基于PMAC的激光三維堆積溫度控制研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，強(qiáng)激光加工在制造領(lǐng)域所占的比重越來(lái)越大。對(duì)激光加工過(guò)程中的主要工藝過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)控制，提高激光加工過(guò)程的智能化控制水平，是提高并穩(wěn)定激光加工質(zhì)量，推進(jìn)此技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的重要環(huán)節(jié)。 本研究目的是在對(duì)現(xiàn)有激光三維加工制造系統(tǒng)激光器功率控制方式以及送粉控制方式改進(jìn)的基礎(chǔ)上，加入紅外測(cè)溫設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大功率激光器三維堆積加工過(guò)程溫度這一影響參數(shù)的閉環(huán)控制，解決以往堆積過(guò)程由于溫度累積效應(yīng)造成三維堆積質(zhì)量不高的問(wèn)題。

2、課題全面分析了現(xiàn)有激光加工過(guò)程閉環(huán)控制狀況，重點(diǎn)介紹了目前激光成形過(guò)程中溫度控制的研究現(xiàn)狀。對(duì)現(xiàn)有激光三維堆積系統(tǒng)功率控制方式做了細(xì)致地分析研究，在這基礎(chǔ)上提出了兩套溫控的可行性方案。通過(guò)方案比較，課題采用了上位機(jī)與下位機(jī)結(jié)構(gòu)，基于紅外測(cè)溫的系統(tǒng)溫控方案。工控機(jī)作為上位機(jī)負(fù)責(zé)控制算法的實(shí)現(xiàn)和控制指令的輸出，單片機(jī)作為下位機(jī)接收上位機(jī)指令負(fù)責(zé)功率的調(diào)節(jié)，紅外測(cè)溫儀作為控制量的檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)溫度采集，各單元之間使用RS232通信。該方案充分利

3、用了工控機(jī)強(qiáng)大的處理和運(yùn)算能力，以及便于編程開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)，做到了以工控機(jī)為核心的一體化溫度控制。 金屬件激光熔覆快速成形過(guò)程是一個(gè)多參數(shù)共同作用的復(fù)雜物理冶金過(guò)程，課題克服在線動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中激光熔池測(cè)點(diǎn)上方粉末濺射，等離子體云和煙氣蒸騰，干擾一般測(cè)溫裝置難以準(zhǔn)確測(cè)取溫度信號(hào)的困難。運(yùn)用雙色紅外測(cè)溫儀很好地完成了熔池溫度的采集任務(wù)，實(shí)驗(yàn)表明該測(cè)量方案準(zhǔn)確可靠。原三維堆積系統(tǒng)通過(guò)手調(diào)電位器阻值的改變來(lái)控制弱電部分小電流信號(hào)，小電流信號(hào)經(jīng)

4、多級(jí)放大后控制諧振腔放電電流，最終實(shí)現(xiàn)激光功率的調(diào)節(jié)。課題在原有小電流信號(hào)手調(diào)電位器控制的基礎(chǔ)上添加了數(shù)字電位器控制方式，并設(shè)計(jì)了一個(gè)切換開(kāi)關(guān)電路用于這兩種控制方式之間的切換。在對(duì)上下位機(jī)串行報(bào)文的處理上面，設(shè)計(jì)了握手協(xié)議，用于增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力與穩(wěn)定性。本方案對(duì)溫度的控制算法，采用的是多次采樣取均值與給定值比較決定溫度升降的算法，實(shí)驗(yàn)表明該算法簡(jiǎn)單而有效。 課題測(cè)量了數(shù)字電位器阻值與激光器功率，諧振腔放電電流三者之間的對(duì)應(yīng)