大功率宽幅电子束偏转扫描装置制造方法及图纸

一种大功率宽幅电子束偏转扫描装置，该装置采用两个独立的线圈，一个用以产生电子束偏转磁场的偏转线圈，另一个用于产生高频扫描磁场、分别实现电子束偏转功能和扫描功能的扫描线圈；所述的偏转线圈由偏转电源提供电源，所述的扫描线圈由扫描电源提供电源。利用独立的偏转线圈和扫描线圈分开的结构，解决了传统单线圈结构难以实现30kw以上大功率300mm以上宽幅电子束偏转扫描加工的难题，并可通过CNC系统编程设定合成扫描轨迹及复杂工件加工，可用于大功率电子束焊机、电子束熔炼炉、电子束三维打印及其电子束表面处理等大功率电子束加工设备。

Large power wide beam deflection scanning device

A high power wide electron beam deflection scanning device, the device adopts two independent coils, one for the electron beam deflection deflection coil generates a magnetic field, the other scanning coil for generating a magnetic field, realize high frequency scanning electron beam deflection function and scanning function; the deflection coil powered by deflection the power, scanning the coil power supply by scanning power supply. Structure using deflection coil and scanning coil independent separate, solve the problem of traditional single coil structure to realize the above 30kW 300mm above the power of wide beam deflection scanning process, and set the synthesis of scanning track and complex workpiece by CNC system programming, can be used in high power electron beam welding, electron beam melting furnace, electronic beam 3D printing and electron beam surface treatment of high power electron beam processing equipment.

【技术实现步骤摘要】
大功率宽幅电子束偏转扫描装置
本专利技术涉及一种电子束偏转扫描装置，特别涉及一种能够实现大功率宽幅电子束偏转扫描加工的装置，属于大功率电子束加工领域。
技术介绍
传统的电子束偏转扫描系统是在同一个环形铁芯上绕制x方向和y方向偏转线圈，通过在偏转线圈上加上直流电压信号使电子束产生偏转，直流电压信号的幅值决定电子束偏转的角度大小；再在偏转线圈上叠加一个交流信号，交流信号的幅值决定电子束扫描的幅度；交流信号的频率决定了电子束扫描的快慢。这样的偏转扫描系统对于常规的30kw以内的小功率、2khz的低频、100mm以内的窄幅电子束扫描系统是合适的。对比文件1，申请号为201310346506.3的中国专利文献中公开了一种用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈结构和绕制方法，提供一种磁场分布均匀、涡流损耗低的用于电子束加工的电磁偏转扫描线圈，减小了线圈的尺寸和重量，节约了制造成本。适用于电子束焊接设备等小功率电子束加工场合，该扫描线圈是在同一铁芯上绕制偏转线圈，同时实现偏转和扫描功能。对比文件2，申请号为201510814394.9的中国专利文献中公开了一种能够实现电子束宽幅扫描的控制装置、方法以及能够实现电子束宽幅扫描的增材制造设备，使用了一种像散线圈，用以产生消像散磁，通过产生的消像散磁场来控制像散程度；不仅可以通过改变聚焦线圈电流来使电子束良好聚焦，还可以通过改变消像散线圈电流来消除电子束的像散，使得束斑仍然保持较高质量。