基于PMAC数控激光加工系统光粉一体化控制

0 引言

　　激光加工过程是个多参数过程，激光功率、扫描速度、送粉量大小、熔池温度等都会对最终成型件好坏产生影响。目前激光加工 过程这些参数的设定往往都是采用“试错法”，通过试验反复修正，对十功率、送粉量大小的控制往往也是在实验过程中采用手动调节来控制，通常会中断制造流程，影响制造效率。本文基十PMAC数控系统，借助PMAC系统的开放性，通过对现有GS-TFL-10KW型高功率CO₂激光器设备的改造，实现了对激光器功率、送粉量大小实时调节的光粉一体化控制。

1 系统硬件设计方案

　　光粉一体化控制主要包括送粉、光栅、激光功率这三个方面的控制。送粉量大小由送粉步进电机转速快慢来控制，而对十步进电机的控制则是用PMAC控制片的一路编码输出与步进驱动器相连接来控制。与传统用独立单片机来控制的送粉器相比，其好处是有利十系统控制的一体化实现，制造过程无需中断。同时使用两路PMAC扩展光电隔离I/O口通过继电器来控制光栅气缸和送粉电机的开与关，这样在编程中通过改变PMAC中相应M变量的值就可以实现何时送粉与停粉、何时出激光与关闭激光的控制。

　　GS-TFL-10KW型高功率CO₂ 激光器属十高频激励激光器，其输出功率的大小由谐振腔内激励电流的大小来决定。而对十激励电流大小的调节，原装置是通过一个手调电位计阻值的变化，调节电流给定电平经多级放大后来控制高压激励电流大小。为了便十系统集成，这里采用了MAXIN公司MAX5451数字电位计取代原先的手调电位计。数字电位计实时阻值的大小由MEGA8与上位机RS232通信获得。具体的工 艺参数功率数值与电位计的阻值的对应关系则是通过多次试验的方法，在多次试验取得的数据基础上采用模糊算法来获得一个最佳匹配关系。系统的上位机为装有Windows98系统的PC工 控机。

　　系统硬件设计不意图如图1所示。

图1 系统硬件示意图 

2 系统软件设计

　　2.1 下位机软件设计

　　系统的软件设计部分可分为上位机与下位机两部分。下位机主要功能是MEGA8通过RS232协议与PC工 控机通信，在收到功率改变报文后，输出脉冲到MAX5451芯片，改变其阻值大小，同时用4个8段LED数码管显不出当前功率值大小。

　　软件流程图如图2、图3所示。

图2 下位机主流程

图3 中断服务程序流程图

　　MFGA8初始化之后打开USART串行中断，如果没有中断事件发生则显示当前的功率值，一旦上位机向下位机发送功率调整报文，则触发中断进入中断服务程序。下位机根据报文的内容对数字电位计作出相应调整，调整完毕向上位机发送一个确认报文，上位机根据能否正确接收到这个返回报文确定是否需要重发调整功率报文。如果以上步骤都正确则更新功率显不内容。