本發(fā)明屬于電磁超聲監(jiān)測領域，更具體地，涉及一種適用于電子束熔絲制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，所述電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測小直徑圓截面金屬材料(如焊絲)，靈敏度較高，結構較簡單。

背景技術：

電子束熔絲增材是指利用計算機把零件的三維CAD模型進行分層處理，獲得各層截面的二維輪廓信息并生成加工路徑，以高能量密度的電子束作為熱源，按照預定的加工路徑，在真空室內熔化送進的絲材，逐層堆積，最終實現(xiàn)致密金屬零件的近凈成形直接制造。與傳統(tǒng)去除成形和體積成形技術思想明顯不同，電子束熔絲增材反應迅速且無需模具，正因如此，電子束熔絲增材在致密金屬零件的制造中得到廣泛的應用。為了保證產(chǎn)品的加工質量，實時監(jiān)測電子束熔絲增材過程是非常有必要的。

在電子束熔絲增材的過程中，高溫環(huán)境、熔池飛濺、工作臺的移動等因素都會讓監(jiān)測過程變得很困難。現(xiàn)有的監(jiān)測方法(如攝像監(jiān)控、溫度監(jiān)控等)只解決某一方面因素的影響，檢測效果較差；加上焊絲的直徑較小，導致檢測靈敏度較低，甚至難以監(jiān)測。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，所述電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)結合電子束熔絲增材制造及電磁超聲監(jiān)測的特點，針對電磁超聲聚焦探頭的結構及部件連接關系進行了設計。本發(fā)明的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的電磁超聲聚焦探頭設置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來的焊絲穿過所述電磁超聲聚焦探頭，通過實時監(jiān)測所述焊絲中的回波信號，分析焊絲與熔池之間的狀態(tài)關系，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測電子束熔絲增材制造的全過程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度較高，監(jiān)測效率較高，且結構簡單。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，其包括電磁超聲聚焦探頭、電源電路、計算機、控制電路、高頻脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、限幅電路、初級放大電路、濾波電路、終極放大電路及A/D轉換電路，其特征在于：

所述電磁超聲聚焦探頭設置在送絲管的出口處，其包括殼體、環(huán)形磁鐵及弧形聚焦線圈，所述殼體開設有貫穿其相背的兩端的收容槽；所述環(huán)形磁鐵收容在所述收容槽內；所述弧形聚焦線圈設置在所述環(huán)形磁鐵內，自所述送絲管出來的焊絲穿過所述弧形聚焦線圈；

所述電源電路電性連接所述計算機及所述控制電路，其用于為所述計算及所述控制電路提供電能；

所述計算機、所述控制電路、所述高頻脈沖發(fā)生電路、所述功率放大電路、所述弧形聚焦線圈、所述限幅電路、所述初級放大電路、所述濾波電路、所述終極放大電路及所述A/D轉換電路依次相連接以形成一個閉環(huán)電路。

進一步的，所述收容槽是階梯槽，其包括三個相互平行的階梯面；所述環(huán)形磁鐵包括自上向下且分別設置在三個所述階梯面上的第一環(huán)形磁鐵、第二環(huán)形磁鐵及第三環(huán)形磁鐵，所述第一環(huán)形磁鐵的內圓直徑、所述第二環(huán)形磁鐵的內圓直徑及所述第三環(huán)形磁鐵的內圓半徑逐漸減小。

進一步的，所述電磁超聲聚焦探頭還包括非導磁材料片，所述非導磁材料片設置在所述第一環(huán)形磁鐵、所述第二環(huán)形磁鐵及所述第三環(huán)形磁鐵之間。

進一步的，所述殼體是由隔磁材料制成的。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，其電磁超聲聚焦探頭設置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來的焊絲穿過所述電磁超聲聚焦探頭，通過實時監(jiān)測所述焊絲中的回波信號，分析所述焊絲與熔池之間的狀態(tài)關系，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測電子束熔絲增材制造的全過程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度較高，結構簡單，監(jiān)測效率較高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實施方式提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的結構框圖。

圖2是圖1中的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的環(huán)形磁鐵的結構示意圖。

圖3是圖1中的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的弧形聚焦線圈的結構示意圖。

圖4是圖1中的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的電磁超聲聚焦探頭的俯視圖。

圖5是圖4中的電磁超聲聚焦探頭的部分剖視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-環(huán)形磁鐵，101-第一環(huán)形磁鐵，102-第二環(huán)形磁鐵，103-第三環(huán)形磁鐵，2-弧形聚焦線圈，3-電路電源，4-控制電路，5-高頻脈沖發(fā)生電路，6-功率放大電路，7-電磁超聲聚焦探頭，8-限幅電路，9-初級放大電路，10-濾波電路，11-終極放大電路，12-A/D轉換電路，13-計算機，14-殼體，141-收容槽，142-外表面。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1至圖3，本發(fā)明較佳實施方式提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，其包括電路電源3、控制電路4、高頻脈沖發(fā)生電路5、功率放大電路6、電磁超聲聚焦探頭7、限幅電路8、初級放大電路9、濾波電路10、終極放大電路11、A/D轉換電路12及計算機13。所述電源電路3電性連接所述計算機13及所述控制電路4，其用于為所述計算機13及所述控制電路4提供電能。所述計算機13、所述控制電路4、所述高頻脈沖發(fā)生電路5、所述功率放大電路6、所述電磁超聲聚焦探頭7的弧形聚焦線圈2、所述限幅電路8、所述初級放大電路9、所述濾波電路10、所述終極放大電路11及所述A/D轉換電路12依次相連接形成一個閉環(huán)電路。

