[實(shí)用新型]一種陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120355183.0
• 申請(qǐng)日: 2011-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN202275284U
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李淑娟;袁啟龍;趙智淵;鄭建明;李言;張勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/02
• 分類號(hào): G05B13/02;B28B17/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 張瑞琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

功能材料(Functionally?Materials，F(xiàn)M)是指具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)或者生物醫(yī)學(xué)功能，廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域且用于制造各種功能元器件的高新技術(shù)材料。三維擠出快速成型法作為現(xiàn)有陶瓷功能材料制備功能元器件的一種新方法，其成型過程中仍存在著一些缺點(diǎn)：主要是：陶瓷功能材料在儲(chǔ)料室中受擠壓容易產(chǎn)生氣泡，聚集，液體相變導(dǎo)致的材料變化等都使得擠出過程中擠出力呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，擠出狀態(tài)變得十分不穩(wěn)定，造成從儲(chǔ)料室擠出的材料不均勻，使得成型的零件材料不連續(xù)，進(jìn)而導(dǎo)致零件的質(zhì)量大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)材料擠出過程中的不均勻問題，使工件呈現(xiàn)穩(wěn)定的成型質(zhì)量。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該陶瓷功能材料快速成型裝置包括電機(jī)，電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上連接有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)—直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)—直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出件為一水平方向的傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸的后方同軸線設(shè)置有儲(chǔ)料器，儲(chǔ)料器的前端設(shè)置有活塞桿且后端開有噴嘴，活塞桿的前端部固定有力傳感器，力傳感器與傳動(dòng)軸的后端緊密接觸；其特征在于，自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括Target?xPC模塊，Target?xPC模塊上連接有用于控制電機(jī)輸入電壓的PCI?6711模擬輸出卡、用于采集電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的PCI6602數(shù)據(jù)采集卡、以及用于獲取力傳感器實(shí)時(shí)擠出力的PCI6040E數(shù)據(jù)采集卡，PCI?6711模擬輸出卡與電機(jī)相連接，電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上安裝有電機(jī)解碼器，PCI6602數(shù)據(jù)采集卡與電機(jī)解碼器相連接，PCI6040E數(shù)據(jù)采集卡與力傳感器相連接。

本實(shí)用新型的有益效果是，通過PCI6040E數(shù)據(jù)采集卡獲取力傳感器的實(shí)時(shí)擠出力，再通過PCI?6711模擬輸出卡及時(shí)調(diào)整電機(jī)輸入電壓，形成自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，使得整個(gè)擠出過程中的擠壓力保持恒定，擠出料的速度和擠出量保持恒定，保證擠出的工件呈現(xiàn)穩(wěn)定的成型質(zhì)量。解決了在功能陶瓷材料擠出過程中，根據(jù)儲(chǔ)料器中陶瓷功能材料的特性變化，如氣泡的釋放，材料凝塊的分解以及材料的相變等，而導(dǎo)致擠出力呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化和單位時(shí)間擠出的材料的量發(fā)生變化，使得根據(jù)擠出材料的量形成三維零件出現(xiàn)成型不連續(xù)，進(jìn)而影響零件質(zhì)量的問題。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、電機(jī)，2、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，3、電機(jī)解碼器，4、軸承座，5、軸承，6、PCI?6711模擬輸出卡，7、PCI?6602數(shù)據(jù)采集卡，8、Target?xPC模塊，9、PCI?6040E數(shù)據(jù)采集卡，10、傳動(dòng)軸，11、力傳感器，12、連接頭，13、連接螺栓，14、活塞桿，15、儲(chǔ)料器，16、噴嘴，17、固定支撐，18、固定螺母座，19、安裝板，20、箱體。

具體實(shí)施方式

??下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，該陶瓷功能材料快速成型裝置包括電機(jī)1，電機(jī)1的動(dòng)力輸出軸上連接有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)—直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)—直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出件為水平方向的傳動(dòng)軸10，傳動(dòng)軸10的前段為花鍵軸且后段為絲杠，電機(jī)1的動(dòng)力輸出軸和傳動(dòng)軸10之間通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2相連接，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2的動(dòng)力輸入齒輪安裝在電機(jī)1的動(dòng)力輸出軸上，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2的動(dòng)力輸出齒輪通過軸承座4和軸承5安裝在花鍵軸上。絲杠外部設(shè)置有固定螺母座18。傳動(dòng)軸10的后方同軸線設(shè)置有儲(chǔ)料器15，儲(chǔ)料器15的前端設(shè)置有活塞桿14且后端開有噴嘴16，活塞桿14的前端部通過連接頭12和連接螺栓13固定有力傳感器11，力傳感器11與傳動(dòng)軸10的后端緊密接觸。其中，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2的外部設(shè)置有箱體20。固定螺母座18安裝在安裝板19上，儲(chǔ)料器15通過固定支撐17固定在安裝板19上。

自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括Target?xPC模塊8，Target?xPC模塊8上連接有用于控制電機(jī)1輸入電壓的PCI?6711模擬輸出卡6、用于采集電機(jī)1實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的PCI6602數(shù)據(jù)采集卡7、以及用于獲取力傳感器11實(shí)時(shí)擠出力的PCI6040E數(shù)據(jù)采集卡9，PCI?6711模擬輸出卡6還與電機(jī)1相連接，電機(jī)1的動(dòng)力輸出軸上安裝有電機(jī)解碼器3，PCI6602數(shù)據(jù)采集卡7與電機(jī)解碼器3相連接，?PCI6040E數(shù)據(jù)采集卡9與力傳感器11相連接。

本實(shí)用新型的工作過程是：PCI?6711模擬輸出卡6輸出的電壓信號(hào)傳輸給電機(jī)1作為電機(jī)1的輸入信號(hào)，電機(jī)1運(yùn)行后輸出一定的轉(zhuǎn)速和扭矩，輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)安裝在電機(jī)1動(dòng)力輸出軸上的電機(jī)解碼器3將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成脈沖信號(hào)輸入給PCI?6602數(shù)據(jù)采集卡7；電機(jī)1輸出的扭矩經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2和傳動(dòng)軸10傳遞后轉(zhuǎn)換成力，通過力傳感器11將采集到的力信號(hào)輸入給PCI?6040E數(shù)據(jù)采集卡9。PCI?6711模擬輸出卡6，PCI?6602數(shù)據(jù)采集卡7，PCI?6040E數(shù)據(jù)采集卡9分別將信號(hào)輸入至Target?xPC模塊8，PCI?6602數(shù)據(jù)采集卡7采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入至Target?xPC模塊8，通過Target?xPC模塊8顯示出電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；PCI?6040E數(shù)據(jù)采集卡9采集到的力信號(hào)輸入至Target?xPC模塊8，并與Target?xPC模塊8中預(yù)設(shè)的參考力進(jìn)行比較，將比較的誤差結(jié)果通過Target?xPC模塊8中的基于極點(diǎn)配置自校正PID算法得到調(diào)整此次力誤差所需的電機(jī)輸入電壓信號(hào)，將計(jì)算出的電壓信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸入給PCI?6711模擬輸出卡6，PCI?6711模擬輸出卡6再將新的電壓信號(hào)輸入給電機(jī)1從而實(shí)現(xiàn)了陶瓷功能材料快速成型裝置的自適應(yīng)控制過程。