本發(fā)明涉及增材制造，具體的涉及粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

1、目前現(xiàn)有的粉末床增材設(shè)備的基板在進(jìn)行手動調(diào)平時需要反復(fù)調(diào)整和測試，以找到最佳的基板位置，耗時較長且精度不高，進(jìn)而導(dǎo)致整體打印效率低下。此外，目前粉末床增材設(shè)備的鋪粉刮刀大多采用膠條，在安裝和更換膠條的過程中難免存在偏差導(dǎo)致膠條與基板平面不是平行狀態(tài)，導(dǎo)致鋪粉層表面不是水平狀態(tài)，進(jìn)而影響打印件的精度和質(zhì)量。有鑒于此上述問題，本案由此產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個目的是通過粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置及控制方法解決至少上述問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置包括設(shè)備支架、成型平臺、調(diào)平升降機(jī)構(gòu)、鋪粉刮刀、鋪粉機(jī)構(gòu)和刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述成型平臺的頂部設(shè)有基板，所述成型平臺通過調(diào)平升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降，所述鋪粉刮刀位于基板的上方，鋪粉刮刀通過鋪粉機(jī)構(gòu)進(jìn)行橫向移動、并通過刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)平。

3、優(yōu)選的，所述鋪粉機(jī)構(gòu)包括鋪粉絲桿滑臺和橫移支架，鋪粉絲桿滑臺由鋪粉伺服電機(jī)驅(qū)動，所述橫移支架與鋪粉絲桿滑臺的滑塊固接，所述鋪粉刮刀設(shè)置于所述橫移支架上，所述調(diào)平升降機(jī)構(gòu)包括多個升降調(diào)平支腿和激光測距模塊，所述升降調(diào)平支腿包括導(dǎo)軌、調(diào)平螺母、調(diào)平絲桿、調(diào)平連桿、彈簧和調(diào)平伺服電機(jī)，所述調(diào)平伺服電機(jī)驅(qū)動所述調(diào)平絲桿旋轉(zhuǎn)，所述導(dǎo)軌和調(diào)平絲桿平行布置，所述調(diào)平螺母與調(diào)平絲桿螺紋連接并與導(dǎo)軌滑動連接，所述調(diào)平連桿的下端與調(diào)平螺母通過浮動接頭連接、上端與成型平臺鉸接,所述彈簧的頂部與成型平臺固接、底部與調(diào)平螺母固接，所述激光測距模塊固設(shè)于橫移支架上。

4、優(yōu)選的，所述升降調(diào)平支腿設(shè)有四個、布置于成型平臺的四周。

5、優(yōu)選的，所述激光測距模塊包括三個激光位移傳感器，其中一個激光位移傳感器位于橫移支架的正中間，另外兩個激光位移傳感器對稱設(shè)置于橫移支架的兩側(cè)。

6、優(yōu)選的，所述刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)包括刮刀調(diào)整伺服電機(jī)、蝸桿、蝸輪、刀架、水平探測組件和角度傳感器，所述蝸桿和蝸輪可旋轉(zhuǎn)設(shè)置于橫移支架上，所述刮刀調(diào)整伺服電機(jī)驅(qū)動蝸桿旋轉(zhuǎn)，所述蝸桿和蝸輪嚙合，所述鋪粉刮刀固設(shè)刀架底部，所述刀架固設(shè)于蝸輪的轉(zhuǎn)軸上，所述水平探測組件用于探測鋪粉刮刀的水平狀態(tài)，所述角度傳感器設(shè)置于所述蝸輪的轉(zhuǎn)軸上。

7、優(yōu)選的，所述水平探測組件包括接觸位移傳感器、接觸橫桿和接觸絲桿滑臺，所述接觸絲桿滑臺固設(shè)于設(shè)備支架上，所述接觸橫桿水平固設(shè)于接觸絲桿滑臺的滑塊上，所述接觸位移傳感器設(shè)有兩個、對稱設(shè)置于接觸橫桿的兩端。

