[發(fā)明專利]一種基于特征譜線的電子束焦點檢測裝置及其工作方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410529515.0 | 申請日： | 2014-10-09 |
| 公開（公告）號： | CN104237928A | 公開（公告）日： | 2014-12-24 |
| 發(fā)明（設計）人： | 陳云霞;王小京 | 申請（專利權(quán)）人： | 河海大學常州校區(qū) |
| 主分類號： | G01T1/29 | 分類號： | G01T1/29 |
| 代理公司： | 常州市科誼專利代理事務所 32225 | 代理人： | 孫彬 |
| 地址： | 213022 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 特征 電子束 焦點 檢測 裝置 及其 工作 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及材料加工領(lǐng)域，特別是涉及一種基于特征元素譜線的電子束焦點檢測裝置及工作方法。
背景技術(shù)
電子束加工是以高能電子束流作為熱源，利用電子束的熱效應和化學效應，對工件或材料實施特殊加工。電子束加工過程中，金屬熔化效果及加工質(zhì)量與電子束的加工參數(shù)、物理參數(shù)及幾何參數(shù)存在著密切的聯(lián)系。電子束的加工參數(shù)包括加速電壓、束流強度、加工速度、電子束焦點位置和品質(zhì)，其中，電子束焦點位置和品質(zhì)在所有加工參數(shù)中最難確定，并且對加工質(zhì)量的影響也特別顯著，所以束流焦點位置測量是電子束加工中一項非常重要的工作。目前，電子束焊接技術(shù)中焦點位置的檢測方法主要是根據(jù)焊接工件選用相應的加速電壓和焊接速度，通過電流傳感器求出工件的臨界穿透束流，其測量裝置結(jié)構(gòu)較為復雜，造成一定的控制延遲和測量誤差，且由于焊接工件選用的一定厚度的金屬板材具有導熱系數(shù)高、傳熱性能好，測量精度低、不可重復使用的特點，從而延長了電子束參數(shù)確定時間，提高了電子束加工成本。
因此，需要利用電子束與工件相互作用產(chǎn)生的光譜輻射強度極值效應設計一種基于特征譜線的電子束焦點監(jiān)測裝置，以實現(xiàn)對電子束焦點位置的迅速、準確且高效的定位與控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成本較低、操作簡便的基于特征譜線的電子束焦點監(jiān)測裝置，本電子束焦點監(jiān)測裝置解決了在材料加工過程中難以直接、準確、有效地確定電子束焦點位置的技術(shù)問題。
本發(fā)明提供了一種基于特征譜線的電子束焦點檢測裝置，包括：電子束聚焦單元、光譜采集及控制單元；其中，電子束聚焦單元適于調(diào)節(jié)在任一高度下發(fā)射的電子束的焦點位置，所述高度即為電子束發(fā)射端與工件加工面的垂直距離；光譜采集及控制單元適于根據(jù)所采集工件在受電子束轟擊后工件表面的輻射強度，以檢測出最高輻射強度；且通過所述最高輻射強度調(diào)節(jié)電子束聚焦單元的聚焦電流，以確定在當前高度下的焦點位置。
優(yōu)選的，所述電子束聚焦單元包括：聚焦線圈，所述聚焦線圈適于通過聚焦電流控制電子束的焦點位置。
優(yōu)選的，所述光譜采集及控制單元包括：中性濾光片、長焦透鏡、光譜儀、計算機，以及連接長焦鏡頭與光譜儀的光纖；其中，所述中性濾光片適于采集工件表面發(fā)出的熱輻射光線；所述長焦透鏡置于中性濾光片與光譜儀之間，適于將透過中性濾光片的熱輻射光線進行會聚；所述光譜儀適于將會聚的熱輻射光線分離出特征光譜線；所述計算機與光譜儀輸出端相連，適于計算出特征光譜線的輻射強度，并確定最高輻射強度，且根據(jù)所述最高輻射強度調(diào)節(jié)電子束聚焦單元的聚焦電流，獲得與高度對應的焦點位置。
另一方面，本發(fā)明在所述電子束焦點檢測裝置的技術(shù)方案的基礎上還提供了一種電子束焦點檢測裝置的工作方法，以解決在材料加工過程中快速確定電子束焦點位置的技術(shù)問題。
為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種所述電子束焦點檢測裝置的工作方法，包括如下步驟：
步驟S100，對電子束焦點數(shù)據(jù)庫進行構(gòu)建。
步驟S200，根據(jù)電子束焦點數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對聚焦電流的調(diào)節(jié)。
優(yōu)選的，所述步驟S100中所述電子束焦點數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法，包括：在不同高度下分次采集電子束聚焦單元中的聚焦線圈不同的輸入電流所對應的工件表面的輻射強度，以獲得在相應高度下最高輻射強度的特征光譜線所對應的聚焦電流。
優(yōu)選的，所述在一定高度下獲得最高輻射強度的特征光譜線所對應的聚焦電流的方法，包括：在給定電子束加速電壓Ua、電子束電流Ia及高度Z0的基礎上，調(diào)節(jié)聚焦線圈不同的輸入電流，以獲得在高度Z0下最高輻射強度的特征光譜線所對應的聚焦電流If。
優(yōu)選的，所述構(gòu)建方法還包括：將各高度與各高度所對應的聚焦電流進行擬合，建立擬合曲線。
優(yōu)選的，所述步驟200中所述根據(jù)對電子束焦點數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對聚焦電流的調(diào)節(jié)的方法，包括：根據(jù)所述擬合曲線確定所述高度，以調(diào)節(jié)所述聚焦電流，或確定所述聚焦電流，以調(diào)節(jié)所述高度。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提出的基于特征元素譜線的電子束焦點檢測裝置及其工作方法，根據(jù)采集到的最高輻射強度確定聚焦電流，進而確定在當前高度下的焦點位置，實現(xiàn)了電子束焦點的迅速、準確、快速控制與定位。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是電子束焦點檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是電子束焦點檢測裝置的工作方法的流程圖；
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