电子束焊机焊缝示教寻迹系统的制作方法

本实用新型涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种电子束焊机焊缝示教寻迹系统。

背景技术：

电子束焊机是一种性能卓越的焊接设备，但该种设备需在真空环境中工作，给焊接过程的观察、监控等带来了极大的不便。目前电子束焊机一般都是通过观察窗、摄像头等手段监控焊接过程。这种光学观察系统虽然观察直观、操作简便，但对焊缝的精确示教寻迹却存在较大的缺陷：

1、光学观察系统的视差依靠人为经验矫正，缺乏可量化的判断参数，主观随机性大。

2、光学观察系统易被污染，影响观察清晰度。

3、需要通过电子束在焊件上“打点”的方式判断电子束斑与焊缝的重合度，“打点”对焊件表面构成一定损伤，不宜对精密焊件进行“打点”。

随着电子束焊机的性能要求越来越高，通过光学观察系统以人为经验定位焊缝的方法将被淘汰，需要建立一套可量化参数的定位焊缝的方法，以便快速、精确地对焊缝进行示教寻迹。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有通过光学观察系统以人为经验定位焊缝的方法所存在的精度不高的问题，提供一种电子束焊机焊缝示教寻迹系统。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

电子束焊机焊缝示教寻迹系统，由中央控制单元、电子束发生器电源、聚焦电源、偏扫电源、变送器、电子枪、真空工作室、二次电子收集器、工作台和工作台驱动电源组成；

中央控制单元：承担整台设备的监测与控制，并控制偏扫电源的电流使得电子束斑点在焊件上移动，或控制工作台移动使得焊件相对电子束斑点运动，移动过程同时采集各点二次电子收集器的二次电子信号值，根据采集到的二次电子信号数据精确定位焊缝轨迹上的特征点；

电子束发生器电源：中央控制单元经电子束发生器电源连接电子枪的电子束发生器；

聚焦电源：中央控制单元经聚焦电源连接电子枪的聚焦装置；

偏扫电源：中央控制单元经偏扫电源连接电子枪的偏扫装置；在中央控制单元的控制下，改变偏扫电源x轴或y轴的驱动电流，并使得偏扫装置引导电子束斑点移动；

变送器：接收二次电子收集器信号，通过整形放大送达中央控制单元；

电子枪：产生电子束的装置，在电子枪中由上到下依次同轴分布电子束发生器、聚焦装置和偏扫装置；

真空工作室：位于电子枪的正下方；

二次电子收集器：安装在真空工作室内部，电子束入口处；二次电子收集器接收电子束扫描过程产生的二次电子信息，并返回至中央控制单元；

工作台：安装在真空工作室内部，用于支撑焊件；在中央控制单元的控制下，工作台带动焊件在垂直于电子枪轴线的x-y平面上移动；

工作台驱动电源：中央控制单元经工作台驱动电源连接工作台的电动机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、建立了一套可量化参数的定位焊缝的方法，以便快速、精确地对焊缝进行示教寻迹；

2、采用微束示教寻迹，可避免电子束对焊件表面的损伤。

附图说明

图1为电子束焊机焊缝示教寻迹系统的结构示意图。

图2为二次电子与焊缝位置关系图。

图中标记：1、中央控制单元；2、电子束发生器电源；3、聚焦电源；4、偏扫电源；5、变送器；6、电子枪；61、电子束发生器；62、聚焦装置；63、偏扫装置；7、真空工作室；8、二次电子收集器；9、工作台；10、工作台驱动电源；11、焊件。

具体实施方式

一种电子束焊机焊缝示教寻迹系统，如图1所示，由中央控制单元1、电子束发生器电源2、聚焦电源3、偏扫电源4、变送器5、电子枪6、真空工作室7、二次电子收集器8、工作台9和工作台驱动电源10组成。

中央控制单元1：承担整台设备的监测与控制，并配置实现焊缝示教寻迹的程序。焊缝示教寻迹程序控制偏扫电源4的电流使得电子束斑点在焊件11上移动，或控制工作台9移动使得焊件11相对电子束斑点运动，移动过程同时采集各点二次电子收集器8的二次电子信号值，根据采集到的二次电子信号数据精确定位焊缝轨迹上的特征点。

电子束发生器电源2：包括电子束发生器61的阴极加热电源、电子束的加速高压电源和电子束控制栅偏电源。中央控制单元1经电子束发生器电源2连接电子枪6的电子束发生器61。

聚焦电源3：提供聚焦装置62中聚焦绕组的驱动电源。中央控制单元1经聚焦电源3连接电子枪6的聚焦装置62。

偏扫电源4：提供偏扫装置63中x偏扫绕组和y偏扫绕组的驱动电源。中央控制单元1经偏扫电源4连接电子枪6的偏扫装置63。

变送器5：接收二次电子收集器8信号，通过整形放大送达中央控制单元1。

电子枪6：产生电子束的装置，在电子枪6中由上到下依次同轴分布电子束发生器61、聚焦装置62和偏扫装置63。

真空工作室7：由25～30mm厚的钢板焊接加工而成，真空工作室7的壁、门及壁、门上所开的窗和孔都需能耐1个大气压力，同时具备真空密封和防x射线泄漏功能。真空工作室7位于电子枪6的正下方，其上方开设有电子束入口。

二次电子收集器8：安装在真空工作室7内部，电子束入口处。二次电子收集器8接收电子束扫描过程产生的二次电子信息。

工作台9：安装在真空工作室7内部，用于支撑焊件11，并带动焊件11运动。工作台9至少具备垂直于电子枪6轴线的x-y二维运动轴。

工作台驱动电源10：提供工作台9电动机的驱动电源。中央控制单元1经工作台驱动电源10连接工作台9的电动机。

焊件11：焊件11放置在真空工作室7内，并位于真空工作室7电子束入口正下方及工作台9的上方。

本实用新型电子束焊机焊缝示教寻迹的原理如下：

轨迹为二维曲线的焊件11，其焊缝轨迹基本图形有线段和圆弧，各种二维曲线焊缝轨迹在工艺上均可用一条或多条线段和/或一条或多条圆弧组合逼近。基本图形关联类型有两线段斜交、两线段平行、两线段垂直、两线段与一圆弧相切、一线段与一圆弧相交、一线段与一圆弧相交、一线段与一圆弧相切、两圆弧相交、两圆弧相切。根据焊件11焊缝轨迹图形将其分解为一段或多段相关联的基本图形。

由几何学可以确定决定基本图形的特征点数，即两点决定一直线、三点决定一个圆。而焊缝轨迹中某基本图形段的特征点数由该基本图形段的类型和与其关联的基本图形段的类型及关联类型确定，一线段的特征点数小于或等于2，一圆弧的特征点数小于或等于3。示教寻迹工作的关键是特征点坐标的确定。

电子束加工设备在加速电压稳定于U_a值以及电子束流稳定于I_b值的工况下，电子束离开电子枪6后射到其飞行路线上的焊件11平面上产生二次电子，二次电子信号值I_e与焊缝位置的关系如图2所示，如果电子束斑点移动轨迹与焊缝轨迹相交，当电子束斑点落在焊缝上时，二次电子信号值I_e明显突然变小。检测二次电子信号值I_e明显突然变小区域所对应的位置坐标中点，即视为焊缝截面中线位置。根据上述原理定位特征点坐标。