三维等离子体射流自动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了三维等离子体射流自动控制系统，包括：上位机，供用户进行参数设置并下发参数信息；连接于上位机的主控制器，接收来自上位机的参数信息并据此产生控制信号；连接于主控制器的三轴导轨控制系统和高压电源状态控制器，三轴导轨控制系统具有由多个导轨单元组合搭建而成的三轴导轨模块，可供固定被处理样品或等离子体射流装置的射流管；三轴导轨控制系统被配置为在控制信号的控制下，控制三轴导轨模块带动被处理样品或射流管根据预设参数移动，以进行处理距离和/或处理区域可控的样品处理；高压电源状态控制器被配置为可与等离子体射流装置的电源参数控制端连接，以根据从上位机接收的参数信息进行等离子体射流装置的电源参数控制。置的电源参数控制。置的电源参数控制。

【技术实现步骤摘要】
三维等离子体射流自动控制系统


[0001]本专利技术涉及等离子体应用领域，具体涉及等离子体射流的自动控制技术，特别是在等离子体表面处理、生物医疗等多个应用领域中实现对等离子体射流自动控制的三维等离子体射流自动控制系统。

技术介绍

[0002]等离子体是一种由气体经过电离产生的大量带电粒子和中性粒子所组成的特殊物质，一般被称为物质的第四态。等离子体内含有大量的活性物质，这些活性物质会与等离子体所接触到的物质发生物理、化学反应，产生不同的处理效果。
[0003]传统的等离子体射流技术对于等离子体产生的环境有着很高的要求，因此大气压低温等离子体越来越受到学者们的关注。大气压低温等离子体作为一项前沿技术，逐渐被用于各种领域，如医疗中的设备灭菌、材料消毒、生物组织修复、牙齿美白等，材料科学中的材料表面改性等。低温等离子体作用在物体表面，一般会产生以下几种表面效应：改变化学结构、清洗除污、蚀刻等。低温等离子体中的各种粒子含有能够破坏有机大分子化学键的能量，从而影响到物质的表面性能，如改变物质表面的憎水性、粘合性、电性能等。
[0004]传统的大气压低温等离子体射流在进行表面处理时，由于等离子体射流直径较小、处理面积受限，在处理大面积样品时工作量非常大。传统方法需要使用多个升降台和位移台实现三维层面的等离子体射流管移动，操作繁琐并且难以保证处理强度的均匀性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服上述前述技术的不足，提出一种三维等离子体射流自动控制系统，以解决现有的三维等离子体射流控制方案所存在的三维层面控制操作繁琐并且难以保证处理强度均匀性的技术问题。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种三维等离子体射流自动控制系统，包括：上位机，用于供用户进行参数设置并下发参数信息；连接于所述上位机的主控制器，用于接收来自所述上位机的所述参数信息并根据所述参数信息产生控制信号；以及，连接于所述主控制器的三轴导轨控制系统和高压电源状态控制器；其中，所述三轴导轨控制系统具有由多个导轨单元组合搭建而成的三轴导轨模块，所述三轴导轨模块可供固定被处理样品或者等离子体射流装置的射流管；所述三轴导轨控制系统被配置为：在所述控制信号的控制下，控制所述三轴导轨模块带动被处理样品或者所述射流管根据预设参数移动，以进行处理距离和/或处理区域可控的样品处理；所述高压电源状态控制器被配置为可与所述等离子体射流装置的电源参数控制端连接，以根据从所述上位机接收的所述参数信息进行等离子体射流装置的电源参数控制。
[0008]进一步地，所述三轴导轨控制系统包括所述三轴导轨模块、控制所述三轴导轨模块的导轨运动的步进电机以及步进电机驱动器；其中，所述三轴导轨模块被配置为在所述步进电机的驱动下带动所述被处理样品或者所述射流管在三维空间移动。
[0009]进一步地，所述三轴导轨模块包括相互连接的X轴导轨单元、Y轴导轨单元和Z轴导轨单元，每一导轨单元各配备一所述步进电机，每一所述步进电机各对应一所述步进电机驱动器。
[0010]进一步地，所述步进电机的接线置于包塑金属软管中，软管内部镀有电磁屏蔽层。
[0011]进一步地，该三维等离子体射流自动控制系统集成有高压电源；所述高压电源状态控制器包括：连接于所述主控制器的信息中转控制器，连接于所述信息中转控制器的单相正弦波调压电路，以及，连接于所述单相正弦波调压电路和所述等离子体射流装置的所述高压电源；其中，所述主控制器接收到来自所述上位机的电源参数控制信息后，向所述信息中转控制器发送电压调节信号，所述信息中转控制器根据所述电压调节信号输出相应的高压电源控制信号，以控制所述高压电源的电学参数。
[0012]进一步地，还包括：连接于所述上位机的气体状态控制器，所述气体状态控制器被配置为可与所述等离子体射流装置的气体参数控制端连接，以根据从所述上位机接收的所述参数信息控制所述等离子体射流装置的气体参数。
[0013]进一步地，还包括：由所述等离子体射流装置指向所述上位机的等离子体在线监测反馈通路，用于向所述上位机实时反馈等离子射流工作状态。
