[发明专利]一种激光再制造用电容式粉末流量测量系统

说明书

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，特别是涉及一种激光再制造用电容式粉末流量检测系统。 

背景技术

目前，激光再制造作为一种新型的材料加工方法被广泛应用于工业制造的各个领域。激光再制造的基础是激光熔覆，而激光熔覆过程中熔覆层的质量(如表面粗糙度等)很大程度上取决于送粉过程是否稳定，此外，送粉率的精确控制也是制造梯度材料零件的基础。所以通过检测装置检测粉末在送粉管里的流量来反应送粉率的稳定与否，对实现粉末的闭环控制并进而提高表面熔覆质量具有重要意义。从国内的文献来看，为了提高粉末输送的稳定性和均匀性，国内学者主要做了以下四方面的工作： 

(1)通过研究送粉器和送粉头的结构来控制送粉的稳定性、均匀度或实现其他功能； 

(2)通过研究送粉过程中的工艺参数如粉末流量或研究熔覆层的性能来反求送粉的工艺参数； 

(3)通过数值模拟研究粉末流对激光熔覆过程的影响； 

(4)通过改变控制方法和控制策略来达到对送粉的要求。 

其中特别要指出的是，国内在粉末检测装置上的研究还是个空白，要想实现对送粉率的实时监测，进而实现对送粉流量的闭环控制。粉末流量检测装置是必不可少的。 

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种激光再制造用粉末流量测量系统，其通过电容传感器对粉末流量进行在线检测，来得知粉末的输送状态，进而实现对送粉流量的闭环控制。 

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案： 

一种激光再制造用电容式粉末流量测量系统，包括送粉器，送粉器通过电机控制送粉量，送粉器连接输送管，所述输送管包括一检测段，该检测段外面设置螺旋表面极板电容传感器，螺旋表面极板电容传感器连接充放电式测量电路，该测量电路与电机的控制器连接。 

作为优选，上述输送管的检测段的管路中心设有分流器。上述输送管的检测段内壁上设有导流槽。上述导流槽的形状为锯齿状、波浪状或V形槽，宽度至少为所述送粉器输送的粉末直径的3倍以上。 

作为优选，上述测量电路为基于CMOS工艺的充放电式检测电路。 

上述送粉器输送的粉末为2Cr13或者H13金属粉末。 

上述螺旋表面极板电容传感器为180°螺旋表面极板电容传感器。 

本发明由于采用了以上的技术方案，采用了螺旋表面极板电容传感器来检测粉末流量的变化，采用充放电式测量电路拾取信号并连接送粉器的流量控制装置，从而实现对送粉流量的闭环控制。并且，以2Cr13和H13金属粉末作为输送介质进行测试试验，结果表明以H13粉末为输送介质的情况下获得很好的检测效果，在粉末流量变化大于1g/min时具有较好的分辨率，因而该系统精度完全满足激光再制造熔覆工艺的精度要求。 

附图说明

图1是本发明的连接结构示意图； 

图2是电容传感器的结构示意图； 

图3是本发明的测量原理图； 

图4是分流器的顶部剖视图； 

图5是本发明的测量电路图； 

图6是本发明的粉末流量-占空比曲线图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。 

实施例1： 

如图1所示的一种激光再制造用电容式粉末流量测量系统，包括送粉器7，送粉器7上设有料斗6，送粉器7由电机5控制送粉量，送粉器7下面通过输送管1连接送粉头(图上未画出)，在输送管1上设有电容传感器2，电容传感器2连接检测电路3，检测电路3与电机5的控制器4连接。 

电容法测量原理是：当具有不同介电常数的两相流体通过极板间所形成的检测场时，由于固相浓度的变化会引起流体等效介电常数的改变，从而使传感器的电容输出值随之改变，因此电容值的大小即可作为两相流固相浓度的量度。然而，在实际应用中下面两个问题不容忽视：其一，两相流动过程十分复杂，检测场内固相分布不均匀，流型变化快；其二，电容传感器检测场属于“软场”，有其固有的灵敏度分布的不均匀性问题，使测量结果不仅与固相浓度有关，而且受相分布及流型变化的影响很大，测量误差较大。