一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法，该系统包括超声激发模块、回波接收模块和缺陷判别模块，其中：所述超声激发模块，设置在电子束熔丝沉积设备的真空室的内部，用于生成预设规格的电子束脉冲，并将所述电子束脉冲发射至待检测沉积层，产生对应的超声信号；所述回波接收模块，用于在所述超声信号进入所述待检测沉积层内部之后，采集所述待检测沉积层内部反射的回波信号；所述缺陷判别模块设置在所述真空室的外部，用于对所述回波信号进行处理，得到所述待检测沉积层的缺陷信息。本发明专利技术对已沉积层进行在线缺陷检测，检测精度高且不受待检测沉积层形状及尺寸的限制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及增材制造无损检测
，尤其涉及一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法。

技术介绍

[0002]电子束熔丝沉积技术是一种增材制造方法，其在真空条件下以高能电子束作为热源，以丝材为原材料，通过逐层沉积的方式实现零件的制造。该技术具有沉积效率高、可制备复杂结构零件、真空条件污染小、原料及能量利用率高等特点，在航空航天、汽车、医疗等领域有广泛的应用前景。由于电子束熔丝沉积过程采用逐层沉积的方式，各层在沉积时会经历多次加热、冷却的热循环，且各层的热循环不尽相同，导致整个零件具有复杂的热历史，也极易导致缺陷的产生。
[0003]现阶段电子束熔丝沉积制造多以钛合金等高价值金属为原料，面向航空航天等领域制造复杂关键零部件，因而通常单体零件的价值较高。若零件中出现缺陷，可能会降低零件性能及寿命，甚至导致零件报废，进而造成资源浪费并增加成本，也限制了电子束熔丝沉积制造技术的应用，故需要无损检测技术来保障零件的质量。目前常用的无损检测技术，如射线检测、工业CT等，通常用于对加工完成后的零件在真空室外进行离线整体检测。这种离线检测手段虽然能在投入使用之前对零件进行质量评价，但对复杂零件、大型零件的检测精度受限，且无法通过检测提升零件制造的良品率。一旦检出缺陷，零件的返修将会增加额外的工序和成本。因此需要在沉积过程中对已沉积零件进行在线无损检测，以便于在沉积制造过程中及时发现和修复缺陷，提升零件沉积的质量。然而，现有的在线无损检测方法还存在缺陷，例如，检测范围只能针对沉积层的外观形貌及表面缺陷进行在线检测，或者，在检测复杂形状、大尺寸的已沉积层时的灵敏度和分辨率较低。
[0004]因此，现在亟需一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法。
[0006]本专利技术提供一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，包括超声激发模块、回波接收模块和缺陷判别模块，其中：
[0007]所述超声激发模块，设置在电子束熔丝沉积设备的真空室的内部，用于生成预设规格的电子束脉冲，并将所述电子束脉冲发射至待检测沉积层，产生对应的超声信号；
[0008]所述回波接收模块，用于在所述超声信号进入所述待检测沉积层内部之后，采集所述待检测沉积层内部反射的回波信号；
[0009]所述缺陷判别模块设置在所述真空室的外部，用于对所述回波信号进行处理，得到所述待检测沉积层的缺陷信息。
[0010]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，所述超声激发模块基
于所述电子束熔丝沉积设备的电子枪，通过偏转线圈对电子枪产生的同轴电子束偏转大于等于5
°
形成离轴电子束，以形成离轴电子束，使得所述偏转线圈对所述离轴电子束进行周期性偏转，进而在待检测位置处生成电子束脉冲，其中，所述离轴电子束在所述待检测沉积层表面的作用位置为待检测位置，所述电子束脉冲的束流值满足的条件为：
[0011][0012]其中，I
′
表示所述电子束脉冲的束流值，I表示当前电子束熔丝沉积过程中进行熔丝沉积的实际束流值。
[0013]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，通过工控机对所述电子枪的偏转线圈施加方波信号，在产生所述离轴电子束的同时，驱动所述离轴电子束以大于等于1000Hz的频率周期性偏转，并交替作用于所述待检测沉积层表面的待检测位置和所述待检测沉积层外的非待检测位置，其中，在一个周期内，所述离轴电子束在所述待检测位置的作用时间小于等于0.0001s，以使得所述待检测位置处生成电子束脉冲。
[0014]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，所述回波接收模块包括激光探头、激光干涉仪主机和光纤过真空装置，其中：
[0015]所述激光探头设置在所述真空室的内部顶端，垂直于所述待检测沉积层表面上方，且所述激光探头的纵向轴线与所述电子枪的纵向轴线平行，用于向所述待检测沉积层表面的待检测位置发射激光束，采集所述超声信号进入所述待检测沉积层之后反射的回波信号；
[0016]所述激光干涉仪主机和所述光纤过真空装置之间通过第一光纤连接，所述光纤过真空装置和所述激光探头之间通过第二光纤连接，以使得所述激光干涉主机和所述激光探头进行光路连接，其中，所述激光干涉仪主机设置在所述真空室的外部，用于对所述回波信号进行检测，并将检测结果发送到所述缺陷判别模块。
