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CN104570918B - 一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法 - Google Patents

一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法 Download PDF

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CN104570918B
CN104570918B CN201410383402.4A CN201410383402A CN104570918B CN 104570918 B CN104570918 B CN 104570918B CN 201410383402 A CN201410383402 A CN 201410383402A CN 104570918 B CN104570918 B CN 104570918B
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winding
resistance
electron beam
pipe
power supply
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陆思恒
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Guilin Shida Technology Co., Ltd.
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Guilin Shida Electrical And Mechanical Technology Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种电子束快速成型制造设备偏扫装置及控制方法，其方法试验确定s、t扫描轴扫描轨迹夹角与直角的偏差角，贮存偏差角数值；电子束扫描区域按扇形或矩形规律进行分区；试验确定各小区特征点的偏转电流值，记录特征点的斜角坐标偏转指令；将特征点斜角坐标偏转指令变换成直角坐标指令，贮存特征点直角坐标偏转指令；根据电子束扫描轨迹依次计算各扫描点的直角坐标偏转指令；运行时，将直角坐标偏转指令转换成斜角坐标指令，经D/A转换后送至偏扫电源。相对现有技术，本发明能降低磁场的动态损耗,引入动态补偿功能抑制全磁路动态附加损耗对偏扫精度的影响。

Description

一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电子束加工技术领域，特别涉及一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法。
背景技术
电子束快速成型是高性能复杂金属零件的理想快速成型制造技术，在航空航天、汽车及生物医学等领域有广阔的发展前景；电子束快速成型制造技术是采用电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择性地熔化金属粉末，并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成，最后去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成型相比，电子束快速成型具有非常明显的优点，如能量利用率高、加工材料广泛、无反射、加工速度快、真空环境无污染及运行成本低等。而电子束快速成型制造设备是一种综合了真空物理、精密机械、电子技术、电子光学、高电压技术、计算机和控制技术等多种技术的高科技产品。
电子枪的电子光路主要由聚焦装置和偏扫装置构成，3D元件制造过程z轴由机械运动完成，x-y平面由偏扫装置完成，偏扫装置的工作机理与机械运动有根本的区别，偏扫装置依靠磁场的作用来操作电子束的运动轨迹。
电子束通过扫描装置后产生的偏转角度、加速电压和偏扫绕组励磁电流的安匝数之间的关系为:
式中，ND为扫描绕组匝数；ID为扫描绕组励磁电流；b为偏扫装置磁极间距；a为偏扫装置磁极极靴的有效厚度；为偏转角度；在聚焦装置像方空间平行于主平面的某一平面上电子束偏离中心位置(零偏扫电流电子束斑点所在位置)的距离为：
式中，δ为电子束在某平面上偏离中心的距离；h为该平面与扫描装置中心的距离。