請參閱圖4及圖5，所述電磁超聲聚焦探頭7包括殼體14、環(huán)形磁鐵1及弧形聚焦線圈2。所述環(huán)形磁鐵1設置在所述殼體14內，所述弧形線圈2設置在所述環(huán)形磁鐵1內。

所述殼體14基本呈圓柱狀，其包括外表面142。所述殼體14還開設有收容槽141，所述收容槽141用于收容所述環(huán)形磁鐵1及所述弧形聚焦線圈2。所述收容槽141為階梯槽，其包括三個相互平行且均與所述外表面142垂直的階梯面，三個所述階梯面用于承載所述環(huán)形磁鐵1。本實施方式中，所述殼體14是由隔磁材料制成的。

所述環(huán)形磁鐵1是釹鐵硼材料制成的，其剩磁在1T以上。由包括由上至下設置且內圓直徑逐漸減小的第一環(huán)形磁鐵101、第二環(huán)形磁鐵102及第三環(huán)形磁鐵103，所述第一環(huán)形磁鐵101、所述第二環(huán)形磁鐵102及所述第三環(huán)形磁鐵103依次間隔設置，且三者之間填充有隔磁材料片。所述第一環(huán)形磁鐵101、所述第二環(huán)形磁鐵102及所述第三環(huán)形磁鐵103分別設置在所述收容槽141的三個階梯面上。本實施方式中，所述弧形聚焦線圈2是由銅合金材料制成的，其對應所述第一環(huán)形磁鐵101的環(huán)孔、所述第二環(huán)形磁鐵102的環(huán)孔及所述第三環(huán)形磁鐵103的環(huán)孔以扇形方式自行繞制而成；所述弧形聚焦線圈2的中心軸與所述環(huán)形磁鐵1的中心軸大致重合。

工作時，首先，將所述電磁超聲聚焦探頭7設置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來的焊絲穿過所述弧形聚焦線圈2。之后，接通所述電路電源3，所述計算機13啟動所述控制電路4，并設置合適的輸入?yún)?shù)。隨后，所述控制電路4控制所述高頻脈沖發(fā)生電路5產(chǎn)生具有預定頻率及預定個數(shù)的高頻高壓脈沖信號；接著，所述功率放大電路6將所述高頻高壓脈沖信號進行功率放大后傳輸?shù)剿龌⌒尉劢咕€圈2；所述高頻高壓脈沖信號為交變信號，其在所述弧形聚焦線圈2中時會在所述弧形聚焦線圈2的周圍產(chǎn)生聚焦的交變磁場，處在所述交變磁場中的所述焊絲中會產(chǎn)生聚焦渦流，在所述環(huán)形磁鐵1的磁場和所述交變磁場的共同作用下，所述渦流受到電磁力，進而引發(fā)所述焊絲表面振動產(chǎn)生聚焦型超聲波，所述超聲波沿著所述焊絲軸向朝熔池方向傳播，由于在電子束熔絲增材過程中，所述焊絲端部的狀態(tài)發(fā)生變化，不同的狀態(tài)將導致不同的超聲回波信號，不同超聲回波信號傳播到所述弧形聚焦線圈2附近，在所述環(huán)形磁鐵1的作用下，不同的回波信號會在所述電磁超聲聚焦探頭7的弧形聚焦線圈2中感生出不同的脈沖信號，所述脈沖信號傳輸?shù)剿鱿薹娐?；隨后，所述限幅電路8將所述脈沖信號去除高壓干擾信號后傳輸?shù)剿龀跫壏糯箅娐?；隨后，所述初級放大電路9將接收到的脈沖信號進行第一次放大后傳輸?shù)剿鰹V波電路10；所述濾波電路10對其接收到的所述脈沖信號進一步去除干擾信號后傳輸?shù)剿鼋K極放大電路11；接著，所述終極放大電路11對其接收到的脈沖信號進行放大處理后傳輸?shù)剿鯝/D轉換電路12；隨后，所述A/D轉換電路12將其接收到的脈沖信號轉換成數(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號傳輸?shù)剿鲇嬎銠C13；最后，所述計算機13對其接收到的所述數(shù)字信號進行分析、處理、顯示，用戶根據(jù)不同的顯示結果，便可分析所述焊絲與所述熔池之間的狀態(tài)關系，實時監(jiān)測電子束熔絲增材過程，以得到成形質量優(yōu)良的產(chǎn)品或零部件。若所得信號不佳或者有報警信號發(fā)出，可以通過調節(jié)輸入?yún)?shù)進行處理。

本發(fā)明提供的適用于電子束熔絲增材制造的電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)，其電磁超聲聚焦探頭設置在送絲管的出口處，自所述送絲管出來的焊絲穿過所述電磁超聲聚焦探頭，通過實時監(jiān)測所述焊絲中的回波信號，分析所述焊絲與熔池之間的狀態(tài)關系，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測電子束熔絲增材制造的全過程。此外，所述電磁超聲監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度較高，結構簡單，監(jiān)測效率較高。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。