[实用新型]一种电子束快速成型制造设备聚焦系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子束加工设备技术领域，特别涉及一种电子束快速成型制造设备聚焦系统。

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。

电子束快速成型制造设备聚焦装置的作用是保证同一平面内电子束各扫描点的电子束斑点大小一致。电子束快速成型制造设备依靠磁场的作用来操作电子束的运动轨迹，要求电子束能够快速精确移动。如果电子束的聚焦电流保持恒定，在电子束快速移动过程各点的电子束斑点是有所变化，即产生散焦。为了抑制散焦，聚焦装置励磁电流必须进行动态修正。聚焦装置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，但动态过程由于磁路附加动态损耗等因数的影响，磁场的磁感应强度与励磁电流之间呈很复杂的非线性关系，因此在电子束快速成型制造设备的聚焦系统及其控制系统中 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

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能降低磁路动态损耗并引入动态励磁电流补偿功能来抵消磁路动态附加损耗对聚焦精度的影响的电子束快速成型制造设备聚焦系统。

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聚焦系统，包括聚焦装置、主聚焦电源、副聚焦电源、计算机控制单元；

电子束快速成型制造设备采用短磁透镜聚焦，所述聚焦装置为圆柱形结构，安装于电子枪电子束出口的次近部位，包括导磁外框架、导磁内框架、电子束通道、主聚焦绕组、副聚焦绕组、磁隙；所述导磁内框架为空心圆柱体，所述导磁外框架置于导磁内框架的外圆侧，且导磁外框架和导磁内框架构成一腔体；所述电子束通道为导磁内框架圆柱内壁围成的空心圆柱状；所述主聚焦绕组和副聚焦绕组均绕在导磁内框架圆柱的外圆侧和内圆侧之间，位于导磁外框架和导磁内框架构成的空腔内；所述磁隙为嵌在导磁内框架圆柱上的圆环小柱，分断了导磁内框架圆柱部分的导磁通道；所述导磁外框架和导磁内框架由导磁材料粉末和有机绝缘胶浇注成型，所述磁隙为绝缘材料；

所述主聚焦电源，其与主聚焦绕组连接，将给定电压信号与取样电压信号U_F通过比较、PI调节运算和放大处理后，调整输出电压，向主聚焦绕组输出稳定的主聚焦电流I_F；

所述副聚焦电源，其与主聚焦绕组连接，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U_f通过比较和放大处理后，调整输出电压，向副聚焦绕组输出副聚焦电流I_f；

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，其分别与主聚焦电源和副聚焦电源连接，其中包括分别向主聚焦电源和副聚焦电源输出给定电压信号和。

本实用新型的有益效果是：导磁外框架、导磁内框架由导磁材料粉末和有机绝缘胶浇注成型，而磁隙为绝缘材料，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，所述主聚焦电源包括整流滤波电路ZL1、功率调整管T1、二极管D1、电感L1、取样电阻R6、电阻R1～R5、电容C1和运算放大器IC1；

所述整流滤波电路ZL1的输入端连接外部输入的交流电，整流滤波电路ZL1的正极输出端接至NPN型功率调整管T1的集电极，负极输出端接至二极管D1的阳极；

所述功率调整管T1基极经电阻R5接至运算放大器IC1的输出端，功率调整管T1发射极与二极管D1阴极连接，并连接至取样电阻R6一端和电阻R3一端，所述电阻R3另一端连接至运算放大器IC1的反相输入端；

所述取样电阻R6上输出电压信号U_F为反馈信号，取样电阻R6另一端接地，并与主聚焦绕组一端连接，主聚焦绕组另一端通过电感L1接至二极管D1的阳极；