[发明专利]用于改善激光立体成型表面起伏的闭环控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于改善激光立体成型表面起伏的闭环控制装置即方法，涉及激光立体成型技术领域，包括加工基板、安装于加工基板一侧的CCD摄像机、安装于加工基板上方的激光熔覆头、通过送粉管路与激光熔覆头连接的送粉器、通过激光光纤与激光熔覆头连接的半导体激光器、与半导体激光器通信连接的PC控制机、以及与PC控制机通信连接的数据采集卡；所述CCD摄像机与所述图像采集卡通信连接。本发明可以实现对激光立体成型过程的实时监测，有效地解决了激光立体成型过程中表面起伏的问题，CCD摄像机与熔覆头的固定保证了采集信息的准确性，闭环反馈系统达到收集信息的实时利用。

技术领域

本发明涉及一种用于改善激光立体成型表面起伏的闭环控制装置及方法，属于激光立体成型技术领域。

背景技术

随着低碳制造，绿色制造等新模式的提出，增材制造进入了飞速发展的阶段。激光立体成型作为增材制造的一种，突破了传统制造受限于多工序步序结合的方式，可快速准确的制造各种零件，并且与传统制造相比材料利用更加充分，因此被广泛应用于工业制造领域。但由于激光立体成型过程中连续加工产生的热累积效应以及激光走形路径的不规则变化，不可避免的在成形件表面产生一定的起伏，影响成型件的质量。为了提高成型件的质量，需要对加工过程进行实时监控与调整，从而达到改善表面起伏的目的。

现阶段对于激光立体成型表面起伏的处理仍有许多不足之处，普遍的采取保留一定的加工余量，待激光立体成型之后对成型件采取相应的后处理，采取打磨，抛光等机械处理。通过这些手段也能达到成型件表面平整光洁的目的，但此过程不仅增加了相应的工作时间，并且容易操作不当将成型件损坏，增加经济成本。

加工过程中的实时监控能够获取加工时刻成型件表面的状态，最大限度的了解到当前参数下当前时刻成型件表面的质量是否达标，做出相应的参数调整。相较于传统的成型后进行机械处理有着提高成型效率，降低经济成本的优势。通过CCD摄像机获取实时加工图像数据，并利用图像采集卡与PC机进行数据处理分析，将得到的结果实时的反馈给激光器，动态调节激光功率。

基于上述背景，本发明提出了一种用于激光立体成型表面起伏改善的闭环控制装置及方法。

发明内容

本发明为了解决现阶段加工过程中激光立体成型件表面存在起伏的缺陷，提供了一种能实时准确监测到成型件表面的起伏，并实时反馈改善起伏的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

首先，一种用于改善激光立体成型表面起伏的闭环控制装置，包括加工基板、安装于加工基板一侧的CCD摄像机、安装于加工基板上方的激光熔覆头、通过送粉管路与激光熔覆头连接的送粉器、通过激光光纤与激光熔覆头连接的半导体激光器、与半导体激光器通信连接的PC控制机、以及与PC控制机通信连接的数据采集卡；所述CCD摄像机与所述图像采集卡通信连接；加工成型的产品通过激光熔覆头在加工基板上进行激光立体成型，所述送粉器将成型所需的金属粉末通过送粉管路输入激光熔覆头的同轴送粉管内，加工所需的激光光源由所述的半导体激光器通过激光光纤输入；所述CCD摄像机实时将加工过程中的加工图像数据传入图像采集卡，并通过PC控制机数据分析处理后控制半导体激光器的输出功率。

进一步地，为了确保信息采集的清晰度和准确性，所述CCD摄像机与激光熔覆头的距离为20cm，CCD摄像机的初始镜头中心与所述加工基板的表面处于同一水平面。

进一步地，为了保证反馈的及时性，所述CCD摄像机的采样频率不低于20fbs，

进一步地，所述半导体激光器采用LDF6000-40型大功率半导体激光器。

进一步地，所述CCD摄像机与数据采集卡之间通过数据管路连接，所述半导体激光器与PC控制机之间通过数据管路连接，所述数据采集卡内嵌于所述PC控制机内。

其次，一种用于激光立体成型表面起伏改善的闭环控制方法，包括以下步骤：