CN203965881U - 一种电子束快速成型制造设备偏扫系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及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，所述s绕组电源，其与所述s绕组连接；所述t绕组电源，其与所述t绕组连接；所述计算机控制单元分别与s绕组电源、t绕组电源连接。相对现有技术，本实用新型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
技术领域
本实用新型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。
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。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能抑制磁场的动态损耗、引入动态补偿功能，抵消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。
本实用新型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，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，所述偏扫绕组所述包括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
本实用新型的有益效果是：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，本实用新型还可以做如下改进。
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，产生的偏转磁场的磁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轴偏转磁场的磁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，产生的偏转磁场的磁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轴偏转磁场的磁感应强度瞬时值基本保持不变。
附图说明
图1为偏扫装置结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为s绕组电源原理图；
图4为t绕组电源原理图；
图5为电子枪结构示意图。
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
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1至图5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绕组输出励磁电流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绕组输出励磁电流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。
本装置工作原理，计算机控制单元分别向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绕组输出稳定励磁电流Is；所述t绕组电源5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绕组输出稳定励磁电流It。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一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
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。
3.根据权利要求1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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|---|---|---|---|---|
| CN104570918A (zh) * | 2014-08-06 | 2015-04-29 | 桂林狮达机电技术工程有限公司 | 一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法 |
| CN104570918B (zh) * | 2014-08-06 | 2017-02-22 | 桂林狮达机电技术工程有限公司 | 一种电子束快速成型制造设备偏扫系统及控制方法 |
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Inventor after: Wei Shouqi Inventor after: Huang Xiaodong Inventor after: Fei Xiang Inventor after: Lu Siheng Inventor after: Guo Huayan Inventor after: Lu Wei Inventor before: Wei Shouqi Inventor before: Huang Xiaodong Inventor before: Fei Xiang Inventor before: Lu Siheng Inventor before: Guo Huayan Inventor before: Lu Wei |