测量用于粉末包覆的粉末质量流的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种测量用于粉末包覆的粉末质量流的方法和装置。


背景技术：

2.近年来，粉末包覆作为一种增材制造工艺变得越来越重要。在粉末包覆的情况下，粉末以有针对性的方式被送入激光加工区域，其中粉末组成、尤其是所使用的材料和粉末粒度可能会发生变化。在某些制造工艺中，粉末可在惰性气体气氛中使用。
3.为了实现均匀施加和定性均匀的表面施涂，必须以尽可能恒定的粉末质量将粉末输送至激光加工区域。例如，粉末质量流可能因粉末成分而异。
4.wo 2015/155116 a1展示了一种方法，在该方法中，粉末射流通过在激光加工区域中的各种口径开口进行测试。为了确定粉末质量流，粉末射流通过每个口径开口进入加工区域，持续一段特定的时间。进入加工区的粉末射流被收集在量杯中，且所收集的粉末质量用秤测定。利用所收集的粉末质量，将带有相关粉末射流的孔用于激光沉积焊接。
5.ep 1 950 001 a1展示了一种方法，在该方法中，粉末物质在指定的时间段内被送入高能喷射口。然后收集粉末质量，并根据收集的粉末质量和指定值调整粉末射流相对于高能喷射口的位置。鉴于此，本发明的目的是提供一种改进测量粉末质量流的装置和方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的是通过独立权利要求1的特征和独立权利要求10的特征实现的。从属权利要求涉及本发明的具体实施例。本发明涉及一种测量用于粉末包覆的粉末质量流的装置和方法。
7.根据本发明，该装置包括至少一个粉末计量装置、控制单元、粉末质量流传感器、粉末质量测定装置和粉末开关。在一些实施例中，至少一个粉末计量装置可包括，例如，一个或多个输送带、一个或多个夹管阀、一个或多个传送盘和/或一个或多个螺旋输送机。
8.在一些实施例中，控制单元可由多个控制单元组成。例如，控制单元可以包括一个或多个模拟和/或数字电路。在一些实施例中，控制单元可以被配置为根据至少一个输入参数控制一个或多个输出参数。
9.所述粉末质量流传感器可配置为例如通过重量测量、辐射衰减测量、反射测量等来确定粉末质量流。
10.所述粉末开关可配置为根据控制将粉末质量流输送至不同的消耗装置。在这种情况下，例如，消耗装置可以是用作粉末质量测定装置的秤和/或处理头。
11.根据本发明，至少一个粉末计量装置配置为根据粉末开关通过粉末质量流传感器将粉末质量输送至秤和/或处理头。这样做的优点是，粉末质量流可以在不将粉末质量输送至处理头的情况下进行调整。另一方面，一旦设置了粉末质量流(工作准备)，由于粉末质量流不会中断，因此很容易切换到粉末包覆。输送中断可能会导致粉末质量的输送波动，尤其是在接通电源时。
12.根据本发明，控制单元被配置为基于秤测得的粉末质量流校准粉末质量流传感器。在粉末质量包覆期间，可使用粉末质量流传感器监测粉末质量流。由于粉末质量的变化，尤其是材料和/或保护气体成分的变化，可能会影响通过粉末质量流传感器对粉末质量流的传感检测，因此在监测粉末质量流时，粉末质量流传感器的校准可能会提高精度。
13.在一些实施例中，控制单元可配置为根据秤测得的粉末质量流和指定的粉末质量流调整粉末计量装置。这样做的优点是，可以将粉末质量流精确调整到指定的粉末质量流，特别是在粉末包覆之前。
14.在一些实施例中，控制单元可配置为根据粉末质量流传感器检测到的粉末质量流和指定的粉末质量流调整粉末计量装置。其优点是可以监控粉末质量流，尤其是在粉末包覆期间。由于粉末质量流传感器可以在粉末包覆之前使用秤进行校准，因此在粉末包覆期间可以在现场进行精确的粉末质量流监控。