该专利技术也是在同一铁芯上绕制偏转线圈，同时实现偏转和扫描功能。适合功率不大于3kw的电子束加工设备。随着电子束加工技术的不断发展，电子束加工功率要求增大到30-300kw，扫描频率也要增加到3-30khz以上，扫描宽度增加到100mm-300mm。这样的工况条件，常规的偏转扫描系统已不能满足电子束加工装备的需求。具体表现在以下方面：首先，功率的增加使得电子束流增加和加速电压增加，其中电子束流增加意味着电子束束斑面积增加，要求偏转线圈直径增加，而偏转线圈直径增加势必导致偏转磁场不均匀，这样容易导致部分电子发散而打到电子枪体下部，甚至会打到偏转线圈上，造成偏转线圈损坏；加速电压的提高会导致电子束速度增加，要达到同样的偏转角度就要求提供更大的偏转功率，而偏转功率的加大，会使偏转线圈工作温度增加，对偏转线圈绝缘不利。其次，扫描频率增加，意味着线圈电抗增加，产生同样的偏转角度需要的电源电压幅值要求更高，某些场合高电压会达到数千伏，如此高的电压幅值会损坏线圈绝缘。同时铁芯也必须使用高频软磁铁芯，而高频软磁铁芯其导磁率往往很低，这会降低偏转线圈的磁场强度。宽幅扫描需要将电子束偏转的角度增大，也就是偏转扫描的直流分量要求增大，过大的直流分量加在铁芯上会造成铁芯偏磁，使得线圈电感降低，不但会降低偏转磁场强度，还会由于电感非线性而使得电子束扫描能量分布不均匀，影响电子束加工质量。为了解决传统偏转扫描系统不适用于大功率高频宽幅电子束加工需求，本专利技术的专利技术人经过不断的实验研究，终于研发出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能够实现大功率宽幅电子束偏转扫描加工的装置，利用独立的偏转线圈和扫描线圈分开的结构及其CNC控制系统实现大功率宽幅电子束偏转扫描加工，可用于大功率电子束焊机、电子束熔炼炉、电子束三维打印及其电子束表面处理等大功率电子束加工设备。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种大功率宽幅电子束偏转扫描装置，该装置采用两个独立的线圈，一个用以产生电子束偏转磁场的偏转线圈1，另一个用于产生高频扫描磁场、分别实现电子束偏转功能和扫描功能的扫描线圈2；所述的偏转线圈1由偏转电源3提供电源，所述的扫描线圈2由扫描电源4提供电源。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，该装置包括：用于编制数控程序的上位控制计算机5、下位可编程控制器（PLC）6；所述的偏转线圈1包含偏转线圈铁芯1-1、x方向偏转线圈1-2以及y方向偏转线圈1-3，所述的扫描线圈2包含扫描线圈铁芯2-1、x方向扫描线圈2-2以及y方向扫描线圈2-3；所述的偏转电源3给x方向偏转线圈1-2和y方向偏转线圈1-3供电，所述的扫描电源4给x方向扫描线圈2-2和y方向扫描线圈2-3供电；所述的上位控制计算机5通过通讯总线连接所述的下位可编程控制器（PLC）6，所述的下位可编程控制器（PLC）6将数字信号转换成模拟信号并将控制信号输出到所述的偏转电源3和所述的扫描电源4，所述的偏转电源3将偏转电流接入到所述的偏转线圈1，实现电子束偏转；所述的扫描电源4将扫描电流接入到所述的扫描线圈2，实现电子束扫描；所述的偏转线圈1和所述的扫描线圈2装在电子枪聚焦线圈7下面，所述的偏转线圈1安装在所述的扫描线圈2上面。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，所述的偏转线圈1与所述的扫描线圈2之间的匝数比为5:1至10:1之间。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，所述的x方向偏转线圈1-2与所述的y方向偏转线圈1-3之间的匝数比为1：1，所述的x方向扫描线圈2-2与所述的y方向扫描线圈2-3之间的匝数比为1：1。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，当电子束进入所述的偏转线圈1之后，电子在偏转磁场的作用下，偏离中心线一个±15°的角度；电子束进入所述的扫描线圈2之后，在扫描交流磁场的作用下，按照程序设定的扫描图形及频率实现重复扫描，从而实现电子束扫描加工。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，所述的偏转线圈1的偏转线圈铁芯1-1选用导磁率高、机械强度好的玻莫合金铁芯材料；所述的扫描线圈2的扫描线圈铁芯2-1选用高频软磁铁芯。