[发明专利]一种基于特征谱线的电子束焦点检测装置及其工作方法有效
申请号: | 201410529515.0 | 申请日: | 2014-10-09 |
公开(公告)号: | CN104237928A | 公开(公告)日: | 2014-12-24 |
发明(设计)人: | 陈云霞;王小京 | 申请(专利权)人: | 河海大学常州校区 |
主分类号: | G01T1/29 | 分类号: | G01T1/29 |
代理公司: | 常州市科谊专利代理事务所 32225 | 代理人: | 孙彬 |
地址: | 213022 江苏*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 特征 电子束 焦点 检测 装置 及其 工作 方法 | ||
技术领域
本发明涉及材料加工领域,特别是涉及一种基于特征元素谱线的电子束焦点检测装置及工作方法。
背景技术
电子束加工是以高能电子束流作为热源,利用电子束的热效应和化学效应,对工件或材料实施特殊加工。电子束加工过程中,金属熔化效果及加工质量与电子束的加工参数、物理参数及几何参数存在着密切的联系。电子束的加工参数包括加速电压、束流强度、加工速度、电子束焦点位置和品质,其中,电子束焦点位置和品质在所有加工参数中最难确定,并且对加工质量的影响也特别显著,所以束流焦点位置测量是电子束加工中一项非常重要的工作。目前,电子束焊接技术中焦点位置的检测方法主要是根据焊接工件选用相应的加速电压和焊接速度,通过电流传感器求出工件的临界穿透束流,其测量装置结构较为复杂,造成一定的控制延迟和测量误差,且由于焊接工件选用的一定厚度的金属板材具有导热系数高、传热性能好,测量精度低、不可重复使用的特点,从而延长了电子束参数确定时间,提高了电子束加工成本。
因此,需要利用电子束与工件相互作用产生的光谱辐射强度极值效应设计一种基于特征谱线的电子束焦点监测装置,以实现对电子束焦点位置的迅速、准确且高效的定位与控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单,成本较低、操作简便的基于特征谱线的电子束焦点监测装置,本电子束焦点监测装置解决了在材料加工过程中难以直接、准确、有效地确定电子束焦点位置的技术问题。
本发明提供了一种基于特征谱线的电子束焦点检测装置,包括:电子束聚焦单元、光谱采集及控制单元;其中,电子束聚焦单元适于调节在任一高度下发射的电子束的焦点位置,所述高度即为电子束发射端与工件加工面的垂直距离;光谱采集及控制单元适于根据所采集工件在受电子束轰击后工件表面的辐射强度,以检测出最高辐射强度;且通过所述最高辐射强度调节电子束聚焦单元的聚焦电流,以确定在当前高度下的焦点位置。
优选的,所述电子束聚焦单元包括:聚焦线圈,所述聚焦线圈适于通过聚焦电流控制电子束的焦点位置。
优选的,所述光谱采集及控制单元包括:中性滤光片、长焦透镜、光谱仪、计算机,以及连接长焦镜头与光谱仪的光纤;其中,所述中性滤光片适于采集工件表面发出的热辐射光线;所述长焦透镜置于中性滤光片与光谱仪之间,适于将透过中性滤光片的热辐射光线进行会聚;所述光谱仪适于将会聚的热辐射光线分离出特征光谱线;所述计算机与光谱仪输出端相连,适于计算出特征光谱线的辐射强度,并确定最高辐射强度,且根据所述最高辐射强度调节电子束聚焦单元的聚焦电流,获得与高度对应的焦点位置。
另一方面,本发明在所述电子束焦点检测装置的技术方案的基础上还提供了一种电子束焦点检测装置的工作方法,以解决在材料加工过程中快速确定电子束焦点位置的技术问题。
为解决上述问题,本发明还提供了一种所述电子束焦点检测装置的工作方法,包括如下步骤:
步骤S100,对电子束焦点数据库进行构建。
步骤S200,根据电子束焦点数据库实现对聚焦电流的调节。
优选的,所述步骤S100中所述电子束焦点数据库的构建方法,包括:在不同高度下分次采集电子束聚焦单元中的聚焦线圈不同的输入电流所对应的工件表面的辐射强度,以获得在相应高度下最高辐射强度的特征光谱线所对应的聚焦电流。
优选的,所述在一定高度下获得最高辐射强度的特征光谱线所对应的聚焦电流的方法,包括:在给定电子束加速电压Ua、电子束电流Ia及高度Z0的基础上,调节聚焦线圈不同的输入电流,以获得在高度Z0下最高辐射强度的特征光谱线所对应的聚焦电流If。
优选的,所述构建方法还包括:将各高度与各高度所对应的聚焦电流进行拟合,建立拟合曲线。
优选的,所述步骤200中所述根据对电子束焦点数据库实现对聚焦电流的调节的方法,包括:根据所述拟合曲线确定所述高度,以调节所述聚焦电流,或确定所述聚焦电流,以调节所述高度。
本发明的有益效果是:本发明所提出的基于特征元素谱线的电子束焦点检测装置及其工作方法,根据采集到的最高辐射强度确定聚焦电流,进而确定在当前高度下的焦点位置,实现了电子束焦点的迅速、准确、快速控制与定位。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是电子束焦点检测装置的结构示意图;
图2是电子束焦点检测装置的工作方法的流程图;
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