本發(fā)明屬于電磁超聲監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于電子束熔絲制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)小直徑圓截面金屬材料(如焊絲)，靈敏度較高，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。

背景技術(shù)：

電子束熔絲增材是指利用計(jì)算機(jī)把零件的三維CAD模型進(jìn)行分層處理，獲得各層截面的二維輪廓信息并生成加工路徑，以高能量密度的電子束作為熱源，按照預(yù)定的加工路徑，在真空室內(nèi)熔化送進(jìn)的絲材，逐層堆積，最終實(shí)現(xiàn)致密金屬零件的近凈成形直接制造。與傳統(tǒng)去除成形和體積成形技術(shù)思想明顯不同，電子束熔絲增材反應(yīng)迅速且無(wú)需模具，正因如此，電子束熔絲增材在致密金屬零件的制造中得到廣泛的應(yīng)用。為了保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子束熔絲增材過(guò)程是非常有必要的。

在電子束熔絲增材的過(guò)程中，高溫環(huán)境、熔池飛濺、工作臺(tái)的移動(dòng)等因素都會(huì)讓監(jiān)測(cè)過(guò)程變得很困難?，F(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法(如攝像監(jiān)控、溫度監(jiān)控等)只解決某一方面因素的影響，檢測(cè)效果較差；加上焊絲的直徑較小，導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度較低，甚至難以監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合電子束熔絲增材制造及電磁超聲監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，針對(duì)電磁超聲聚焦探頭的結(jié)構(gòu)及部件連接關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本發(fā)明的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電磁超聲聚焦探頭設(shè)置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來(lái)的焊絲穿過(guò)所述電磁超聲聚焦探頭，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述焊絲中的回波信號(hào)，分析焊絲與熔池之間的狀態(tài)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子束熔絲增材制造的全過(guò)程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度較高，監(jiān)測(cè)效率較高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括電磁超聲聚焦探頭、電源電路、計(jì)算機(jī)、控制電路、高頻脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、限幅電路、初級(jí)放大電路、濾波電路、終極放大電路及A/D轉(zhuǎn)換電路，其特征在于：

所述電磁超聲聚焦探頭設(shè)置在送絲管的出口處，其包括殼體、環(huán)形磁鐵及弧形聚焦線圈，所述殼體開設(shè)有貫穿其相背的兩端的收容槽；所述環(huán)形磁鐵收容在所述收容槽內(nèi)；所述弧形聚焦線圈設(shè)置在所述環(huán)形磁鐵內(nèi)，自所述送絲管出來(lái)的焊絲穿過(guò)所述弧形聚焦線圈；

所述電源電路電性連接所述計(jì)算機(jī)及所述控制電路，其用于為所述計(jì)算及所述控制電路提供電能；

所述計(jì)算機(jī)、所述控制電路、所述高頻脈沖發(fā)生電路、所述功率放大電路、所述弧形聚焦線圈、所述限幅電路、所述初級(jí)放大電路、所述濾波電路、所述終極放大電路及所述A/D轉(zhuǎn)換電路依次相連接以形成一個(gè)閉環(huán)電路。

進(jìn)一步的，所述收容槽是階梯槽，其包括三個(gè)相互平行的階梯面；所述環(huán)形磁鐵包括自上向下且分別設(shè)置在三個(gè)所述階梯面上的第一環(huán)形磁鐵、第二環(huán)形磁鐵及第三環(huán)形磁鐵，所述第一環(huán)形磁鐵的內(nèi)圓直徑、所述第二環(huán)形磁鐵的內(nèi)圓直徑及所述第三環(huán)形磁鐵的內(nèi)圓半徑逐漸減小。

進(jìn)一步的，所述電磁超聲聚焦探頭還包括非導(dǎo)磁材料片，所述非導(dǎo)磁材料片設(shè)置在所述第一環(huán)形磁鐵、所述第二環(huán)形磁鐵及所述第三環(huán)形磁鐵之間。

進(jìn)一步的，所述殼體是由隔磁材料制成的。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其電磁超聲聚焦探頭設(shè)置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來(lái)的焊絲穿過(guò)所述電磁超聲聚焦探頭，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述焊絲中的回波信號(hào)，分析所述焊絲與熔池之間的狀態(tài)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子束熔絲增材制造的全過(guò)程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)效率較高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是圖1中的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的環(huán)形磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弧形聚焦線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1中的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電磁超聲聚焦探頭的俯視圖。

圖5是圖4中的電磁超聲聚焦探頭的部分剖視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-環(huán)形磁鐵，101-第一環(huán)形磁鐵，102-第二環(huán)形磁鐵，103-第三環(huán)形磁鐵，2-弧形聚焦線圈，3-電路電源，4-控制電路，5-高頻脈沖發(fā)生電路，6-功率放大電路，7-電磁超聲聚焦探頭，8-限幅電路，9-初級(jí)放大電路，10-濾波電路，11-終極放大電路，12-A/D轉(zhuǎn)換電路，13-計(jì)算機(jī)，14-殼體，141-收容槽，142-外表面。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請(qǐng)參閱圖1至圖3，本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括電路電源3、控制電路4、高頻脈沖發(fā)生電路5、功率放大電路6、電磁超聲聚焦探頭7、限幅電路8、初級(jí)放大電路9、濾波電路10、終極放大電路11、A/D轉(zhuǎn)換電路12及計(jì)算機(jī)13。所述電源電路3電性連接所述計(jì)算機(jī)13及所述控制電路4，其用于為所述計(jì)算機(jī)13及所述控制電路4提供電能。所述計(jì)算機(jī)13、所述控制電路4、所述高頻脈沖發(fā)生電路5、所述功率放大電路6、所述電磁超聲聚焦探頭7的弧形聚焦線圈2、所述限幅電路8、所述初級(jí)放大電路9、所述濾波電路10、所述終極放大電路11及所述A/D轉(zhuǎn)換電路12依次相連接形成一個(gè)閉環(huán)電路。

