一种激光式自反馈增材控制机器人

1.本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种激光式自反馈增材控制机器人。


背景技术：

2.激光选区熔化技术(selective laser melting，slm)是根据层级切割与堆叠原理，将铺平粉末利用高能激光束进行选择性熔化，以达到粉末金属逐层堆积成型，从而获得具有较低孔隙率、良好的力学性能制件的新型制造方式。
3.其中，铺粉是选择性激光熔化(slm)工艺的关键工艺，现有slm成形设备多以单程单刮刀铺粉为主，铺粉空程时间较长、铺粉质量较差；少数设备使用双向铺粉机构，但存在结构复杂、稳定性差等问题。同时，相关设备采用固定运动量程或定点撞块触发的方式控制运动状态切换与行进，使得状态切换慢、运动累计误差大、系统无自校位性能。为解决上述问题，本发明提供了一种结构简单的双刀双向激光式自反馈增材控制机器人。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种激光式自反馈增材控制机器人。
5.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
6.一种激光式自反馈增材控制机器人，包括基台，所述基台上设有成型腔，所述基台顶部设有刮刀铺粉机构，所述刮刀铺粉机构上方设有储粉落料机构，所述基台与所述刮刀铺粉机构之间设有用于驱动所述刮刀铺粉机构的往复驱动机构，所述刮刀铺粉机构包括顶部开口的储粉容器，所述储粉容器底部设有落粉口，所述储粉容器上设有与所述落粉口相配合的落粉门组件，所述储粉容器底部设有升降刮刀组件和升降压辊组件，所述储粉容器沿所述刮刀铺粉机构运动方向的一侧设有第一激光测距仪，所述第一激光测距仪沿所述刮刀铺粉机构运动方向设置，所述基台顶部一侧设有与所述第一激光测距仪相对设置的挡板；所述激光式自反馈增材控制机器人还包括控制器，所述第一激光测距仪、储粉落料机构、往复驱动机构、落粉门组件、升降刮刀组件和升降压辊组件分别与所述控制器信号连接，所述控制器能够根据所述第一激光测距仪的信号控制所述往复驱动机构，以及所述升降刮刀组件和升降压辊组件交替升降。
7.优选地，所述往复驱动机构为电动直线导轨机构。
8.优选地，所述落粉门组件包括落粉门，所述储粉容器上设有与所述落粉门滑动连接的滑槽，所述滑槽内设有第一弹簧和第一凸轮，所述第一弹簧两端分别与所述落粉门和滑槽内壁连接，所述第一凸轮与所述落粉门相抵，所述第一凸轮连接有用于驱动所述第一凸轮的第一电机。
9.优选地，所述升降刮刀组件包括刮刀和第一连接杆，所述储粉容器底部设有第一容纳腔，所述第一容纳腔内固定有与所述第一连接杆滑动配合的第一导向板，所述刮刀固定在所述第一连接杆底端，所述第一连接杆顶端设有第一滚子，所述第一容纳腔内设有第
二凸轮，所述第二凸轮与所述第一滚子相抵，且连接有与用于驱动所述第二凸轮的第二电机。
10.优选地，所述升降压辊组件包括压辊和第二连接杆，所述储粉容器底部设有第二容纳腔，所述第二容纳腔内固定有与所述第二连接杆滑动配合的第二导向板，所述辊轴设置在所述第二连接杆底端，所述第二连接杆顶端设有第二滚子，所述第二容纳腔内设有第三凸轮，所述第三凸轮与所述第二滚子相抵，且连接有与用于驱动所述第三凸轮的第三电机。
11.优选地，所述储粉落料机构包括储料斗，所述储料斗底端设有电动阀门。
12.优选地，所述储粉容器上还设有第二激光测距仪和第三激光测距仪，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪位于同一高度且均竖直朝下设置，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪沿垂直于所述刮刀铺粉机构运动方向的水平方向间隔设置，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪分别与所述控制器信号连接。
13.优选地，所述成型腔内设有升降底板，所述升降底板底部连接有伸缩元件，所述伸缩元件底端与所述基台固定连接。
14.优选地，所述基台上还设有回收腔，所述回收腔底端延伸至所述基台一侧，所述基台一侧铰接有回收腔门。
15.优选地，所述激光式自反馈增材控制机器人还包括设置在所述基台顶部的罩体，所述挡板为所述罩体的一部分。
