[發明專利]一種高能束真空熔池檢測系統及其檢測方法

在審

• 申請號: 201710187609.8
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106908154A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 沈華勤
• 申請（專利權）人: 杭州雷神激光技術有限公司
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60;G01B11/02;B23K15/06;B23K15/00
• 代理公司: 杭州融方專利代理事務所(普通合伙)33266
• 代理人: 沈相權

1.一種高能束真空熔池檢測系統，包括樣品(1)，其特征在于：包括視頻檢測系統(2)、電子束控制系統(3)、雙色溫檢測系統(4)和真空室(5)，所述的視頻檢測系統(2)、電子束控制系統(3)、雙色溫檢測系統(4)分別與真空室(5)相連接，所述的視頻檢測系統(2)、電子束控制系統(3)、雙色溫檢測系統(4)分別通過總控制系統(6)控制，所述的樣品(1)設在真空室(5)中；

所述的真空室(5)上部設有并與真空室(5)相連通的電子束焊槍管(7)，所述的電子束焊槍管(7)的外端設有與電子束焊槍管(7)相連通的視頻檢測管(8)，所述的視頻檢測管(8)中設有濾光鏡(9)，所述的視頻檢測管(8)的外端設有視頻檢測攝像頭(10)，所述的視頻檢測攝像頭(10)與視頻檢測系統(2)相連接，所述的電子束焊槍管(7)中設有若干反射鏡(11-1、11-2、11-3)；

所述的電子束焊槍管(7)的上部設有電子束焊槍(13)，所述的電子束焊槍(13)設在樣品(1)的正上方，所述的電子束焊槍(7)與電子束控制系統(3)連接，所述的電子束焊槍(13)形成電子束流(14)，所述的電子束流(14)照射到樣品(1)表面形成焊接熔池(18)；

所述的焊接熔池(18)產生的可見光線(12)通過反射鏡(11)放射、透過濾光鏡(9)，讓視頻檢測攝像頭(10)采集到；

所述的真空室(5)上部設有并與真空室(5)相連通的檢測管(15)，所述的檢測管(15)的上部設有雙色紅外檢測儀器(16)，所述的雙色紅外檢測儀器(16)與采集樣品的表面熔池(18)輻射出紅外線(17)，所述的雙色紅外檢測儀器(16)與雙色溫檢測系統(4)連接。

采集樣品的表面熔池(18)輻射出紅外線(17)，所述的雙色紅外檢測儀器(16)與雙色溫檢測系統(4)連接。

2.根據權利要求1所述的一種高能束真空熔池檢測系統，其特征在于：所述的反射鏡(11)的數量為3個，3個反射鏡(11)呈錯位上下分布。

3.一種根據權利要求1所述的高能束真空熔池檢測系統的檢測方法，其特征在于按以下步驟進行：

(1)、裝配要求：

電子束焊槍管的高度要求：

整個真空室的大小為1400mmX700mmX400mm，放置樣品的工裝在腔體內偏下方，在樣品的正上方裝裝電子束腔管，電子束焊槍與樣品的距離控制在160-240mm；

電子束焊槍管中反射鏡包括上反射鏡(11-1)、中反射鏡(11-2)和下反射鏡(11-3)，上反射鏡與下反射鏡呈同側分布，上反射鏡位置與濾光鏡、視頻檢測攝像頭齊平，下反射鏡與中反射鏡中心位置和角度可調，最終需要調試到熔池的可見光能水平發出并被攝像頭接受；

雙紅外檢測系統由于檢測儀器不能暴露在高溫環境中，所以將紅外檢測儀器安裝在腔室外面；

距離電子束腔100mm的位置，在真空室上開一個孔安裝上透明玻璃并保持密封，將檢測管安裝在觀察窗外，檢測管中設有雙色紅外檢測儀器儀器，雙色紅外檢測儀器儀器斜角在10-45度，以檢測儀能對準樣品上的熔池為準；

(2)檢測環境：

工作環境是高真空(真空度≤0.01Pa)狀態；

高能束(電子束)焊接時焊區的局部溫度可以驟升到6000℃以上，局部的高溫會使金屬熔化揮發，真空室內有金屬微粒，因此紅外檢測儀不能放置在真空室內；

(3)、熔池形狀的檢測：

采用的是攝像頭視頻檢測法：通過在電子束焊槍管內，布置若干反射鏡，使得攝像頭能夠拍到熔池正面圖片；

由于高能束熔池亮度很大，因此在光線進入攝像頭之前采用濾光鏡對光進行過濾，降低亮度；

在視頻檢測控制系統中，通過計算機軟件對圖片中熔池和非熔池區域進行對比，確定出整個熔池的邊緣，從而提取出熔池的最大寬度和最大長度；

(4)、熔池溫度檢測：

電子束焊接熔池是斑點小，能量高，需要將紅外檢測設備放置在密封腔室外檢測；

這樣紅外光透過密封玻璃傳到檢測設備使得能量會有一定的衰減；

常規方法分析：一般的輻射測溫法采用的是單色測溫法，原理是根據目標物波段內輻射量來計算出目標物的溫度，因此需要要目標物輻射范圍充滿視場才準確測出溫度；因此單色測溫法對于檢測斑點小，并且能量有衰減的目標溫度準確度不高；

本發明采用雙色測溫法：檢測的是兩個不同波段輻射能量的比值，根據其比值大小計算出目標物的溫度，當目標物輻射范圍過小，未充滿視場，波能量有衰減時，也能較準確地計算出物的溫度；

(5)、控制：

總控制系統將測得的形狀參數和溫度反饋到電子束焊機，從而實時調節電子束流偏轉線圈和功率，對電子束流方向和密度進行控制。