本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种适用于同轴送粉激光熔融快速成形设备的层高控制系统及控制方法。
背景技术：
同轴送粉激光熔融快速设备保留了传统3d打印可实现柔性设计和制造、减少产品研发制造的成本以及周期、可一次成形复杂结构零件等一系列优势。同时，与其它金属零件3d打印技术相比，激光熔融快速成形设备所成形零件的尺寸更大，成形速度更快，粉末利用率更高。但是由于各种原因导致的误差使激光喷头每层提升高度δz与单层堆积高度之间产生的微小偏差将对零件的成形产生显著的影响。当δz小于单层堆积高度δh时，熔覆下一层时离焦量比上一层小，光斑也会变小，因此下一层的高度和宽度变小，而再下一层的高度和宽度会更小，以后逐步累积，出现上细下粗形状。当δz大于单层堆积高度δh时，熔覆下一层时离焦量变大，光斑也会变大。此时当激光能量密度足够大时（大功率、低速度、粉量较小），熔覆宽度将与光斑保持一致。这样后一层的宽度将大于前一层，同时由于粉末送入点的变化使堆积高度减小，这样将使再下一层的离焦量进一步增大，从而继续加大熔覆宽度，减小堆积高度，形成上粗下细的形状；当激光能量密度不够大时（功率较低、高速度、大粉量），熔覆宽度小于光斑宽度，同时堆积高度也会减小。而且激光能量密度的不断减小最终会导致熔覆宽度的不断减小，从而形成上细下粗的形状。同时，由于同轴送粉激光熔融快速成形质量控制的复杂性，在成形每层熔覆层时其表面质量不均一，极易出现波浪状起伏，因此在进行下一层熔敷时，激光光斑会随着前一层熔覆层的高度起伏而出现光斑半径的变化，从而造成表面波浪状起伏的累积加剧，最终导致零件加工失败。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于同轴送粉激光熔融成形设备的层高控制系统和方法，能够控制同轴送粉激光熔融快速成形设备加工过程中层高控制，消除快速成形设备层高之间的误差，达到提升快速成形设备产品质量。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种用于同轴送粉激光熔融成形设备的层高控制系统，包括工作台和同轴送粉机构，同轴送粉机构具有同轴激光喷头，所述系统包括工业控制计算机、视觉检测单元和同轴送粉激光熔融成形中央控制器，视觉检测单元和同轴送粉激光熔融成形中央控制器分别与工业控制计算机双向通信连接；
视觉检测单元用于检测工作台上的激光熔池图像信息，将该图像信息传送给工业控制计算机进行分析；
同轴送粉激光熔融成型中央控制器分别通信连接有：
激光控制单元，用于控制成形过程中的激光功率大小；
送粉控制单元，用于根据加工工艺与材料控制送粉量；
数控系统，与同轴送粉机构和工作台连接，用于控制工作台及同轴激光喷头设备的移动；
冷却控制单元，用于在成形过程中控制成形产品的冷却速度。
所述同轴送粉激光熔融成型中央控制器还通信连接有反馈控制器，用于监控的设备工作状态，并将工作状态发送至同轴送粉激光熔融成型中央控制器。
所述视觉检测单元采用高速黑白ccd相机。
所述高速黑白ccd相机装设在工作台侧上方或正上方，与同轴激光喷头安装位置平行随激光喷头同时运动。
一种用于同轴送粉激光熔融成形设备的层高控制方法，包括以下步骤：
s1，数控系统控制同轴激光喷头运动到指定位置，准备工作前高速黑白ccd相机采集当前激光熔池图像信息，将图像信息发送给工业控制计算机；
s2，工业控制计算机对图像进行处理，得到激光熔池的光斑的直径；
s3，工业控制计算机通过光斑大小与工艺数据库的对比计算转换为同轴激光喷头的提升高度值，将提升高度值传输给同轴送粉激光熔融成型中央控制器；
