳性，并规范该线性自由度的运行轨迹满足理论设计及实际应用需求；

具体的，滑台组件包括相互滑动配合的滑块和滑轨；该滑块固定连接于桁架101，该滑轨固定连接于滑台104；

具体的，滑台组件优选为两组，分别安置于桁架101及滑台104之间相互对称的方位，提供对称滑动驱动的形式，以提高其在滑动调节过程中的稳定性。

优选的，第一动力件103为第一伺服电机，该伺服电机通过驱动滚珠丝杠102的螺纹杆旋转，实现驱动滑台104进行方位调节，进而实现对红外辐射检测仪3的大体方位调节，为其检测范围提供更多选择空间。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3：并联机构2包括机架201及以环形阵列形式排布的铰副组件，铰副组件均输出第二线性自由度并分别驱动连接台306的外部环形阵列的三个方位点，驱动连接台306进行万向角度调节；连接台306的外表面安装有红外辐射检测仪3。

在本方案中，通过上述的铰副组件及连接台306之间的机械联动及相互配合，通过输出第二线性自由度进行多端联动及其配合的形式，带动红外辐射检测仪3进行指定功能的运载及其驱动；

具体的，铰副组件中，并联机构2包括机架201及以环形阵列形式排布的三个铰副组件；铰副组件包括第二动力件202、传动带组件、第一铰臂204和第二铰臂205；第一铰臂204铰接于机架201；第二动力件202驱动传动带组件，传动带组件传动第一铰臂204旋转调节于机架201，第一铰臂204的另一端铰接于第二铰臂205的一端；第二铰臂205的另一端铰接于连接台306的外部；在使用时，第二动力件202通过传动带组件驱动第一铰臂204进行角度调节，第一铰臂204带动第二铰臂205驱动于连接架306的一端。多个第二动力件202驱动第一铰臂204进行角度调节，进而能够控制连接台206进行万向角度调节；具体的，其角度参数基于不同的第二动力件202输出不同的行程量决定。通过上述驱动模式，能够为检测组件3的检测方位提供更多空间调节的实施措施；

优选的，第二动力件202优选为第二伺服电机，传动带组件为同步带组件203；同步带组件203包括相互啮合的主动齿轮、从动齿轮和齿形带；从动齿轮由第二伺服电机的输出轴固定连接，主动齿轮与第一铰臂204固定连接。第二伺服电机驱动从动齿轮旋转，通过齿形带驱动主动轮旋转，实现上述驱动。

需要指出的是，在本具体实施方式中，选用同步带组件203在工作时不需要滑动，有准确的传动比；同时传动比范围大，结构紧凑；传动效率高，节能效果佳。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3：红外辐射检测仪3是本装置的核心检测元件，其基于红外光谱法实现；

红外光谱法可以通过检测物体辐射出的红外辐射来推算物体的表面温度，从而确定物体的流动速度。物体表面温度与其辐射出的红外辐射之间存在着一定的关系，因此可以通过斯蒂芬-波尔兹曼定律进行描述。

P＝εσA(T^4)

其中，P是物体单位时间内辐射的功率，ε是物体的辐射率，σ是斯蒂芬-波尔兹曼常数，A是物体表面积，T是物体表面温度。该公式描述了物体辐射功率与物体表面温度之间的关系，即物体表面温度越高，辐射功率越大。当物体流动时，其表面温度也会随之变化，因此通过红外光谱法可以监测物体表面温度的变化，从而推算物体的流动速度。具体而言，红外相机可以将物体表面辐射出的红外辐射图像转换为数字信号，并通过计算分析获得物体表面温度分布图像。通过比较物体表面不同区域的温度分布图像，可以获得物体流动速度的信息

因此可以理解的是，上述PLC控制器与红外辐射检测仪3之间，还需要一个数字转换器(ADC)进行连接，以转换数字信号。

示例性的：假设现在进行消失模铸造组合式砂箱的浇注温度和流速检测，具体参数如下：

砂型尺寸：200mm×200mm×100mm；

铝液浇注温度：700℃；

浇注口直径：20mm；

浇注时间：10秒；

测量距离：100mm；

红外辐射检测仪3灵敏度：0.08℃；

红外辐射检测仪3光谱范围：8-14μm；

红外辐射检测仪3的激光器波长：1.55μm；

红外辐射检测仪3的激光器功率：10mW；

视场角度：10°；

根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，浇注液辐射能量密度与其表面温度的关系为：

E＝σT^4

其中E为辐射能量密度，σ为斯蒂芬-波尔兹曼常量，T为表面温度。

可以测量浇注液表面的辐射能量密度，然后根据斯蒂芬-波尔兹曼定律计算出表面温度。

假设红外辐射检测仪3能够在0.01秒内获得足够的信号，可以将整个浇注过程划分成1000个时间间隔，每个时间间隔为0.01秒。

假设在第i个时间间隔内，浇注液的表面温度为Ti，外辐射检测仪3接收到的红外辐射强度为Ii。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律，可以得到：