8、優(yōu)選的，還包括微調(diào)機(jī)構(gòu)，所述成型平臺還包括位于基板下方的托板，所述微調(diào)機(jī)構(gòu)包括上楔塊、下楔塊、水平位移傳感器、豎直位移傳感器、基板豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)絲桿、微調(diào)螺母、微調(diào)支撐桿和微調(diào)伺服電機(jī)，所述基板豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括豎直導(dǎo)向桿和豎直導(dǎo)向座，所述豎直導(dǎo)向桿和上楔塊的頂部均與基板固接，設(shè)有導(dǎo)向孔的豎直導(dǎo)向座固設(shè)于托板上，所述豎直導(dǎo)向桿的下端在所述導(dǎo)向孔內(nèi)滑動，所述下楔塊與托板通過燕尾槽滑動連接，所述微調(diào)螺母固設(shè)于下楔塊上，并與微調(diào)絲桿螺紋連接，所述微調(diào)伺服電機(jī)驅(qū)動微調(diào)絲桿旋轉(zhuǎn)，上楔塊的下表面和下楔塊的上表面為梯度相同的斜面，上楔塊和下楔塊通過斜面接觸配合并可沿著斜面相對滑動，水平位移傳感器和豎直位移傳感器固設(shè)于托板上、分別用于監(jiān)測下楔塊的水平運(yùn)動誤差以及基板和托板之間的豎直位移誤差，所述微調(diào)支撐桿的頂部與基板固定連接、底部與其中兩個對向布置的升降調(diào)平支腿的調(diào)平連桿和彈簧連接，另外兩個對向布置的升降調(diào)平支腿的調(diào)平連桿、彈簧與托板連接。

9、根據(jù)上述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制方法，包括如下步驟：

10、一、基板調(diào)平：通過激光位移傳感器對基板的定位點(diǎn)進(jìn)行測量，控制器分別讀取經(jīng)過a/d及濾波處理的激光位移傳感器的信號，對信號進(jìn)行判斷，計(jì)算出四個升降調(diào)平支腿的平均高度，控制器內(nèi)部程序運(yùn)算行程控制策略，產(chǎn)生控制信號并由dac送入調(diào)平伺服電機(jī)的驅(qū)動器，發(fā)送一定量的脈沖控制調(diào)平伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母副將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)平螺母的直線運(yùn)動，進(jìn)而將四個升降調(diào)平支腿調(diào)整至同一目標(biāo)高度，實(shí)現(xiàn)成型平臺的四點(diǎn)調(diào)平；

11、二、刮刀調(diào)平：鋪粉刮刀移動至接觸位移傳感器的正上方，接觸位移傳感器在接觸絲桿滑臺驅(qū)動下上升，直至一端或兩端的接觸位移傳感器接觸到鋪粉刮刀后停止，此時角度傳感器歸零，通過刮刀調(diào)整伺服電機(jī)驅(qū)動蝸桿旋轉(zhuǎn)，通過蝸輪蝸桿傳動帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)軸反向旋轉(zhuǎn)，直到另一端的接觸位移傳感器也接觸到鋪粉刮刀，通過角度傳感器記錄期間轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的角度，然后控制刮刀調(diào)整伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)一半的角度值，刮刀調(diào)平完成。

12、優(yōu)選的，所述激光位移傳感器的軟件控制方法如下：第一步，系統(tǒng)初始化，喚醒控制器與激光位移傳感器的連接，將激光位移傳感器的引腳拉高，完成激光位移傳感器的喚醒應(yīng)答；第二步，由控制器發(fā)送測距字符串，使激光位移傳感器能夠發(fā)射激光到基板；第三步，經(jīng)過激光位移傳感器的信號回收系統(tǒng)將回收到的光信號進(jìn)行處理計(jì)算，得到激光位移傳感器測得的到基板的距離；第四步，控制器將測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，然后等待下一個位置的計(jì)算；

13、伺服電機(jī)的軟件控制方法如下：首先確定伺服電機(jī)的初始位置，即對應(yīng)的定子位置，經(jīng)過控制器將激光位移傳感器反饋的距離取平均值，分別計(jì)算出基板每個點(diǎn)位的距離與平均值之間的差值，得到伺服電機(jī)的運(yùn)動距離，然后通過控制器處理轉(zhuǎn)換成伺服電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)的角度。