在电子束快速成型制造设备中要求电子束能够快速精确移动，而磁场的磁感应强度由励磁电流驱动，静态过程磁场的磁感应强度与励磁电流有近似的线性关系，动态过程由于磁路附加动态损耗等因数的影响，另外偏扫装置两偏扫轴的扫描轨迹受制造工艺制约不可能做到完全垂直，磁场的磁感应强度与励磁电流之间呈非常复杂的非线性关系，因此在电子束快速成型制造设备的偏扫装置及它们的控制系统中重点要解决磁场的快速变化和动态精密补偿问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能降低磁场的动态损耗、引入动态补偿功能，抑制全磁路动态附加损耗对偏扫精度的影响的电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电子束快速成型制造设备偏扫系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1:测量s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角，计算s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角与直角90°的偏差角α，贮存偏差角α的数值。
步骤2:对电子束扫描区域按扇形或矩形规律进行分区；
步骤3：确定各小区特征点的t绕组电源电流值It，s绕组电源电流值Is，通过计算机控制单元控制偏扫装置的励磁电流，使得电子束偏转到小区特征点(小区分界线的交点)上，记录电子束偏转到小区特征点上斜角偏转电流指令(s,t)；
步骤4：将各特征点上斜角坐标偏转电流指令(s,t)通过坐标变换成直角坐标偏转电流指令(x,y),将直角坐标偏转电流指令(x,y)贮存于计算机控制单元内；
步骤5：根据电子束扫描轨迹依次计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，分界线上的扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该分界线的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，小区内各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该小区的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，在运行前进行离线计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，并依次记录贮存于计算机控制单元内，或在运行时在线实时计算；
步骤6：运行时，计算机控制单元根据电子束扫描轨迹依次将各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)通过坐标变换成斜角坐标偏转电流指令(s,t),s轴指令经D/A转换成电压给定信号送至s绕组电源，t轴指令经D/A转换成电压给定信号送至t绕组电源。
所述步骤6包括以下步骤：
步骤6.1：s绕组电源通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组输出s绕组电流Is；
步骤6.2：t绕组电源通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组输出t绕组电流It。
一种电子束快速成型制造设备偏扫系统，包括偏扫装置、s绕组电源、t绕组电源和计算机控制单元；
电子束快速成型制造设备采用磁场偏扫，所述偏扫装置为圆柱状结构，安装于电子枪电子束出口的部位，包括导磁框架、偏扫绕组和电子束通道，所述导磁框架呈圆环状，内壁开有均匀分布的绕组槽，所述偏扫绕组包括所述s绕组和t绕组，所述s绕组和t绕组均设置于导磁框架的绕组槽内，所述s绕组和t绕组在垂直电子束通道方向的平面上呈对称分布即它们轴线相差90度，所述s绕组和t绕组在该平面上分别按正弦和余弦分布绕制，所述电子束通道置于所述偏扫绕组内圆内，导磁框架由导磁材料粉末和有机绝缘胶的组合材料制成；
所述s绕组电源，其与所述s绕组连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组输出s绕组电流Is；
所述t绕组电源，其与所述t绕组连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组输出t绕组电流It；
所述计算机控制单元承担电子束快速成型制造设备的总控任务，其分别与s绕组电源、t绕组电源连接，分别向s绕组电源和t绕组电源输出给定电压信号和
本发明的有益效果是：扫描区域按一定规律分成若干小区，试验获取每小区特征点精密偏转电流参数，各小区内每一扫描点的偏转电流参数由该小区特征点参数以扫描坐标为因变量按线性变化计算，扫描区域内每一点的偏转电流参数都能精确地修正；导磁框架由导磁材料粉末和有机绝缘胶浇注成型，降低了磁场的动态损耗。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步技术方案，所述s绕组电源包括整流滤波电路ZLs、功率调整管T1s和T2s、二极管D1s和D2s、取样电阻R7s、电阻R1s～R6s、电容C1s和运算放大器ICs；