16.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
17.本发明的激光式自反馈增材控制机器人通过第一激光测距仪实时检测与挡板之间的距离，控制器根据距离信号控制往返驱动机构往返，以及升降刮刀组件和升降压辊组交替升降，实现增材控制工作状态的简单快速切换，稳定性好且运动累计误差小。并且通过第二激光测距仪和第三激光测距实时检测，能够反应粉末铺层的平整度，提高打印件成型质量。
附图说明
18.图1为本发明的激光式自反馈增材控制机器人的内部结构示意图；
19.图2为本发明的激光式自反馈增材控制机器人的俯视图；
20.图3为本发明中的刮刀铺粉机构的结构示意图；
21.图4为图3中a部分的结构放大图；
22.图5为图3中b部分的结构放大图。
23.附图标记说明
24.1-基台，2-成型腔，3-刮刀铺粉机构，4-储粉落料机构，5-往复驱动机构，6-储粉容器，7-落粉口，8-第一激光测距仪，9-挡板，10-落粉门，11-滑槽，12-第一弹簧，13-第一凸轮，14-刮刀，15-第一连接杆，16-第一容纳腔，17-第一导向板，18-第一滚子，19-第二凸轮，20-压辊，21-第二连接杆，22-第二容纳腔，23-第二导向板，24-第二滚子，25-第三凸轮，26-储料斗，27-电动阀门，28-第二激光测距仪，29-第三激光测距仪，30-升降底板，31-伸缩元件，32-回收腔，33-回收腔门。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
26.如图1至图5所示，一种激光式自反馈增材控制机器人，包括基台1，所述基台1上设有成型腔2，所述基台1顶部设有刮刀铺粉机构3，所述刮刀铺粉机构3上方设有储粉落料机构4，所述基台1与所述刮刀铺粉机构3之间设有用于驱动所述刮刀铺粉机构3的往复驱动机构5，所述刮刀铺粉机构3包括顶部开口的储粉容器6，所述储粉容器6底部设有落粉口7，所述储粉容器6上设有与所述落粉口7相配合的落粉门组件，所述储粉容器6底部设有升降刮刀组件和升降压辊组件，所述储粉容器6沿所述刮刀铺粉机构3运动方向的一侧设有第一激光测距仪8，所述第一激光测距仪8沿所述刮刀铺粉机构3运动方向设置，所述基台1顶部一侧设有与所述第一激光测距仪8相对设置的挡板9；所述激光式自反馈增材控制机器人还包括控制器，所述第一激光测距仪8、储粉落料机构4、往复驱动机构5、落粉门组件、升降刮刀组件和升降压辊组件分别与所述控制器信号连接，所述控制器能够根据所述第一激光测距仪8的信号控制所述往复驱动机构5，以及所述升降刮刀组件和升降压辊组件交替升降。
27.具体地，本实施例中的激光式自反馈增材控制机器人不工作时，刮刀铺粉机构3位于储粉落料机构4正下方，挡板9和刮刀铺粉机构3分别位于成型腔2上方两侧。开始工作时，控制器控制储粉落料机构4落料，粉末落入刮刀铺粉机构3的储粉容器6中，储粉落料机构4落料到达设定时间后，控制器控制往复驱动机构5带动刮刀铺粉机构3开始朝向挡板9做前进运动，同时控制落粉门组件打开，升降刮刀组件下降，升降压辊组件上升，通过升降刮刀组件将从落粉口7下落的粉末刮平。在刮刀铺粉机构3前进的过程中，第一激光测距仪8实时检测与挡板9的距离，并将距离信号发送至控制器，当第一激光测距仪8实与挡板9的距离达到第一设定值时，控制器控制往复驱动机构5带动刮刀铺粉机构3返回，同时控制落粉门组件关闭，升降刮刀组件上升，升降压辊组件上下降，通过升降压辊组件将粉末压实。同样的，在刮刀铺粉机构3返回的过程中，第一激光测距仪8实时检测与挡板9的距离，并将距离信号发送至控制器，当第一激光测距仪8实与挡板9的距离达到第二设定值时，控制器控制往复驱动机构5带动刮刀铺粉机构3再次前进，按上述过程进行循环。
28.本实施例中的激光式自反馈增材控制机器人通过第一激光测距仪8实时检测与挡板9之间的距离，控制器根据距离信号控制往返驱动机构往返，以及升降刮刀组件和升降压辊20组交替升降，实现增材控制工作状态的简单快速切换，稳定性好且运动累计误差小。
29.在一些实施例中，所述往复驱动机构5为电动直线导轨机构，储粉容器6通过支架与电动直线导轨机构的滑块连接。电动直线导轨机构为现有技术，本实施例中不在赘述其结构和原理。
