金属激光选区熔化设备控制系统设计

摘要

金属激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)快速成型技术作为一种新型增材制造技术在制造业兴起，本课题通过对SLM成型技术进行分析和研究，结合自主研发的SLM成型设备机械结构部分，设计开发了一套结构简洁的SLM成型设备控制系统。
　　首先，详细介绍了SLM成型设备结构原理，在已有SLM设备控制方案的基础上，提出了以AMCP控制器为核心的SLM设备控制系统方案。其次，从硬件方面对SLM设备控制系统进行了结构设计，配以相应驱动执行部件，设计了二维振镜扫描控制单元、铺送粉控制单元、激光控制单元、温度控制单元、惰性气体保护单元等，构成了一个模块化数控系统。再次，软件方面，按照SLM成型工艺详细设计了软件控制流程图，并以C＃语言为工具按照控制流程开发了功能齐全的人机界面，界面与控制器之间的交互通讯充分利用了OPC-UA技术，编写了实现各硬件组件运动过程控制功能的Lua脚本程序;同时，还构建了控制系统软件用户管理模块，实现了设备用户信息的统一管理。
　　本课题设计开发的SLM成型设备控制系统，其结构简单紧凑、操作性强，控制器内部集成有各种硬件控制模块，系统配置硬件方便快捷;通过使用OPC-UA技术实现通讯，保证了设备在运行过程中数据传输的完整性和安全性;设计开发的人机界面友好，各功能控制模块能按照SLM成型工艺协调运作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2．1 SLM成型技术

1．2．2 SLM成型技术的特点

1．3 国内外SLM设备控制方案研究现状

1．3．1 集中式控制方案

1．3．2 分布式控制方案

1．4 研究的目的和意义

1．5 主要研究内容

第2章 SLM成型设备控制系统总体方案设计

2．1 SLM成型设备总体框架分析

2．1．1 SLM技术成型过程

2．1．2 加工光源

2．1．3 扫描方式

2．1．4 光学系统

2．1．5 铺送粉系统

2．1．6 惰性气体保护系统

2．2 控制系统方案设计

2．3 本章小结

第3章 SLM设备控制系统硬件设计

3．1 控制系统硬件结构设计

3．2 二维振镜扫描控制单元

3．3 激光控制单元

3．4 铺送粉控制单元

3．4．1 步进电机

3．4．2 步进电机驱动

3．4．3 限位开关和接近开关

3．5 温度控制单元

3．5．1 测温电路

3．5．2 加热装置

3．5．3 水冷装置

3．6 惰性气体保护控制单元

3．6．1 含氧量和成型仓内压力监测

3．6．2 含氧量调节模块

3．6．3 粉尘过滤模块

3．7 其他元器件

3．8 电源设计

3．9 本章小结

第4章 SLM设备控制系统软件设计

4．1 控制系统软件结构设计

4．2 控制系统软件设计开发

4．2．1 设备操作控制面板设计

4．2．2 用户管理模块

4．2．3 初始化变量

4．2．4 连接控制器

4．2．5 设备部分硬件故障检测

4．2．6 成型文件设定

4．2．7 基板基准设定

4．2．8 基板预热设定

4．2．9 含氧量调节设定

4．2．10 常规操作功能模块

4．2．11 成型指令

4．2．12 扫描路径显示

4．2．13 参数设置

4．2．14 界面锁定

4．3　通讯设计

4．3．2 OPC-UA通讯模块功能的实现

4．3．3 本课题对OPC-UA技术的具体应用

4．4 本章小结

第5章 用户信息管理模块设计

5．1 设计原则

5．2．1 用户权限分配

5．2．2 用户信息分类

5．3 界面设计

5．3．1 用户登录界面

5．3．2 用户注册界面

5．3．3 普通用户界面

5．3．4 管理员用户界面

5．4 数据库表设计

5．5 数据库表与界面交互设计

5．5．1 与Access数据库连接

5．5．3 数据查询

5．5．4 数据添加

5．5．5 数据修改

5．5．6 数据删除

5．6 本章小结

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