[0014]进一步地，还包括：连接于所述上位机的图像采集单元，用于采集被处理样品的三维图像并反馈至所述上位机；所述上位机配置有样品可视化处理模块，用于根据被处理样品的三维图像规划等离子体射流的处理路线。
[0015]进一步地，所述上位机具有若干通信接口并配置有系统应用界面，所述系统应用界面可供用户进行系统操作模式的选择和切换；所述上位机通过所述通信接口下发用户输入的参数信息和所选择的系统操作模式。
[0016]进一步地，所述系统操作模式包括手动控制模式、自动控制模式、编程控制模式和图像识别控制模式，其中，所述图像识别控制模式可供用户根据样品图像识别信息规划处理路径。
[0017]本专利技术技术方案的有益效果在于：
[0018]本专利技术的三维等离子体射流自动控制系统，通过模块化的三轴导轨控制系统，配合上位机的控制，能够对射流管处理距离和处理区域进行精确的自动控制，将等离子体射流装置的电源控制和等离子体射流管位置控制相结合，实现等离子体大面积表面处理自动化、精细化控制；并且有效解决了现有技术中等离子体处理面积小、大面积处理不均匀的问题，实现了等离子体大面积均匀性处理；并且，本专利技术模块化组装的三轴导轨控制系统，其三维移动控制方便，操作简单，可实现处理精度0.05mm以内的等离子体射流管位置控制。
[0019]在本专利技术的进一步技术方案中，对步进电机的接线和集成的高压电源之间做了电磁屏蔽处理，有效解决了步进电机接线与高压电源之间的电磁干扰问题。
[0020]在本专利技术的进一步技术方案中，针对等离子体控制参数多、表面处理复杂的问题，开发了控制系统的图形应用界面，利用触屏进行人机交互，实现手动控制模式、自动控制模式和编程控制模式和图像识别控制模式，满足从简单平面到复杂立体材料的三维处理需求，在保证处理效果的同时提高表面处理效率。此外，用户可基于编程控制模式进行自定义控制，实现复杂的3D样品处理，并且可以结合图像处理技术，可视化待处理不规则样品的外观并自动识别、自动规划处理路径。
[0021]在本专利技术的进一步技术方案中，结合等离子体非接触式诊断，结合各传感器进行等离子体工作状态的在线监测，有利于实验和应用场景下数据的记录与观察。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例的三维等离子体射流自动控制系统框图。
[0023]图2是本专利技术实施例的高压电源控制原理框图。
[0024]图3是本专利技术实施例的串口接收程序与主程序示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0026]针对现有技术中等离子体射流处理三维立体样品时三维层面控制繁杂、大面积处理不均匀的问题，以及，等离子体射流在实际应用中，除了需要控制其处理位置，还需要控制其电气参数，因此需要设计一套控制系统将两者系统集成化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维等离子体射流自动控制系统，其特征在于，包括：上位机，用于供用户进行参数设置并下发参数信息；连接于所述上位机的主控制器，用于接收来自所述上位机的所述参数信息并根据所述参数信息产生控制信号；以及，连接于所述主控制器的三轴导轨控制系统和高压电源状态控制器；其中，所述三轴导轨控制系统具有由多个导轨单元组合搭建而成的三轴导轨模块，所述三轴导轨模块可供固定被处理样品或者等离子体射流装置的射流管；所述三轴导轨控制系统被配置为：在所述控制信号的控制下，控制所述三轴导轨模块带动被处理样品或者所述射流管根据预设参数移动，以进行处理距离和/或处理区域可控的样品处理；所述高压电源状态控制器被配置为可与所述等离子体射流装置的电源参数控制端连接，以根据从所述上位机接收的所述参数信息进行等离子体射流装置的电源参数控制。2.如权利要求1所述的三维等离子体射流自动控制系统，其特征在于：所述三轴导轨控制系统包括所述三轴导轨模块、控制所述三轴导轨模块的导轨运动的步进电机以及步进电机驱动器；其中，所述三轴导轨模块被配置为在所述步进电机的驱动下带动所述被处理样品或者所述射流管在三维空间移动。3.如权利要求2所述的三维等离子体射流自动控制系统，其特征在于：所述三轴导轨模块包括相互连接的X轴导轨单元、Y轴导轨单元和Z轴导轨单元，每一导轨单元各配备一所述步进电机，每一所述步进电机各对应一所述步进电机驱动器。4.如权利要求2所述的三维等离子体射流自动控制系统，其特征在于：所述步进电机的接线置于包塑金属软管中，软管内部镀有电磁屏蔽层。5.如权利要求1所述的三维等离子体射流自动控制系统，其特征在于：所述高压电源状态控制器包括：连接于所述主控制器的信息中转控制器，连接于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张若兵，赵子新，郭新正，王竞泽，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：