[發明專利]一種FDM快速成型機絲狀耗材瞬態輸送系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201711044409.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN108058374B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 孫裴;王婕麗;馬其華;龔元明;孫冬鳴;孫鵬;馮朝智
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/393;B29C64/321;B29C64/205;B33Y30/00;B33Y40/00;B33Y50/02
• 代理公司: 31303 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 金利琴

1.一種FDM快速成型機絲狀耗材瞬態輸送系統，其特征是：由機械裝置與控制系統構成；

所述機械裝置包括驅動電機、傳動齒輪箱、主動滾輥、擠出模塊送絲導孔、從動滾輥、熱熔噴頭導管、熱熔噴頭模塊和擠出裝置底板；

所述控制系統主要由成型機控制單元、驅動電機控制器、驅動電機編碼器、從動滾輥編碼器和拉壓傳感器組成；

所述驅動電機上安裝有驅動電機編碼器；所述擠出裝置底板上固定有傳動齒輪箱，所述傳動齒輪箱的輸入軸與驅動電機的輸出軸連接；所述主動滾輥有兩套，呈上下垂直布置；所述傳動齒輪箱的兩根輸出軸同軸聯接兩套主動滾輥；從動滾輥的尾部安裝從動滾輥編碼器；所述擠出裝置底板與熱熔噴頭模塊之間安裝拉壓傳感器；

控制系統的硬件聯接方式如下：成型機控制單元由信號采集與信號下行兩部分組成；其中，信號采集部分分別與拉壓傳感器、從動滾輥編碼器與驅動電機編碼器聯接并實時采集其輸出信號，從而用以計算得出絲狀耗材的滑移率與構成熱熔噴頭擠壓壓力反饋；信號下行部分分別與驅動電機控制器和熱熔噴頭聯接，并對其完成指令傳輸控制；

驅動電機控制器與驅動電機編碼器和驅動電機連接，從而通過采集驅動電機編碼器的轉角信號完成對驅動電機的轉角閉環反饋控制。

2.根據權利要求1所述的一種FDM快速成型機絲狀耗材瞬態輸送系統，其特征在于，在系統出現故障時，通過成型機控制系統的主面板進行報警。

3.如權利要求1或2所述的一種FDM快速成型機絲狀耗材瞬態輸送系統的控制方法，其特征是：成型機控制單元根據絲狀耗材瞬態輸送量基準值和熱熔噴頭溫度算得熱熔噴頭理論擠壓壓力；熱熔噴頭理論擠壓壓力通過熱熔噴頭實際擠壓壓力負反饋環節與PID環節進入主動滾輥理論轉速需求環節；控制系統采集驅動電機編碼器與從動滾輥編碼器的轉角信號進行主動滾輥實際轉速需求的修正，然后由驅動電機控制器控制電機按需求轉速運作并通過電機尾部的編碼器完成轉角反饋工作；驅動電機通過齒輪箱分別將動力傳遞至兩套主動滾輥，從而完成絲狀耗材的送絲工作；具體包括以下過程：

1)成型機控制單元根據設定值選取絲狀耗材瞬態輸送量基準值，并將其與熱熔噴頭溫度作為輸入參數，進行查表插值求解算得熱熔噴頭理論擠壓壓力；

2)熱熔噴頭理論擠壓壓力通過熱熔噴頭實際擠壓壓力負反饋環節與PID環節進入主動滾輥理論轉速需求環節；

主動滾輥理論轉速需求＝理論送絲速率需求量/主動滾輥周長系數；

其中主動滾輥周長系數為π*主動滾輥外徑；

所述熱熔噴頭實際擠壓壓力來自拉壓傳感器，所述負反饋環節是指成型機控制單元采集拉壓傳感器信號，將熱熔噴頭實際擠壓壓力傳遞至熱熔噴頭理論擠壓壓力后的環節；

所述PID環節是指比例、微分和積分環節；

3)控制系統采集驅動電機編碼器與從動滾輥編碼器的轉角信號，通過微分處理，轉換為主動滾輥與從動滾輥的轉速信號，并計算出兩者的滑移率，將其作為主動滾輥實際轉速需求的修正，系統將修正后的主動滾輥實際轉速需求發送至驅動電機控制器，由其控制電機按需求轉速運作并通過電機尾部的編碼器完成轉角反饋工作；

主動滾輥實際轉速需求＝主動滾輥理論轉速需求/滑移率；

4)成型機控制單元將絲狀耗材瞬態輸送量通過信號下行傳遞至驅動電機控制器，從而控制驅動電機按照規定的轉速運轉，同時，驅動電機通過齒輪箱將動力傳遞至兩套主動滾輥使其同向同轉速旋轉，從而完成絲狀耗材的輸送工作，絲狀耗材瞬態輸送量的計算公式如下：

絲狀耗材瞬態輸送量＝K*成型速度*熱熔噴頭流量孔截面積；

其中，K為預設比例系數。

4.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于，不同種類材料的輸送量-理論擠壓壓力與熱熔噴頭溫度關系表通過實際標定得到。

5.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于，在驅動電機編碼器或從動滾輥編碼器出現故障時而無法對絲狀耗材的滑移率進行計算時，直接通過測定熱熔噴頭擠壓壓力對絲狀耗材的送絲量進行控制；具體流程為：

成型機控制單元根據設定值選取絲狀耗材瞬態輸送量基準值，并將其與熱熔噴頭溫度作為輸入參數，進行查表插值求解算得熱熔噴頭理論擠壓壓力；熱熔噴頭理論擠壓壓力值通過熱熔噴頭實際擠壓壓力負反饋環節與PID環節進入驅動電機控制器功率控制環節，從而控制驅動電機按照規定的功率運轉；驅動電機通過齒輪箱將動力傳遞至兩套主動滾輥使其同向同轉速旋轉，從而完成絲狀耗材的輸送工作；成型機控制單元采集熱熔噴頭實際擠壓壓力傳遞至熱熔噴頭理論擠壓壓力后的負反饋環節，從而完成噴頭擠壓壓力的負反饋控制工作。