KR20220043200A - 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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벤야민 바쓰
크리스티안 클레드빅
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디엠지 모리 울트라소닉 레이저테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 분말 클래딩에 앞서, 분말 질량 흐름은 분말 질량 결정 장치에 의해 설정되며 분말 질량 흐름 센서는 설정에 기초하여 보정된다. 그 다음 분말 스위치가 분말 질량의 전달을 방해하지 않고 분말 클래딩을 시작하도록 이용된다. 분말 클래딩 중에, 분말 질량 흐름이 분말 질량 흐름 센서에 의해서 모니터링된다.

Description

분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
분말 클래딩은 최근 몇 년 동안 적층 제조 공정으로서 점점 더 중요해지고 있다. 분말 클래딩의 경우, 분말은 목표화된 방식으로 레이저 가공 영역에 공급되며, 여기서 분말 조성, 특히 사용되는 재료 및 분말 입자 크기는 다양할 수 있다. 일부 제조 공정에서, 분말은 불활성기체 공기 중에서 도포될 수 있다.
균일한 도포 및 질적으로 균일한 표면 도포를 획득하기 위해, 가능한 한 일정한 분말 질량로 분말을 레이저 가공 영역에 운반하는 것이 필요하다. 분말 질량 흐름은, 예를 들어 분말 조성에 따라 달라질 수 있다.
WO 2015/155116 A1은 테스트 목적을 위해 분말 제트가 레이저 처리 영역 내의 다양한 개구를 통해서 통과되는 방법을 도시한다. 분말 질량 흐름을 결정하기 위해서, 분말 제트는 지정된 시간 동안 각각의 개구를 통해서 처리 영역으로 통과된다. 처리 영역으로 전달된 분말 제트는 측정 컵에 수집되고 수집된 분말 질량은 스케일을 이용하여 결정된다. 수집된 분말 질량을 이용하여, 관련 분말 제트를 갖는 개구가 레이저 증착 용접에 이용된다.
EP 1 950 001 A1은 소정 분말 질량이 지정된 시간에 걸쳐 고에너지 제트에 공급되는 방법을 개시한다. 그 결과 분말 질량이 수집되고 고에너지 제트에 대한 분말 제트의 위치가 수집된 분말 질량 및 지정된 값의 함수로서 조정된다. 이에 비추어, 본 발명의 목적은 분말 질량 흐름의 측정을 개선하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립청구항 제 1 항의 특징 및 독립청구항 제 10 항의 특징에 의해 달성된다. 종속청구항은 본 발명의 특정 실시예에 관한 것이다. 본 발명은 분말 클래딩용 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이 장치는 적어도 하나의 분말 계량 장치, 제어 유닛, 분말 질량 흐름 센서, 분말 질량 결정 장치 및 분말 스위치를 포함한다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 분말 계량 장치는, 예를 들어 하나 이상의 컨베이어 벨트, 하나 이상의 핀치 밸브, 하나 이상의 컨베이어 디스크, 및/또는 하나 이상의 스크류 컨베이어를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 복수의 제어 유닛으로 구성될 수 있다. 제어 유닛은 예를 들어 하나 이상의 아날로그 및/또는 디지털 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛은 적어도 하나의 입력 파라미터의 함수로서 하나 이상의 출력 파라미터를 제어하도록 구성될 수 있다.
분말 질량 흐름 센서는 예를 들어 중량 측정, 방사선 감쇠 측정, 반사 측정 등을 통해 분말 질량 흐름을 결정하도록 구성될 수 있다.
