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，強激光加工在制造領(lǐng)域所占的比重越來越大。對激光加工過程中的主要工藝過程進行閉環(huán)控制，提高激光加工過程的智能化控制水平，是提高并穩(wěn)定激光加工質(zhì)量，推進此技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程的重要環(huán)節(jié)。 本研究目的是在對現(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的基礎(chǔ)上，加入紅外測溫設(shè)備，實現(xiàn)大功率激光器三維堆積加工過程溫度這一影響參數(shù)的閉環(huán)控制，解決以往堆積過程由于溫度累積效應(yīng)造成三維堆積質(zhì)量不高的問題。

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

3、用了工控機強大的處理和運算能力，以及便于編程開發(fā)優(yōu)勢，做到了以工控機為核心的一體化溫度控制。 金屬件激光熔覆快速成形過程是一個多參數(shù)共同作用的復雜物理冶金過程，課題克服在線動態(tài)測量過程中激光熔池測點上方粉末濺射，等離子體云和煙氣蒸騰，干擾一般測溫裝置難以準確測取溫度信號的困難。運用雙色紅外測溫儀很好地完成了熔池溫度的采集任務(wù)，實驗表明該測量方案準確可靠。原三維堆積系統(tǒng)通過手調(diào)電位器阻值的改變來控制弱電部分小電流信號，小電流信號經(jīng)

4、多級放大后控制諧振腔放電電流，最終實現(xiàn)激光功率的調(diào)節(jié)。課題在原有小電流信號手調(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)計了一個切換開關(guān)電路用于這兩種控制方式之間的切換。在對上下位機串行報文的處理上面，設(shè)計了握手協(xié)議，用于增強了系統(tǒng)的抗干擾能力與穩(wěn)定性。本方案對溫度的控制算法，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，實驗表明該算法簡單而有效。 課題測量了數(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應(yīng)