[发明专利]一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统

说明书

本发明涉及一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统，属于增材制造监控技术领域。本发明系统通过视觉监控，在进行电子束熔丝沉积增材制造成形过程中，实时采集熔滴过渡图像，通过图像处理，获得当前熔滴过渡距离信息，根据该熔滴过渡距离信息，调整送丝高度调节轴的滑块高度，实现了熔滴过渡距离的闭环控制，解决了采用开环控制时的粘丝、沉积不连续等问题，避免了熔池飞溅、大滴过渡等现象，提高了沉积过程的稳定性，进而保证了成形过程和产品质量的一致性，提高了生产效率。而且本发明的控制系统结构简单，同时还可以获得熔池大小信息和温度信息，可用于电子束束流功率控制和工件温度闭环控制。

技术领域

本发明涉及一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统，属于增材制造监控技术领域。

背景技术

电子束熔丝制造过程连续稳定是保证成形质量和制造效率的前提，而其中连续送进的丝材在电子束作用下端部熔化形成熔滴并向熔池过渡的过程尤为重要。为实现稳定的液桥过渡，需要保证丝材与电子束轴线相交，且交点位于熔池平面内。然而在加工过程中，由于丝材弯曲、基板不平等因素使得丝材和电子束交点离开熔池表面，当交点高于熔池表面时会造成熔丝不连续，影响沉积质量；当交点低于熔池表面时，会发生粘丝现象，导致沉积过程中断。已有研究者开始针对熔滴过渡距离进行控制研究，例如中国专利CN107584119A，公开了一种提高熔丝沉积过程中送丝稳定性的自适应调节装置，其利用丝材接触熔池时电路导通的原理，可以将熔滴过渡距离维持在零点附近。其缺点是其控制方法为开关控制，系统调整速度慢，而且只能将熔滴过渡距离维持在零点附近，而不能调整该距离值。因此，研究一种响应速度快，且能够根据工艺要求调整熔滴过渡距离的闭环系统，对电子束熔丝沉积增材制造技术有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统，在进行电子束熔丝沉积增材制造成形过程中，实时采集熔滴过渡图像，通过图像处理获得当前熔滴过渡距离信息，以调整送丝高度调节轴的滑块高度，实现熔滴过渡距离的闭环控制。

本发明提出的电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统，包括顶部支架、激光器、相机、工作台、相机航向角调节轴、送丝校直器、送丝电机、X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、底座、处理器、波形发生卡和电机驱动器；所述的激光器通过球形铰链安装在顶部支架上，通过球形铰链调整激光补光系统，使补光轴线对准丝材与电子束的交点，激光器的前端设置有激光器防金属蒸汽套筒；所述的相机依次通过相机俯仰角调整轴、转接架和相机航向角调节轴安装在顶部支架上，依次调整相机俯仰角调整轴和相机航向角调节轴，使电子束与丝材的交点位于相机视野的中央，相机的镜头端设置有相机防金属蒸汽套筒；所述的X轴导轨安装在底座上，Y轴导轨安装在X轴导轨上，Y轴导轨与X轴导轨相互垂直，Z轴导轨安装在Y轴导轨上，Z轴导轨与Y轴导轨相互垂直；所述的工作台安装在Z轴导轨上，待沉积增材工件置于工作台上；所述的送丝校直器和送丝电机相互连接，连接后的送丝校直器和送丝电机安装在送丝高度调节轴上；用于沉积的丝材通过送丝校直器后经送丝电机拉动到达待沉积增材工件表面；

所述的处理器用于通过信号线采集相机的图像信号，通过图像处理程序，计算获得熔滴过渡距离的控制信号，将该控制信号发送至波形发生卡；

所述的波形发生卡，根据控制信号生成相应的波形控制信号，将该波形控制信号通过信号线发送给电机驱动器；

所述的电机驱动器，用于将波形发生卡产生的波形控制信号放大为驱动电流，控制送丝高度调节轴电机转动，使送丝高度调节轴沿送丝高度调节轴安装支架上下移动，实现对电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制。

本发明提出的电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统，其优点是：