Ei＝σTi^4

红外辐射检测仪3接收到的红外辐射强度可以表示为：

Ii＝EiAε

其中A为红外辐射检测仪3的感受面积，ε为红外辐射检测仪3的灵敏度。假设红外辐射检测仪3的感受面积为10mm×10mm，红外辐射检测仪3灵敏度为0.08℃，则：

Aε＝10×10×0.08＝8

因此：

Ti＝(Ii/σAε)^0.25

在上述场景中，通过红外光谱法检测浇注液表面的辐射温度，得到浇注温度T。

接下来，可以通过测量浇注液表面的多普勒移位来计算其流速。根据多普勒效应，当物体相对于观察者运动时，辐射出的光线会发生多普勒移位，其大小与物体的速度成正比。因此，可以通过测量浇注液表面的多普勒移位来计算其流速。

假设在测量中使用的激光器的波长为λ＝532nm，夹角为θ＝45度。此时，假设通过光谱分析技术测得浇注液表面的多普勒移位为Δλ＝0.1nm。代入公式：

流速v＝(Δλ·c)/(2·λ·cosθ)

其中，c为光速。代入数值后，可以得到浇注液的流速为v＝0.35m/s。

在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠市电进行供能；具体的，装置整体的电器元件与市电输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。

以上所述具体实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述具体实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

实施例

为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的示例性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。

本实施例基于上述具体实施方式中描述的相关原理，其中示例性应用时：

S1、将整体装置装配到指定位置，检测消失模铸造组合式砂箱的工艺；

S2、调节机构1和并联机构2之间进行联动，驱动红外辐射检测仪3对浇注液的不同方位进行温度与流速的检测。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于，包括调节机构(1)；

所述调节机构(1)输出第一线性自由度，用以调节并联机构(2)的方位；

所述并联机构(2)输出以环形阵列形式排布的第二线性自由度，用以共同调节检测件进行万向方位调节；

所述检测件用于检测浇铸区的红外辐射能量强度判断浇铸流速及其温度。

2.根据权利要求1所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述调节机构(1)包括桁架(101)、滑动配合于所述桁架(101)外表面的滑台(104)；

所述滑台(104)上安装有所述并联机构(2)；

所述滑台(104)的滑动由安装于所述桁架(101)上的线性模组输出所述第一线性自由度。

3.根据权利要求2所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述线性模组包括第一动力件(103)及由所述第一动力件(103)驱动的滚珠丝杠(102)；

所述第一动力件(103)驱动所述滚珠丝杠(102)的螺纹杆旋转，所述滚珠丝杠(102)的移动螺母与所述滑台(104)固定连接。

4.根据权利要求2所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述并联机构(2)包括机架(201)及以环形阵列形式排布的铰副组件，所述铰副组件均输出所述第二线性自由度并分别驱动连接台(306)的外部环形阵列的三个方位点，驱动所述连接台(306)进行万向角度调节；

所述连接台(306)的外表面安装有所述检测件。

5.根据权利要求4所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述并联机构(2)包括机架(201)及以环形阵列形式排布的三个铰副组件；

所述铰副组件包括第二动力件(202)、传动带组件、第一铰臂(204)和第二铰臂(205)；

所述第一铰臂(204)铰接于所述机架(201)；

所述第二动力件(202)驱动传动带组件，所述传动带组件传动所述第一铰臂(204)旋转调节于所述机架(201)，所述第一铰臂(204)的另一端铰接于所述第二铰臂(205)的一端；

所述第二铰臂(205)的另一端铰接于所述连接台(306)的外部。

6.根据权利要求5所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述传动带组件为同步带组件(203)；

所述同步带组件(203)包括相互啮合的主动齿轮、从动齿轮和齿形带；

所述从动齿轮由所述第二动力件(202)驱动，所述主动齿轮与所述第一铰臂(204)固定连接。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的消失模铸造组合式砂箱用工艺测试装置，其特征在于：所述检测件为红外辐射检测仪(3)。