一种适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统的制作方法

本发明属于电磁超声监测领域，更具体地，涉及一种适用于电子束熔丝制造的电磁超声监测系统，所述电磁超声监测系统能够实时监测小直径圆截面金属材料(如焊丝)，灵敏度较高，结构较简单。

背景技术：

电子束熔丝增材是指利用计算机把零件的三维CAD模型进行分层处理，获得各层截面的二维轮廓信息并生成加工路径，以高能量密度的电子束作为热源，按照预定的加工路径，在真空室内熔化送进的丝材，逐层堆积，最终实现致密金属零件的近净成形直接制造。与传统去除成形和体积成形技术思想明显不同，电子束熔丝增材反应迅速且无需模具，正因如此，电子束熔丝增材在致密金属零件的制造中得到广泛的应用。为了保证产品的加工质量，实时监测电子束熔丝增材过程是非常有必要的。

在电子束熔丝增材的过程中，高温环境、熔池飞溅、工作台的移动等因素都会让监测过程变得很困难。现有的监测方法(如摄像监控、温度监控等)只解决某一方面因素的影响，检测效果较差；加上焊丝的直径较小，导致检测灵敏度较低，甚至难以监测。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统，所述电磁超声监测系统结合电子束熔丝增材制造及电磁超声监测的特点，针对电磁超声聚焦探头的结构及部件连接关系进行了设计。本发明的电磁超声监测系统的电磁超声聚焦探头设置在送丝管的出口处，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述电磁超声聚焦探头，通过实时监测所述焊丝中的回波信号，分析焊丝与熔池之间的状态关系，从而实现实时监测电子束熔丝增材制造的全过程。此外，所述电磁超声监测系统的灵敏度较高，监测效率较高，且结构简单。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统，其包括电磁超声聚焦探头、电源电路、计算机、控制电路、高频脉冲发生电路、功率放大电路、限幅电路、初级放大电路、滤波电路、终极放大电路及A/D转换电路，其特征在于：

所述电磁超声聚焦探头设置在送丝管的出口处，其包括壳体、环形磁铁及弧形聚焦线圈，所述壳体开设有贯穿其相背的两端的收容槽；所述环形磁铁收容在所述收容槽内；所述弧形聚焦线圈设置在所述环形磁铁内，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述弧形聚焦线圈；

所述电源电路电性连接所述计算机及所述控制电路，其用于为所述计算及所述控制电路提供电能；

所述计算机、所述控制电路、所述高频脉冲发生电路、所述功率放大电路、所述弧形聚焦线圈、所述限幅电路、所述初级放大电路、所述滤波电路、所述终极放大电路及所述A/D转换电路依次相连接以形成一个闭环电路。

进一步的，所述收容槽是阶梯槽，其包括三个相互平行的阶梯面；所述环形磁铁包括自上向下且分别设置在三个所述阶梯面上的第一环形磁铁、第二环形磁铁及第三环形磁铁，所述第一环形磁铁的内圆直径、所述第二环形磁铁的内圆直径及所述第三环形磁铁的内圆半径逐渐减小。

进一步的，所述电磁超声聚焦探头还包括非导磁材料片，所述非导磁材料片设置在所述第一环形磁铁、所述第二环形磁铁及所述第三环形磁铁之间。

进一步的，所述壳体是由隔磁材料制成的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统，其电磁超声聚焦探头设置在送丝管的出口处，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述电磁超声聚焦探头，通过实时监测所述焊丝中的回波信号，分析所述焊丝与熔池之间的状态关系，从而实现实时监测电子束熔丝增材制造的全过程。此外，所述电磁超声监测系统的灵敏度较高，结构简单，监测效率较高。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统的结构框图。

图2是图1中的电磁超声监测系统的环形磁铁的结构示意图。

图3是图1中的电磁超声监测系统的弧形聚焦线圈的结构示意图。

图4是图1中的电磁超声监测系统的电磁超声聚焦探头的俯视图。

图5是图4中的电磁超声聚焦探头的部分剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-环形磁铁，101-第一环形磁铁，102-第二环形磁铁，103-第三环形磁铁，2-弧形聚焦线圈，3-电路电源，4-控制电路，5-高频脉冲发生电路，6-功率放大电路，7-电磁超声聚焦探头，8-限幅电路，9-初级放大电路，10-滤波电路，11-终极放大电路，12-A/D转换电路，13-计算机，14-壳体，141-收容槽，142-外表面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图3，本发明较佳实施方式提供的适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统，其包括电路电源3、控制电路4、高频脉冲发生电路5、功率放大电路6、电磁超声聚焦探头7、限幅电路8、初级放大电路9、滤波电路10、终极放大电路11、A/D转换电路12及计算机13。所述电源电路3电性连接所述计算机13及所述控制电路4，其用于为所述计算机13及所述控制电路4提供电能。所述计算机13、所述控制电路4、所述高频脉冲发生电路5、所述功率放大电路6、所述电磁超声聚焦探头7的弧形聚焦线圈2、所述限幅电路8、所述初级放大电路9、所述滤波电路10、所述终极放大电路11及所述A/D转换电路12依次相连接形成一个闭环电路。