분말 스위치는 제어에 따라 서로 다른 소비자에게 분말 질량 흐름을 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 소비자는 예를 들어 분말 질량 결정 장치 및/또는 프로세스 헤드와 같은 스케일(scale)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 분말 계량 장치는 분말 스위치에 따라 분말 질량 흐름 센서를 통해 스케일 및/또는 프로세스 헤드에 분말 질량을 공급하도록 구성된다. 이것은 분말 질량이 프로세스 헤드에 공급되지 않고 분말 질량 흐름이 조정될 수 있다는 장점을 가진다. 반면에, 한번 분말 질량 흐름이 설정되었으면(작업 준비), 분말 질량 흐름이 중단되지 않으므로 분말 클래딩으로 전환하기 쉽다. 공급의 중단은 특히 전원을 켤 때 분말 질량 공급의 변동으로 이어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 제어 유닛은 스케일에 의해 측정된 분말 질량 흐름에 기초하여 분말 질량 흐름 센서를 보정하도록 구성된다. 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 분말 질량 클래딩 동안 분말 질량 흐름이 모니터링될 수 있다. 분말 질량, 특히 재료 및/또는 보호 기체 조성의 변화가 분말 질량 흐름 센서에 의해 분말 질량 흐름의 감각 검출에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 분말 질량 흐름 센서의 보정은 분말 질량 흐름을 모니터링할 때 정확도를 높일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 스케일에 의해 측정된 분말 질량 흐름 및 지정된 분말 질량 흐름에 기초하여 분말 계량 장치를 조정하도록 구성될 수 있다. 이것은 지정된 분말 질량 흐름에 대한 분말 질량 흐름의 정확한 조정이 특히 분말 클래딩 이전에 현장에서 가능하다는 이점을 가진다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름 및 지정된 분말 질량 흐름에 기초하여 분말 계량 장치를 조정하도록 구성될 수 있다. 이것은 특히 분말 클래딩 동안 분말 질량 흐름이 모니터링될 수 있다는 이점을 가진다. 분말 질량 흐름 센서가 분말 클래딩 이전에 스케일을 이용하여 보정될 수 있기 때문에, 분말 클래딩 동안 현장에서 정확한 분말 질량 흐름 모니터링이 가능하다.
특히 효율적인 실시예에서, 이 장치는 기체 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리하기 위한 원심 분리기, 중력 분리기 및/또는 분말 스위치와 스케일 사이의 관성 분리기를 포함하다. 기체 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리하기 위해 다른 방법을 사용하는 것도 고려될 수 있다. 기체 또는 기체 혼합물로부터의 분말 질량의 분리는 스케일을 이용하여 분말 질량 흐름을 보다 정확하게 측정할 수 있다는 이점을 가진다. 예를 들어, 차폐 기체 헬륨은 공기보다 낮은 밀도를 가짐으로써 공기가 채워진 환경에서 상승하게 한다. 그 결과, 예를 들어 기체의 부력 또는 기체의 질량으로 인해 스케일로부터의 측정 결과가 왜곡될 수 있다. 기체 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리하는 것은 측정 결과의 이러한 왜곡을 방지할 수 있다.
특히 강력한 실시예에서, 제어 유닛은 하나 이상의 핀치 밸브를 통해 분말 질량 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다. 핀치 밸브는 특히 막힘에 강하고 압력 서지(pressure surge)가 다른 조절 밸브에 비해 감소된다는 장점을 가진다. 특히 제어 루프의 경우, 분말 질량 흐름을 목표 유량으로 제어하여 진동이 억제될 수 있으며 따라서 침전 시간이 단축될 수 있다.
특히 비용 효율적인 실시예에서, 스케일은 시간 간격으로 침착된 고체의 질량을 측정함으로써 분말 질량 흐름을 측정하도록 구성될 수 있다. 시간 간격으로 분리된 고체의 질량 측정은 예를 들어 차이를 형성함으로써 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 스케일은 이러한 목적을 위해 재보정될 수 있거나 영점이 그에 따라 조정될 수 있다. 정확도는 예를 들어 시간 간격을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 이것은 분말 질량 흐름이 적은 노력으로 비교적 정확하게 측정될 수 있다는 이점을 가진다.
특히 효율적인 실시예에서, 제어 유닛은 작업 준비 모드에서 지정된 시간의 함수로서 단위 시간당 적어도 하나의 분말 계량 장치의 공급 속도를 설정하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 분말 질량 흐름 및 스케일에 의해 측정된 분말 질량 흐름의 함수로서 그리고 지정된 분말 질량 흐름 및/또는 스케일에 의해 측정된 분말 질량 흐름의 함수로서 분말 질량 흐름 센서 보정. 이것은 분말 클래딩 전에 분말 질량 흐름이 분말 질량 측정 장치에 의해 정확하게 설정되고 분말 질량 흐름이 분말 클래딩 동안 모니터링된다는 이점을 가진다. 지정된 분말 질량 흐름으로 보정이 수행되기 때문에 공급된 분말 질량 흐름 모니터링의 정확도가 증가할 수 있으며, 특히 비선형 오류는 결과적으로 보정으로 더 잘 보상될 수 있다. 지정된 분말 질량 흐름에서 더 작은 편차를 갖는 분말 질량 흐름은 분말 질량을 보다 균일하게 적용하고 분말 질량 적용의 품질을 향상시킨다.