所述整流滤波电路ZLs的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLs的输出公共端与s绕组的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1s的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2s的集电极；
所述运算放大器ICs的同相输入端经电阻R1s接地，所述运算放大器ICs的反相输入端经电阻R3s、电阻R2s连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1s与电阻R3s并联，所述电阻R2s、电阻R3s和电容C1s组成运算放大器ICs的输入电路，所述电阻R5s两端分别连接运算放大器ICs的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICs的输出端经电阻R6s分别与功率调整管T1s和功率调整管T2s的基极连接，运算放大器ICs的反相输入端经电阻R4s连接取样电阻R7s一端；
所述功率调整管T1s和功率调整管T2s的发射极接在一起后连接至电阻R7s的一端，电阻R7s的另一端接地，并与s绕组的另一端相接；取样电阻R7s上输出s绕组电流Is电压信号Us为反馈信号，所述二极管D1s的阴极与功率调整管T1s的集电极相接，二极管D1s的阳极与功率调整管T1s的发射极相接，二极管D2s的阳极与功率调整管T2s的集电极相接，二极管D2s的阴极与功率调整管T2s的发射极相接。
采用上述进一步方案的有益效果是：磁场存在动态损耗，静态励磁电流和动态励磁电流瞬时值相等时，产生的偏转磁场磁的感应强度瞬时值是不等的，由R2s、R3s和C1s组成的运算放大器ICs的输入电路，电压给定信号为及其变化率的线性组合作为总的给定信号，使得s绕组电源具有动态修正功能，瞬时值相同而变化率不同，s轴偏转磁场的感应强度瞬时值基本保持不变。
进一步技术方案，所述t绕组电源包括整流滤波电路ZLt、功率调整管T1t和T2t、二极管D1t和D2t、取样电阻R7t、电阻R1t～R6t、电容C1t和运算放大器ICt；
所述整流滤波电路ZLt的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLt的输出公共端与t绕组的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1t的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2t的集电极；
所述运算放大器ICt的同相输入端经电阻R1t接地，所述运算放大器ICt的反相输入端经电阻R3t、电阻R2t连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1t与电阻R3t并联，所述电阻R2t、电阻R3t和电容C1t组成运算放大器ICt的输入电路，所述电阻R5t两端分别连接运算放大器ICt的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICt的输出端经电阻R6t分别与功率调整管T1t和功率调整管T2t的基极连接，运算放大器ICt的反相输入端经电阻R4t连接取样电阻R7t一端；
所述功率调整管T1t和功率调整管T2t的发射极接在一起后连接至电阻R7t的一端，电阻R7t的另一端接地，并与t绕组的另一端相接；取样电阻R7t上输出t绕组电流It电压信号Ut为反馈信号，所述二极管D1t的阴极与功率调整管T1t的集电极相接，二极管D1t的阳极与功率调整管T1t的发射极相接，二极管D2t的阳极与功率调整管T2t的集电极相接，二极管D2t的阴极与功率调整管T2t的发射极相接。
采用上述进一步方案的有益效果是：磁场存在动态损耗，静态励磁电流和动态励磁电流瞬时值相等时，产生的偏转磁场的感应强度瞬时值是不等的，由R2t、R3t和C1t组成的运算放大器ICt的输入电路，电压给定信号为及其变化率的线性组合作为总的给定信号，使得t绕组电源具有动态修正功能，瞬时值相同而变化率不同，t轴偏转磁场的感应强度瞬时值基本保持不变。
附图说明
图1为本发明电子束偏扫系统控制流程图；
图2为偏扫装置结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为s绕组电源原理图；
图5为t绕组电源原理图；
图6为电子枪结构示意图；
图7为坐标变换示意图；
图8为扫描范围扇形分区图；
图9为扫描范围矩形分区图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、导磁框架，2、偏扫绕组，3、电子束通道，4、s绕组电源，5、t绕组电源，2-1、s绕组，2-2、t绕组，6、阴极，7、偏栅极，8、阳极，9、聚焦装置，10、偏扫装置，11、电子束，12、偏扫平面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种电子束快速成型制造设备偏扫系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1:测量s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角，计算s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角与直角90°的偏差角α，贮存偏差角α的数值；
