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基于CCD与PMAC的激光三维堆积离焦量实时闭环控制研究

2020-12-10阅读(213)

基于CCD与PMAC的激光三维堆积离焦量实时闭环控制研究

论文摘要

本研究针对现有激光三维堆积离焦量开环控制的现状,自行研发离焦量实时闭环控制系统,使Z轴每层提升量△Z和工件每层堆积高度△h保持一致,以保证激光堆积过程中,每层离焦量都控制在允许范围内。从而避免了外观上,上粗下细、上细下粗或边缘锯齿状现象。论文描述和分析了目前激光三维堆积过程中的各种闭环控制的研究现状,介绍了目前激光三维堆积过程中离焦量实时闭环控制的研究现状,提出了基于位移传感器测距和基于CCD测距的两套控制方案。通过对比,本课题采用了在PC机平台下基于CCD、QCapture、C#开发的“激光堆积成型间距动态监测工具”检测装置和在工控机平台下,基于C++二次开发PMAC运动控制卡的控制软件相结合的方案,实现在激光三维堆积过程中对z轴上移量实时闭环控制。本控制方案主要分为三部分：出光口与工件间距数据采集,数据传输与z轴反馈控制。该方案充分利用CCD的图像采集功能和C#,C++强大的编程功能以及PMAC便于二次开发的特点,实现了硬件软件有机结合的机电一体化控制。激光堆积过程是多参数共同作用的非常复杂的物理冶金过程,采用图像处理的测距方法避免了熔池上方粉末飞溅、高温、等离子云、烟云蒸腾等对测量带来的不利影响,这些优点也是现有位移传感器所欠缺的。本课题通过将测量值和预设值对比来决定PMAC驱动z轴每层上移量。试验证明：实施本课题离焦量实时闭环控制方案后出光口与工件间距数值波动控制在±0.25mmm之内,即激光堆积过程中,每层离焦量变化控制在±0.25mmm范围之内,堆积成形件精度比没有采用离焦量实时闭环控制的成形件精度更高,成形件内外表面更光滑,并没有出现锯齿状,有效的提高了三维堆积过程的稳定性和成形件的质量。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 激光三维堆积技术
  • 1.2 激光三维堆积智能控制国内外研究现状
  • 1.3 离焦量实时控制对成形件的影响
  • 1.4 本课题的主要研究内容与意义
  • 第二章 三维堆积系统及离焦量实时闭环控制方案
  • 2.1 三维堆积对离焦量实时控制系统的技术要求
  • 2.2 数据采集器CCD
  • 2.3 图像采集卡
  • 2.4 堆积系统介绍及加工过程描述
  • 2.4.1 能量供给模块
  • 2.4.2 开放式PMAC数控系统
  • 2.4.3 粉末供给模块
  • 2.4.4 指令输出模块
  • 2.5 三维堆积离焦量实时闭环控制系统总体方案
  • 2.5.1 现有激光三维堆积系统及成形过程描述
  • 2.5.2 方案比较与选择
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 激光出光口与工件间距实时测量软件设计
  • 3.1 测距软件编写环境
  • 3.1.1 .Net Framework框架工作原理
  • 3.1.2 测距软件编写言语
  • 3.2 实时截图模块设计
  • 3.3 图像去噪及二值化模块设计
  • 3.3.1 图像去噪
  • 3.3.2 图像二值化
  • 3.4 图像扫描测距模块设计
  • 3.4.1 参数设定
  • 3.4.2 获取像素值
  • 3.4.3 动态扫描
  • 3.4.4 计算像素距离
  • 3.5 比例尺模块设计
  • 3.6 数据传输模块设计
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 数据反馈动态控制z轴增量软件设计
  • 4.1 数据接收模块设计
  • 4.2 数据写入二次开发PMAC软件“pane”模块设计
  • 4.3 动态闭环控制z轴电机模块设计
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 离焦量实时控制试验及功能测试
  • 5.1 PMAC运动模式选择
  • 5.2 PMAC内部变量说明
  • 5.3 三维堆积试验
  • 5.4 试验分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表的学术论文与专利
  • 参与项目
  • 附录
  • 附录一 数据采集代码
  • 附录二 数据传输与接收代码
  • 附录三 PMAC数据实时写入关键代码
  • 附录四 试验堆圆PMAC数控代码
  • 致谢

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