14、優(yōu)選的，所述粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制系統(tǒng)包括控制器、操作顯示面板、外部接口單元和采集模塊，所述控制器與操作顯示面板、外部接口單元信號連接，所述外部接口單元的輸出接口與調(diào)平伺服電機(jī)、刮刀調(diào)整伺服電機(jī)、微調(diào)伺服電機(jī)和鋪粉伺服電機(jī)的驅(qū)動器信號連接，激光位移傳感器、角度傳感器、接觸位移傳感器、水平位移傳感器、垂直位移傳感器通過采集模塊與外部接口單元的輸入接口進(jìn)行信號連接。

15、由上述描述可知，本發(fā)明提供的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置及控制方法具有如下有益效果：本發(fā)明通過在鋪粉刮刀結(jié)構(gòu)的前端增加激光測距模塊，對基板的四個定位點(diǎn)的距離進(jìn)行監(jiān)測，并在基板底部裝備有機(jī)電式4點(diǎn)調(diào)平升降裝置進(jìn)行調(diào)平，確?；迮c設(shè)備平臺保持平行；本發(fā)明還對基板的升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種主要由微調(diào)機(jī)構(gòu)、絲杠、伺服電機(jī)和檢測元件組成的宏/微式升降機(jī)構(gòu)，提高了工作臺在z軸方向的精準(zhǔn)位移；本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)，依靠傳感器反饋的信號，通過刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)將膠條底部調(diào)整至與基板平行，保證鋪粉層的均勻性與水平度，以提高打印件的質(zhì)量和打印效率。

