一种实时监测高能束加工烟羽的设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种实时监测高能束加工烟羽的设备，包括数控平台和焊舱，数控平台的上方架设有高能束发生器，数控平台和高能束发生器均设置于焊舱内，高能束发生器的下端发射口处设有聚焦系统，数控平台的侧边设有激光发生器，两个激光发生器上下排列，数控平台的对应激光发生器的另一侧边设有光敏电阻板，光敏电阻板的靠近激光发生器的侧边设有高速相机，光敏电阻板和高速相机均连接有控制器，控制器连接有显示器。本发明专利技术的有益效果是：可判断加工工件的气孔是否贯穿，系统可靠性高，算法开发成本低；实现降低传输带宽，数据传输量小，响应速度快；可被操作人员直接观察，硬件要求低，成本低，可行性高；实现高能束能量密度动态实时调节。

【技术实现步骤摘要】
一种实时监测高能束加工烟羽的设备及方法
本专利技术涉及高能束加工
，具体为一种实时监测高能束加工烟羽的设备及方法。
技术介绍
高能束发生器发射的高能束包含激光束、电子束、离子束、电火花等，供给材料表面的功率密度不小于103W/cm2，加工的形式包含焊接、增材、钻孔和烧结等。当高能束轰击材料后，金属材料汽化造成的外形呈羽状的烟体，称之为烟羽，高能束轰击材料熔化的熔池，会汽化产生细小的气穴，称为气孔。烟羽生成的剧烈程度可以一定程度上反映高能束焊接的状况，通常情况下烟羽生成剧烈，高能束吸收效率低，金属发生溅射可能性增高，从而影响焊接质量。高能束加工常用于航空航天、医疗器械和精密仪器等制造领域，所加工的零件往往造价高昂，过多的试验件和废品率会极大的增高制造成本，降低生产效率。而高能束加工往往需要在焊舱内完成，这是因为环境气体会影响多种高能束的加工质量。有些高能束，例如电子束加工，还需要用铅板进行隔离，人员在铅板隔离外操作，这是因为一些高能束会产生对人体有害的射线，如X射线，必须通过合适厚度的金属板，如铅板进行屏蔽。高能束加工时，熔池不稳定的现象无法进行实时监控，或依赖肉眼直接观察，缺乏量化数据，无法进行加工参数实时调整。在加工过程中，实验人员往往需要通过观察和经验来调整高能束参数，这种方法有着极大的不确定性，是造成废品率上升的重要因素。而现阶段又缺乏有效的实时监控高能束加工品质的技术，无法得到指标型数据进行参考从而调整加工参数。现有技术中，主要基于Tsukamoto方法并采用超高速相机拍摄进行烟羽探测，其不足点在于：1）烟羽的图像处理需要很高的带宽，响应速度慢，难以实现实时控制；2）烟羽图像处理算法复杂，无法简单通过人工辨别；3）直视烟羽的摄像机往往需要特殊处理，以防止烟尘带来的干扰；4）成本高昂，维修复杂，且可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实时监测高能束加工烟羽的设备及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种实时监测高能束加工烟羽的设备，包括数控平台和焊舱，所述数控平台的上方架设有高能束发生器，所述数控平台和高能束发生器均设置于焊舱内，所述高能束发生器的下端发射口处设有聚焦系统，所述数控平台的侧边设有激光发生器，两个所述激光发生器上下排列，所述数控平台的对应激光发生器的另一侧边设有光敏电阻板，所述光敏电阻板的靠近激光发生器的侧边设有高速相机，所述光敏电阻板和高速相机均连接有控制器，所述控制器连接有显示器。进一步优选，所述光敏电阻板的数量为两个，两个所述光敏电阻板上下排列，两个所述光敏电阻板均采用阵列式光敏电阻结构设计。进一步优选，两个所述光敏电阻板与两个激光发生器呈矩形阵列排列。进一步优选，所述高速相机的数量为两个，两个所述高速相机上下排列，两个所述高速相机的镜头分别对准两个光敏电阻板，所述高速相机的频率不小于30HZ。进一步优选，所述数控平台上设有多个工件夹具，所述工件夹具夹持有加工工件。进一步优选，所述加工工件固定于上下排列的两个激光发生器之间。进一步优选，所述激光发生器、光敏电阻板和高速相机均不与数控平台固定。进一步优选，所述高能束发生器发射的高能束位于激光发生器和光敏电阻板之间。进一步优选，所述控制器和显示器均设置于焊舱的外侧。本专利技术还提供一种实时监测高能束加工烟羽的方法，包括以下步骤：S1）将加工工件固定于数控平台上，通过工件夹具固定，且加工工件的高度位置位于两个激光发生器之间；S2）所述数控平台动作，将加工工件调整好位置，使加工工件的加工表面焊缝位于高能束发生器的竖直下方；S3）启动高能束发生器，调节聚焦系统,使高能束发生器发射的高能束收束于一点并作用于加工工件的加工表面焊缝；S4）所述数控平台动作，带动加工工件沿加工表面的焊缝进行移动；S5）启动激光发生器和光敏电阻板，使激光发生器发射的激光穿过加工工件表面上因高能束加工产生的烟羽，且该激光打到与激光发生器位于相同高度的光敏电阻板上；S6）启动高速相机，所述高速相机的镜头快速捕捉激光发生器发射的激光穿过烟羽形成的光斑在光敏电阻板上的位置和形状，并将捕捉的信息传送给显示器供操作人员观察。有益效果：本专利技术的实时监测高能束加工烟羽的设备，通过激光对烟羽的实时探测，可判断高能束的能量密度是否合适，判断加工工件的气孔是否贯穿工件，系统可靠性高，算法开发成本低；通过高速相机捕捉光敏电阻板上的激光光斑的位置和形状，且高速相机可不用于系统反馈，通过图像单色即可实现降低传输带宽，数据传输量小，响应速度快；通过显示器可被操作人员直接观察，硬件要求低，成本低，可行性高；实现高能束发生器发射的高能束能量密度动态实时调节，保障高能束加工过程监测和提高高能束加工良品率。附图说明图1为本专利技术实施例所公开的实时监测高能束加工烟羽的设备的结构示意图。附图标记：1-数控平台，2-高能束发生器，3-聚焦系统，4-高能束，5-加工工件，6-烟羽，7-工件夹具，8-激光发生器，9-光敏电阻板，10-高速相机，11-控制器，12-显示器，13-焊舱。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。如图1所示，一种实时监测高能束加工烟羽的设备，包括数控平台1和焊舱13，所述数控平台1的上方架设有高能束发生器2，所述数控平台1和高能束发生器2均设置于焊舱13内，所述高能束发生器2的下端发射口处设有聚焦系统3，所述数控平台1的侧边设有激光发生器8，两个所述激光发生器8上下排列，所述数控平台1的对应激光发生器8的另一侧边设有光敏电阻板9，所述光敏电阻板9的靠近激光发生器8的侧边设有高速相机10，所述光敏电阻板9和高速相机10均连接有控制器11，所述控制器11连接有显示器12。本申请中，所述数控平台1用于加工工件5的安装、固定及移动，所述数控平台1上设有多个工件夹具7，通过工件夹具7将加工工件5固定，保证加工工件5固定于上下激光发生器8之间；所述激光发生器8、光敏电阻板9和高速相机10均脱离数控平台1，且不随加工工件5移动而移动，与高能束发生器2发射的高能束4的位置相对静止；所述激光发生器8发射的激光穿过高能束4加工产生的烟羽6并打到光敏电阻板9上，所述高速相机10捕捉光敏电阻板9上的激光光斑的位置和形状，所述高速相机10可不用于系统反馈，通过图像单色即可实现降低传输带宽，数据传输量小，响应速度快；所述显示器12可被操作人员直接观察，硬件要求低，成本低，可行性高。本申请中，所述烟羽6为金属蒸气，其中的纳米团簇或超细颗粒的瑞利散射对激光光束产生干扰，激光光束的路径及几何形状被破坏，激光发生偏转后重新分布在光敏电阻板9上，光敏电阻板9的电阻阻值发生变化，反应在所施加电压值的变化，所述光敏电阻板9上的每个电阻的电压值被探测后，传输至处理单元，激光光斑的离散和偏移可通过光敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时监测高能束加工烟羽的设备，包括数控平台（1）和焊舱（13），所述数控平台（1）的上方架设有高能束发生器（2），所述数控平台（1）和高能束发生器（2）均设置于焊舱（13）内，所述高能束发生器（2）的下端发射口处设有聚焦系统（3），其特征在于：所述数控平台（1）的侧边设有激光发生器（8），两个所述激光发生器（8）上下排列，所述数控平台（1）的对应激光发生器（8）的另一侧边设有光敏电阻板（9），所述光敏电阻板（9）的靠近激光发生器（8）的侧边设有高速相机（10），所述光敏电阻板（9）和高速相机（10）均连接有控制器（11），所述控制器（11）连接有显示器（12）。/n

