[发明专利]面向激光选区熔化技术的熔池温度反馈控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种面向激光选区熔化技术的熔池温度反馈控制方法及系统，属于激光选区熔化增材制造技术领域。控制系统由模糊控制器、执行器和红外测温仪组成。方法为当红外测温仪监测到熔池温度高于温度设定值时，执行器加快扫描速度；而低于温度设定值时，执行器降低扫描速度，实现反馈控制。这里对扫描速度采用模糊控制的方式，通过调整扫描速度，改变单位时间内的热输入量，从而对熔池温度进行实时调控。本发明成功应用于激光选区熔化成形现场的温度数据实时测量、采集和监控，得到了良好的监测和控制效果。

技术领域

本发明属于激光选区熔化增材制造技术领域，具体来说是用于激光选区熔化增材制造过程熔池温度的反馈控制方法及系统。

技术背景

激光选区熔化目前在航空航天、生物医疗等领域获得了重要的应用，而部分作为结构件使用，这对制件的性能提出了较高的要求。由于选区熔化过程往往成形时间在几小时甚至数天，成形过程会由于工艺过程不稳定等造成局部区域出现成形缺陷，而局部区域出现的缺陷会导致零件失效。

选区熔化作为增材制造技术的一种，其成形机理为通过移动熔池逐渐凝固而形成一定尺寸复杂构件，熔池信息能否保持均匀性是决定成形制件质量的重要评价指标。由于成形过程扫描速度极快，必须开发在线式的熔池信息测量及反馈控制系统，保证全区域成形过程熔池的稳定。

发明内容

本发明基于Labview的模糊控制程序，开发了一种面向激光选区熔化技术的熔池温度反馈控制方法及系统，本发明成功应用于激光选区熔化成形现场的温度数据实时测量、采集和监控，且得到了良好的监测和控制效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

面向激光选区熔化技术的熔池温度反馈控制方法，包括以下步骤：

步骤1：红外测温仪测量熔池温度信号并输出；

步骤2：控制器调用温度产生子VI处理步骤对接收的温度信号进行处理得到实际温度值；

步骤3：控制器对实际温度值采用模糊控制，计算得到红外辐射装置相对熔池的移动速度控制量并输出，从而改变对熔池的单位时间内的辅热量。

所述温度产生子VI处理步骤包括：

读取红外测温仪测量的熔池温度信号，所述温度信号为字符串；

通过字符串截取、再将字符串强制转换为数值类型，得到十六进制数值；

再利用除法运算器将十六进制数值转换为十进制数值，此时得到的是华氏温度；

再利用减法运算器减去273.15得到实际温度。

所述控制器对实际温度值采用模糊控制，计算得到红外辐射装置相对熔池的移动速度控制量并输出，具体包括：

S1：根据红外测温仪测量的实际温度值，求出其与设定值的温度偏差e和偏差变化率ec的精确值；

S2：定义输入、输出变量的模糊集；

S3：将温度偏差e、偏差变化率ec的精确值以及控制量u变为温度模糊量；

S4：定义模糊规则；

S5：根据温度模糊量、按模糊规则计算红外辐射装置相对熔池移动速度u的模糊控制量；

S6：定义论域反变换的比例因子，红外辐射装置相对熔池移动速度u的模糊控制量乘以比例因子得到精确控制量u*。

所述定义输入、输出变量的模糊集包括：

定义输入变量为偏差e、偏差变化率ec以及输出变量为控制量u；