특히 효율적인 실시예에서, 제어 유닛은 분말 클래딩을 수행하기 위해 적어도: 분말 질량 흐름 센서를 통해 분말 질량을 작업 모드에서 프로세스 헤드에 공급하도록 분말 스위치를 작동시키는 단계; 및 작업 모드에서 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 분말 질량 흐름을 모니터링하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다. 이것은 분말 대량 공급을 중단하지 않고 작업 준비 모드로부터 작업 모드로 전환할 수 있다는 장점을 가진다. 그 결과, 특히 작업 모드의 시작 시에 지정된 분말 질량 흐름 상에 공급된 분말 질량 흐름이 침전하는 것이 방지될 수 있다. 이것은 특히 분말 클래딩이 시작될 때 분말 질량 도포의 품질을 향상시킨다.
특히 자동화된 실시예에서, 제어 유닛은 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름과 지정된 분말 질량 흐름 사이의 편차가 지정된 값을 초과할 때 작업 모드로부터 작업 준비 모드로 전환하도록 구성될 수 있다. 이것은 분말 질량 축적이 지정된 분말 질량 도포로부터 너무 많이 벗어날 때 분말 클래딩이 중단된다는 이점을 가진다. 따라서 분말 질량 도포의 지정된 품질이 보장될 수 있다. 또한, 분말 질량 흐름은 다시 조정될 수 있고 및/또는 분말 질량 흐름 센서는 분말 질량 결정 장치를 이용하여 동시에 다시 보정될 수 있다. 이것은 또한 분말 질량 흐름 센서의 보정 오류가 간단한 방식으로 제거될 수 있다는 장점을 가진다. 이러한 방식으로, 분말 클래딩 동안에 원하는 분말 질량 흐름이 자동화된 방식으로 보장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이 장치는 다음 방법을 수행하도록 구성될 수 있다:
본 발명에 따른 방법은: 분말 질량을 공급하는 단계, 공급된 분말 질량의 분말 질량 흐름을 결정하는 단계, 결정된 분말 질량 흐름의 함수로서 분말 질량을 보정하는 단계, 분말 질량 흐름 센서를 통해 프로세스 헤드로의 사전결정된 분말 질량 흐름을 공급하는 단계 및 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 분말 질량 흐름을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 분말 질량 흐름은 스케일로 결정될 수 있다. 스케일은 사전결정된 시간 간격에 걸쳐 스케일 상에 침착된 분말 질량을 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이에 따라 영점을 설정하거나 또는 2개의 측정 결과 사이의 차이를 취함으로써 이것이 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 스케일은 분말 질량 리셉터클를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스케일은 분말 질량으로부터 분말 질량 리셉터클을 세척하도록 구성될 수 있다.
특히 정확한 실시예에서, 이 방법은 분말 질량 흐름을 결정하기 전에 기체 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 스케일에 의해 측정된 분말 질량 흐름이 기체 또는 기체 혼합물에 의해 왜곡되지 않는다는 장점을 가진다. 예를 들어, 헬륨은 공기보다 질량이 작기 때문에 공기가 채워진 공간에서 부력을 생성한다. 분말 질량이 예를 들어 차폐 기체로서 헬륨과 혼합될 때, 분말 질량이 헬륨으로부터 앞서 분리되지 않은 경우 스케일은 더 낮은 분말 질량 흐름을 측정할 것이다.
특히 비용 효율적인 실시예에서, 분말 질량 흐름은 스케일을 이용하여 측정될 수 있다.
특히 효율적인 실시예는 분말 질량 흐름의 결정 유닛으로부터 프로세스 헤드로 공급 방향을 변경하도록 분말 스위치를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 특히 분말 클래딩의 시작에서 분말 질량이 분말 클래딩 전에 균일한 분말 질량 흐름으로 결정 유닛에 공급되기 때문에 분말 질량 공급에서의 침전이 방지된다는 이점을 가진다.
특히 유리한 실시예에서, 단위 시간당 공급량은 공급된 분말 질량의 결정된 분말 질량 흐름의 함수 및 지정된 분말 질량 흐름의 함수로서 제어될 수 있다. 이것은 분말 클래딩 이전에 분말 질량 흐름을 비교적 정밀하게 조정/제어할 수 있다는 이점을 가진다. 실시예에 따라, 제어 유닛은 예를 들어 상응하는 아날로그 또는 디지털 폐쇄-루프 제어를 포함할 수 있다.
