一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左右直线导轨，左右直线导轨其中一端的两端点之间中间位置处设置有位移传感器，左右直线导轨内均设置有滚动钢球，两滚动钢球之间连接有连接杆，两滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，本发明专利技术解决了现有技术中存在的增材制造过程中被打印零件成形幅面尺寸过小，同时生产周期长且加工成本高、以及设备制造与维护成本高的问题。

A displacement positioning system and positioning method based on high energy beam scanning device

【技术实现步骤摘要】
一种基于高能束扫描装置的位移定位系统及定位方法
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，本专利技术还涉及基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法。
技术介绍
随着激光选区熔化(SLM)成形技术的不断发展，对于使用该工艺进行大型复杂结构零件成形技术的需求越来越迫切，现有的SLM技术仍然局限于被打印零件幅面尺寸处于600-800mm以内的现状。对于成形大幅面零件，现有的办法是：1.通过在SLM设备中增加固定的高能束扫描装置来实现，但随着被打印零件幅面尺寸的增大，会相应地增加生产和设备制造、维护成本；2.通过将大尺寸零件进行切分后分别打印成形，再通过冷等静压、热等静压扩散连接等后处理方法实现大尺寸零件的成形，其生产周期长，后处理工艺较精细复杂且相应人工和机加工成本较高。因此，通过使用较少的高能束扫描装置来成形大幅面复杂结构零件，在保证零件成形尺寸精度的同时，提高打印效率，减少生产工序，降低生产成本和设备制造与维护成本是行业内一直以来关注的焦点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，解决了现有技术中存在的增材制造过程中被打印零件成形幅面尺寸过小，同时生产周期长且加工成本高、以及设备制造与维护成本高的问题。本专利技术的另一目的是提供一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法。本专利技术所采用的第一技术方案是，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨和右直线导轨，左直线导轨和右直线导轨其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器，左直线导轨内设置有左滚动钢球，右直线导轨内设置有右滚动钢球，左滚动钢球和右滚动钢球之间连接有连接杆，左滚动钢球和右滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，高能束扫描装置与位移传感器在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，前场镜和后场镜形成的直线与所述高能束扫描装置的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜和后场镜形成的直线上方位置，高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置顶部。本专利技术第一技术方案的特点还在于，计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，高能束扫描装置发出的高能束为激光束。左直线导轨和右直线导轨的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器A、位置传感器B，位于右直线导轨两端的位置传感器分别为位置传感器C、位置传感器D，位置传感器A与位置传感器C处于同侧，位置传感器A、位置传感器B、位置传感器C、位置传感器D均与计算机控制系统连接。本专利技术所采用的第二技术方案是，利用基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，基于高能束扫描装置的位移包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨和右直线导轨，左直线导轨和右直线导轨其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器，左直线导轨内设置有左滚动钢球，右直线导轨内设置有右滚动钢球，左滚动钢球和右滚动钢球之间连接有连接杆，左滚动钢球和右滚动钢球均通过丝杠与电机连接，连接杆上设置有高能束扫描装置，高能束扫描装置与位移传感器在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜和后场镜，前场镜和后场镜形成的直线与所述高能束扫描装置的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜和后场镜形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置、位移传感器、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置顶部，计算机控制系统将位移传感器采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球继续运动或者停止运动，进而实现高能束扫描装置继续运动或者停止运动；当有两个及以上的高能束扫描装置进行扫描时，每个高能束扫描装置对应独立的信号输入通道、信号输出通道、执行输出机构；执行输出机构包括位移传感器、电机、左滚动钢球、右滚动钢球、高能束扫描装置。本专利技术第二技术方案的特点还在于，一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，具体按照以下步骤实施：当在一个模块内，高能束扫描装置将前场镜或后场镜区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球使高能束扫描装置沿X轴方向运动，位移传感器开始实时测量高能束扫描装置的实际运动距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置的停止运动命令，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，进而高能束扫描装置停止运动；当高能束扫描装置运动停止后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行该区域扫描成形；当后场镜或者前场镜区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球和右滚动钢球通过连接杆驱动高能束扫描装置开始运动至前场镜或者后场镜对应的场镜中心正上方位置，即理论距离d0时，停止运动并开始扫描；判断实时距离d1是否与理论运动距离d0相等：在高能束扫描装置运动过程中，位移传感器将测量的其实时运动距离d1的电信号通过信号输入通道输入给计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0相比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置：若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，直至d1＝d0时，计算机控制系统输出停止运动电信号输出至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球和右滚动钢球沿左直线导轨和右直线导轨运动，进而高能束扫描装置停止运动；若d1＝d0，位移传感器将此电信号传至计算机控制系统，计算机控制系统输出停止运动电信号至电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨(7)和右直线导轨(5)，左直线导轨(7)和右直线导轨(5)其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器(1)，所述左直线导轨(7)内设置有左滚动钢球(8)，右直线导轨(5)内设置有右滚动钢球(4)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)之间连接有连接杆(3)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)均通过丝杠与电机连接，连接杆(3)上设置有高能束扫描装置(2)，高能束扫描装置(2)与所述位移传感器(1)在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜(6)和后场镜(9)，前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线与所述高能束扫描装置(2)的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置(2)、位移传感器(1)、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置(2)之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置(2)顶部。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨(7)和右直线导轨(5)，左直线导轨(7)和右直线导轨(5)其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器(1)，所述左直线导轨(7)内设置有左滚动钢球(8)，右直线导轨(5)内设置有右滚动钢球(4)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)之间连接有连接杆(3)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)均通过丝杠与电机连接，连接杆(3)上设置有高能束扫描装置(2)，高能束扫描装置(2)与所述位移传感器(1)在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜(6)和后场镜(9)，前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线与所述高能束扫描装置(2)的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置(2)、位移传感器(1)、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置(2)之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置(2)顶部。