s4，同轴送粉激光熔融成型中央控制器将提升高度值发送给数控系统，数控系统根据提升高度值实时调节同轴激光喷头与加工零件表面的距离；
s5，调节到位后开始成形工作，完成一层熔敷后返回步骤s1进行下一层成型过程中同轴激光喷头高度的监控和调整。
本发明能够控制同轴送粉激光熔融快速成形设备加工过程中层高控制，使每层熔覆层上各点激光熔池大小一致，消除快速成形设备层高直接的误差，达到提升快速成形设备产品质量。
附图说明
附图1为本发明系统的框架连接示意图；
附图2为本发明具体应用结构示意图；
附图3为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如附图1和2所示，本发明揭示了一种用于同轴送粉激光熔融成形设备的层高控制系统，包括工作台和同轴送粉机构，同轴送粉机构具有同轴激光喷头，所述系统包括工业控制计算机、视觉检测单元和同轴送粉激光熔融成形中央控制器，视觉检测单元和同轴送粉激光熔融成形中央控制器分别与工业控制计算机双向通信连接，实现双向通信。工业控制计算机通过rs232数据线与成型设备连接。
视觉检测单元用于检测工作台上的激光熔池图像信息，将该图像信息传送给工业控制计算机进行分析。视觉检测单元采用高速黑白ccd相机，装设在工作台的侧上方或正上方，高速黑白ccd相机通过千兆网线与工业控制计算机相连。在工业控制计算机中内置有图像处理应用，能够精确的对图像进行分析处理，得到实时激光熔池光斑大小，工业控制计算机通过将光斑大小与工艺数据库的对比计算转换为同轴激光喷头的提升高度值，实时控制激光头与零件表面的距离，使每层熔覆层上各点激光熔池大小一致。
同轴送粉激光熔融成型中央控制器分别通信连接有：激光控制单元，用于控制成形过程中的激光功率大小；送粉控制单元，用于根据加工工艺与材料控制送粉量；数控系统，与同轴送粉机构和工作台连接，用于控制工作台及同轴激光喷头设备的移动；冷却控制单元，用于在成形过程中控制成形产品的冷却速度。所述同轴送粉激光熔融成型中央控制器还通信连接有反馈控制器，用于监控的设备工作状态，并将工作状态发送至同轴送粉激光熔融成型中央控制器。同轴送粉激光熔融成型中央控制器将所接收到的设备工作状态传输到工业控制计算机，工业控制计算机将显示设备工作状态便供给用户进行查看。
对于具体地结构，如附图2所示，工作台4上方设置同轴激光喷头1和高速黑白ccd相机2，同轴激光喷头1与激光器连接，激光器与电源6连接，反馈控制器5与同轴送粉激光熔融成型中央控制器3连接，同时同轴送粉激光熔融成型中央控制器还连接有冷水机和电源，冷水机作为冷却控制系统。工作台由数控系统控制运动。
另外，如附图3所示，本发明还揭示了一种用于同轴送粉激光熔融成形设备的层高控制方法，包括以下步骤：
s1，数控系统控制同轴激光喷头运动到指定位置，准备工作前高速黑白ccd相机采集当前激光熔池图像信息，将图像信息发送给工业控制计算机。
s2，工业控制计算机对图像进行处理，得到激光熔池的光斑的直径，输出光斑尺寸。
s3，工业控制计算机通过光斑大小与工艺数据库的对比计算转换为同轴激光喷头的提升高度值，将提升高度值传输给同轴送粉激光熔融成型中央控制器。工艺数据库预先存储有相应的工艺参数。
s4，同轴送粉激光熔融成型中央控制器将提升高度值发送给数控系统，数控系统根据提升高度值实时调节同轴激光喷头与加工零件表面的距离。
s5，调节到位后开始成形工作，完成一层熔敷后返回步骤s1进行下一层成型过程中同轴激光喷头高度的监控和调整，直到整个加工完成，结束加工。
通过以上的控制，能够实时的高速同轴激光喷头的高度，从而消除快速成形设备层高之间的误差，提升了加工质量。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。