[发明专利]用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置及方法

说明书

本发明提供一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置及方法，该装置包括图像采集模块、前置束斑生成模块和处理模块，其中：图像采集模块，用于在电子束熔丝沉积过程中，实时采集前置束斑生成模块生成的前置束斑；前置束斑生成模块，用于生成与电子束沿预设行进路径同步移动的前置束斑，其中，前置束斑设置于电子束的前方；处理模块，用于对前置束斑图像进行处理，获取采集位置的实际相对高度数据，并将实际相对高度数据和预设相对高度数据进行对比，获取差值数据，以根据差值数据对丝材和零件之间的距离进行调整。本发明克服了图像处理带来的时间滞后和机械系统执行延迟，保障了控制的实时性，提高成形质量和效率。

技术领域

本发明涉及增材制造监控技术领域，尤其涉及一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置及方法。

背景技术

目前的电子束熔丝沉积制造技术，普遍将零件已制造部分的上表面看做水平面，在制造每一层时，丝材和零件之间的相对高度保持不变，仅依靠水平相对运动实现当前层的制造。然而，当零件上表面不是理想水平面时，这种制造方式导致丝材和零件表面之间的相对高度不再是恒定值。当丝件相对高度过小时，未熔化的丝材伸入熔池中，发生粘丝现象使制造过程中断，同时可能损坏送丝装置；当丝件相对高度过大时，制造过程变得不稳定，恶化表面不平整状态，还会产生飞溅等制造缺陷。

在电子束熔丝沉积过程中，存在多种原因导致丝件相对高度发生变化。例如，零件转角和边缘位置散热条件较差，熔池金属液冷却速率较低，出现流淌和塌陷导致零件上表面高度低于目标值；而在沉积道发生交叉的位置，由于材料过度堆积，零件上表面高度高于预设值；在每一沉积道中，由于电子束对熔池金属液的冲击作用，起始位置高度会大于稳定沉积部分高度，而终止位置高度则小于稳定沉积部分高度。为了解决这个问题，可以在制造过程中对零件上表面高度进行实时检测，并根据检测值控制零件或丝材在高度方向上的运动，以此补偿零件上表面起伏，控制丝件相对高度稳定，进而提高电子束熔丝制造过程精度和效率。

然而，现有的方案在对丝材和零件表面之间的相对高度进行控制时，往往都是针对当前时刻正在沉积的沉积层表面和丝材之间的相对高度进行采集和处理，然后再根据处理结果生成相应的控制动作进行补偿，这种方法存在一定控制滞后以及执行控制延迟，导致控制的实时性较低。因此，现在亟需一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置及方法来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置及方法。

本发明提供一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置，包括图像采集模块、前置束斑生成模块和处理模块，其中：

所述图像采集模块，用于在电子束熔丝沉积过程中，实时采集所述前置束斑生成模块生成的前置束斑；

所述前置束斑生成模块，用于生成与电子束沿预设行进路径同步移动的前置束斑，其中，所述前置束斑设置于所述电子束的前方；

所述处理模块，用于对所述前置束斑图像进行处理，获取采集位置的实际相对高度数据，并将所述实际相对高度数据和预设相对高度数据进行对比，获取差值数据，以根据所述差值数据对丝材和零件之间的距离进行调整。

根据本发明提供的一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置，所述前置束斑生成模块基于电子束熔丝沉积设备的电子枪，通过偏转线圈产生偏转磁场，使得电子枪产生的电子束发生周期性偏转，生成预设规格的前置束斑。

根据本发明提供的一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置，所述图像采集模块通过云台和支架，设置在电子束熔丝沉积设备的真空室的内部，其中，所述云台用于调整所述图像采集模块的图像采集方向，以使得所述图像采集模块的采集视野包含前置束斑和熔池。

根据本发明提供的一种用于电子束熔丝沉积过程的丝件相对高度控制装置，所述图像采集模块还包括采集终端保护单元，用于保护图像采集模块的采集镜头。