15.在一个特别有效的实施例中，该装置包括离心分离器、重力分离器和/或惯性分离器，其位于粉末开关和秤之间，用于从气体或气体混合物中分离粉末质量。使用其他方法从气体或气体混合物中分离粉末质量也是可行的。从气体或气体混合物中分离粉末质量的优点是，使用秤测量粉末质量流变得更准确。例如，保护气体氦气的密度低于空气，导致其在充满空气的环境中上升。因此，例如，由于气体的浮力或气体的质量，秤的测量结果可能会失真。将粉末从气体或气体混合物中分离可以防止测量结果的这种失真。
16.在一尤其稳健的实施例中，控制单元可配置为通过一个或多个夹管阀控制粉末质量流。夹管阀的优点是，与其他调节阀相比，夹管阀特别耐堵塞，且压力波动减小。特别是在控制回路的情况下，粉末质量流到目标流的控制、振荡因此可以被抑制，从而沉降时间可以缩短。
17.在一个特别具有成本效益的实施例中，可将秤配置为通过测量一段时间间隔内沉积的固体质量来测量粉末质量流。在一个时间间隔内分离的固体质量的测量可以通过例如形成差来确定。在进一步的实施例中，可以为此目的重新校准秤，或者相应地调整零点。例如，可以通过增加时间间隔来提高精度。这样做的优点是，粉末质量流可以相对准确地测量，几乎不费吹灰之力。
18.在一个特别有效的实施例中，控制单元可配置为在工作准备模式下，执行以下步骤：根据指定的粉末质量流和根据秤所测量的所述粉末质量流，设置所述至少一个粉末计量装置每单位时间的输送量，以及根据所述指定的粉末质量流和/或所述秤所测量的所述粉末质量流，校准所述粉末质量流传感器。这样做的优点是，在粉末包覆之前，粉末质量流通过粉末质量测定装置精确设置，并且在粉末包覆期间对粉末质量流进行监控。由于使用指定的粉末质量流进行校准，因此可以提高监控所输送的粉末质量流的精度，尤其是非线性误差可以通过校准得到更好的补偿。与指定粉末质量流偏差较小的粉末质量流可使粉末质量的施加更加均匀，并提高粉末质量施加的质量。
19.在一个特别有效的实施例中，控制单元可配置为至少执行以下步骤，以便进行粉末包覆：启动粉末开关，以便在工作模式下通过粉末质量流传感器将粉末质量输送至处理头，以及在工作模式下使用粉末质量流传感器监控粉末质量流。这样做的优点是，可以从工作准备模式切换到工作模式，而无需中断粉末质量输送。因此，特别是在工作模式开始时，可以防止将输送的粉末质量流沉淀在指定的粉末质量流上。这将提高粉末质量，尤其是在
开始粉末包覆时。
20.在一个特别自动化的实施例中，当粉末质量流传感器检测到的粉末质量流和指定的粉末质量流之间的偏差超过指定值时，控制单元可配置为从工作模式切换到工作准备模式。这样做的优点是，当粉末质量累积与指定的粉末质量施加偏离太多时，粉末包覆会中断。因此，可以保证粉末质量施加的特定质量。此外，可以再次调整粉末质量流和/或使用粉末质量测定装置同时再次校准粉末质量流传感器。这还有一个优点是，可以以简单的方式消除粉末质量流传感器校准中的错误。通过这种方式，可以以自动化的方式保证粉末包覆期间所需的粉末质量流。
21.根据本发明，该装置可配置为执行以下方法：根据本发明的方法可包括以下步骤：输送粉末质量，确定所输送的粉末质量的粉末质量流，根据所确定的粉末质量流校准粉末质量流传感器，通过粉末质量流传感器将具有预定粉末质量流的粉末质量输送至处理头，以及使用粉末质量流传感器监控粉末质量流。例如，粉末质量流可以用秤来确定。所述秤可配置为测量在预定时间间隔内沉积在秤上的粉末质量。例如，可以通过相应地设置零点或通过取两个测量结果之间的差值来实现。在一些实施例中，秤可包括粉末质量容器。在一些实施例中，秤可配置为从粉末质量中清除粉末质量容器。
22.在特别精确的实施例中，该方法可包括在确定粉末质量流之前从气体或气体混合物中分离粉末质量的步骤。这样做的优点是，通过秤测量的粉末质量流不会被气体或气体混合物影响。例如，氦的质量低于空气，因此在充满空气的空间中产生浮力。当粉末质量与氦气混合(例如作为保护气体)时，如果粉末质量之前未与氦气分离，秤将测量较低的粉末质量流。
23.在特别具有成本效益的实施例中，可使用秤测量粉末质量流。
24.一个特别有效的实施例可以包括启动粉末开关以改变从粉末质量流测定单元到处理头的输送方向的步骤。这样做的优点是，尤其是在粉末包覆开始时，由于粉末质量在粉末包覆之前以均匀的粉末质量流被输送到测定装置，因此避免了粉末质量输送中的沉淀。