请参阅图4及图5，所述电磁超声聚焦探头7包括壳体14、环形磁铁1及弧形聚焦线圈2。所述环形磁铁1设置在所述壳体14内，所述弧形线圈2设置在所述环形磁铁1内。

所述壳体14基本呈圆柱状，其包括外表面142。所述壳体14还开设有收容槽141，所述收容槽141用于收容所述环形磁铁1及所述弧形聚焦线圈2。所述收容槽141为阶梯槽，其包括三个相互平行且均与所述外表面142垂直的阶梯面，三个所述阶梯面用于承载所述环形磁铁1。本实施方式中，所述壳体14是由隔磁材料制成的。

所述环形磁铁1是钕铁硼材料制成的，其剩磁在1T以上。由包括由上至下设置且内圆直径逐渐减小的第一环形磁铁101、第二环形磁铁102及第三环形磁铁103，所述第一环形磁铁101、所述第二环形磁铁102及所述第三环形磁铁103依次间隔设置，且三者之间填充有隔磁材料片。所述第一环形磁铁101、所述第二环形磁铁102及所述第三环形磁铁103分别设置在所述收容槽141的三个阶梯面上。本实施方式中，所述弧形聚焦线圈2是由铜合金材料制成的，其对应所述第一环形磁铁101的环孔、所述第二环形磁铁102的环孔及所述第三环形磁铁103的环孔以扇形方式自行绕制而成；所述弧形聚焦线圈2的中心轴与所述环形磁铁1的中心轴大致重合。

工作时，首先，将所述电磁超声聚焦探头7设置在送丝管的出口处，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述弧形聚焦线圈2。之后，接通所述电路电源3，所述计算机13启动所述控制电路4，并设置合适的输入参数。随后，所述控制电路4控制所述高频脉冲发生电路5产生具有预定频率及预定个数的高频高压脉冲信号；接着，所述功率放大电路6将所述高频高压脉冲信号进行功率放大后传输到所述弧形聚焦线圈2；所述高频高压脉冲信号为交变信号，其在所述弧形聚焦线圈2中时会在所述弧形聚焦线圈2的周围产生聚焦的交变磁场，处在所述交变磁场中的所述焊丝中会产生聚焦涡流，在所述环形磁铁1的磁场和所述交变磁场的共同作用下，所述涡流受到电磁力，进而引发所述焊丝表面振动产生聚焦型超声波，所述超声波沿着所述焊丝轴向朝熔池方向传播，由于在电子束熔丝增材过程中，所述焊丝端部的状态发生变化，不同的状态将导致不同的超声回波信号，不同超声回波信号传播到所述弧形聚焦线圈2附近，在所述环形磁铁1的作用下，不同的回波信号会在所述电磁超声聚焦探头7的弧形聚焦线圈2中感生出不同的脉冲信号，所述脉冲信号传输到所述限幅电路8；随后，所述限幅电路8将所述脉冲信号去除高压干扰信号后传输到所述初级放大电路9；随后，所述初级放大电路9将接收到的脉冲信号进行第一次放大后传输到所述滤波电路10；所述滤波电路10对其接收到的所述脉冲信号进一步去除干扰信号后传输到所述终极放大电路11；接着，所述终极放大电路11对其接收到的脉冲信号进行放大处理后传输到所述A/D转换电路12；随后，所述A/D转换电路12将其接收到的脉冲信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输到所述计算机13；最后，所述计算机13对其接收到的所述数字信号进行分析、处理、显示，用户根据不同的显示结果，便可分析所述焊丝与所述熔池之间的状态关系，实时监测电子束熔丝增材过程，以得到成形质量优良的产品或零部件。若所得信号不佳或者有报警信号发出，可以通过调节输入参数进行处理。

本发明提供的适用于电子束熔丝增材制造的电磁超声监测系统，其电磁超声聚焦探头设置在送丝管的出口处，自所述送丝管出来的焊丝穿过所述电磁超声聚焦探头，通过实时监测所述焊丝中的回波信号，分析所述焊丝与熔池之间的状态关系，从而实现实时监测电子束熔丝增材制造的全过程。此外，所述电磁超声监测系统的灵敏度较高，结构简单，监测效率较高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。