专利名称：喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统及检测方法
技术领域：
本发明属于金属材料的制造技术，涉及一种喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统及检测方法。
背景技术：
在金属材料的喷射成形过程中，锭坯是半固态金属物质不断地沉积生长而形成的，锭坯尺寸(直径、高度)以及沉积参数(沉积面高度位置)是反映喷射成形宏观效果的重要指标以及对工艺参数进行动态调整的主要依据之一，因此，沉积锭坯动态尺寸检测是喷射成形领域中的一个关键技术。理想的喷射沉积状态下，沉积锭坯为一直径均勻圆柱体，且沉积面高度位置不变， 但实际喷射过程中，由于各工艺参数的随机扰动，以及收集器的回缩运动，难以保证回缩速度和沉积速度始终一致，从而造成了 (1)沉积面高度会发生动态变化；(2)锭坯圆度误差；沉积表面的平面度误差。传统喷射成形设备的尺寸检测系统在生产过程中主要存在以下问题(1)对于当前沉积面处的直径的测量，需要使激光测距传感器测量点始终保持在当前沉积面位置，而在沉积盘逐渐下降过程中由于沉积面位置的波动，使得测量点的定位精度的提高存在困难；(2)由于成形过程中锭坯的圆度误差和沉积面的平面度误差的影响，限制了直径检测精度和沉积面高度检测精度的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以对喷射成形过程中的坯料尺寸进行实时监测、测量精度高的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统及检测方法。本发明的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统包括有沉积室，沉积室内设置有可旋转和升降的收集器回缩筒，收集器回缩筒上端设置可随其旋转和升降的沉积盘， 沉积盘上方一侧设置可雾化喷射液态金属材料的雾化器；所述沉积室外部设置有沉积面位置激光测距传感器、底部激光测距传感器和直径激光测距传感器，所述的三个传感器均连接至一个PLC控制器及I/O模块；所述沉积面位置激光测距传感器位于沉积盘上方，其测量光线与沉积盘垂直，沉积面位置激光测距传感器与沉积盘之间的沉积室壳体上设置有可透射光线的石英玻璃；所述底部激光测距传感器位于收集器回缩筒的下端面下方，其测量光线与收集器回缩筒的下端面垂直；所述直径激光测距传感器位于沉积室一侧，其测量光线所在直线经过并垂直于沉积盘的中心线，直径激光测距传感器由一个伺服电机驱动升降。所述伺服电机通过丝杠螺母机构驱动直径激光测距传感器。所述PLC控制器及I/O模块连接有可与之交换信息的触摸屏。本发明的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测方法是在喷射成形过程中，使用上述喷射成形圆柱锭坯动态尺寸在线检测系统，
a.利用沉积面位置激光测距传感器测量锭坯当前的沉积面与沉积面位置激光测距传感器之间的高度距离h ；
4b.利用底部激光测距传感器测量收集器回缩筒下端面与底部激光测距传感器之间的高度距离hl，再结合沉积面位置激光测距传感器与底部激光测距传感器之间的固定高度距离H和沉积盘上表面与收集器回缩筒下端面之间的固定高度距离H1，计算获得当前的锭坯
高度
权利要求
1.一种喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统，它包括有沉积室(9)，沉积室内设置有可旋转和升降的收集器回缩筒(10)，收集器回缩筒上端设置可随其旋转和升降的沉积盘(12)，沉积盘上方一侧设置雾化器(13)，其特征是所述沉积室(9)外部设置有沉积面位置激光测距传感器(1)、底部激光测距传感器( 和直径激光测距传感器(3)，所述的三个传感器均连接至一个PLC控制器及I/O模块(6)；所述沉积面位置激光测距传感器(1)位于沉积盘上方，其测量光线与沉积盘垂直，沉积面位置激光测距传感器(1)与沉积盘之间的沉积室壳体上设置有可透射光线的石英玻璃(7)；所述底部激光测距传感器( 位于收集器回缩筒(10)的下端面下方，其测量光线与收集器回缩筒的下端面垂直；所述直径激光测距传感器(3)位于沉积室一侧，其测量光线所在直线经过并垂直于沉积盘的中心线，直径激光测距传感器(3)由伺服电机( 驱动升降。
2.根据权利要求1所述的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统，其特征是所述伺服电机( 通过丝杠螺母机构(4)驱动直径激光测距传感器(3)。
3.根据权利要求1所述的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统，其特征是所述PLC控制器及I/O模块(6)连接有可与之交换信息的触摸屏(16)。
4.一种喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测方法，其特征是在喷射成形过程中， 使用上述喷射成形圆柱锭坯动态尺寸在线检测系统，a.利用沉积面位置激光测距传感器(1)测量锭坯当前的沉积面与沉积面位置激光测距传感器之间的高度距离h;b.利用底部激光测距传感器( 测量收集器回缩筒下端面与底部激光测距传感器之间的高度距离hl，再结合沉积面位置激光测距传感器与底部激光测距传感器之间的固定高度距离H和沉积盘上表面与收集器回缩筒下端面之间的固定高度距离H1，计算获得当前的锭坯高度1 = H-Hfh-hi ；c.利用直径激光测距传感器( 对锭坯当前沉积面下方设定距离的测量点进行测量， 获得直径激光测距传感器与锭坯轮廓之间的距离S，然后结合直径激光测距传感器与沉积盘中心线之间的固定距离L，计算获得锭坯直径d = (L-S) ；d.当锭坯当前的沉积面高度位置发生变化，使直径激光测距传感器的测量点高度偏离沉积面下方设定距离时，由沉积面位置激光测距传感器将测量信号发送至PLC控制器及I/ 0模块(6)，由PLC控制器及I/O模块对其进行处理并根据处理结果驱动直径激光测距传感器在高度方向上移动至当前沉积面下方设定距离。
5.根据权利要求4所述的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测方法，其特征是步骤a中，在锭坯旋转一周过程中，测量多个点，并取各个点测量值的平均值确定为测定的高度距离h，测量点数根据旋转速度和传感器的允许采样周期确定；设锭坯转速为ν (转 /分钟)，传感器允许采样周期为T(ms)，则测量点数《 = -T^r锭坯沉积面高度距离
6.根据权利要求4所述的喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测方法，其特征是步骤c中，在锭坯旋转一周过程中，测量多个点，并取各个点测量值的平均值确定为直径激光测距传感器与锭坯轮廓之间的距离S，测量点数根据旋转速度和传感器的允许采样周期确1000*V定，设锭坯转速为V (转/分钟)，传感器允许采样周期为T (ms)，则测量点数
全文摘要
本发明属于金属材料的制造技术，涉及一种喷射成形圆柱锭坯动态尺寸的在线检测系统及检测方法。其系统包括有沉积室，沉积室内设置有收集器回缩筒、沉积盘和雾化器；沉积室外部设置有沉积面位置激光测距传感器、底部激光测距传感器和直径激光测距传感器，它们均连接至PLC控制器及I/O模块；沉积面位置激光测距传感器位于沉积盘上方，其测量光线与沉积盘垂直；底部激光测距传感器位于收集器回缩筒的下端面下方，其测量光线与收集器回缩筒的下端面垂直；直径激光测距传感器位于沉积室一侧，其测量光线所在直线经过并垂直于沉积盘的中心线，直径激光测距传感器由伺服电机驱动升降。本发明系统结构合理、测量精度高。
文档编号G01B11/02GK102506732SQ201110336960
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者张捷, 张豪, 杨建忠, 蒋慧 申请人:江苏豪然喷射成形合金有限公司