특히 유리한 실시예에서, 단위 시간당 공급량은 분말 질량 흐름 센서의 센서 값의 함수로서 그리고 지정된 분말 질량 흐름의 함수로서 조정될 수 있다. 이것은 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름에 따라 분말 클래딩 동안 공급된 분말 질량 흐름을 제어/조정할 수 있다는 이점을 가진다. 따라서, 공급된 분말 질량 흐름은 모니터링될 수 있을 뿐만 아니라 분말 클래딩 중에 조정될 수도 있다. 상응하는 조절/제어는 예를 들어 제어 유닛 및/또는 아날로그 또는 디지털 회로에 의해 구현될 수 있다.
특히 자동화된 실시예에서, 이 방법은 지정된 분말 질량 흐름으로부터 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름의 편차가 지정된 값을 초과하는 경우에 다시 수행될 수 있다. 공급된 분말 질량 흐름이 지정된 분말 질량 흐름으로부터 한계값보다 더 벗어난 것이 가정될 수 있는 경우, 이것은 분말 클래딩과 분말 질량 흐름 센서의 보정을 포함하여 분말 질량 흐름의 정확한 조정 사이에 자동화된 전환이 있다는 이점을 가진다. 지정된 분말 질량 흐름으로부터의 분말 질량 흐름의 편차가 지정된 값보다 작으면 분말 클래딩이 계속될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 공정 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분말 질량 흐름을 측정/결정하기 위한 방법의 공정 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
일부 실시예에서, 구성요소는 결합될 수 있고, 다수의 구성요소로 분할될 수 있고/있거나, 추가의 구성요소가 본 발명의 기능에 영향을 미치지 않으면서 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법 단계들은 순서가 전환되거나, 동시에 수행되거나, 결합 또는 분할될 수 있으며, 및/또는 본 발명에 따른 방법의 기능에 영향을 미치지 않으면서 추가의 단계가 추가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 도 1에서, 분말 질량 흐름은 실선 화살표로 개략적으로 도시되었다. 점선은 서로 다른 구성요소들 간의 신호 및/또는 데이터 교환을 위한 연결을 나타낸다. 신호 및/또는 데이터 전송을 위한 연결은 유선 및/또는 무선일 수 있다.
이러한 실시예에서, 분말 질량은 2개의 분말 계량 장치, 즉 분말 계량 장치(11a, 11b)에 의해 공급된다. 분말 계량 장치는 분말 질량 흐름을 생성하도록 구성된다. 분말 질량 흐름은 Y 연결부(13)에서 결합되어 공통 분말 질량 흐름을 형성한다. 분말 계량 장치가 있는 실시예에서, Y-연결부는 선택적으로 생략될 수 있다. 일부 실시예에서, 특히 장치가 다중 분말 계량 장치를 포함하는 경우, 장치는 다중 Y-연결부 및/또는 혼합기 또는 n-폴드 Y-연결부와 같은 대안을 포함할 수 있다.
이러한 방식으로 생성된 공통 분말 질량 흐름은 분말 질량 흐름 센서(14)를 통해 분말 스위치(15)로 라우팅된다. 분말 스위치(15)의 구동에 따라, 분말 스위치는 분말 질량 흐름을 프로세스 헤드(16) 및/또는 스케일(18)로 향하게 한다. 분말 스위치는 이 실시예에서 제어 유닛(20)에 의해 제어된다.
이러한 실시예에서, 분말 분리기(17)는 분말 스위치(15)와 스케일(16) 사이에 장착된다. I는 기체 또는 기체 혼합물, 특히 차폐 기체로부터 분말을 분리하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 장치(20)는 복수의 부분적으로 독립적인 제어 장치로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제어 장치는 분말 질량 흐름 센서(14)로부터의 센서 데이터의 함수로서 및/또는 스케일(18) 및 지정된 분말 질량 흐름으로부터의 데이터/신호의 함수로서 분말 계량 장치(11a, 11b)를 제어 및/또는 조절하도록 구성된다.
이러한 실시예에서, 제어 유닛(20)은 스케일(18) 및/또는 지정된 분말 질량 흐름으로부터의 데이터/신호의 함수로서 분말 질량 흐름 센서(14)를 보정하도록 추가로 구성된다. 스케일(18)은 예를 들어 시간 간격으로 스케일(18) 상에 침착된 분말 질량을 측정함으로써 분말 질량 흐름을 측정하도록 구성될 수 있다. 그 결과 측정된 분말 질량을 시간 간격의 길이로 나누어 분말 질량 흐름이 획득된다.