25.在一个特别有利的实施例中，每单位时间的输送量可根据所述输送的粉末质量的所述确定的粉末质量流和根据指定的粉末质量流进行控制。这样做的优点是，在粉末包覆之前，可以相对精确地调整/控制粉末质量流。根据本实施例，控制单元可以包括例如相应的模拟或数字闭环控制。
26.在一个特别有利的实施例中，每单位时间的输送量可根据所述粉末质量流传感器的传感器值和根据指定的粉末质量流进行调整。这样做的优点是，在粉末包覆过程中，可以根据粉末质量流传感器检测到的粉末质量流来控制/调整输送的粉末质量流。因此，在粉末包覆过程中，不仅可以监控输送的粉末质量流，还可以调整输送的粉末质量流。例如，可以通过控制单元和/或模拟或数字电路来实现相应的调节/控制。
27.在一个特别自动化的实施例中，当粉末质量流传感器检测到的粉末质量流与指定粉末质量流的偏差超过指定值时，可再次执行该方法。这样做的优点是，当可以假设输送的粉末质量流偏离指定粉末质量流超过一个极限值时，粉末包覆和粉末质量流的精确调整(包括粉末质量流传感器的校准)之间可以自动切换。当粉末质量流与指定粉末质量流的偏差小于指定值时，可以继续进行粉末包覆。
附图说明
28.图1示意性示出了根据本发明实施例的测量用于粉末包覆的粉末质量流的装置。
29.图2示意性示出了根据本发明实施例的方法的工艺流程图。
30.图3示意性示出了根据本发明实施例的测量/确定粉末质量流的方法的工艺流程图。
31.图4示意性示出了根据本发明实施例的测量粉末包覆的粉末质量流的装置。
具体实施方式
32.在一些实施例中，部件可以被组合、拆分成多个组件，和/或可以在不影响本发明功能的情况下添加附加组件。在一些实施例中，方法步骤可以按顺序切换、并行执行、组合或分割，和/或可以添加进一步的步骤，而不影响根据本发明的方法的功能。
33.图1示意性示出了根据本发明实施例的测量用于粉末包覆的粉末质量流的装置10。在图1中，粉末质量流用实心箭头示意性地表示。虚线表示不同部件之间信号和/或数据交换的连接。用于信号和/或数据传输的连接可以是有线和/或无线的。
34.在本实施例中，粉末质量通过两个粉末计量装置(粉末计量装置11a和11b)供给。粉末计量装置被配置为产生粉末质量流。粉末质量流在y形接头13中组合，形成共同粉末质量流。在具有粉末计量装置的实施例中，可任选地省略y形接头。在一些实施例中，尤其是当该装置包括多个粉末计量装置时，该装置可包括多个y形接头和/或替代物，例如混合器或n重y形接头。
35.以这种方式产生的共同粉末质量流通过粉末质量流传感器14传送至粉末开关15。根据粉末开关15的驱动，粉末开关将粉末质量流引导至处理头16和/或秤18。在本实施例中，粉末开关由控制单元20控制。
36.在本实施例中，粉末分离器17安装在粉末开关15和秤16之间。这可被配置为从气体或气体混合物(尤其是保护气体)中分离粉末。
37.在一些实施例中，控制装置20可由多个部分独立的控制装置组成。在本实施例中，控制装置被配置为根据来自粉末质量流传感器14的传感器数据和/或根据来自秤18的数据/信号和指定的粉末质量流来控制和/或调节粉末计量装置11a、11b。
38.在本实施例中，控制单元20还被配置为根据来自秤18的数据/信号和/或指定的粉末质量流校准粉末质量流传感器14。所述秤18可以被配置为，例如，通过测量在时间间隔内沉积在所述秤18上的粉末质量来测量粉末质量流。然后，通过将测量的粉末质量除以时间间隔的长度来获得粉末质量流。
39.在本实施例中，控制单元被配置为控制处理头。所述处理头可被配置为在一个、两个或三个方向上移动。在一些实施例中，处理头可包括被配置为在粉末包覆期间将预定能量引入激光处理区域的激光单元。
