0 引言

　　激光加工過程是個(gè)多參數(shù)過程，激光功率、掃描速度、送粉量大小、熔池溫度等都會對最終成型件好壞產(chǎn)生影響。目前激光加工過程這些參數(shù)的設(shè)定往往都是采用試錯法，通過試驗(yàn)反復(fù)修正，對十功率、送粉量大小的控制往往也是在實(shí)驗(yàn)過程中采用手動調(diào)節(jié)來控制，通常會中斷制造流程，影響制造效率。本文基十PMAC數(shù)控系統(tǒng)，借助PMAC系統(tǒng)的開放性，通過對現(xiàn)有GS-TFL-10KW型高功率CO2激光器設(shè)備的改造，實(shí)現(xiàn)了對激光器功率、送粉量大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的光粉一體化控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

　　光粉一體化控制主要包括送粉、光柵、激光功率這三個(gè)方面的控制。送粉量大小由送粉步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢來控制，而對十步進(jìn)電機(jī)的控制則是用PMAC控制片的一路編碼輸出與步進(jìn)驅(qū)動器相連接來控制。與傳統(tǒng)用獨(dú)立單片機(jī)來控制的送粉器相比，其好處是有利十系統(tǒng)控制的一體化實(shí)現(xiàn)，制造過程無需中斷。同時(shí)使用兩路PMAC擴(kuò)展光電隔離I/O口通過繼電器來控制光柵氣缸和送粉電機(jī)的開與關(guān)，這樣在編程中通過改變PMAC中相應(yīng)M變量的值就可以實(shí)現(xiàn)何時(shí)送粉與停粉、何時(shí)出激光與關(guān)閉激光的控制。

　　GS-TFL-10KW型高功率CO2激光器屬十高頻激勵激光器，其輸出功率的大小由諧振腔內(nèi)激勵電流的大小來決定。而對十激勵電流大小的調(diào)節(jié)，原裝置是通過一個(gè)手調(diào)電位計(jì)阻值的變化，調(diào)節(jié)電流給定電平經(jīng)多級放大后來控制高壓激勵電流大小。為了便十系統(tǒng)集成，這里采用了MAXIN公司MAX5451數(shù)字電位計(jì)取代原先的手調(diào)電位計(jì)。數(shù)字電位計(jì)實(shí)時(shí)阻值的大小由MEGA8與上位機(jī)RS232通信獲得。具體的工藝參數(shù)功率數(shù)值與電位計(jì)的阻值的對應(yīng)關(guān)系則是通過多次試驗(yàn)的方法，在多次試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上采用模糊算法來獲得一個(gè)最佳匹配關(guān)系。系統(tǒng)的上位機(jī)為裝有Windows98系統(tǒng)的PC工控機(jī)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分可分為上位機(jī)與下位機(jī)兩部分。下位機(jī)主要功能是MEGA8通過RS232協(xié)議與PC工控機(jī)通信，在收到功率改變報(bào)文后，輸出脈沖到MAX5451芯片，改變其阻值大小，同時(shí)用4個(gè)8段LED數(shù)碼管顯不出當(dāng)前功率值大小。

　　MFGA8初始化之后打開USART串行中斷，如果沒有中斷事件發(fā)生則顯示當(dāng)前的功率值，一旦上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送功率調(diào)整報(bào)文，則觸發(fā)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序。下位機(jī)根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容對數(shù)字電位計(jì)作出相應(yīng)調(diào)整，調(diào)整完畢向上位機(jī)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)報(bào)文，上位機(jī)根據(jù)能否正確接收到這個(gè)返回報(bào)文確定是否需要重發(fā)調(diào)整功率報(bào)文。如果以上步驟都正確則更新功率顯不內(nèi)容。

　　2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　PMAC作為一個(gè)開放式系統(tǒng)有四大變量L、P、Q、M、M變量主要負(fù)責(zé)與系統(tǒng)存貯器、I/O口打交道。對M變量操作就能控制繼電器的吸合與釋放。例如:M1=1吸合繼電器打開送粉電機(jī)，M1=0釋放繼電器關(guān)閉送粉電機(jī)，通過操作M變量即可達(dá)到控制電機(jī)和光柵的作用。然而功率的調(diào)整是一個(gè)變化過程，并非一兩個(gè)開關(guān)量就能表示出，因此這里采用的是在Windows平臺下通過編寫第三方軟件作為橋梁連接下位機(jī)和PMAC的方案。

　　32位應(yīng)用程序在Windows系統(tǒng)下調(diào)用PCOMM32.DLI_動態(tài)連接庫文件來操作PMAC PCOMM32.DLL，成為應(yīng)用程序與PMAC打交道的一個(gè)橋梁。在PMAC運(yùn)動程序里只需設(shè)置一個(gè)P變量假設(shè)為P1，寫入此時(shí)需要的功率值。第三方軟件通過PCOMM32.DLL提供的接口函數(shù)不斷查詢監(jiān)視P1變量值，如果前后兩次P1變量值發(fā)生改變則表示需要調(diào)整功率，此時(shí)第三方軟件先發(fā)送PMAC的H命令暫停運(yùn)動程序的運(yùn)行，再與MEGA8進(jìn)行一次串口通信發(fā)送當(dāng)前設(shè)定的功率值，MEGA對功率作出一次調(diào)整，完成之后再恢復(fù)運(yùn)動程序的運(yùn)行。

　　程序掛角攀褥PCOMM32. DLI_動態(tài)連接庫提供的PmacGctVariablc()函數(shù)，它的功能是獲取PMAC某

　　一變量的值。這樣在上位機(jī)上運(yùn)行PMAC數(shù)控運(yùn)動程序代碼并預(yù)設(shè)P1某一功率值，同時(shí)運(yùn)行監(jiān)視軟件。如果數(shù)控運(yùn)動代碼進(jìn)入需要設(shè)置功率的代碼段，對P1賦值，前后兩次P1值發(fā)生改變，被監(jiān)視軟件檢測到，立即中斷數(shù)控程序運(yùn)行，功率調(diào)整之后再次恢復(fù)運(yùn)行。考慮到軟件的響應(yīng)時(shí)間，還可在數(shù)控代碼里需要改變功率的地方加上DWELI_命令做適當(dāng)延時(shí)一。

3 結(jié)束語

　　通過MFGA8單片機(jī)，PMAC提供的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)了大功率CO2激光器送粉及光粉一體化控制。在功率的調(diào)整上系統(tǒng)避開了純硬件的設(shè)計(jì)，而是利用PMAC的開放性編寫應(yīng)用程序進(jìn)行串口通信調(diào)整功率的方法，為以后通過檢測熔池溫度、CCD圖像分析等方法來實(shí)現(xiàn)功率的閉環(huán)控制提供了方便。此外還可以充分利用工控機(jī)強(qiáng)大的CPU運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)各種算法，為以后閉環(huán)控制提供了算法保證。