基于等离子弧焰长度检测的金属制粉研究

作     者：李杰 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁华刚

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：等离子弧焰检测 长度检测 模糊PID算法 金属制粉 

摘      要：随着金属3D打印技术的快速发展,对于3D打印材料球形金属粉末的需求日益增大,高质量球形金属粉末的工艺技术成为各国多家企业及研究机构的重点研究内容。通过等离子旋转电极法生产的金属粉末具有高纯度,高球形度,和窄粒度分布的优点,是金属3D打印的理想材料。目前我国应用最多的制备金属粉末方法也是等离子旋转电极法。传统等离子旋转电极法制粉工艺中的伺服送进机构的进给速度是人为设定的,不能保证制粉过程中棒料端面与等离子枪距离恒定,不但会影响所制金属备粉末的质量,也会造成一些安全隐患。因此,本文设计了基于等离子弧焰长度检测的金属制粉装置。在该制粉装置中,需要根据实时检测的等离子弧焰长度来控制伺服送进机构的进给速度,以保证棒料端面与等离子枪距离恒定。本文的内容主要包含两个方面,对伺服送进机构的控制以及对等离子弧焰长度的检测。对伺服送进机构的控制主要是控制伺服送进机构的进给速度,以保证棒料端面与等离子枪的距离恒定,对等离子弧焰的长度检测是为了满足伺服送进机构的控制需求。本文设计了基于模糊PID的伺服送进控制器,根据等离子弧焰的长度对伺服送进机构进行控制;为了满足伺服送进机构的控制需求,设计了基于图像处理的等离子弧焰长度检测系统,可以对等离子弧焰进行实时检测;设计出了基于感兴趣区域的图像检测以及弧焰长度修正函数,可以提高检测的实时性和检测的准确度;设计出了基于DDE通信的组态王显示界面,可以与检测系统进行通讯,实现对检测现场的实时监控。实验结果表明,对等离子弧焰检测后的图像目标区域边缘平滑、亮度清晰且无噪声,可以满足图像的后续处理以及监控需求。经修正后的等离子弧焰长度的检测准确度较高,与等离子弧焰实际长度相比误差小于1mm,满足实际工业生产需求。对于伺服送进机构的控制可以保证制粉过程中棒料与等离子枪距离恒定,符合控制要求。