[发明专利]一种激光沉积成形过程监测装置与双闭环控制方法

权利要求书

1.一种激光沉积成形过程监测装置，其特征在于，包括：测距传感器、熔池观测传感器、控制单元；

所述测距传感器，安装在加工头侧面，使激光束与工件加工面垂直，用于测量加工头与加工表面的距离，并将高度数据传输给控制单元；

所述熔池观测传感器，同轴安装于加工头，利用光路同轴观测熔池，获取熔池形状和尺寸；

所述控制单元，用于处理测距传感器和熔池观测传感器测量得到的加工头距离加工表面距离、熔池形状和尺寸，计算偏差值，实时调整成形过程工艺参数，并反馈给控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种激光沉积成形过程监测装置，其特征在于，所述测距传感器采样频率为500～1000HZ，可测量加工头与加工表面的距离，并以模拟量值输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种激光沉积成形过程监测装置，其特征在于，所述熔池观测传感器包含图像处理器，可对采集的熔池图像进行处理，以模拟量形式输出熔池形状参数。

4.根据权利要求3所述的一种激光沉积成形过程监测装置，其特征在于，所述熔池观测传感器对采集的熔池图像进行处理整个过程小于30ms。

5.根据权利要求4所述的一种激光沉积成形过程监测装置，其特征在于，所述控制单元为PLC或嵌入式处理器。

6.基于权利要求1～5中任一一种激光沉积成形过程监测装置的双闭环控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在激光沉积成形开始之前，调整加工头位置至高度预设值，所述测距传感器的测量视角与工件加工面垂直，所述熔池观测传感器的测量中心与激光加工工作焦点中心重合，在参数设置界面中输入加工头高度、熔池尺寸预设值；

步骤2：设置初始激光功率、送粉量、提升量，设定激光沉积成形轨迹，开始成形加工过程；

步骤3：激光沉积成形过程中，所述测距传感器、熔池观测传感器，设定相同的采样频率；

步骤4：所述控制单元将当前熔池尺寸、加工头与加工表面的距离减去设定值，得出当前采样周期中加工头与加工表面的距离、熔池尺寸的偏差量；

步骤5：所述控制单元根据所得加工头与加工表面的距离偏差量控制运动机构实时调整提升量；根据所得熔池尺寸偏差量控制激光器和送粉器实时调整激光功率、送粉量。

7.根据权利要求6所述的一种激光沉积成形过程监测装置的双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤3中所述测距传感器按设定的采样频率，获取当前加工头与加工表面的距离；所述熔池观测传感器按设定的采样频率，获取当前同周期的熔池尺寸数据。

8.根据权利要求6所述的一种激光沉积成形过程监测装置的双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤5中加工头与加工表面的距离偏差量为正值，则运动机构需要沿垂直于加工面方向降低偏差量的值。

9.根据权利要求6所述的一种激光沉积成形过程监测装置的双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤5中加工头与加工表面的距离偏差量为负值，则运动机构需要沿垂直于加工面方向提升偏差量的值。

10.根据权利要求6所述的一种激光沉积成形过程监测装置的双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤5中熔池尺寸偏差量作为控制算法输入，输出激光功率和送粉量的调节值；熔池尺寸偏差量为正值，则降低激光功率和送粉量；熔池尺寸偏差量为负值，则提高激光功率和送粉量。