이러한 실시예에서, 제어 유닛은 프로세스 헤드를 제어하도록 구성된다. 프로세스 헤드는 한 방향, 두 방향 또는 세 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스 헤드는 분말 클래딩 동안 레이저 처리 영역에 사전결정된 에너지를 도입하도록 구성된 레이저 유닛을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 작업 준비 모드에서 분말 스위치에 의해 분말 질량 흐름 센서(14)를 통해 적어도 하나의 분말 계량 장치(11a, 11b)로부터 스케일로 분말 질량 흐름을 향하게 하도록 구성된다. 분말 질량은 스케일 상류에 장착된 선택적인 분말 질량 분리기에서 기체 및 기체 혼합물로부터 분리된다. 이러한 실시예에서, 제어 유닛은 지정된 분말 질량 흐름이 스케일(18)에 의해 측정되는 방식으로 적어도 하나의 분말 계량 장치(11a, 11b)를 조절 및 제어하도록 구성된다. 만약 그에 따라 적어도 하나의 분말 계량 장치가 조정되면, 분말 질량 흐름 센서(14)가 보정될 수 있다. 분말 질량 흐름 센서는 예를 들어 광학적으로, 복사에 의해 또는 분말 질량 흐름을 검출하기 위한 접촉에 의해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 분말 질량 흐름 센서의 센서 데이터는 보정에 따라 간단하게 조정된다.
분말 질량 흐름 센서의 보정 후에, 분말 클래딩이 이러한 실시예에서 수행될 수 있다. 이 실시예에서 작업 모드, 즉 분말 클래딩으로 전환하기 위해 분말 스위치(15)는 분말 질량 흐름이 스케일 대신 프로세스 헤드(16)에 공급되도록 제어 신호를 통해 작동된다. 이는 분말 질량 공급을 중단하지 않고 작업 준비 모드로부터 작업 모드로의 전환을 가능하게 한다.
분말 클래딩 동안, 분말 질량 흐름은 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 모니터링된다. 이것은 일정한 분말 질량 흐름을 보장한다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 지정된 분말 질량 흐름으로부터 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름의 편차가 지정된 한계값을 초과할 때 분말 클래딩을 차단하거나 중단하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 분말 스위치(15)는 분말 질량 흐름이 분말 스위치(15)로부터 스케일(18)로 공급되도록 제어 유닛(20)에 의해 작동될 수 있다. 그 다음 분말 질량 흐름은 스케일을 이용하여 다시 조정될 수 있으며 필요한 경우 분말 질량 흐름 센서가 보정될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 외부 신호, 예를 들어 분말 질량 침착을 확인하기 위한 센서로부터의 센서 신호에 기초하여 분말 클래딩을 차단하거나 중단하도록 구성될 수 있다. 일부 버전에서, 이것은 작업 모드로부터 작업 준비 모드로의 변경이 존재하거나 분말 클래딩이 중단되었음을 의미할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 프로세스 흐름도를 개략적으로 도시한다. 제 1 단계(S11)에서, 분말 질량이 공급된다. 분말 질량은 바람직하게는 분말 클래딩용 분말이 적합하다. 제 2 단계(S12)에서, 공급된 분말 질량의 분말 질량 흐름이 결정된다. 다음 단계(S13)에서, 결정된 분말 질량 흐름에 따라, 분말 질량 흐름이 지정된 허용오차 이상으로 지정된 분말 질량 흐름에서 벗어나는지 여부가 검사된다. 편차가 허용오차보다 크면, 단계(S14)를 통해 분말 질량의 공급이 조정되고 단계(S12)에서 분말 질량 흐름이 다시 결정된다. 편차가 허용오차 미만인 경우, 단계(S15)에서 분말 질량 흐름 센서가 결정된 분말 질량 흐름을 이용해 보정된다.
단계(S11) 내지 단계(S15)의 분말 클래딩 준비에 기초하여, 단계(S16)에서 분말 클래딩이 수행될 수 있다. 분말 클래딩 준비 단계에서 수행 단계(S16)로 전환하기 위해, 예를 들어 단계(S12)를 참조하여 분말 질량 흐름을 결정하기 위한 결정 유닛 대신 분말 클래딩 유닛의 프로세스 헤드로 공급 방향을 변경하도록 분말 스위치가 작동될 수 있다.
