用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，包括计算机数控系统，计算机数控系统与人机交互系统、距离传感器双向连接；人机交互系统负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态信息的可视化显示；计算机数控系统通过数据线分别与运动控制器、激光控制器和送粉控制器连接；送粉控制器通过送粉管道连接送粉头，送粉头正对工作平面设置、距离传感器安装在送粉头侧壁，运动控制器用于控制机床和送粉头的运动。本发明专利技术还公开了用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控方法。本发明专利技术可以预设并实时测控增材制造过程中工作平面与送粉头的离焦量，提高每层的工艺稳定性，进而提升送粉式激光增材制造产品的质量。

【技术实现步骤摘要】
用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统及方法
本专利技术属于增材制造
，涉及一种用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，本专利技术还涉及离焦量测控方法。
技术介绍
送粉式激光增材制造技术以合金粉末为原料，通过高功率激光束快速熔化、凝固金属，逐层堆积。可以直接从三维模型完成全致密、高性能大型金属结构件的直接近净毛坯成形制造。相比传统技术，送粉式激光增材制造技术具有以下优势：1、制造过程柔性化程度高；2、产品生产周期短，加工速度快；3、成形零件具有优良的综合力学性能；4、零件的尺寸大小对加工工艺的影响小；5、制造过程数字化程度高，智能化程度高。因此，送粉式激光增材制造技术在航空、航天、电力、石化、船舶等现代工业领域有着越来越广阔的应用。送粉式激光增材制造是激光束、粉末束、工作平面相互作用的过程。金属粉末通过专用的喷嘴形成粉末束，在下落过程中粉末穿过激光束而吸收能量熔化，剩余的激光能量用于熔化基材，共同形成熔池，熔池快速冷却形成致密的金属组织，其质量对增材制造零件的质量有重要的影响。激光增材制造的微观组织主要由材料种类和工艺参数决定，工艺参数主要包括激光束扫描速度、光斑直径、激光功率、搭接率、送粉量、离焦量等。其中离焦量对于粉末束和激光束的匹配起到了至关重要的作用。若离焦量过小，粉末吸收激光能量的时间过短，粉末束还没有完全汇聚就到达基材的工作平面，会造成粉末利用率降低，送粉头吹出的保护气体又会使熔覆层的平整度降低，最终导致成形表面质量降低。若离焦量过大，会造成送粉头到工作平面的距离增大，激光束的能量密度降低，粉末束的发散性变大，易形成气孔、未熔合等缺陷。因此，想要得到稳定优质的成形组织，必须将离焦量控制在一定的工艺窗口范围内。
技术实现思路
本专利技术目的是提供的一种用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，可以实时测量并控制送粉增材制造过程中送粉头与工作面间离焦量的稳定，从而提高增材制造过程的稳定性，提升产品质量。本专利技术的另一个目的是提供了上述用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，包括计算机数控系统，计算机数控系统与人机交互系统双向连接；人机交互系统负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态信息的可视化显示；计算机数控系统通过数据线分别与运动控制器、激光控制器和送粉控制器连接；送粉控制器通过送粉管道连接送粉头，送粉头正对工作平面设置、距离传感器安装在送粉头侧壁，距离传感器通过数据线与计算机数控系统双向连接；运动控制器用于控制机床和送粉头的运动；激光控制器连接内置在送粉头中的激光器，激光控制器用于调节激光输出功率。本专利技术的特点还在于，距离传感器负责测量送粉头与工作平面的距离并将数据实时反馈给计算机数控系统。计算机数控系统负责系统指令的输入、运算、输出；送粉头通过专用喷嘴喷出的粉末束与激光器产生的激光束同轴。人机交互设备由显示器、键盘和鼠标组成，显示器、键盘和鼠标与计算机数控系统相连，键盘和鼠标负责参数的输入，显示器用于系统状态的显示。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控方法，具体如下：步骤1：当送粉头移动到指定位置准备成形新的一层之前，距离传感器测量零件工作平面与送粉头之间的离焦量，将数值反馈给计算机数控系统；步骤2：计算机数控系统将实际的离焦量与预设的理论值进行对比，计算出实际值与理论值的差值；步骤3：根据步骤2得出的差值，计算机数控系统控制运动控制器移动带动送粉头调节高度，将离焦量调节到预设值；步骤4：完成离焦量调节后继续成形新的一层，完成后返回步骤1，调节下一层的离焦量。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术可以预设并实时测控增材制造过程中工作平面与送粉头的离焦量，保证重要工艺参数的稳定，提高每层的工艺稳定性，进而提升送粉式激光增材制造产品的质量。(2)本专利技术采用的高精度距离传感器可以精确测量送粉头与工作区的距离，提升系统的测控精度。附图说明图1是本专利技术的用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统的结构示意图；图2是本专利技术的用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控方法的流程图。