【技术特征摘要】
1.一种实时监测高能束加工烟羽的设备，包括数控平台（1）和焊舱（13），所述数控平台（1）的上方架设有高能束发生器（2），所述数控平台（1）和高能束发生器（2）均设置于焊舱（13）内，所述高能束发生器（2）的下端发射口处设有聚焦系统（3），其特征在于：所述数控平台（1）的侧边设有激光发生器（8），两个所述激光发生器（8）上下排列，所述数控平台（1）的对应激光发生器（8）的另一侧边设有光敏电阻板（9），所述光敏电阻板（9）的靠近激光发生器（8）的侧边设有高速相机（10），所述光敏电阻板（9）和高速相机（10）均连接有控制器（11），所述控制器（11）连接有显示器（12）。


2.根据权利要求1所述的一种实时监测高能束加工烟羽的设备，其特征在于：所述光敏电阻板（9）的数量为两个，两个所述光敏电阻板（9）上下排列，两个所述光敏电阻板（9）均采用阵列式光敏电阻结构设计。


3.根据权利要求2所述的一种实时监测高能束加工烟羽的设备，其特征在于：两个所述光敏电阻板（9）与两个激光发生器（8）呈矩形阵列排列。


4.根据权利要求2所述的一种实时监测高能束加工烟羽的设备，其特征在于：所述高速相机（10）的数量为两个，两个所述高速相机（10）上下排列，两个所述高速相机（10）的镜头分别对准两个光敏电阻板（9），所述高速相机（10）的频率不小于30HZ。


5.根据权利要求1所述的一种实时监测高能束加工烟羽的设备，其特征在于：所述数控平台（1）上设有多个工件夹具（7），所述工件夹具（7）夹持有加工工件（5）。


6.根据权利要求5所述的一种实时监测高能束加工烟羽的设备，其特征在于：所述加工工件（5）固定于上下排列的两个激光发生器（8）...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹伊，于楠，徐方达，秦剑，毛博阳，勇秋羽，支镜任，
申请(专利权)人：苏州鑫之博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32