步骤2:对电子束11扫描区域按扇形或矩形规律进行分区；
步骤3：确定各小区特征点的t绕组电源5电流值It，s绕组电源4电流值Is，通过计算机控制单元控制偏扫装置10的励磁电流，使得电子束11偏转到小区特征点上，记录电子束11偏转到小区特征点上斜角偏转电流指令(s,t)；
步骤4：将各特征点上斜角坐标偏转电流指令(s,t)通过坐标变换成直角坐标偏转电流指令(x,y),将直角坐标偏转电流指令(x,y)贮存于计算机控制单元内；
步骤5：根据电子束11扫描轨迹依次计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，分界线上的扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该分界线的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，小区内各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该小区的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，在运行前进行离线计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，并依次记录贮存于计算机控制单元内，或在运行时在线实时计算；
步骤6：运行时，计算机控制单元依电子束11扫描轨迹依次将各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)通过坐标变换成斜角坐标偏转电流指令(s,t),s轴指令经D/A转换成电压给定信号送至s绕组电源4，t轴指令经D/A转换成电压给定信号送至t绕组电源5。
所述步骤6包括以下步骤：
步骤6.1：s绕组电源4通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组2-1输出s绕组电流Is；
步骤6.2：t绕组电源5通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组2-2输出t绕组电流It。
所述步骤1和步骤6中，所述坐标变换的方法将斜角坐标的原点与直角坐标的原点重合于0点，同时将斜角坐标的s轴与直角坐标的x轴重合，如图7所示，斜角坐标参数转换成直角坐标参数的计算公式为
直角坐标参数转换成斜角坐标参数的计算公式为
如图2至图6所示，一种电子束快速成型制造设备偏扫系统，包括偏扫装置10、s绕组电源4、t绕组电源5和计算机控制单元；
电子束快速成型制造设备采用磁场偏扫，所述偏扫装置10为圆柱状结构，安装于电子枪电子束11出口的部位，包括导磁框架1、偏扫绕组2和电子束通道3，所述导磁框架1呈圆环状，内壁开有均匀分布的绕组槽，所述偏扫绕组2所述包括s绕组2-1和t绕组2-2，所述s绕组2-1和t绕组2-2均设置于导磁框架1的绕组槽内，所述s绕组2-1和t绕组2-2在垂直电子束通道方向的平面上呈对称分布即它们轴线相差90度，所述s绕组2-2和t绕组2-1在该平面上分别按正弦和余弦分布绕制，所述电子束通道3置于所述偏扫绕组2内圆内，导磁框架1由导磁材料粉末和有机绝缘胶的组合材料制成；
所述s绕组电源4，其与所述s绕组2-1连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组输出s绕组电流Is；
所述t绕组电源5，其与所述t绕组2-2连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组输出t绕组电流It；
所述计算机控制单元承担电子束快速成型制造设备的总控任务，其分别与s绕组电源4、t绕组电源5连接，分别向s绕组电源4和t绕组电源5输出给定电压信号和
所述s绕组电源4包括整流滤波电路ZLs、功率调整管T1s和T2s、二极管D1s和D2s、取样电阻R7s、电阻R1s～R6s、电容C1s和运算放大器ICs；
所述整流滤波电路ZLs的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLs的输出公共端与s绕组2-1的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1s的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2s的集电极；
