电子束快速成型机偏扫电流动态校正研究

摘要

电子束快速成型机是用于金属零件快速成型制造的先进设备，电子枪及其聚焦和偏扫装置是获得高能电子束并实现电子束聚焦和偏转的关键部件，聚焦装置和偏扫装置工作精度将直接影响快速成型零件的质量。聚焦和偏扫装置线圈通电产生电磁场对电子束轨迹进行控制，聚焦装置磁路的磁滞回线导致磁感应强度无法精确控制，且电子束偏转时会出现散焦现象，影响电子束聚焦效果；偏扫装置要实现电子束高频率偏扫，高频工作状态下偏扫装置磁路铁损耗、涡流损耗加大，加上偏扫线圈的非正交误差对磁场分布产生影响，偏扫励磁电流与电子束偏转角度呈复杂的非线性关系。为提高电子束快速成型零件的精度，减小后续机加工量，需要对聚焦电流和偏扫电流参数进行动态校正。
　　对聚焦和偏扫的精度进行了研究：针对电子束焦距重复性精度差的问题，设计一种聚焦控制励磁电源，在聚焦线圈中反复通入正反向电流对磁路进行退磁来消除磁滞回线影响，有效地提高了焦距重复性精度；针对通过光学观察系统人为判断电子束斑与特征点通孔的对中性存在的随机误差，提出一种参数采集装置，利用二次反射电子信号判断特征点通孔与电子束斑的对中性，显著提高了专家数据库中偏扫和聚焦参数的精度；采用一种参数插补计算方法，对偏扫区域任意点的电子束聚焦和偏扫参数进行计算；针对高频动态偏差，在偏扫励磁电源给定端引入动态补偿，将给定信号及其变化率线性叠加作为总给定，有效抑制了动态偏差。上述解决方案实现了对电子束偏转位置和聚焦焦距的精确控制，提高了电子束快速成型设备成型金属零件的精度。
　　设计制作了特征点参数采集装置，包括采样电路板、二次反射电子接收装置、对中信号变换器和对中信号显示器，并安装在设备上进行调试与实验，实验表明此特征点参数采集装置能够较好地收集二次反射电子，输出信号指示实验者正确采集特征点参数，装置工作可靠性高，能够显著提高专家数据库参数的精度，改善电子束快速成型金属零件的精度。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 快速成型技术

§1.3 电子束快速成型技术特点

§1.4 电子束快速成型技术研究现状

§1.5 偏扫和聚焦误差

§1.6 课题主要研究内容

第二章 电子束快速成型机聚焦和偏扫系统

§2.1 电子束发生器的原理和结构

§2.2 电子束聚焦系统

§2.3 电子束偏扫系统

§2.4 电子束快速成型机聚焦和偏扫系统结构

§2.5 偏扫电流坐标变换

§2.6 本章小结

第三章 电子束偏扫和聚焦误差及其修正

§3.1 电子束偏扫误差

§3.2 电子束聚焦误差

§3.3 偏扫误差修正

§3.4 偏扫区域任意点参数计算方法

§3.5 本章小结

第四章 参数采集方法的优化设计

§4.1偏扫参数采集方式的局限性

§4.2 特征点数据采集装置原理

§4.3 特征点数据采集装置结构

§4.4 数据采集实现方式

§4.5 数据采集装置调试与实验验证

§4.6 偏扫装置动态偏差及其抑制

§4.7 本章小结

第五章 总结和展望

§5.1 论文总结

§5.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果