[发明专利]一种生成电子束毛化扫描波形的方法和系统

说明书

本发明根据先对单个造型单元的坐标进行计算，然后根据造型单元在行中其他造型单元之间的规律，计算得到行坐标点；最后根据行坐标点与其他行之间的关系，计算其他行坐标，最终生成电子束毛化扫描波形。针对电子束毛化时不同阵列参数下扫描波形调整复杂、效率低的问题，根据扫描波形阵列图形的分布特征，通过生成快捷有效的计算过程，实现电子束毛化扫描波形的快速调整，很大程度提高了电子束毛化加工效率，为复杂结构、多尺寸电子束毛化提供了一条可靠的技术途径。

技术领域

本发明涉及电子束加工技术领域，具体涉及一种生成电子束毛化扫描波形的方法和系统。

背景技术

电子束毛化技术是通过电子束按照特定程序生成的扫描轨迹高速扫描后成形的规则凸起，其形式可以是单一图形也可以是阵列图形，其中阵列图形一般由造型单元通过规则的阵列排布组成。如图1-图4所述的不同造型的毛化扫描图形。电子束毛化的扫描波形，是以一系列直角坐标系中的点按一定顺序排列后形成的可以被电子束扫描装置读取的程序。当电子束扫描装置运行扫描波形且加载的扫描频率足够高时，电子束则会以极快的速度依次经过这些点，使金属在极短时间经历有方向性的熔化—流动—凝固的过程，从而生成电子束“毛刺”，也称电子束表面造型。当不同形状及表面尺寸的零件对电子束毛刺密度要求一致时，需要调整并生成新的扫描波形以满足不毛刺覆盖尺寸和密度的等效匹配。目前电子束毛化扫描波形主要是通过图形法和计算法生成，图形法是利用软件算法对所设定的目标图形进行识别，之后转化为电子束的扫描路径，即将图形识别并转化为点坐标；计算法则是直接通过计算的方式生成轨迹坐标。当需要根据待毛化表面进行扫描波形匹配时，需要改变扫描波形中的行、列以及间距等参数，这意味着需要对扫描轨迹进行重新生成，图形法涉及重新绘图，而计算法则涉及大量计算、图形编排等工作，尤其在进行电子束毛化的工艺优化的过程中，数十次的优化匹配过程会导致试验效率极低。

目前电子束毛化技术(也称电子束表面造型技术)可用于与复材连接、换热器结构、人工关节等，且均经过了一定程度的前期应用验证。但在实际工程化应用过程中，由于待加工零件存在表面形状不规则或尺寸差异等情况，使得进行电子束表面造型时，需要针对电子束扫描波形以及参数进行微调以保证表面造型的成形质量，而微调的过程往往比较复杂，会导致大批量零件加工时效率大幅下降。

以单线阵列为例，假设需要将一个点密度为200点/mm、单线长度3mm、14行11列的单线阵列调整为相同点密度及单线长度的15行12列的单线阵列，则需要在第1行第11列点坐标和第2行第1列点坐标之间插入600个点坐标，在第2行第11列点坐标和第3行第1列点坐标之间插入600个点坐标……以此类推，共需要插入15600个点坐标。这样一来，阵列图形局部的点坐标顺序发生调整，涉及的工作量大且繁琐，大大限制了不同零件电子束毛化加工时工艺调整的灵活性，降低了电子束毛化的加工效率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的加工效率低的技术问题，本发明将生成电子束毛化扫描波形过程中涉及的一系列计算变量进行整合，实现扫描波形的参数化调整，采用这种方法，可以根据扫描波形的图形特点，使其以参数化的调整形式，通过改变特征参数数值，实现扫描波形点坐标立即按既定方式运算，方便快捷，大幅提高扫描波形的调整效率。为电子束毛化波形设计及调整提供了一条可靠且高效的技术途径，对提高生产效率有促进意义，适用于航空、航天等领域。其具体技术方案如下：

本发明实施例提供的一种生成电子束毛化扫描波形的方法，包括步骤：

对目标阵列图形的特点进行分析，并将所述目标阵列图形转化为扫描波形的特征参数；

分析所述扫描波形中单个造型单元的点分布特征及规律，对所述造型单元的点坐标进行计算；

分析同一行中所述造型单元之间的分布特征及规律，计算行中的点坐标；

分析相邻两行造型单元之间的分布特征及规律，计算相邻两行的点坐标；

分析剩余造型阵列的分布特征及规律，计算剩余点坐标，生成电子束毛化扫描波形。