所述运算放大器ICs的同相输入端经电阻R1s接地，所述运算放大器ICs的反相输入端经电阻R3s、电阻R2s连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1s与电阻R3s并联，所述电阻R2s、电阻R3s和电容C1s组成运算放大器ICs的输入电路，所述电阻R5s两端分别连接运算放大器ICs的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICs的输出端经电阻R6s分别与功率调整管T1s和功率调整管T2s的基极连接，运算放大器ICs的反相输入端经电阻R4s连接取样电阻R7s一端；
所述功率调整管T1s和功率调整管T2s的发射极接在一起后连接至电阻R7s的一端，电阻R7s的另一端接地，并与s绕组2-1的另一端相接；取样电阻R7s上输出s绕组电流Is电压信号Us为反馈信号，所述二极管D1s的阴极与功率调整管T1s的集电极相接，二极管D1s的阳极与功率调整管T1s的发射极相接，二极管D2s的阳极与功率调整管T2s的集电极相接，二极管D2s的阴极与功率调整管T2s的发射极相接。
所述t绕组电源5包括整流滤波电路ZLt、功率调整管T1t和T2t、二极管D1t和D2t、取样电阻R7t、电阻R1t～R6t、电容C1t和运算放大器ICt；
所述整流滤波电路ZLt的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLt的输出公共端与t绕组2-2的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1t的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2t的集电极；
所述运算放大器ICt的同相输入端经电阻R1t接地，所述运算放大器ICt的反相输入端经电阻R3t、电阻R2t连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1t与电阻R3t并联，所述电阻R2t、电阻R3t和电容C1t组成运算放大器ICt的输入电路，所述电阻R5t两端分别连接运算放大器ICt的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICt的输出端经电阻R6t分别与功率调整管T1t和功率调整管T2t的基极连接，运算放大器ICt的反相输入端经电阻R4t连接取样电阻R7t一端；
所述功率调整管T1t和功率调整管T2t的发射极接在一起后连接至电阻R7t的一端，电阻R7t的另一端接地，并与t绕组2-2的另一端相接；取样电阻R7t上输出t绕组电流It电压信号Ut为反馈信号，所述二极管D1t的阴极与功率调整管T1t的集电极相接，二极管D1t的阳极与功率调整管T1t的发射极相接，二极管D2t的阳极与功率调整管T2t的集电极相接，二极管D2t的阴极与功率调整管T2t的发射极相接。
实施例1：扇形分区如图8所示，在偏扫平面12上电子束11扫描场内，画m(m为不小于3的整数)个同心圆，e1，e2，…，ei，…，em，两相邻同心圆构成的圆环面积相等并等于e1的面积，通过圆心0(电子束11的原点)画n(n为不小于3的整数)条射线l1，l2，…，lj，…，ln，把每个同心圆等分成n个扇区，m个同心圆与n条射线共有m×n交点，通过实验寻找每个交点的斜角坐标偏转电流指令s(q)和t(q)，再转换成直角坐标偏转电流指令x(q)和y(q)并贮存，扫描场内任意一点p的直角坐标偏转电流指令x(p)和y(p)计算方法如下：
1.确定p点所在的小区，计算比较射线lj-1的角度<射线的角度＜射线lj的角度,计算比较ei-1的半径的半径，则确定p点位于由ei-1、ei、lj-1和lj构成的小区域内，该小区域内特征点为qi-1,j-1、qi-1,j、qi,j-1和qi,j点，对应的直角坐标偏转电流指令分别为x(qi-1,j-1)和y(qi-1,j-1)、x(qi-1,j)和y(qi-1,j)、x(qi,j-1)和y(qi,j-1)、x(qi,j)和y(qi,j)；
2.以原点为圆心、为半径画圆分别交射线lj-1和lj于pj-1和pj点，pj-1点直角坐标偏转电流指令为x(pj-1)和y(pj-1)在线段qi-1,j-1qi,j-1上按线性变化，即：
pj点直角坐标偏转电流指令为x(pj)和y(pj)在线段qi-1,jqi,j上按线性变化，即：
3.通过0、p画射线分别交ei-1和ei于pi-1和pi两点。pi-1点直角坐标偏转电流指令为x(pi-1)和y(pi-1)在圆弧上按线性变化，则：
pi点直角坐标偏转电流指令为x(pi)和y(pi)在圆弧上按线性变化，则：
4.p点直角坐标偏转电流指令为x(p)和y(p)在线段pi-1pi上按线性变化所得值和在圆弧上按线性变化所得值的平均值，则：
5.p点如果位于小区的射线分界段上，其直角坐标偏转电流指令x(p)和y(p)按以上2.方法计算；p点如果位于小区的圆弧分界线段上，其直角坐标偏转电流指令x(p)和y(p)按以上3.方法计算。