분말 클래딩(S16) 동안, 분말 질량 흐름은 단계(S16a, S17-S19)에서 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 모니터링된다. 단계(S16a)에서 분말 질량 흐름이 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된다. 단계(S17)에서, 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름으로부터의 분말 질량 흐름의 편차가 지정된 허용오차 값보다 큰지 여부가 검사된다. 편차가 더 크면, 분말 클래딩이 중단되고 프로세스는 분말 질량 흐름을 결정하는 단계(S12)로 계속된다. 실시예에 따라, 단계(S12) 내지 단계(S16)가 다시 수행되는 경우, 분말 질량 흐름 센서를 보정하는 단계(S15)는 스킵될 수 있다.
검출된 분말 질량 흐름과 지정된 분말 질량 흐름 사이의 편차가 허용 범위 내에 있는 경우, 단계(S18)에서 검출된 분말 질량 흐름이 지정된 값에 대응하는지 여부가 검사된다. 만약 검출된 분말 질량 흐름이 지정된 분말 질량 흐름에 대응하는 경우, 분말 클래딩의 실행은 단계(S16)으로 계속된다. 값이 일치하지 않으면, 분말 질량의 공급이 단계(S19)에서 조정되고 절차 또한 분말 클래딩을 수행하는 단계(S16)으로 이어진다.
일부 실시예에서, 지정된 분말 질량 흐름으로부터 검출된 분말 질량 흐름의 편차가 추가 허용오차 값 미만인 경우, 분말 클래딩을 수행하는 단계(S16)는 단계(S18) 이후에 계속될 수 있다. 그렇지 않으면, 이 절차는 분말 질량의 공급을 조정하는 단계(S19)로 계속된다. 일부 실시예에서, 단계(S17) 및 단계(S18)의 허용오차 값은 동일한 값을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 무엇보다도 분말 질량 흐름 센서를 이용한 분말 클래딩 동안에 분말 질량 흐름을 모니터링하는 것을 포함하는 단계(S16, S16a, S17-S19)는 추가 단계와 함께 상이한 순서로 수행될 수 있거나, 적어도 부분적으로 결합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분말 질량 흐름을 측정/결정하기 위한 방법의 프로세스 흐름도를 개략적으로 도시한다. 방법이 시작(S21)하면, 컨베이어 디스크 속도(n)로 단계(S22)에서 분말 질량 흐름(iist)이 생성된다. 이 실시예에서, 분말 계량 장치는 컨베이어 디스크이다. 이 실시예에서, 지정된 분말 질량 흐름(isoll)은 동시에 전달된다. 방법의 시작 후에, 측정 사이클(S24)이 시작된다.
스케일에 대한 분말 스위치가 작동되는 것을 포함하여 사이클이 막 시작되었는지 여부에 따라, 단계(S26) 또는 단계(S25)가 수행된다. 사이클이 정지 상태에서 시작되면, 이 예시적인 실시예에서 60초인 분말 컨베이어/분말 계량 장치의 안정화가 단계(S26)에서 대기된다. 스케일에 대한 분말 스위치가 작동되면, 이 예시적인 실시예에서 30초인 분말 스위치의 안정화 시간의 경과가 단계(S25)에서 대기된다. 분말 스위치가 작동되지 않았거나 분말 공급기가 정지 상태에서 활성화되지 않은 경우 단계(S25 및 S26)을 건너뛸 수 있다.
다음 단계(S27)에서, 분말 질량(m0)의 제 1 측정이 스케일 상에서 수행된다. 추가 단계(S28)에서, 이 예시적인 실시예에서 30초인 시간 간격/측정 기간(T)의 경과가 대기된다. 시간 간격/측정 기간(T) 동안, 분말 질량 흐름이 스케일에 공급된다. 그 다음 분말 질량(m1)의 제 2 측정이 단계(S29)에서 수행된다. 다음 단계(S30)에서, 분말 질량 흐름은 식 iist = (m1－m0)/T를 사용하여 결정된다.
추가 단계(S31)에서, 지정된 분말 질량 흐름으로부터 분말 질량 흐름(isoll)의 편차가 결정된다. 이 예시적인 실시예에서, 편차는 공식 |isoll - iist|/isoll을 사용하여 결정된다. 편차가 이 예시적인 실시예에서 1%인 지정된 허용오차 미만인 경우, 지정된 분말 질량 흐름(isoll)을 공급하기 위한 컨베이어 디스크 속도(nerf)는 컨베이어 디스크 속도(n)로 지정되고 분말 질량 흐름(i)의 측정/결정은 단계(S33)에서 완료될 수 있다.