[0017]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，所述电子束熔丝沉积设备还包括工作台、真空泵组和送丝装置，其中：
[0018]所述工作台放置有所述待检测沉积层，用于根据预设移动规则，在沉积过程和沉积缺陷检测过程时进行移动；
[0019]所述真空泵组，用于对所述真空室进行抽真空处理；
[0020]所述送丝装置，用于在沉积过程时，为当前沉积层提供丝材作为原料。
[0021]本专利技术还提供一种基于上述任一所述电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统的电子束熔丝沉积缺陷在线检测方法，包括：
[0022]当电子束熔丝沉积设备的真空室达到预设真空度后，执行电子束熔丝逐层沉积过程，并在待检测沉积层完成沉积之后，通过超声激发模块对电子枪的束流值和偏转参数进行调整，生成预设规格的电子束脉冲；
[0023]将所述电子束脉冲发射至所述待检测沉积层表面的待检测位置，以产生超声信号进入到所述待检测沉积层内部，并通过所述电子束熔丝沉积设备的工作台，使得所述待检测沉积层按照预设移动规则进行移动，并在移动过程中，通过回波接收模块采集所述待检测沉积层内部反射的回波信号；
[0024]通过缺陷判别模块显示所述回波信号的波形，并进行判断，若所述回波信号中存
在早于底波的峰值信号，则判断所述待检测沉积层中存在缺陷，并根据所述峰值信号获取缺陷位置。
[0025]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测方法，所述方法还包括：
[0026]若所述待检测沉积层中存在缺陷，则调整所述电子枪的束流值，并通过所述工作台将所述待检测沉积的缺陷位置移动至所述电子枪的下方，以通过所述电子束熔丝沉积设备的送丝装置和所述电子枪，对所述缺陷位置进行修复。
[0027]根据本专利技术提供的一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测方法，在所述通过缺陷判别模块对所述回波信号进行判断之前，所述方法还包括：
[0028]对所述回波信号进行预处理，以根据预处理后的回波信号进行电子束熔丝沉积缺陷分析。
[0029]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述电子束熔丝沉积缺陷在线检测方法的步骤。
[0030]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电子束熔丝沉积缺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，其特征在于，包括超声激发模块、回波接收模块和缺陷判别模块，其中：所述超声激发模块，设置在电子束熔丝沉积设备的真空室的内部，用于生成预设规格的电子束脉冲，并将所述电子束脉冲发射至待检测沉积层，产生对应的超声信号；所述回波接收模块，用于在所述超声信号进入所述待检测沉积层内部之后，采集所述待检测沉积层内部反射的回波信号；所述缺陷判别模块设置在所述真空室的外部，用于对所述回波信号进行处理，得到所述待检测沉积层的缺陷信息。2.根据权利要求1所述的电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，其特征在于，所述超声激发模块基于所述电子束熔丝沉积设备的电子枪，通过偏转线圈对电子枪产生的同轴电子束偏转大于等于5
°
，以形成离轴电子束，使得所述偏转线圈对所述离轴电子束进行周期性偏转，进而在待检测位置处生成电子束脉冲，其中，所述离轴电子束在所述待检测沉积层表面的作用位置为待检测位置，所述电子束脉冲的束流值满足的条件为：其中，I
′
表示所述电子束脉冲的束流值，I表示当前电子束熔丝沉积过程中进行熔丝沉积的实际束流值。3.根据权利要求2所述的电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，其特征在于，通过工控机对所述电子枪的偏转线圈施加方波信号，在产生所述离轴电子束的同时，驱动所述离轴电子束以大于等于1000Hz的频率周期性偏转，并交替作用于所述待检测沉积层表面的待检测位置和所述待检测沉积层外的非待检测位置，其中，在一个周期内，所述离轴电子束在所述待检测位置的作用时间小于等于0.0001s，以使得所述待检测位置处生成电子束脉冲。4.根据权利要求1所述的电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统，其特征在于，所述回波接收模块包括激光探头、激光干涉仪主机和光纤过真空装置，其中：所述激光探头设置在所述真空室的内部顶端，垂直于所述待检测沉积层表面上方，且所述激光探头的纵向轴线与所述电子枪的纵向轴线平行，用于向所述待检测沉积层表面的待检测位置发射激光束，采集所述超声信号进入所述待检测沉积层之后反射的回波信号；所述激光干涉仪主机和所述光纤过真空装置之间通过第一光纤连接，所述光纤过真空装置和所述激光探头之间通过第二光纤连接，以使得所述激光干涉主机和所述激光探头进行光路连接，其中，所述激光干涉仪主机设置在所述真空室的外部，用于对所述回波信...

【专利技术属性】
技术研发人员：都东，梁志跃，张昊宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：