实施例2：矩形分区如图9所示，由m(m为不小于3的整数)条水平线x0，x1，…，xm和n(n为不小于3的整数)条垂直线y0，y1，…，yn把扫描场划分成m×n个小矩形区域，m条水平线与n条垂直线共有m×n交点，通过实验寻找每个交点的斜角坐标偏转电流指令s(v)和t(v)，再转换成直角坐标偏转电流指令x(v)和y(v)，并贮存，扫描场内任意一点u的直角坐标偏转电流指令x(u)和y(u)计算方法如下：
1.确定u点所在的小区，分别计算比较u点的直角坐标偏转电流指令x(u)和y(u)，xi-1<x(u)＜xi,和yj-1<y(u)＜yj,则确定u点位于由水平线xi-1、xi和垂直线yj-1、yj构成的小区域内，该小区域内特征点为vi-1,j-1、vi-1,j、vi,j-1和vi,j点，对应的直角坐标偏转电流指令分别为x(vi-1,j-1)和y(vi-1,j-1)、x(vi-1,j)和y(vi-1,j)、x(vi,j-1)和y(vi,j-1)、x(vi,j)和y(vi,j)；
2.通过u点画水平线分别与垂直线yj-1、yj交于uj-1、uj，uj-1点直角坐标偏转电流指令x(uj-1)和y(uj-1)在线段vi-1,j-1vi,j-1上按线性变化，则：
uj点直角坐标偏转电流指令x(uj)和y(uj)在线段vi-1,jvi,j上按线性变化，则：
3.通过u点画垂直线分别与水平线xi-1、xi交于ui-1、ui，ui-1点直角坐标偏转电流指令x(ui-1)和y(ui-1)在线段vi-1,j-1vi-1,j上按线性变化，则：
ui点直角坐标偏转电流指令x(ui)和y(ui)在线段vi,j-1vi,j上按线性变化，则：
4.u点直角坐标偏转电流指令x(u)分别在线段ui-1ui、uj-1uj上按线性变化所得值的平均值，则：
5.u点如果位于小区的水平分界线段上，其直角坐标偏转电流指令x(u)按以上2.方法计算；u点如果位于小区的垂直分界线段上，其直角坐标偏转电流指令x(u)按以上3.方法计算。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电子束快速成型制造设备偏扫装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1:测量s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角，计算s、t扫描轴扫描轨迹的实际夹角与直角90°的偏差角α，贮存偏差角α的数值；
步骤2:对电子束(11)扫描区域按扇形或矩形规律进行分区；
步骤3：确定各小区特征点的t绕组电源(5)电流值It，s绕组电源(4)电流值Is，通过计算机控制单元控制偏扫装置(10)的励磁电流，使得电子束(11)偏转到小区特征点上，记录电子束(11)偏转到小区特征点上斜角偏转电流指令(s,t)；
步骤4：将各特征点上斜角坐标偏转电流指令(s,t)通过坐标变换成直角坐标偏转电流指令(x,y),将直角坐标偏转电流指令(x,y)贮存于计算机控制单元内；
步骤5：根据电子束(11)扫描轨迹依次计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，分界线上的扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该分界线的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，小区内各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)由该小区的特征点数值以扫描坐标为因变量按线性变化进行计算，在运行前进行离线计算各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)，并依次记录贮存于计算机控制单元内，或在运行时在线实时计算；
步骤6：运行时，计算机控制单元根据电子束(11)扫描轨迹依次将各扫描点的直角坐标偏转电流指令(x,y)通过坐标变换成斜角坐标偏转电流指令(s,t),s轴指令经D/A转换成电压给定信号送至s绕组电源(4)，t轴指令经D/A转换成电压给定信号送至t绕组电源(5)。
2.根据权利要求1所述一种电子束快速成型制造设备偏扫装置的控制方法，其特征在于，所述步骤6包括以下步骤：
步骤6.1：s绕组电源(4)通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组(2-1)输出s绕组电流Is；
步骤6.2：t绕组电源(5)通过检测给定电压信号的变化率，将给定电压信号及其变化率进行线性叠加作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组(2-2)输出t绕组电流It。
3.一种电子束快速成型制造设备偏扫系统，其特征在于：包括偏扫装置(10)、s绕组电源(4)、t绕组电源(5)和计算机控制单元；
