[发明专利]一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法

权利要求书

1.一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法，其特征在于，应用于激光熔覆工业控制机，所述控制机运行激光熔覆熔池温度控制程序，所述熔池温度控制程序包含熔池温度控制方法，所述方法包括如下步骤：

S1、输入参数，参数包括加工工艺参数、控制程序参数和通讯参数；

S2、系统初始化，用于通讯初始化、硬件初始化和控制程序初始化；

S3、控制程序进入就绪状态并开启一个线程用于接收加工起始信号；

S4、控制程序采集路径、功率和温度数据；

S5、采集完一次数据后，控制程序首先对采集到的路径信息进行判断，并根据判断结果来决定是否添加新的立方体并计算每个立方体所含的能量，以立方体为基本单位进行热力学分析；

S7、控制程序根据当前坐标值(x_i,y_i,z_i)得到与其同一层的周围的立方体的温度平均值和其下方立方体的温度值，将这两个温度值按照0.6和0.4的权重进行加权平均，并将计算结果传入温度控制单元；

S8、温度控制单元使用PID控制模型控制激光的输出功率并根据传入的温度数值动态调整PID控制模型的参数；

S9、判断加工是否结束，没结束则跳转到S4，结束则执行S10；

S10、清理系统，释放内存空间。

2.根据权利要求1中所述的激光熔覆成形中熔池温度控制方法，其特征在于，步骤S4中，采集了激光熔覆过程中激光的扫描路径、激光的输出功率和熔池的温度；通过现场总线采集到的数据形式为字符串形式，控制程序需要将这些数据转换为对相应的变量类型并将这些数据放入计算机内存中，此外加工开始后，控制程序开启一个线程用于接收加工结束信号。

3.根据权利要求1中所述的激光熔覆成形中熔池温度控制方法，其特征在于，步骤S5中，构建数学模型，模型内依据采集到的激光扫描路径来还原实际已经加工完成的几何外形，所述几何外形以一定边长的虚拟立方体来组合实现，所述用于添加立方体以此来还原加工已完成部分的几何外形的数学模型包括：

其中，(x_i,y_i,z_i)是获取到的当前加工点的坐标值，l为所述立方体边长，(x_j,y_j,z_j)是当前加工点所在立方体的立方体中心坐标值，函数floor(x)表示对变量x向下取整；

如果坐标值(x_i,y_i,z_i)满足表达式

则不需要创建新的立方体；如果坐标值(x_i,y_i,z_i)不满足上述表达式，则程序创建一个新坐标用于表示新立方体的中心坐标值，当程序处理第一次采集到的数据时，(x_j,y_j,z_j)的值为

4.根据权利要求1中所述的激光熔覆成形中熔池温度控制方法，其特征在于，步骤S5中，构建数学模型，模型内依据获得的激光输出功率和采样间隔来计算激光的总输出能量，所述用于计算一个立方体内的激光总的输出能量的数学模型包括：

E_a＝η_l×(1-η_p)(P_i×ΔT)+η_p(P_i×ΔT)

其中，E_a为ΔT时间内总吸收的能量，P_i为激光输出功率，ΔT为采样时间间隔，η_l为激光熔覆过程中生长层的能量吸收率，η_p为激光熔覆过程中从喷嘴中喷出的金属粉末的能量吸收率，将E_a累加到当前坐标值所在立方体的能量属性值中，并通过比热容公式计算出当前立方体的温度值并作为立方体的属性值记录保存。

5.根据权利要求1中所述的激光熔覆成形中熔池温度控制方法，其特征在于，步骤S5中，计算出总能量后控制程序以每个立方体为基本单位进行热力学分析，控制程从最近一次添加的立方体开始依据热传导公式计算遍历计算出每个立方体的温度值，并将此温度值更新到立方体的温度属性值中。