만약 편차가 지정된 허용오차보다 크면, 컨베이어 디스크의 속도(n)가 단계(S34)에서 조정된다. 실시예에 따라, 이 예시적인 실시예에서 20초인 분말 계량 장치의 반응 시간의 경과는 단계(S24)에서 사이클이 다시 시작하기 전에 단계(S35)에서 대기될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 핀치 밸브(11a, 11b)는 분말 컨베이어(41a, 41b)에 의해 공급되는 분말을 계량한다. 결과적인 분말 스트림은 Y-연결부(13)에 의해 하나의 스트림으로 결합된다. 이 예시적인 실시예에서, 핀치 밸브는 하나 이상의 계량 장치를 구동하기 위한 방향 밸브를 통해 제어된다. 분말 질량 흐름은 Y-연결부(13)에서 분말 질량 흐름 센서(14)를 통해 분말 스위치(15)로 공급된다.
이 실시예에 도시된 바와 같이, 분말 스위치(15)는 분말 스위치(43)를 구동하기 위한 방향 밸브에 의해 제어될 수 있다. 가능한 위치는 분말 질량 흐름이 분말 수송(16a)을 통해 프로세스 헤드(16)에 공급되는 것이다. 다른 가능한 위치에서, 분말 질량 흐름은 스케일(18) 상으로 공급된다. 분말 분리기(17)는 스케일(18)과 분말 스위치(15) 사이의 공급 경로 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 계량 장치(42)를 구동하기 위한 방향 밸브, 분말 스위치를 제어하기 위한 방향 밸브, 스케일(18), 질량 흐름 센서(14), 분말 분리기 및/또는 프로세스 헤드는 예를 들어 하나 이상의 제어 유닛을 통해 서로에 연결될 수 있다.
제어 유닛은, 예를 들어 분말 질량 흐름 센서(14) 및/또는 스케일(18)에 의해 제공되는 데이터/신호에 기초하여 하나 이상의 계량 장치(42)를 구동하기 위한 방향 밸브를 이용하여 분말 질량 흐름을 제어/조절하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛은 분말 스위치를 구동하기 위한 방향 밸브에 의해 분말 스위치를 제어하고 따라서 분말 클래딩의 작업 준비 모드와 작업 모드 사이를 전환하도록 구성될 수 있다.
작업 준비 모드에서, 사전결정된 분말 질량 흐름은 스케일(18), 하나 이상의 계량 장치(42)를 구동하기 위한 방향 밸브 및 하나 이상의 계량 장치(11a, 11b)에 의해 조정될 수 있다. 분말 질량 흐름 센서(14)는 바람직하게는 분말 질량 흐름이 조정된 후에 보정될 수 있다. 그 다음 중단 없이 작업 모드로 전환하기 위해, 분말 스위치(43)를 구동하기 위한 방향 밸브를 작동함으로써 분말 질량 흐름가 프로세스 헤드(16)에 공급될 수 있다. 분말이 프로세스 헤드(16)로 공급되는 동안, 공급되는 질량 흐름은 분말 질량 흐름 센서(14)에 의해 모니터링될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 유닛은 자동으로 작업 준비 모드로 자동으로 전환하고 분말 질량 흐름 센서(14)가 지정된 값으로부터의 초과 편차를 검출할 때 분말 질량 흐름을 다시 조정하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 분말 클래딩 동안 제 1 배치로부터의 분말이 고갈되고 제 2 배치로부터 분말이 공급될 때, 분말 질량 흐름이 목표 값에 대응하는 것이 보장된다는 이점을 가진다.