請(qǐng)參閱圖4及圖5，所述電磁超聲聚焦探頭7包括殼體14、環(huán)形磁鐵1及弧形聚焦線圈2。所述環(huán)形磁鐵1設(shè)置在所述殼體14內(nèi)，所述弧形線圈2設(shè)置在所述環(huán)形磁鐵1內(nèi)。

所述殼體14基本呈圓柱狀，其包括外表面142。所述殼體14還開設(shè)有收容槽141，所述收容槽141用于收容所述環(huán)形磁鐵1及所述弧形聚焦線圈2。所述收容槽141為階梯槽，其包括三個(gè)相互平行且均與所述外表面142垂直的階梯面，三個(gè)所述階梯面用于承載所述環(huán)形磁鐵1。本實(shí)施方式中，所述殼體14是由隔磁材料制成的。

所述環(huán)形磁鐵1是釹鐵硼材料制成的，其剩磁在1T以上。由包括由上至下設(shè)置且內(nèi)圓直徑逐漸減小的第一環(huán)形磁鐵101、第二環(huán)形磁鐵102及第三環(huán)形磁鐵103，所述第一環(huán)形磁鐵101、所述第二環(huán)形磁鐵102及所述第三環(huán)形磁鐵103依次間隔設(shè)置，且三者之間填充有隔磁材料片。所述第一環(huán)形磁鐵101、所述第二環(huán)形磁鐵102及所述第三環(huán)形磁鐵103分別設(shè)置在所述收容槽141的三個(gè)階梯面上。本實(shí)施方式中，所述弧形聚焦線圈2是由銅合金材料制成的，其對(duì)應(yīng)所述第一環(huán)形磁鐵101的環(huán)孔、所述第二環(huán)形磁鐵102的環(huán)孔及所述第三環(huán)形磁鐵103的環(huán)孔以扇形方式自行繞制而成；所述弧形聚焦線圈2的中心軸與所述環(huán)形磁鐵1的中心軸大致重合。

工作時(shí)，首先，將所述電磁超聲聚焦探頭7設(shè)置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來(lái)的焊絲穿過(guò)所述弧形聚焦線圈2。之后，接通所述電路電源3，所述計(jì)算機(jī)13啟動(dòng)所述控制電路4，并設(shè)置合適的輸入?yún)?shù)。隨后，所述控制電路4控制所述高頻脈沖發(fā)生電路5產(chǎn)生具有預(yù)定頻率及預(yù)定個(gè)數(shù)的高頻高壓脈沖信號(hào)；接著，所述功率放大電路6將所述高頻高壓脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大后傳輸?shù)剿龌⌒尉劢咕€圈2；所述高頻高壓脈沖信號(hào)為交變信號(hào)，其在所述弧形聚焦線圈2中時(shí)會(huì)在所述弧形聚焦線圈2的周圍產(chǎn)生聚焦的交變磁場(chǎng)，處在所述交變磁場(chǎng)中的所述焊絲中會(huì)產(chǎn)生聚焦渦流，在所述環(huán)形磁鐵1的磁場(chǎng)和所述交變磁場(chǎng)的共同作用下，所述渦流受到電磁力，進(jìn)而引發(fā)所述焊絲表面振動(dòng)產(chǎn)生聚焦型超聲波，所述超聲波沿著所述焊絲軸向朝熔池方向傳播，由于在電子束熔絲增材過(guò)程中，所述焊絲端部的狀態(tài)發(fā)生變化，不同的狀態(tài)將導(dǎo)致不同的超聲回波信號(hào)，不同超聲回波信號(hào)傳播到所述弧形聚焦線圈2附近，在所述環(huán)形磁鐵1的作用下，不同的回波信號(hào)會(huì)在所述電磁超聲聚焦探頭7的弧形聚焦線圈2中感生出不同的脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)傳輸?shù)剿鱿薹娐?；隨后，所述限幅電路8將所述脈沖信號(hào)去除高壓干擾信號(hào)后傳輸?shù)剿龀跫?jí)放大電路9；隨后，所述初級(jí)放大電路9將接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行第一次放大后傳輸?shù)剿鰹V波電路10；所述濾波電路10對(duì)其接收到的所述脈沖信號(hào)進(jìn)一步去除干擾信號(hào)后傳輸?shù)剿鼋K極放大電路11；接著，所述終極放大電路11對(duì)其接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大處理后傳輸?shù)剿鯝/D轉(zhuǎn)換電路12；隨后，所述A/D轉(zhuǎn)換電路12將其接收到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將所述數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)13；最后，所述計(jì)算機(jī)13對(duì)其接收到的所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、處理、顯示，用戶根據(jù)不同的顯示結(jié)果，便可分析所述焊絲與所述熔池之間的狀態(tài)關(guān)系，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子束熔絲增材過(guò)程，以得到成形質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品或零部件。若所得信號(hào)不佳或者有報(bào)警信號(hào)發(fā)出，可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入?yún)?shù)進(jìn)行處理。

本發(fā)明提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其電磁超聲聚焦探頭設(shè)置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來(lái)的焊絲穿過(guò)所述電磁超聲聚焦探頭，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述焊絲中的回波信號(hào)，分析所述焊絲與熔池之間的狀態(tài)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電子束熔絲增材制造的全過(guò)程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，監(jiān)測(cè)效率較高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。