本发明专利技术涉及一种基于特征谱线的电子束焦点检测装置及其工作方法，本电子束焦点检测装置包括：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；光谱采集及控制单元，适于根据所述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；本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，本电子束焦点检测装置包括：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；光谱采集及控制单元，适于根据所述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；本专利技术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。【专利说明】
本专利技术涉及材料加工领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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SlOO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Ztl的基础上，调节聚焦线圈不 同的输入电流，以获得在高度Ztl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。 本专利技术的有益效果是：本专利技术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。 【专利附图】【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 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； 图3是高度Ztl时辐射强度I与聚焦电流If的曲线图； 图4是聚焦电流If与高度Zi拟合曲线图。 图中：电子束1、聚焦线圈2、工件3、中性滤光片4、长焦透镜5、光纤6。 【具体实施方式】 现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。 本专利技术提供的电子束焦点检测装置及其工作方法，即采用高熔点纯金属板材作为 工件，所述电子束聚焦单元在不同的高度下，多次采集不同聚焦电流状态下的工件表面的 光谱信息，其中特征元素谱线辐射强度最高的所对应的聚焦电流，即为该高度下电子束焦 平面所对应的聚焦电流，即焦点位置。由于光谱仪独立于电子束焊接设备、其信号灵敏度 高、系统响应速度快，可使得整个系统的加工精度和生产效率能够大大提高，并为电子束在 空间Z方向（垂直方向）上的焦点位置确定提供技术支持。定义所述高度即为电子束发射 端与工件加工面的垂直距离。 本专利技术的工作原理： (1)本专利技术电子束在工件加工面产生的热源（热辐射）采用高斯面热源来描述，即 q(r) =(1_6邓(-1^2)，(1_是热源中心最大热流密度彳是能量集中系数。即电子束的能量 分布集中在半径为r、面积为S的圆内，^ ^ η是电子束能量吸收率，Ua是电 子束加速电压，Ia是电子束电流。 (2)工件可选为高熔点纯金属板材，调节聚焦线圈中聚焦电流使得焦平面与工作 平面重合，此时工件加工面获得的电子束半径&最小，则电子束轰击到的粉末范围最小，对 于相同的电子束能量输入ΠUaIa，能量密度越集中，根据能量守恒原理，受电子束轰击后工 件表面辐射强度最高，即rp越小，工件表面辐射强度就越大。反之，当焦平面与工作平面之 间的距离越大，rp也就越大，工件表面辐射强度也就越小。 以下通过实施例1和实施例2对本专利技术的技术方案进行详细论述。 实施例1 图1示出了电子束焦点检测装置的结构示意图 如图1所示，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，所述电子束聚焦单元包括：聚焦线圈2,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于特征谱线的电子束焦点检测装置，其特征在于，包括：电子束聚焦单元、光谱采集及控制单元；其中，所述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；所述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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈云霞，王小京，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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