一种用于高能束加工的设备及二次电子探测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高能束加工的设备，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，高能束发生器的下端发射口处设有聚焦系统，数控平台上固定有下端二次电子收集器，下端二次电子收集器与高能束发生器之间设有上端二次电子收集器，上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均设有多块采集板和定值电阻，上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均电性连接有示波器，示波器电性连接有控制器，控制器电性连接有显示器，示波器和控制器均电性连接有电源。本发明专利技术的有益效果是：实现对加工工件上、下表面二次电子方向与分布的探测，判断高能束能量密度强弱，保障加工过程的监测，提高加工良品率，为实时控制高能束参数提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高能束加工的设备及二次电子探测方法
本专利技术涉及高能束加工
，具体为一种用于高能束加工的设备及二次电子探测方法。
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，由于粒子撞击或材料温度升高，会有少量电子从材料表面溢出，这种溢出的电子被称为二次电子，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。二次电子方向与熔池及气孔密切相关，二次电子分布的剧烈变化可总结为气孔状态的剧烈变化，可以表征能量密度是否过强或过弱。只探测二次电子总量无法具有这一功能，缺乏二次电子分布也无法指示操作者进行相关调整，例如入射高能束不与焊接材料垂直，调整方向必须参考二次电子分布数据。完全熔穿的高能束加工材料在底部也会出现少量二次电子，这些电子可以有效表征熔穿状态，体现为：未熔穿，熔穿和气孔贯穿。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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于高能束加工的设备及二次电子探测方法，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：一种用于高能束加工的设备，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，所述数控平台上固定有下端二次电子收集器，所述下端二次电子收集器与高能束发生器之间设有上端二次电子收集器，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均设有多块采集板和多个定值电阻，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均电性连接有示波器，所述示波器电性连接有控制器，所述控制器电性连接有显示器，所述示波器和控制器均电性连接有电源。进一步优选，所述上端二次电子收集器设有四块采集板和四个定值电阻。进一步优选，所述上端二次电子收集器的四块采集板组合成水平截面为矩形的锥台结构，其上截面表面积小于下截面表面积，四块所述采集板分别与四个定值电阻对应连接。进一步优选，所述下端二次电子收集器设有三块采集板和三个定值电阻。进一步优选，所述下端二次电子收集器的三块采集板组合成竖直截面为等腰梯形的凹槽结构，其上底长度大于下底长度，三块所述采集板分别与三个定值电阻对应连接，三块所述采集板呈矩形条状结构设计。进一步优选，所述示波器、控制器和电源均安装于导热性好的同一密封箱内。进一步优选，所述密封箱采用金属材质制成，所述密封箱的下方设有冷却板。进一步优选，所述控制器电性连接有指示灯，所述指示灯的上方设有摄像头。进一步优选，所述焊舱上对应显示器的位置设有观察窗。本专利技术还提供一种用于高能束加工的二次电子探测方法，包括以下步骤：S1）将加工工件固定于数控平台上，且加工工件固定于上端二次电子收集器和下端二次电子收集器之间；S2）所述数控平台动作，将加工工件调整好位置，将加工工件的加工表面对准高能束发生器；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表面；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，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器采集加工工件上外溢的二次电子，其经定值电阻的电压信号经示波器和控制器转化为可视化信息并由显示器输出。有益效果：本专利技术的高能束加工设备，通过上端二次电子收集器和下端二次电子收集器，实现对加工工件上表面和下表面二次电子的探测，可探测出二次电子的方向与分布，计算出各个方向焊缝的偏移量，检测气孔状态，判断高能束能量密度强弱，入射角度是否合适；通过摄像头、显示器可实时监测加工质量，便于实时调整，保障高能束加工过程监测和提高高能束加工良品率，并为实时控制高能束参数提供依据；无需往焊舱外引线，无需对焊舱进行改造即可使用，即插即用，保证高能束加工设备的气密性，实施简单且兼容性强。附图说明图1为本专利技术实施例所公开的高能束加工设备的结构示意图。附图标记：1-数控平台，2-高能束发生器，3-聚焦系统，4-工件夹具，5-加工工件，6-上端二次电子收集器，7-下端二次电子收集器，8-示波器，9-控制器，10-电源，11-密封箱，12-冷却板，13-指示灯，14-显示器，15-摄像头，16-焊舱，17-观察窗。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。实施例如图1所示，一种用于高能束加工的设备，包括数控平台1和焊舱16，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16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上固定有下端二次电子收集器7，所述下端二次电子收集器7与高能束发生器2之间设有上端二次电子收集器6，所述上端二次电子收集器6和下端二次电子收集器7均设有多块采集板和多个定值电阻，所述上端二次电子收集器6和下端二次电子收集器7均电性连接有示波器8，所述示波器8电性连接有控制器9，所述控制器9电性连接有显示器14，所述示波器8和控制器9均电性连接有电源10。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4，通过工件夹具4将加工工件5固定，保证加工工件5固定于上端二次电子收集器6和下端二次电子收集器7之间，保证二次电子收集器能够采集到加工工件5在加工时溢出的二次电子；所述高能束发生器2用于发射高能束，通过聚焦系统3调节高能束的焦点，实现对产品的焊接；所述上端二次电子收集器6用于探测加工工件5的加工上表面的二次电子，所述下端二次电子收集器7用于探测加工工件5的加工下表面的二次电子；所述示波器8用于将电压信号转化为数字信号，所述控制器9用于将相关数据可视化并由显示器14输出，操作者通过观察窗17实时观察显示器14上的显示内容，便于加工质量的检测及调整加工参数。本申请中，所述数控平台1、高能束发生器2、聚焦系统3、上端二次电子收集器6、下端二次电子收集器7、示波器8、控制器9、电源10、指示灯、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高能束加工的设备，其特征在于：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，所述数控平台上固定有下端二次电子收集器，所述下端二次电子收集器与高能束发生器之间设有上端二次电子收集器，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均设有多块采集板和多个定值电阻，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均电性连接有示波器，所述示波器电性连接有控制器，所述控制器电性连接有显示器，所述示波器和控制器均电性连接有电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高能束加工的设备，其特征在于：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，所述数控平台上固定有下端二次电子收集器，所述下端二次电子收集器与高能束发生器之间设有上端二次电子收集器，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均设有多块采集板和多个定值电阻，所述上端二次电子收集器和下端二次电子收集器均电性连接有示波器，所述示波器电性连接有控制器，所述控制器电性连接有显示器，所述示波器和控制器均电性连接有电源。


2.根据权利要求1所述的一种用于高能束加工的设备，其特征在于：所述上端二次电子收集器设有四块采集板和四个定值电阻。


3.根据权利要求2所述的一种用于高能束加工的设备，其特征在于：所述上端二次电子收集器的四块采集板组合成水平截面为矩形的锥台结构，其上截面表面积小于下截面表面积，四块所述采集板分别与四个定值电阻对应连接。


4.根据权利要求1所述的一种用于高能束加工的设备，其特征在于：所述下端二次电子收集器设有三块采集板和三个定值电阻。


5.根据权利要求4所述的一种用于高能束加工的设备，其特征在于：所述下端二次电子收集器的三块采集板组合成竖直截面为等腰梯形的凹槽结构，其上底长度大于下底长度，三块所述采集板分别与三个定值电阻...

【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