[發明專利]一種生成電子束毛化掃描波形的方法和系統

在審

• 申請號: 202110135323.1
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112818282A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 趙桐;李立航;付鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明根據先對單個造型單元的坐標進行計算，然后根據造型單元在行中其他造型單元之間的規律，計算得到行坐標點；最后根據行坐標點與其他行之間的關系，計算其他行坐標，最終生成電子束毛化掃描波形。針對電子束毛化時不同陣列參數下掃描波形調整復雜、效率低的問題，根據掃描波形陣列圖形的分布特征，通過生成快捷有效的計算過程，實現電子束毛化掃描波形的快速調整，很大程度提高了電子束毛化加工效率，為復雜結構、多尺寸電子束毛化提供了一條可靠的技術途徑。

技術領域

本發明涉及電子束加工技術領域，具體涉及一種生成電子束毛化掃描波形的方法和系統。

背景技術

電子束毛化技術是通過電子束按照特定程序生成的掃描軌跡高速掃描后成形的規則凸起，其形式可以是單一圖形也可以是陣列圖形，其中陣列圖形一般由造型單元通過規則的陣列排布組成。如圖1-圖4所述的不同造型的毛化掃描圖形。電子束毛化的掃描波形，是以一系列直角坐標系中的點按一定順序排列后形成的可以被電子束掃描裝置讀取的程序。當電子束掃描裝置運行掃描波形且加載的掃描頻率足夠高時，電子束則會以極快的速度依次經過這些點，使金屬在極短時間經歷有方向性的熔化—流動—凝固的過程，從而生成電子束“毛刺”，也稱電子束表面造型。當不同形狀及表面尺寸的零件對電子束毛刺密度要求一致時，需要調整并生成新的掃描波形以滿足不毛刺覆蓋尺寸和密度的等效匹配。目前電子束毛化掃描波形主要是通過圖形法和計算法生成，圖形法是利用軟件算法對所設定的目標圖形進行識別，之后轉化為電子束的掃描路徑，即將圖形識別并轉化為點坐標；計算法則是直接通過計算的方式生成軌跡坐標。當需要根據待毛化表面進行掃描波形匹配時，需要改變掃描波形中的行、列以及間距等參數，這意味著需要對掃描軌跡進行重新生成，圖形法涉及重新繪圖，而計算法則涉及大量計算、圖形編排等工作，尤其在進行電子束毛化的工藝優化的過程中，數十次的優化匹配過程會導致試驗效率極低。

目前電子束毛化技術(也稱電子束表面造型技術)可用于與復材連接、換熱器結構、人工關節等，且均經過了一定程度的前期應用驗證。但在實際工程化應用過程中，由于待加工零件存在表面形狀不規則或尺寸差異等情況，使得進行電子束表面造型時，需要針對電子束掃描波形以及參數進行微調以保證表面造型的成形質量，而微調的過程往往比較復雜，會導致大批量零件加工時效率大幅下降。

以單線陣列為例，假設需要將一個點密度為200點/mm、單線長度3mm、14行11列的單線陣列調整為相同點密度及單線長度的15行12列的單線陣列，則需要在第1行第11列點坐標和第2行第1列點坐標之間插入600個點坐標，在第2行第11列點坐標和第3行第1列點坐標之間插入600個點坐標……以此類推，共需要插入15600個點坐標。這樣一來，陣列圖形局部的點坐標順序發生調整，涉及的工作量大且繁瑣，大大限制了不同零件電子束毛化加工時工藝調整的靈活性，降低了電子束毛化的加工效率。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的加工效率低的技術問題，本發明將生成電子束毛化掃描波形過程中涉及的一系列計算變量進行整合，實現掃描波形的參數化調整，采用這種方法，可以根據掃描波形的圖形特點，使其以參數化的調整形式，通過改變特征參數數值，實現掃描波形點坐標立即按既定方式運算，方便快捷，大幅提高掃描波形的調整效率。為電子束毛化波形設計及調整提供了一條可靠且高效的技術途徑，對提高生產效率有促進意義，適用于航空、航天等領域。其具體技術方案如下：

本發明實施例提供的一種生成電子束毛化掃描波形的方法，包括步驟：

對目標陣列圖形的特點進行分析，并將所述目標陣列圖形轉化為掃描波形的特征參數；

分析所述掃描波形中單個造型單元的點分布特征及規律，對所述造型單元的點坐標進行計算；

分析同一行中所述造型單元之間的分布特征及規律，計算行中的點坐標；

分析相鄰兩行造型單元之間的分布特征及規律，計算相鄰兩行的點坐標；

分析剩余造型陣列的分布特征及規律，計算剩余點坐標，生成電子束毛化掃描波形。