基于相機(jī)的激光粉末沉積工藝熔池寬度控制.pdf

1、激光粉末沉積是一種增材制造的工藝，它以高能激光束為熱源將所需的金屬融化然后一層一層的沉積在基材表面。它可以用來制造形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，或者修復(fù)磨損的零件。由于激光粉末沉積工藝制造的零件具有凈成型，熱影響區(qū)小，微觀組織優(yōu)良，機(jī)械性能良好等優(yōu)點(diǎn)，它在工業(yè)界的應(yīng)用也越來越廣泛。但是，該工藝過程對(duì)于諸多工藝參數(shù)的變化和其他的一些環(huán)境擾動(dòng)比較敏感，這會(huì)導(dǎo)致沉積層的尺寸的波動(dòng)。這篇文章開發(fā)了一套閉環(huán)控制系統(tǒng)，用來提高激光粉末沉積工藝過程的尺寸精度。

2、r>　　為了獲得更高的熔池寬度精度，我們把激光功率作為控制變量。這是由于激光功率和熔池寬度之間的關(guān)系近似線性，而且激光功率比較容易控制。為了監(jiān)控熔池的寬度，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，CMOS相機(jī)被用來實(shí)時(shí)捕捉熔池的圖像。然后這些圖像數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絇C中，經(jīng)過圖像處理，熔池的寬度就從圖像中提取出來了。圖像處理過程中對(duì)圖像做二值化所需的閾值也通過實(shí)驗(yàn)的方法得到了。
　　由于應(yīng)用場(chǎng)合的不同，恒寬度和變寬度控制對(duì)于激光粉末沉

3、積工藝過程同等重要。因此，前饋控制器被加入到了傳統(tǒng)的PID反饋控制中以提高其跟蹤性能，該前饋控制器是根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)的。為了得到激光功率和熔池寬度之間的動(dòng)態(tài)特性，我們采用了系統(tǒng)辨識(shí)的方法。根據(jù)該方法，我們從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到了該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型。然后，建立了SIMULINK的仿真模型并且得到了相應(yīng)的仿真結(jié)果。在調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)后，仿真結(jié)果顯示閉環(huán)控制系統(tǒng)下的零件尺寸精度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開環(huán)系統(tǒng)的。
　　最后，該閉環(huán)控制算法在激光