电子束快速成型制造设备采用磁场偏扫，所述偏扫装置(10)为圆柱状结构，安装于电子枪电子束(11)出口的部位，包括导磁框架(1)、偏扫绕组(2)和电子束通道(3)，所述导磁框架(1)呈圆环状，内壁开有均匀分布的绕组槽，所述偏扫绕组(2)包括所述s绕组(2-1)和t绕组(2-2)，所述s绕组(2-1)和t绕组(2-2)均设置于导磁框架(1)的绕组槽内，所述s绕组(2-1)和t绕组(2-2)在垂直电子束通道方向的平面上呈对称分布即它们轴线相差90度，所述s绕组(2-2)和t绕组(2-1)在该平面上分别按正弦和余弦分布绕制，所述电子束通道(3)置于所述偏扫绕组(2)内圆内，导磁框架(1)由导磁材料粉末和有机绝缘胶的组合材料制成；
所述s绕组电源(4)，其与所述s绕组(2-1)连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Us通过比较和放大处理后，调整输出电压，向s绕组输出s绕组电流Is；
所述t绕组电源(5)，其与所述t绕组(2-2)连接，将给定电压信号及其变化率进行线性组合作为总给定信号，总给定信号与取样电压信号Ut通过比较和放大处理后，调整输出电压，向t绕组输出t绕组电流It；
所述计算机控制单元承担电子束快速成型制造设备的总控任务，其分别与s绕组电源(4)、t绕组电源(5)连接，分别向s绕组电源(4)和t绕组电源(5)输出给定电压信号和
4.根据权利要求3所述一种电子束快速成型制造设备偏扫系统，其特征在于：所述s绕组电源(4)包括整流滤波电路ZLs、功率调整管T1s和T2s、二极管D1s和D2s、取样电阻R7s、电阻R1s～R6s、电容C1s和运算放大器ICs；
所述整流滤波电路ZLs的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLs的输出公共端与s绕组(2-1)的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1s的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2s的集电极；
所述运算放大器ICs的同相输入端经电阻R1s接地，所述运算放大器ICs的反相输入端经电阻R3s、电阻R2s连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1s与电阻R3s并联，所述电阻R2s、电阻R3s和电容C1s组成运算放大器ICs的输入电路，所述电阻R5s两端分别连接运算放大器ICs的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICs的输出端经电阻R6s分别与功率调整管T1s和功率调整管T2s的基极连接，运算放大器ICs的反相输入端经电阻R4s连接取样电阻R7s一端；
所述功率调整管T1s和功率调整管T2s的发射极接在一起后连接至电阻R7s的一端，电阻R7s的另一端接地，并与s绕组(2-1)的另一端相接；取样电阻R7s上输出s绕组电流Is电压信号Us为反馈信号，所述二极管D1s的阴极与功率调整管T1s的集电极相接，二极管D1s的阳极与功率调整管T1s的发射极相接，二极管D2s的阳极与功率调整管T2s的集电极相接，二极管D2s的阴极与功率调整管T2s的发射极相接。
5.根据权利要求3所述一种电子束快速成型制造设备偏扫系统，其特征在于：所述t绕组电源(5)包括整流滤波电路ZLt、功率调整管T1t和T2t、二极管D1t和D2t、取样电阻R7t、电阻R1t～R6t、电容C1t和运算放大器ICt；
所述整流滤波电路ZLt的输入端连接外部输入的两组交流电，整流滤波电路ZLt的输出公共端与t绕组(2-2)的一端相接，正极输出端接至NPN型功率调整管T1t的集电极，负极输出端连接至PNP型功率调整管T2t的集电极；
所述运算放大器ICt的同相输入端经电阻R1t接地，所述运算放大器ICt的反相输入端经电阻R3t、电阻R2t连接计算机控制单元电压给定信号输出端，所述电容C1t与电阻R3t并联，所述电阻R2t、电阻R3t和电容C1t组成运算放大器ICt的输入电路，所述电阻R5t两端分别连接运算放大器ICt的反相输入端和输出端，所述运算放大器ICt的输出端经电阻R6t分别与功率调整管T1t和功率调整管T2t的基极连接，运算放大器ICt的反相输入端经电阻R4t连接取样电阻R7t一端；
所述功率调整管T1t和功率调整管T2t的发射极接在一起后连接至电阻R7t的一端，电阻R7t的另一端接地，并与t绕组(2-2)的另一端相接；取样电阻R7t上输出t绕组电流It电压信号Ut为反馈信号，所述二极管D1t的阴极与功率调整管T1t的集电极相接，二极管D1t的阳极与功率调整管T1t的发射极相接，二极管D2t的阳极与功率调整管T2t的集电极相接，二极管D2t的阴极与功率调整管T2t的发射极相接。
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