图中，1.计算机数控系统，2.人机交互设备，3.运动控制器，4.距离传感器，5.送粉头，6.激光控制器，7.送粉控制器，8.工作平面。具体实施方式本专利技术的用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，结构如图1所示，包括计算机数控系统1，计算机数控系统1与人机交互系统2双向连接；人机交互系统2负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态信息的可视化显示；计算机数控系统1通过数据线分别与运动控制器3、激光控制器6和送粉控制器7连接；送粉控制器7通过送粉管道连接送粉头5，送粉头5正对工作平面8设置、距离传感器4安装在送粉头5侧壁，距离传感器4通过数据线与计算机数控系统1双向连接；运动控制器3用于控制机床和送粉头5的运动；激光控制器6连接内置在送粉头5中的激光器，激光控制器6用于调节激光输出功率。距离传感器4负责测量送粉头与工作平面8的距离并将数据实时反馈给计算机数控系统。计算机数控系统1负责系统指令的输入、运算、输出；送粉头5通过专用喷嘴喷出的粉末束与激光器6产生的激光束同轴。人机交互设备2由显示器、键盘和鼠标组成，显示器、键盘和鼠标与计算机数控系统1相连，键盘和鼠标负责参数的输入，显示器用于系统状态的显示。通过人机交互系统实现系统的可视化操作，人机交互系统由输入设备，输出设备两部分组成，与计算机数控系统的中央处理器相连接，负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态等信息的可视化显示。计算机数控系统作为整个系统的控制核心，通过数据线与系统的其余部分连接，负责系统指令的输入、运算、输出。通过与运动控制器连接，控制机床以及同轴送粉头的运动；通过与激光控制器连接，控制激光的开关以及输出的功率等参数；通过与送粉控制器连接，控制送粉器的开关以及送粉量等参数。距离传感器安装在送粉头的侧壁与送粉头随动，距离传感器测量区域与激光器发射的激光束照射在工作平面上的区域重合。距离传感器负责测量工作面与激光送粉头之间的距离，换算成激光束的离焦量，将该数值信息通过数据线传递给计算机数控系统进行分析调节。一种用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控方法如图2所示，具体包括以下步骤：步骤1：当送粉头移动到指定位置准备成形新的一层之前，距离传感器测量零件工作平面与送粉头之间的离焦量，将数值反馈给计算机数控系统；步骤2：计算机数控系统将实际的离焦量与预设的理论值进行对比，计算出实际值与理论值的差值；步骤3：根据步骤2得出的差值，计算机数控系统控制运动控制器移动带动送粉头调节高度，将离焦量调节到预设值；步骤4：完成离焦量调节后继续成形新的一层，完成后返回步骤1，调节下一层的离焦量。在成形薄壁曲面结构过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，其特征在于，包括计算机数控系统(1)，所述计算机数控系统(1)与人机交互系统(2)双向连接；所述人机交互系统(2)负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态信息的可视化显示；所述计算机数控系统(1)通过数据线分别与运动控制器(3)、激光控制器(6)和送粉控制器(7)连接；所述送粉控制器(7)通过送粉管道连接送粉头(5)，所述送粉头(5)正对工作平面(8)设置、所述距离传感器(4)安装在送粉头(5)侧壁，所述距离传感器(4)通过数据线与计算机数控系统(1)双向连接；所述运动控制器(3)用于控制机床和送粉头(5)的运动；所述激光控制器(6)连接内置在送粉头(5)中的激光器，所述激光控制器(6)用于调节激光输出功率。/n

【技术特征摘要】
1.用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，其特征在于，包括计算机数控系统(1)，所述计算机数控系统(1)与人机交互系统(2)双向连接；所述人机交互系统(2)负责程序的编写、参数的输入，以及系统状态信息的可视化显示；所述计算机数控系统(1)通过数据线分别与运动控制器(3)、激光控制器(6)和送粉控制器(7)连接；所述送粉控制器(7)通过送粉管道连接送粉头(5)，所述送粉头(5)正对工作平面(8)设置、所述距离传感器(4)安装在送粉头(5)侧壁，所述距离传感器(4)通过数据线与计算机数控系统(1)双向连接；所述运动控制器(3)用于控制机床和送粉头(5)的运动；所述激光控制器(6)连接内置在送粉头(5)中的激光器，所述激光控制器(6)用于调节激光输出功率。


2.根据权利要求1所述的用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，其特征在于，所述距离传感器(4)负责测量送粉头与工作平面(8)的距离并将数据实时反馈给计算机数控系统。


3.根据权利要求1所述的用于送粉式激光增材制造设备的离焦量测控系统，其特征在于，所述计算机数控系统(1)负责系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓明，胡广，郁明玮，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61