11a, 11b: 분말 계량 장치
13: Y-연결부
14: 분말 질량 흐름 센서
15: 파우더 스위치
16: 프로세스 헤드
16a: 프로세스 헤드(16)로의 분말 이송
17: 분말 분리기
18: 스케일
20: 제어 유닛
41a, 41b: 분말 컨베이어
42: 하나 이상의 계량 장치를 구동하기 위한 방향 밸브
43: 파우더 스위치를 구동하기 위한 방향 밸브
iist: 측정/검출된 분말 질량 흐름
isoll: 지정된 분말 질량 흐름
T: 시간 간격/측정 지속시간
m0: 제 1 무게 측정
m1: 제 2 무게 측정
n: 컨베이어 디스크의 속도
nerf: isoll을 공급하기 위한 컨베이어 디스크 속도

Claims (16)

  1. 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하기 위한 장치(10)로서,
    - 적어도 하나의 분말 계량 장치(11a, 11b),
    - 제어 유닛(20)을 포함하고,
    상기 장치는
    - 분말 질량 흐름 센서(14),
    - 분말 질량 결정 장치(18), 및
    - 분말 스위치(15)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 분말 계량 장치(11a, 11b)는 상기 분말 질량 흐름 센서(14)를 통해 상기 분말 스위치(15)에 따라 분말 질량 결정 장치(18) 및/또는 프로세스 헤드(16)에 분말 질량을 공급하도록 구성되며,
    상기 제어 유닛(20)은 상기 분말 질량 결정 장치(18)에 의해 측정된 분말 질량 흐름에 기초하여 상기 분말 질량 흐름 센서(15)를 보정하도록 구성되는 것으로는 특징지어지는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 상기 분말 질량 결정 장치(18)에 의해 측정된 분말 질량 흐름 및 지정된 분말 질량 흐름에 기초하여 상기 분말 계량 장치(11a, 11b)를 조정하도록 구성되는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 상기 분말 질량 흐름 센서(14)에 의해 검출된 분말 질량 흐름 및 지정된 분말 질량 흐름에 기초하여 상기 분말 계량 장치(11a, 11b)를 조정하도록 구성되는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리하기 위한 상기 분말 스위치(15)와 상기 분말 질량 결정 장치(18) 사이의 원심 분리기, 중력 분리기 및/또는 관성 분리기(17)를 포함하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 하나 이상의 핀치 밸브(11a, 11b)를 통해 분말 질량 흐름을 제어하도록 구성되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분말 질량 결정 장치(18)는 시간간격으로 침착된 고체의 질량을 측정함으로써 분말 질량 흐름을 측정하도록 구성되는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 작업 준비 모드에서:
    - 지정된 분말 질량 흐름의 함수 및 상기 분말 질량 결정 장치(18)에 의해 측정된 분말 질량 흐름의 함수로서 단위 시간당 상기 적어도 하나의 분말 계량 장치(11a, 11b)의 공급량을 조정하는 단계, 및
    - 지정된 분말 질량 흐름의 함수 및/또는 상기 분말 질량 결정 장치(18)에 의해 측정된 분말 질량 흐름의 함수로서 상기 분말 질량 흐름 센서(14)를 보정하는 단계
    를 수행하도록 구성되는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 분말 클래딩을 수행하기 위해 적어도:
    - 작동 모드에서 상기 분말 질량 흐름 센서(14)를 통해 상기 프로세스 헤드(16)에 분말 질량을 공급하기 위해 상기 분말 스위치(15)를 작동시키는 단계, 및
    - 작동 모드에서 상기 분말 질량 흐름 센서(14)를 이용하여 분말 질량 흐름을 모니터링하는 단계
    를 실행하도록 구성되는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(20)은 상기 분말 질량 흐름 센서(14)에 의해 검출된 분말 질량 흐름과 지정된 분말 질량 흐름 사이의 편차가 지정된 값을 초과할 때 작업 모드로부터 작업 준비 모드로 전환하도록 구성되는, 장치.
  10. 분말 클래딩을 위한 분말 질량 흐름을 측정하는 방법으로서,
    분말 질량을 공급하는 단계,
    공급된 분말 질량의 분말 질량 흐름을 결정하는 단계,
    결정된 분말 질량 흐름의 함수로서 분말 질량 흐름 센서를 보정하는 단계,
    상기 분말 질량 흐름 센서를 통해 지정된 분말 질량 흐름을 갖는 분말 질량을 프로세스 헤드에 공급하는 단계, 및
    상기 분말 질량 흐름 센서를 이용하여 분말 질량 흐름을 모니터링하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    분말 질량 흐름을 결정하기 전에 기체 또는 기체 혼합물로부터 분말 질량을 분리하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    분말 질량 흐름은 스케일을 이용하여 측정되는, 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 방향을 분말 질량 흐름 결정 유닛으로부터 상기 프로세스 헤드로 변경하도록 분말 스위치를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단위 시간당 공급량은 공급된 분말 질량의 결정된 분말 질량 흐름의 함수 및 지정된 분말 질량 흐름의 함수로서 제어되는, 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단위 시간당 공급량은 상기 분말 질량 흐름 센서의 센서 값의 함수 및 지정된 분말 질량 흐름의 함수로서 조정되는, 방법.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 지정된 분말 질량 흐름으로부터 상기 분말 질량 흐름 센서에 의해 검출된 분말 질량 흐름의 편차가 지정된 값을 초과할 때 다시 수행되는, 방법.
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