40.在一些实施例中，控制单元被配置为在工作准备模式下，通过粉末开关，将粉末质量流从至少一个粉末计量装置11a、11b经由粉末质量流传感器14引导至秤。在安装在秤上游的可选粉末质量分离器中，粉末质量与气体和气体混合物分离。在本实施例中，控制单元被配置为调节和控制至少一个粉末计量装置11a、11b，以便通过秤18测量指定的粉末质量流。如果相应地调整了至少一个粉末计量装置，则可以校准粉末质量流传感器14。例如，粉
末质量流传感器可以通过辐射或接触进行光学配置，以检测粉末质量流。在一些实施例中，粉末质量流传感器的传感器数据仅根据校准进行调整。
41.在校准粉末质量流传感器后，可在本实施例中进行粉末包覆。在本实施例中，为了切换到工作模式、即粉末包覆，通过控制信号启动粉末开关15，以便将粉末质量流输送至处理头16，而不是秤。这使得从工作准备模式切换到工作模式成为可能，而无需中断粉末质量输送。
42.在粉末包覆过程中，使用粉末质量流传感器监测粉末质量流。这确保了粉末质量流恒定。
43.在一些实施例中，当粉末质量流传感器检测到的粉末质量流偏离指定的粉末质量流超过指定的极限值时，控制单元可被配置为中断或中止粉末包覆。为此，粉末开关15可由控制单元20驱动，以使粉末质量流从粉末开关15供给到秤18。然后，可使用所述秤再次调整粉末质量流，且必要时可校准粉末质量流传感器。
44.在一些实施例中，控制单元可被配置为基于外部信号(例如来自用于检查粉末质量沉积的传感器的传感器信号)中断或中止粉末包覆。在某些样式中，这可能意味着从工作模式更改为工作准备模式，或者粉末包覆被中止。
45.图2示意性示出了根据本发明实施例的方法的工艺流程图。在第一步骤s11中，输送粉末物质。粉末物质优选地适合作为用于粉末包覆的粉末。在第二步骤s12中，确定输送粉末物质的粉末质量流。在下一步骤s13中，根据确定的粉末质量流，检查粉末质量流与指定粉末质量流的偏差是否超过指定公差。如果偏差大于公差，则通过步骤s14调整粉末物质的输送量，并在步骤s12再次确定粉末质量流。如果偏差小于公差，则在步骤s15中使用确定的粉末质量流校准粉末质量流传感器。
46.基于步骤s11至s15中的粉末包覆的准备，可在步骤s16中进行粉末包覆。为了从准备步骤切换到执行粉末包覆s16，例如，可以启动粉末开关，以改变粉末包覆单元的处理头而不是确定粉末质量流的确定单元的输送方向，参见步骤s12。
47.在粉末包覆s16期间，在步骤s16a、s17-s19中使用粉末质量流传感器监测粉末质量流。在步骤s16a中，通过粉末质量流传感器检测粉末质量流。在步骤s17中，检查通过粉末质量流传感器检测到的粉末质量流与指定粉末质量流的偏差是否大于指定公差值。如果偏差更大，则中断粉末包覆，并且该过程继续进行步骤s12的确定粉末质量流。根据实施例，当再次执行步骤s12至s16时，可跳过校准粉末质量流传感器的步骤s15。
48.如果检测到的粉末质量流与指定粉末质量流的偏差在公差范围内，则在步骤s18中检查检测到的粉末质量流是否对应于指定值。如果检测到的粉末质量流对应于指定的粉末质量流，则继续执行步骤s16的粉末包覆。如果这些值不匹配，则在步骤s19中调整粉末物质的输送量，然后该程序也继续执行步骤s16的粉末包覆。
49.在一些实施例中，如果检测到的粉末质量流与指定粉末质量流的偏差低于进一步的公差值，则可在步骤s18之后继续进行步骤s16的粉末包覆。否则，该过程继续进行步骤s19的调整粉末质量输送量。在一些实施例中，步骤s17和步骤s18的公差值可以具有相同的值。
50.在一些实施例中，步骤s16、s16a、s17-s19(包括在使用粉末质量流传感器进行粉末包覆期间监测粉末质量流等)可按不同顺序执行，与附加步骤可至少部分组合，等等。
51.图3示意性示出了根据本发明实施例的测量/确定粉末质量流的方法的工艺流程图。在该方法的开始s21时，在步骤s22中通过传送盘速度n生成粉末质量流i
ist
。在该实施例中，粉末计量装置是传送盘。在本实施例中，指定的粉末质量流i
soll
被平行传输。方法开始后，测量循环s24开始。
