[發明專利]一種激光再制造過程能耗監測系統與優化方法

在審

• 申請號: 202110656151.2
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113359633A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 姜興宇;高云;劉同明;鄧建超;楊國哲;李家振;劉傲;劉偉軍
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京展翅星辰知識產權代理有限公司 11693
• 代理人: 王文生

本發明涉及一種激光再制造過程能耗監測系統與優化方法，屬于先進制造與自動化技術領域。本發明的方法包括如下步驟：基于激光發生器、數控系統、送粉系統、冷卻系統、凈化系統能耗分析建立激光再制造過程能耗模型；搭建能耗實時監測平臺獲取激光再制造實驗參數；考慮再制造質量與物耗的要素構建面向能耗的激光再制造過程工藝參數優化模型；基于改進NSGA?Ⅱ算法的激光再制造過程工藝參數優化模型求解；實例分析。本發明簡單使用且在優化過程中充分考慮了粉末利用率、寬高比、硬度，為激光再制造過程能耗優化提供良好的支持。

技術領域

本發明涉及一種激光再制造過程能耗監測系統與優化方法，具體涉及一種激光再制造過程能耗監測系統與工藝參數優化方法，屬于先進制造與自動化技術領域。

背景技術

隨著現代制造業對環境要求的逐漸提高，針對制造業的能耗情況受到國內外學者的廣泛關注。激光再制造作為各國競相發展的關鍵技術，現已在航空航天、石化、電力、冶金、工程機械等國家重大工程領域有了廣泛應用，其原理是利用高功率激光，使金屬粉末與待修復工件快速融化凝固形成熔覆層，由于其加工時間久，能量不能完全轉換，導致加工過程能耗大，成為限制激光再制造發展的主要因素，因此，針對激光再制造過程能耗問題進行優化對于我國激光再制造行業的發展具有重要的工程意義。

發明內容

針對上述問題，本發明開發一種激光再制造過程能耗監控與工藝參數優化方法，分析激光再制造過程的能耗機理與特性，建立激光再制造過程能耗模型。在此基礎上，建立以能耗、粉末利用率、寬高比和硬度為目標的激光再制造多目標優化模型，并提出改進NSGA-Ⅱ算法(帶精英策略的非支配排序的遺傳算法)進行求解，獲取最佳工藝參數，通過實驗驗證模型的有效性與可行性。

本發明的一種激光再制造過程能耗監測系統與優化方法包括如下步驟：

S1、基于激光發生器、冷卻系統、送粉系統、數控系統、凈化系統的能耗分析與能耗模型構建；

S2、搭建能耗實時監測平臺獲取模型參數；

S3、考慮再制造質量與物耗的影響構建激光再制造過程多目標優化模型；

S4、基于改進NSGA-Ⅱ算法的激光再制造多目標優化模型求解；

S5、實例分析。

優選的，所述的步驟S1包括如下子步驟：

S11、建立激光發生器能耗模型其中，P_lc為激光發生器熔覆狀態功率，P_h為激光發生器待機狀態功率，P_b為激光發生器層間停隔狀態功率，t_h為激光發生器處于待機狀態的時間，t_w和t_l分別為激光熔覆階段總時間和每完成一層熔覆后快速移動到初始點的時間；

S12、建立數控系統能耗模型其中，P_sm為數控系統中進給系統運行狀態下功率，P_sm2為進給系統回程時的功率，P_h為數控系統待機狀態下功率，P_i為第i個輔助系統的加工功率，t_i為第i個輔助系統的加工時間，h_i為輔助系統的工作狀態；

S13、建立送粉系統能耗模型其中，E_s為送粉系統能耗，P_sms和P_hs分別為送粉電機功率和待機功率；

S14、建立冷卻系統能耗模型E_c＝P_h×(t_a-t_c)+P_w×t_c，其中，t_a和t_c分別為冷卻系統運行總時間、冷卻系統風扇工作時間，P_h和P_w分別為待機功率和運行功率；