30.在一些实施例中，所述落粉门组件包括落粉门10，所述储粉容器6上设有与所述落粉门10滑动连接的滑槽11，所述滑槽11内设有第一弹簧12和第一凸轮13，所述第一弹簧12两端分别与所述落粉门10和滑槽11内壁连接，所述第一凸轮13与所述落粉门10相抵，所述第一凸轮13连接有用于驱动所述第一凸轮13的第一电机。其中，第一电机与控制器信号连接，第一弹簧12为拉伸弹簧，通过第一凸轮13的外轮廓，并在第一弹簧12的作用下，第一凸轮13转动能够实现落粉门10的开关动作。需要说明的是，落粉门组件并不限于上述形式，也
可以是其他形式。
31.在一些实施例中，所述升降刮刀组件包括刮刀14和第一连接杆15，所述储粉容器6底部设有第一容纳腔16，所述第一容纳腔16内固定有与所述第一连接杆15滑动配合的第一导向板17，所述刮刀14固定在所述第一连接杆15底端，所述第一连接杆15顶端设有第一滚子18，所述第一容纳腔16内设有第二凸轮19，所述第二凸轮19与所述第一滚子18相抵，且连接有与用于驱动所述第二凸轮19的第二电机。其中，第二电机与控制器信号连接，第一连接杆15竖直设置，第一滚子18设置在第二凸轮19的上方，第二凸轮19转动，能够带动第一滚子18升降，进而带动第一连接杆15和刮刀14升降。
32.在一些实施例中，所述升降压辊组件包括压辊20和第二连接杆21，所述储粉容器6底部设有第二容纳腔22，所述第二容纳腔22内固定有与所述第二连接杆21滑动配合的第二导向板23，所述辊轴设置在所述第二连接杆21底端，所述第二连接杆21顶端设有第二滚子24，所述第二容纳腔22内设有第三凸轮25，所述第三凸轮25与所述第二滚子24相抵，且连接有与用于驱动所述第三凸轮25的第三电机。本实施例中的升降压辊组件的升降原理的升降刮刀组件相同，本实施例中不再赘述。需要说明的是，本实施例中的升降刮刀组件和升降压辊组件依靠刮刀14和压辊20的重力完全可以实现对粉末的刮平和压实效果。
33.在一些实施例中，所述储粉落料机构4包括储料斗26，所述储料斗26底端设有电动阀门27，电动阀门27与控制器信号连接。
34.在一些实施例中，所述储粉容器6上还设有第二激光测距仪28和第三激光测距仪29，所述第二激光测距仪28和第三激光测距仪29位于同一高度且均竖直朝下设置，所述第二激光测距仪28和第三激光测距仪29沿垂直于所述刮刀铺粉机构3运动方向的水平方向间隔设置，所述第二激光测距仪28和第三激光测距仪29分别与所述控制器信号连接。具体地，第二激光测距仪28和第三激光测距仪29可与第一激光测距仪8设置在储粉容器6的同侧，本实施例中在储粉容器6一侧设置l型板，第一、二、三激光测距仪均设置在l型板上。在激光式自反馈增材控制机器人工作的过程中，第二激光测距仪28和第三激光测距仪29实时测量刮刀铺粉机构3两点处与基台1水平面间的距离，并通过距离信号的差值判断刮刀铺粉机构3的水平度，侧面反应成型腔2粉末铺层的平整度，并在距离信号的差值相差较大时为打印者预警，可设置报警器与控制器连接，若倾斜角度过大，在必要情况下提醒人工修正刮刀铺粉机构3的水平度，提高打印件成型质量。
35.在一些实施例中，所述成型腔2内设有升降底板30，所述升降底板30底部连接有伸缩元件31，所述伸缩元件31底端与所述基台1固定连接。当成型腔2处于工作状态，伸缩元件31带动升降底板30下降预定高度后，等待刮刀铺粉机构3铺粉与激光打印工作。
36.在一些实施例中，所述基台1上还设有回收腔32，所述回收腔32底端延伸至所述基台1一侧，所述基台1一侧铰接有回收腔门33，回收腔32用于回收多余粉末，但回收腔32内的粉末积累到一定量后，可打开回收腔门33，取出回收腔32内的粉末进行利用。
37.在一些实施例中，所述激光式自反馈增材控制机器人还包括设置在所述基台1顶部的罩体，所述挡板9为所述罩体的一部分。

技术特征：
