Closed-loop quality control system for laser chemical machining in metal micro-production
Closed-loop quality control system for laser chemical machining in metal micro-production
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金属微生产激光化学加工闭环质量控制系统
DOI：
10.1007/s00170-017-0436-5
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Fischer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
von Freyberg;Fischer
采用激光诱导化学蚀刻工艺，可以在金属工件上以较低的成本加工出10 ~ 400 μm的小几何特征。然而，激光化学蚀刻过程的子系统、机械定位单元、蚀刻泵、激光源之间的相互作用以及去除路径之间的相互作用阻碍了精确确定所需的工艺参数以产生所需的几何形状。为此，设计了闭环质量控制，以补偿单次去除的质量特征偏差，也补偿由一系列去除产生的工件的质量特征偏差。所开发的控制方法基于逆过程模型，用于前馈控制。最后，针对非线性多输入多输出过程设计自适应控制器，实现闭环控制。利用生产后测量实现了闭环控制的生产离散控制，并应用于矩形模具形状的微成形模具的生产。结果表明，激光化学刻蚀过程稳定，工件的几何质量特征得到了满足，形状偏差减小了2.4 μm。
Small geometrical features in the scale of 10 to 400 μm can be produced on metallic workpieces with the laser-induced chemical etching process at low costs. However, the interactions among the subsystems of the laser chemical etching process, the mechanical positioning unit, the etchant pump, the laser source, and among the removal paths hinder the precise determination of the required process parameters for producing the desired geometry. For this reason, a closed-loop quality control is designed to compensate the deviations of quality features of a single removal and also of a workpiece produced by a sequence of removals. The developed control approach is based on inverse process models, which are used for a feed-forward control. Finally, a closed-loop control is achieved by designing an adaptive controller for the non-linear multi-inputs-multi-outputs process. The closed-loop control is realized as a production-discrete control by using a post-production measurement, and applied for producing a micro forming tool in the shape of a rectangular die. As a result, the laser chemical etching process is stabilized and, thus, the desired geometrical quality features of the workpiece are obtained with a reduced shape deviation of 2.4 μm.
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