等离子熔积快速成形控制与检测设备研究

摘要

等离子熔积直接快速成形是一种可以低成本快速成形高熔点满密度金属零件的方法，在航空航天器零部件快速研发与制造方面有着广阔的应用前景。然而，目前等离子熔积直接快速成形在成形精度上还有待提高。本实验室在实现等离子熔积快速成形系统中的数控系统由专用封闭式系统向开放式数控系统转变的同时，要实现数控单元与熔积单元、铣削加工单元匹配协调的等离子熔积加工一体化的闭环控制，还需要采集各种工艺参数信息和对熔积过程进行实时控制，成为本课题研究的重要环节。本文主要研究了等离子熔积快速成形设备中熔积控制单元的设计，采用ARM嵌入式微处理器和外部信号调理电路构成熔积控制的硬件系统，利用嵌入式软件平台开发下位机控制软件程序实现了高性能的数据处理和逻辑执行功能。
　　 等离子熔积控制单元采用性能优良的LPC2136型32位ARM7工业级处理器作为系统的实时控制核心，实现了熔积手动控制和自动时序控制；通过设计外围信号调理电路，将外部工艺参数的模拟信号转化为数字信号传输给PC机；通过与主机互连RS-232串行接口，实现数据通信；通过与PMAC运动控制板卡的信号交互，实现机床运动和熔积控制的协调工作功能。深入研究了熔积时序控制过程和外部工艺参数的准确采样及熔积控制的协议定义。
　　 软件系统包含基于嵌入式实时操作系统平台下各控制任务之间的管理模块和片内外设的驱动控制模块两个部分。任务管理模块用于对软件各个任务的创建和优先级的设定，以及任务之间的调度。片内外设的驱动控制模块用于对各单元功能模块，如A/D采样模块，I2C驱动模块，UART通信模块，输入/输出模块等的控制寄存器的初始化和启动。主要完成模拟信号量的采集，数据的发送和接收，信号量的输入和输出，与PMAC板卡进行协调工作的协议识别等功能。
　　 本系统具备完备的软硬件控制功能，不仅能独立实现熔积控制和工艺参数采样，还能建立与PMAC板卡之间的联系，是构成等离子熔积闭环控制的重要一环。除此之外，软件系统具有高度的开放性，为系统功能的扩展和进行更进一步的开发提供了良好的平台。