技術(shù)特征：

1.粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：包括設(shè)備支架、成型平臺、調(diào)平升降機(jī)構(gòu)、鋪粉刮刀、鋪粉機(jī)構(gòu)和刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述成型平臺的頂部設(shè)有基板，所述成型平臺通過調(diào)平升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降，所述鋪粉刮刀位于基板的上方，所述鋪粉刮刀通過鋪粉機(jī)構(gòu)進(jìn)行橫向移動、并通過刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)平，所述鋪粉機(jī)構(gòu)包括鋪粉絲桿滑臺和橫移支架，所述鋪粉絲桿滑臺由鋪粉伺服電機(jī)驅(qū)動，所述橫移支架與鋪粉絲桿滑臺的滑塊固接，所述鋪粉刮刀設(shè)置于所述橫移支架上，所述調(diào)平升降機(jī)構(gòu)包括多個升降調(diào)平支腿和激光測距模塊，所述升降調(diào)平支腿包括導(dǎo)軌、調(diào)平螺母、調(diào)平絲桿、調(diào)平連桿、彈簧和調(diào)平伺服電機(jī)，所述調(diào)平伺服電機(jī)驅(qū)動所述調(diào)平絲桿旋轉(zhuǎn)，所述導(dǎo)軌和調(diào)平絲桿平行布置，所述調(diào)平螺母與調(diào)平絲桿螺紋連接并與導(dǎo)軌滑動連接，所述調(diào)平連桿的下端與調(diào)平螺母通過浮動接頭連接、上端與成型平臺鉸接,所述彈簧的頂部與成型平臺固接、底部與調(diào)平螺母固接，所述激光測距模塊固設(shè)于橫移支架上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：所述升降調(diào)平支腿設(shè)有四個、布置于成型平臺的四周。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：所述激光測距模塊包括三個激光位移傳感器，其中一個激光位移傳感器位于橫移支架的正中間，另外兩個激光位移傳感器對稱設(shè)置于橫移支架的兩側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：所述刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)包括刮刀調(diào)整伺服電機(jī)、蝸桿、蝸輪、刀架、水平探測組件和角度傳感器，所述蝸桿和蝸輪可旋轉(zhuǎn)設(shè)置于橫移支架上，所述刮刀調(diào)整伺服電機(jī)驅(qū)動蝸桿旋轉(zhuǎn)，所述蝸桿和蝸輪嚙合，所述鋪粉刮刀固設(shè)刀架底部，所述刀架固設(shè)于蝸輪的轉(zhuǎn)軸上，所述水平探測組件用于探測鋪粉刮刀的水平狀態(tài)，所述角度傳感器設(shè)置于所述蝸輪的轉(zhuǎn)軸上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：所述水平探測組件包括接觸位移傳感器、接觸橫桿和接觸絲桿滑臺，所述接觸絲桿滑臺固設(shè)于設(shè)備支架上，所述接觸橫桿水平固設(shè)于接觸絲桿滑臺的滑塊上，所述接觸位移傳感器設(shè)有兩個、對稱設(shè)置于接觸橫桿的兩端。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置，其特征在于：還包括微調(diào)機(jī)構(gòu)，所述成型平臺還包括位于基板下方的托板，所述微調(diào)機(jī)構(gòu)包括上楔塊、下楔塊、水平位移傳感器、豎直位移傳感器、基板豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)絲桿、微調(diào)螺母、微調(diào)支撐桿和微調(diào)伺服電機(jī)，所述基板豎直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括豎直導(dǎo)向桿和豎直導(dǎo)向座，所述豎直導(dǎo)向桿和上楔塊的頂部均與基板固接，設(shè)有導(dǎo)向孔的豎直導(dǎo)向座固設(shè)于托板上，所述豎直導(dǎo)向桿的下端在所述導(dǎo)向孔內(nèi)滑動，所述下楔塊與托板通過燕尾槽滑動連接，所述微調(diào)螺母固設(shè)于下楔塊上，并與微調(diào)絲桿螺紋連接，所述微調(diào)伺服電機(jī)驅(qū)動微調(diào)絲桿旋轉(zhuǎn)，上楔塊的下表面和下楔塊的上表面為梯度相同的斜面，上楔塊和下楔塊通過斜面接觸配合并可沿著斜面相對滑動，水平位移傳感器和豎直位移傳感器固設(shè)于托板上、分別用于監(jiān)測下楔塊的水平運(yùn)動誤差以及基板和托板之間的豎直位移誤差，所述微調(diào)支撐桿的頂部與基板固定連接、底部與其中兩個對向布置的升降調(diào)平支腿的調(diào)平連桿和彈簧連接，另外兩個對向布置的升降調(diào)平支腿的調(diào)平連桿、彈簧與托板連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制方法，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制方法，其特征在于：所述粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置的控制系統(tǒng)包括控制器、操作顯示面板、外部接口單元和采集模塊，所述控制器與操作顯示面板、外部接口單元信號連接，所述外部接口單元的輸出接口與調(diào)平伺服電機(jī)、刮刀調(diào)整伺服電機(jī)、微調(diào)伺服電機(jī)和鋪粉伺服電機(jī)的驅(qū)動器信號連接，激光位移傳感器、角度傳感器、接觸位移傳感器、水平位移傳感器、垂直位移傳感器通過采集模塊與外部接口單元的輸入接口進(jìn)行信號連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉末床增材設(shè)備的智能調(diào)平裝置及控制方法，智能調(diào)平裝置包括設(shè)備支架、成型平臺、調(diào)平升降機(jī)構(gòu)、鋪粉刮刀、鋪粉機(jī)構(gòu)和刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過在鋪粉刮刀結(jié)構(gòu)的前端增加激光測距模塊，對基板的四個定位點(diǎn)的距離進(jìn)行監(jiān)測，并在基板底部裝備有機(jī)電式4點(diǎn)調(diào)平升降裝置進(jìn)行調(diào)平，確?；迮c設(shè)備平臺保持平行；通過刮刀調(diào)整機(jī)構(gòu)，依靠傳感器反饋的信號，將膠條底部調(diào)整至與基板平行，保證鋪粉層的均勻性與水平度，以提高打印件的質(zhì)量和打印效率。

技術(shù)研發(fā)人員：高善平,王浩杰,林曉梅,杜月香,王忠達(dá),林焰東,鄭開魁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：泉州信息工程學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19