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，所述的偏转线圈1的x方向偏转线圈（1-2）和y方向偏转线圈（1-3）分别绕制在铁芯1-1上，偏转线圈1的安匝数在800-1000安匝的范围内，匝数范围采用1600-2000匝，这样可以减小励磁电流，使得励磁电流不超过0.5安培，减小线圈发热量。所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，所述的扫描线圈（2）x方向扫描线圈（2-2）和y方向扫描线圈（2-3）分别绕制在铁芯上，扫描线圈（2）的安匝数在500-800安匝范围内，匝数范围采用在200—400之间，可以降低高频电抗，减小线圈体积，多出来的空间可以增加线圈的绝缘层厚度，从而提高扫描线圈（2）承受高电压的能力，线圈耐压等级可以达到10kV。使用本专利技术的有益效果在于：利用独立的偏转线圈和扫描线圈分开的结构，解决了传统单线圈结构难以实现大功率宽幅电子束偏转扫描加工的难题，并可通过CNC系统编程设定合成扫描轨迹及复杂工件加工，可用于大功率电子束焊机、电子束熔炼炉、电子束三维打印及其电子束表面处理等大功率电子束加工设备。由于采用双线圈结构，可以很方便根据各种不同应用场合的需要设定各种不同的扫描波形、扫描宽度以及扫描频率。因为偏转线圈分别有x方向偏转线圈和y方向偏转线圈两组互相垂直的线圈，可以实现x方向和与之垂直的y方向的电子束偏转；扫描线圈也有x方向扫描线圈和y方向扫描线圈两组线圈，可以实现x方向和与之垂直的y方向的电子束扫描。每组线圈提供独立的供电电源，可以通过计算机控制系统设定每个电源的输入，从而调节电子束位置及移动速度，可以通过标准CNC数控语言编程来实现电子束扫描加工轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率宽幅电子束偏转扫描装置，其特征在于，该装置采用两个独立的线圈，一个用以产生电子束偏转磁场的偏转线圈（1），另一个用于产生高频扫描磁场、分别实现电子束偏转功能和扫描功能的扫描线圈（2）；所述的偏转线圈（1）由偏转电源（3）提供电源，所述的扫描线圈（2）由扫描电源（4）提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种大功率宽幅电子束偏转扫描装置，其特征在于，该装置采用两个独立的线圈，一个用以产生电子束偏转磁场的偏转线圈（1），另一个用于产生高频扫描磁场、分别实现电子束偏转功能和扫描功能的扫描线圈（2）；所述的偏转线圈（1）由偏转电源（3）提供电源，所述的扫描线圈（2）由扫描电源（4）提供电源。2.根据权利要求1所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，其特征在于，该装置包括：用于编制数控程序的上位控制计算机（5）、下位可编程控制器PLC（6）；所述的偏转线圈（1）包含偏转线圈铁芯（1-1）、x方向偏转线圈（1-2）以及y方向偏转线圈（1-3），所述的扫描线圈（2）包含扫描线圈铁芯（2-1）、x方向扫描线圈（2-2）以及y方向扫描线圈（2-3）；所述的偏转电源（3）给x方向偏转线圈（1-2）和y方向偏转线圈（1-3）供电，所述的扫描电源（4）给x方向扫描线圈（2-2）和y方向扫描线圈（2-3）供电；所述的上位控制计算机（5）通过通讯总线连接所述的下位可编程控制器PLC（6），所述的下位可编程控制器PLC（6）将数字信号转换成模拟信号并将控制信号输出到所述的偏转电源（3）和所述的扫描电源（4），所述的偏转电源（3）将偏转电流接入到所述的偏转线圈（1），实现电子束偏转；所述的扫描电源（4）将扫描电流接入到所述的扫描线圈（2），实现电子束扫描；所述的偏转线圈（1）和所述的扫描线圈（2）装在电子枪聚焦线圈（7）下面，所述的偏转线圈（1）安装在所述的扫描线圈（2）上面。3.根据权利要求1所述的大功率宽幅电子束偏转扫描装置，其特征在于，所述的偏转线圈（1）与所述的扫描线圈（2）之间的匝数比为5:1至10:1之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄以平，李少林，宋宜梅，
申请(专利权)人：桂林实创真空数控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45