[发明专利]一种激光再制造过程能耗监测系统与优化方法

说明书

本发明涉及一种激光再制造过程能耗监测系统与优化方法，属于先进制造与自动化技术领域。本发明的方法包括如下步骤：基于激光发生器、数控系统、送粉系统、冷却系统、净化系统能耗分析建立激光再制造过程能耗模型；搭建能耗实时监测平台获取激光再制造实验参数；考虑再制造质量与物耗的要素构建面向能耗的激光再制造过程工艺参数优化模型；基于改进NSGA‑Ⅱ算法的激光再制造过程工艺参数优化模型求解；实例分析。本发明简单使用且在优化过程中充分考虑了粉末利用率、宽高比、硬度，为激光再制造过程能耗优化提供良好的支持。

技术领域

本发明涉及一种激光再制造过程能耗监测系统与优化方法，具体涉及一种激光再制造过程能耗监测系统与工艺参数优化方法，属于先进制造与自动化技术领域。

背景技术

随着现代制造业对环境要求的逐渐提高，针对制造业的能耗情况受到国内外学者的广泛关注。激光再制造作为各国竞相发展的关键技术，现已在航空航天、石化、电力、冶金、工程机械等国家重大工程领域有了广泛应用，其原理是利用高功率激光，使金属粉末与待修复工件快速融化凝固形成熔覆层，由于其加工时间久，能量不能完全转换，导致加工过程能耗大，成为限制激光再制造发展的主要因素，因此，针对激光再制造过程能耗问题进行优化对于我国激光再制造行业的发展具有重要的工程意义。

发明内容

针对上述问题，本发明开发一种激光再制造过程能耗监控与工艺参数优化方法，分析激光再制造过程的能耗机理与特性，建立激光再制造过程能耗模型。在此基础上，建立以能耗、粉末利用率、宽高比和硬度为目标的激光再制造多目标优化模型，并提出改进NSGA-Ⅱ算法(带精英策略的非支配排序的遗传算法)进行求解，获取最佳工艺参数，通过实验验证模型的有效性与可行性。

本发明的一种激光再制造过程能耗监测系统与优化方法包括如下步骤：

S1、基于激光发生器、冷却系统、送粉系统、数控系统、净化系统的能耗分析与能耗模型构建；

S2、搭建能耗实时监测平台获取模型参数；

S3、考虑再制造质量与物耗的影响构建激光再制造过程多目标优化模型；

S4、基于改进NSGA-Ⅱ算法的激光再制造多目标优化模型求解；

S5、实例分析。

优选的，所述的步骤S1包括如下子步骤：

S11、建立激光发生器能耗模型其中，P_lc为激光发生器熔覆状态功率，P_h为激光发生器待机状态功率，P_b为激光发生器层间停隔状态功率，t_h为激光发生器处于待机状态的时间，t_w和t_l分别为激光熔覆阶段总时间和每完成一层熔覆后快速移动到初始点的时间；

S12、建立数控系统能耗模型其中，P_sm为数控系统中进给系统运行状态下功率，P_sm2为进给系统回程时的功率，P_h为数控系统待机状态下功率，P_i为第i个辅助系统的加工功率，t_i为第i个辅助系统的加工时间，h_i为辅助系统的工作状态；

S13、建立送粉系统能耗模型其中，E_s为送粉系统能耗，P_sms和P_hs分别为送粉电机功率和待机功率；

S14、建立冷却系统能耗模型E_c＝P_h×(t_a-t_c)+P_w×t_c，其中，t_a和t_c分别为冷却系统运行总时间、冷却系统风扇工作时间，P_h和P_w分别为待机功率和运行功率；