2.根据权利要求1所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，所述计算机控制系统为西门子S7系列PLC可编程逻辑控制器，所述高能束扫描装置(2)包括准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜，其中，准直镜、扩束镜、直角镜和扫描振镜均位于高能束扫描装置内部，准直镜依次连接扩束镜、直角镜和扫描振镜；当高能束扫描装置(2)到达理论距离d0时，计算机将开始扫描指令发送给光纤激光器，高能束发射器发射出的高能束依次经过准直镜，扩束镜，直角镜和扫描振镜，平行的高能束通过成形室顶部固定的场镜进入成形室并进行零件的扫描成形，所述高能束扫描装置(2)发出的高能束为激光束。


3.根据权利要求2所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统，其特征在于，所述左直线导轨(7)和右直线导轨(5)的两端位置处各布置有一个位置传感器，位于左直线导轨(7)两端的位置传感器分别为位置传感器A(10)、位置传感器B(12)，位于右直线导轨(5)两端的位置传感器分别为位置传感器C(11)、位置传感器D(13)，位置传感器A(10)与位置传感器C(11)处于同侧，位置传感器A(10)、位置传感器B(12)、位置传感器C(11)、位置传感器D(13)均与计算机控制系统连接。


4.一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，利用权利要求2所述的基于高能束扫描装置的位移定位系统实现，基于高能束扫描装置的位移包括设置于成形室上的若干高能束扫描模块，若干高能束扫描模块结构均相同，均包括平行设置于成形室上的左直线导轨(7)和右直线导轨(5)，左直线导轨(7)和右直线导轨(5)其中一端的两端点之间的中间位置处设置有位移传感器(1)，所述左直线导轨(7)内设置有左滚动钢球(8)，右直线导轨(5)内设置有右滚动钢球(4)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)之间连接有连接杆(3)，左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)均通过丝杠与电机连接，连接杆(3)上设置有高能束扫描装置(2)，高能束扫描装置(2)与所述位移传感器(1)在一条直线上，所述成形室顶部且在高能束扫描装置正下方位置还设置有前场镜(6)和后场镜(9)，前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线与所述高能束扫描装置(2)的滑动轨迹形成的平面平行，且滑动轨迹形成的平面位于前场镜(6)和后场镜(9)形成的直线上方位置，所述高能束扫描装置(2)、位移传感器(1)、电机还与计算机控制系统连接，计算机控制系统与高能束扫描装置(2)之间还设置有光纤激光器，光纤激光器位于高能束扫描装置(2)顶部，计算机控制系统将位移传感器(1)采集的实时运动距离d1通过与预设值d0进行比较并做出判断，并将继续运动或者停止运动指令以电信号形式输出至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)继续运动或者停止运动，进而实现高能束扫描装置(2)继续运动或者停止运动；当有两个及以上的高能束扫描装置(2)进行扫描时，每个高能束扫描装置(2)对应独立的信号输入通道、信号输出通道、执行输出机构；所述执行输出机构包括位移传感器(1)、电机、左滚动钢球(8)、右滚动钢球(4)、高能束扫描装置(2)。


5.根据权利要求4所述的一种基于高能束扫描装置的位移定位系统的定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
当在一个模块内，高能束扫描装置(2)将前场镜(6)或后场镜(9)区域扫描完成后，计算机控制系统收到扫描完成信号并输出开始运动电信号至电机，电机驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)使高能束扫描装置(2)沿X轴方向运动，位移传感器(1)开始实时测量高能束扫描装置(2)的实际运动距离d1，并将其位移信号输入至计算机控制系统，计算机控制系统收到d1电信号并将其与理论运动距离d0进行比较并做出判断，直至d1＝d0时，计算机控制系统发出高能束扫描装置(2)的停止运动命令，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而高能束扫描装置(2)停止运动；
当高能束扫描装置(2)运动停止后，光纤激光器开始扫描，当完成该切片层扫描后，成形平台下降一个层厚后并进行铺粉，且铺粉完成后，计算机控制系统将开始扫描指令发送给光纤激光器，并再次进行零件的扫描成形；当后场镜(9)或者前场镜(6)区域扫描完成后，计算机控制系统将开始运动指令输出至电机，电机带动丝杠开始运动，丝杠驱动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)通过连接杆(3)驱动高能束扫描装置(2)开始运动至前场镜(6)或者后场镜(9)对应的场镜中心正上方位置，即理论距离d0时，停止运动并开始扫描；
判断实时距离d1是否与理论运动距离d0相等：
在高能束扫描装置(2)运动过程中，位移传感器(1)将测量的其实时运动距离d1的电信号通过信号输入通道输入给计算机控制系统，计算机控制系统通过与其理论运动距离d0相比较，判断d1是否等于d0，并同时判定高能束扫描装置(2)是否已到达目的运动区域所对应的成形室上方固定的场镜中心点位置：
若d1<d0，则计算机控制系统通过信号输出通道将继续运动的电信号输出给电机，电机开始驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，直至d1＝d0时，计算机控制系统输出停止运动电信号输出至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而高能束扫描装置(2)停止运动；
若d1＝d0，位移传感器(1)将此电信号传至计算机控制系统，计算机控制系统输出停止运动电信号至电机，电机停止驱动丝杠带动左滚动钢球(8)和右滚动钢球(4)沿左直线导轨(7)和右直线导轨(5)运动，进而使高能束扫描装置(2)停止运动；
结束：
当高能束扫描装置(2)从后场镜(9)运动到前场镜(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕广明，史超，魏小波，牛雯，赵晓明，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61