[发明专利]电子束流品质测试的高速偏摆扫描控制装置有效
申请号: | 201010263824.X | 申请日: | 2010-08-27 |
公开(公告)号: | CN101966620A | 公开(公告)日: | 2011-02-09 |
发明(设计)人: | 王克鸿;彭勇;周琦;王亚军;冯曰海;左从进;毛智勇;付鹏飞;郭光耀;顾民乐 | 申请(专利权)人: | 南京理工大学 |
主分类号: | B23K15/00 | 分类号: | B23K15/00;G01B7/12;G01R21/00 |
代理公司: | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人: | 唐代盛 |
地址: | 210094 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电子束 品质 测试 高速 扫描 控制 装置 | ||
技术领域
本发明属于电子束流加工技术领域,特别是一种电子束流品质测试的高速偏摆扫描控制装置。
背景技术
对一台电子束焊机,为研究电子枪的理论设计与实际的差异,电子枪供电系统的稳定度与真空度变化等因素对电子束斑点直径与功率密度分布的影响,以及束斑尺寸与位置对焊缝成形的影响,需要精确地研究束流的特性,定量地测得电子束焦点的位置、直径及束流功率密度的分布。但由于焊接用电子束一般功率大、焦点的功率密度高,能熔化任何难熔材料,电子束流功率在10~15KW条件下可以穿透100~150mm厚度的不锈钢,即使导热最好的紫铜材料,电子束流功率10KW也能穿透50~70mm以上,这就给测量带来困难。
一般在实际的电子束流焊接加工和束流测试中所测试的电子束流功率都较小。简单的经验测量法是利用小束流在某一高度试块上调节聚焦电流,通过观察束流斑点直径(使用光学潜望镜)或光线强弱和飞溅大小(肉眼观测)等来大致判断束流直径和能量分布。AB法(Arata-Beam Test Method,日本Arata教授发明)测量电子束流的束流直径空间分布和焦点,是将金属片竖直放置在不同的高度,呈锯齿斜坡状,电子束流沿斜坡扫过,通过测量电子束流在金属片上熔化宽度的痕迹,测定电子束流在不同工作距离的空间直径和焦点位置。AB法检测结果误差较大,不能测量大功率电子束流。德国DIABEAM电子束流能量密度测试系统可以测量较大功率电子束流的束斑直径和电子束流能量密度分布,但是其系统的扫描波形单一,且无法改变,柔性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量电子束流品质的高速偏摆扫描控制装置,能够防止电子束流对传感器穿透破坏,而且扫描速度可以调节,并定量地测量电子束束流直径及束流功率密度的分布。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种电子束流品质测试的高速偏摆扫描控制装置,由复杂可编程逻辑器件、串口通信电路、时钟电路、复位电路、电源电路、数模转换电路、低通滤波电路、光电隔离电路和功率放大电路构成,复杂可编程逻辑器件分别与串口通信电路、时钟电路、复位电路、电源电路、两路波形发生电路连接,串口通信电路与工控机连接,两路同步波形发生电路由数模转换电路、低通滤波电路、光电隔离电路和功率放大电路组成,两路功率放大电路与电磁偏转线圈连接;时钟电路经过复杂可编程逻辑器件分频,产生多种频率的时钟分别用于串口通信、采集卡控制和频率可变的波形发生;工控机经过串口通信电路控制复杂可编程逻辑器件,在时钟电路的触发下,复杂可编程逻辑器件产生两路波形的数字量,经过数模转换电路输出模拟波形,低通滤波电路滤除模拟波形中的高次谐波,滤波后的信号经过光电隔离电路输入功率放大器,放大后的信号驱动电磁偏转线圈产生磁场使电子束偏转扫描。
本发明与现有技术相比,其显著优点:(1)采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)和12位数模转换芯片,使电子束偏摆扫描的控制精度高,而且数字电路可以极大的提高装置的抗干扰能力。(2)CPLD外接的晶振频率最大可超过100MHz,在保证波形精度的条件下,配合高速数模转换芯片和高速集成运放可输出高频控制信号,并且在同一个时钟的控制下,两路控制波形时序达到了很好的同步。(3)可由用户多次自行编辑所需波形数据下栽到可编程逻辑器件中,在不改变整个系统硬件连接的情况下,输出用户所需的特殊波形,实现了传统的函数信号发生器不具有的一些波形的产生。(4)由于偏转扫描线圈是感性负载,负载阻抗会随输入的频率变换而变化,采用恒流源功率放大器可以使输出电流不受负载的影响,这样产生的交变磁场与控制信号时序关系准确对应。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是电子束品质测试系统示意图。
图2是电子束流在传感器上表面的扫描路径。
图3是控制信号同步关系示意图。
图4是电子束品质测试的偏摆扫描控制装置电器原理示意图。
图5是电源电路原理图。
图6是时钟电路原理图。
图7是串口通信电路原理图。
图8是复位电路原理图。
图9是可编程逻辑控制电路原理图。
图10是数模转换、滤波和光电隔离电路原理图。
图11是CPLD控制程序流程图。
图12是Ua=150kV,Ib=15mA,H=214mm工况下准瞬态功率密度分布。
图13是Ua=150kV,Ib=15mA,H=214mm工况下准瞬态功率密度分布投影。
具体实施方式
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