1.一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于，包括基台，所述基台上设有成型腔，所述基台顶部设有刮刀铺粉机构，所述刮刀铺粉机构上方设有储粉落料机构，所述基台与所述刮刀铺粉机构之间设有用于驱动所述刮刀铺粉机构的往复驱动机构，所述刮刀铺粉机构包括顶部开口的储粉容器，所述储粉容器底部设有落粉口，所述储粉容器上设有与所述落粉口相配合的落粉门组件，所述储粉容器底部设有升降刮刀组件和升降压辊组件，所述储粉容器沿所述刮刀铺粉机构运动方向的一侧设有第一激光测距仪，所述第一激光测距仪沿所述刮刀铺粉机构运动方向设置，所述基台顶部一侧设有与所述第一激光测距仪相对设置的挡板；所述激光式自反馈增材控制机器人还包括控制器，所述第一激光测距仪、储粉落料机构、往复驱动机构、落粉门组件、升降刮刀组件和升降压辊组件分别与所述控制器信号连接，所述控制器能够根据所述第一激光测距仪的信号控制所述往复驱动机构，以及所述升降刮刀组件和升降压辊组件交替升降。2.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述往复驱动机构为电动直线导轨机构。3.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述落粉门组件包括落粉门，所述储粉容器上设有与所述落粉门滑动连接的滑槽，所述滑槽内设有第一弹簧和第一凸轮，所述第一弹簧两端分别与所述落粉门和滑槽内壁连接，所述第一凸轮与所述落粉门相抵，所述第一凸轮连接有用于驱动所述第一凸轮的第一电机。4.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述升降刮刀组件包括刮刀和第一连接杆，所述储粉容器底部设有第一容纳腔，所述第一容纳腔内固定有与所述第一连接杆滑动配合的第一导向板，所述刮刀固定在所述第一连接杆底端，所述第一连接杆顶端设有第一滚子，所述第一容纳腔内设有第二凸轮，所述第二凸轮与所述第一滚子相抵，且连接有与用于驱动所述第二凸轮的第二电机。5.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述升降压辊组件包括压辊和第二连接杆，所述储粉容器底部设有第二容纳腔，所述第二容纳腔内固定有与所述第二连接杆滑动配合的第二导向板，所述辊轴设置在所述第二连接杆底端，所述第二连接杆顶端设有第二滚子，所述第二容纳腔内设有第三凸轮，所述第三凸轮与所述第二滚子相抵，且连接有与用于驱动所述第三凸轮的第三电机。6.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述储粉落料机构包括储料斗，所述储料斗底端设有电动阀门。7.根据权利要求所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述储粉容器上还设有第二激光测距仪和第三激光测距仪，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪位于同一高度且均竖直朝下设置，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪沿垂直于所述刮刀铺粉机构运动方向的水平方向间隔设置，所述第二激光测距仪和第三激光测距仪分别与所述控制器信号连接。8.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述成型腔内设有升降底板，所述升降底板底部连接有伸缩元件，所述伸缩元件底端与所述基台固定连接。9.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述基台上还设有回收腔，所述回收腔底端延伸至所述基台一侧，所述基台一侧铰接有回收腔门。
10.根据权利要求1所述的一种激光式自反馈增材控制机器人，其特征在于：所述激光式自反馈增材控制机器人还包括设置在所述基台顶部的罩体，所述挡板为所述罩体的一部分。

技术总结
本发明提供了一种激光式自反馈增材控制机器人，基台顶部设有刮刀铺粉机构，基台与刮刀铺粉机构之间设有用于驱动刮刀铺粉机构的往复驱动机构，刮刀铺粉机构包括顶部开口的储粉容器，储粉容器上设有落粉门组件，储粉容器底部设有升降刮刀组件和升降压辊组件，储粉容器沿刮刀铺粉机构运动方向的一侧设有第一激光测距仪，基台顶部一侧设有挡板；还包括控制器，控制器根据第一激光测距仪的信号控制往复驱动机构，以及升降刮刀组件和升降压辊组交替升降。本发明通过第一激光测距仪实时检测与挡板之间的距离，控制器根据距离信号控制往返驱动机构，以及升降刮刀组件和升降压辊组件，实现增材控制工作状态的简单快速切换，稳定性好且运动累计误差小。且运动累计误差小。且运动累计误差小。


技术研发人员：赵黎鸣 时岩 李伟庆
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11