52.根据循环是否刚刚开始，包括到秤的粉末开关被启动，执行步骤s26或步骤s25。如果循环已从静止状态开始，则在步骤s26中等待粉末传送装置/粉末计量装置的稳定(在该示例性实施例中为60秒)。当启动至秤的粉末开关时，在步骤s25中等待粉末开关的稳定时间(在本示例性实施例中为30秒)的通过。当粉末开关未启动或粉末进料器未从静止状态启动时，可跳过步骤s25和s26。
53.在下一步骤s27中，在秤上对粉末质量m0进行第一次测量。在进一步的步骤s28中，等待时间间隔/测量持续时间t的通过，在该示例性实施例中为30秒。在时间间隔/测量周期t内，粉末质量流被输送到秤上。然后在步骤s29中对粉末质量m1进行第二次测量。在下一步s30中，使用方程式i
ist
＝(m1
–
m0)/t确定粉末质量流。
54.在进一步的步骤s31中，确定粉末质量流i
soll
与指定粉末质量流的偏差。在该示例性实施例中，使用公式|i
soll
–iist
|/i
soll
确定偏差。如果偏差低于指定公差，在本示例性实施例中为1％，用于传送指定的粉末质量流i
soll
的传送盘速度n
erf
用传送盘速度n指定，并且粉末质量流i的测量/确定可在步骤s33中完成。
55.如果偏差大于指定公差，则在步骤s34中调整传送盘n的速度。根据实施例，粉末计量装置的反应时间(在该示例性实施例中为20秒)可在步骤s35中等待，然后再从步骤s24开始循环。
56.图4示意性示出了根据本发明实施例的测量用于粉末包覆的粉末质量流的装置。在本实施例中，夹管阀11a、11b计量粉末传送机41a、41b输送的粉末。由此产生的粉末流通过y形接头13组合成一个流。在该示例性实施例中，夹管阀通过方向阀控制，用于驱动一个或多个计量装置。粉末质量流通过粉末质量流传感器14从y形接头13供应至粉末开关15。
57.如本实施例所示，粉末开关15可通过用于驱动粉末开关43的方向阀进行控制。一个可能的位置是，粉末质量流通过粉末输送装置16a输送至处理头16。在另一个可能的位置，粉末质量流被输送到秤18上。粉末分离器17可布置在秤18和粉末开关15之间的输送路径上。在一些实施例中，用于驱动一个或多个计量装置42的方向阀、用于控制粉末开关的方向阀、秤18、质量流传感器14、粉末分离器和/或处理头可以例如通过一个或多个控制单元彼此连接。
58.所述控制单元可被配置为，例如，根据粉末质量流传感器14和/或秤18提供的数据/信号，使用方向阀来驱动一个或多个计量装置42，从而控制/调节粉末质量流。在一些实施例中，控制单元可被配置为通过用于驱动粉末开关的方向阀来控制粉末开关，从而在粉末包覆的工作准备模式和工作模式之间切换。
59.在工作准备模式下，可通过秤18、用于驱动一个或多个计量装置42的方向阀和一个或多个计量装置11a、11b来调整预定的粉末质量流。粉末质量流传感器14优选在调整粉末质量流后进行校准。然后为了在不中断的情况下切换到工作模式，可以通过启动用于驱动粉末开关43的方向阀，将粉末质量流输送到处理头16。当粉末被输送到处理头16时，可通过粉末质量流传感器14监测被输送的粉末质量流。
60.在一些实施例中，控制单元可被配置为当粉末质量流传感器14检测到与指定值的过度偏差时，自动切换到工作准备模式并再次调整粉末质量流。其优点是，例如，当来自第一批的粉末在粉末包覆过程中耗尽，并且来自第二批的粉末被送入时，可以确保粉末质量流对应于目标值。附图标记列表11a,11b 粉末计量装置13 y-接头14 粉末质量流传感器15 粉末开关16 处理头16a 到处理头16的粉末输送装置17 粉末分离器18 秤20 控制单元41a,41b 粉末传送机42 用于驱动一个或多个计量装置的方向阀43 用于驱动粉末开关的方向阀i
ist 测量/检测到的粉末质量流i
soll 指定的粉末质量流t 时间间隔/测量持续时间m0 第一次重量测量m1 第二次重量测量n 传送盘速度n
erf
用于输送i
soll
的传送盘速度