[發(fā)明專利]一種高能束真空熔池檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710187609.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN106908154A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈華勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州雷神激光技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01J5/60
• 分類號(hào): G01J5/60;G01B11/02;B23K15/06;B23K15/00
• 代理公司: 杭州融方專利代理事務(wù)所(普通合伙)33266
• 代理人: 沈相權(quán)

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

所述的真空室(5)上部設(shè)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(shè)有與電子束焊槍管(7)相連通的視頻檢測(cè)管(8)，所述的視頻檢測(cè)管(8)中設(shè)有濾光鏡(9)，所述的視頻檢測(cè)管(8)的外端設(shè)有視頻檢測(cè)攝像頭(10)，所述的視頻檢測(cè)攝像頭(10)與視頻檢測(cè)系統(tǒng)(2)相連接，所述的電子束焊槍管(7)中設(shè)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(shè)有電子束焊槍(13)，所述的電子束焊槍(13)設(shè)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(tǒng)(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(chǎn)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(cè)攝像頭(10)采集到；

所述的真空室(5)上部設(shè)有并與真空室(5)相連通的檢測(cè)管(15)，所述的檢測(cè)管(15)的上部設(shè)有雙色紅外檢測(cè)儀器(16)，所述的雙色紅外檢測(cè)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(cè)儀器(16)與雙色溫檢測(cè)系統(tǒng)(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(cè)儀器(16)與雙色溫檢測(cè)系統(tǒng)(4)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能束真空熔池檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述的反射鏡(11)的數(shù)量為3個(gè)，3個(gè)反射鏡(11)呈錯(cuò)位上下分布。

3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能束真空熔池檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行：

(1)、裝配要求：

電子束焊槍管的高度要求：

整個(gè)真空室的大小為1400mmX700mmX400mm，放置樣品的工裝在腔體內(nèi)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(cè)分布，上反射鏡位置與濾光鏡、視頻檢測(cè)攝像頭齊平，下反射鏡與中反射鏡中心位置和角度可調(diào)，最終需要調(diào)試到熔池的可見光能水平發(fā)出并被攝像頭接受；

雙紅外檢測(cè)系統(tǒng)由于檢測(cè)儀器不能暴露在高溫環(huán)境中，所以將紅外檢測(cè)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(gè)孔安裝上透明玻璃并保持密封，將檢測(cè)管安裝在觀察窗外，檢測(cè)管中設(shè)有雙色紅外檢測(cè)儀器儀器，雙色紅外檢測(cè)儀器儀器斜角在10-45度，以檢測(cè)儀能對(duì)準(zhǔn)樣品上的熔池為準(zhǔn)；

(2)檢測(cè)環(huán)境：

工作環(huán)境是高真空(真空度≤0.01Pa)狀態(tài)；

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

(3)、熔池形狀的檢測(cè)：

采用的是攝像頭視頻檢測(cè)法：通過在電子束焊槍管內(nèi)，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(jìn)入攝像頭之前采用濾光鏡對(duì)光進(jìn)行過濾，降低亮度；

在視頻檢測(cè)控制系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖片中熔池和非熔池區(qū)域進(jìn)行對(duì)比，確定出整個(gè)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(cè)：

電子束焊接熔池是斑點(diǎn)小，能量高，需要將紅外檢測(cè)設(shè)備放置在密封腔室外檢測(cè)；

這樣紅外光透過密封玻璃傳到檢測(cè)設(shè)備使得能量會(huì)有一定的衰減；

常規(guī)方法分析：一般的輻射測(cè)溫法采用的是單色測(cè)溫法，原理是根據(jù)目標(biāo)物波段內(nèi)輻射量來計(jì)算出目標(biāo)物的溫度，因此需要要目標(biāo)物輻射范圍充滿視場(chǎng)才準(zhǔn)確測(cè)出溫度；因此單色測(cè)溫法對(duì)于檢測(cè)斑點(diǎn)小，并且能量有衰減的目標(biāo)溫度準(zhǔn)確度不高；

本發(fā)明采用雙色測(cè)溫法：檢測(cè)的是兩個(gè)不同波段輻射能量的比值，根據(jù)其比值大小計(jì)算出目標(biāo)物的溫度，當(dāng)目標(biāo)物輻射范圍過小，未充滿視場(chǎng)，波能量有衰減時(shí)，也能較準(zhǔn)確地計(jì)算出物的溫度；

(5)、控制：

總控制系統(tǒng)將測(cè)得的形狀參數(shù)和溫度反饋到電子束焊機(jī)，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電子束流偏轉(zhuǎn)線圈和功率，對(duì)電子束流方向和密度進(jìn)行控制。