CN101947688B - 一种基于图像处理的电子束表面加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种基于图像处理的电子束表面加工方法，该方法采用图像处理软件灵活编辑或更改欲扫描的复杂或不规则图像，根据需要设定不同区域的灰度值，并通过控制软件提取位图文件象素点和灰度值的新型控制方法来实现复杂不规则图像的电子束扫描。控制灵活、操作方便，而且可以根据图像灰度值的大小来控制不同区域的能量大小，这种方法实现效率很高，扫描的速度和精度可根据需要随时进行参数调整，避免了常规扫描控制方法中文字或图像数据点复杂的离散化处理。

Description

一种基于图像处理的电子束表面加工方法
技术领域
本发明是一种基于图像处理的电子束表面加工方法，属于电子束表面加工技术领域。 
背景技术
普通电子束焊机主要用来进行金属零件的电子束焊接，一次性投资成本很大而且功能相对比较单一。设备本身所带的扫描控制系统扫描方式仅限于圆、椭圆等一些基本、简单的几何图形，扫描也主要用作焊接时辅助搅拌熔池的作用。近年来随着电磁场控制技术的发展，出现了一些电子束扫描控制方法，这些方法可以实现一些简单的轨迹控制，但很难实现诸如文字、图形、图像等复杂或不规则轨迹的扫描控制。 
现有技术不足及改进 
(1)普通电子束焊机配套的扫描控制系统其功能比较简单，扩展性差，只能实现比较简单的几何图形(如圆、矩形等)的扫描，无法实现不同区域的能量控制和任意图形或图像的扫描轨迹控制。 
(2)通过数据离散点或数学函数生成数据的方法进行逐点扫描的控制方法，需要对图形或图像进行x、y两个方向位移或坐标的信号分解，这对于复杂不规则的扫描轨迹如图像、文字等，其实现难度很大，而且无法保证其扫描的精度。 
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种基于图像处理的电子束表面加工方法，其目的是实现诸如文字、图形、图像等复杂或不规则轨迹和能量的电子束扫描控制，用于电子束表面热处理、电子束表面改性、电子束绘图、电子束雕刻、多热源电子束加工等电子束表面加工技术领域。 
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 
该种基于图像处理的电子束表面加工方法，其特征在于：该方法的步骤是： 
(1)将电子束加工设备准备就绪后，在工作台上放置需要进行加工的 工件； 
(2)关闭真空室门，开启真空系统抽真空，使工件工作环境达到可工作状态； 
(3)利用图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件，并为扫描轨迹中的每一个像素点设定灰度值； 
(4)提取扫描轨迹图像文件的像素点的参数，将像素点分成X和Y两组位置数据，将每个像素点的灰度值定义为该点的电子束扫描停留时间，灰度值0为该点不停留，并将XY位置数据和灰度值通过串口通讯从图像处理装置中下载保存到电子束加工设备的扫描控制装置的存储器中； 
(5)通过扫描控制装置分别将X和Y两组位置数据转成电压模拟信号，灰度值作为输出电压信号的延迟时间，延时完成后，再读取下一像素点参数，根据此点的参数改变输出电压信号与延迟相应时间，直到所有的像素点都被扫描完成。驱动器将每次输出的电压信号放大处理后，输出到偏转线圈的X和Y通道； 
(6)将电子束加工设备工作电压加到150kv，并将阴极灯丝加热，调整聚焦电流为表面聚焦状态； 
(7)打开扫描控制系统控制开关，然后打开设备束流开关，调整束流，并从CCD显示屏上观察电子束表面加工过程； 
(8)扫描结束后关断束流，关闭扫描控制系统和灯丝加热； 
(9)真空室放气后，将工件拿出。 
图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件优选为BMP格式。 
灰度值为1的电子束扫描的停留时间优选是1微秒。 
本发明采用图像处理软件灵活编辑或更改欲扫描的复杂或不规则图像，根据需要设定不同区域的灰度值，并通过控制软件提取位图文件象素点和灰度值的新型控制方法来实现复杂不规则图像的电子束扫描。控制灵活、操作方便，而且可以根据图像灰度值的大小来控制不同区域的能量大小，这种方法实现效率很高，扫描的速度和精度可根据需要随时进行参数调整，避免了常规扫描控制方法中文字或图像数据点复杂的离散化处理。 
附图说明
图1为本发明电子束表面加工所采用装置的结构示意图 
图中：1、阴极，2、聚束极，3、阳极，4、合轴线圈，5、辅聚焦线圈，6、主聚焦线圈，7、偏转线圈，8、偏转束流，9、真空室，10、工件，11、工作台，12、驱动器，13、扫描控制装置，14、图像处理装置图2、图3为本发明电子束表面加工工件的图像文件及加工图案示意图 
图4为图像处理装置中提取位图文件中像素点和灰度值的软件流程图 
图5为扫描控制装置读取像素点数据并进行处理的软件流程图 
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述： 
参见附图1所示，该种基于图像处理的电子束表面加工方法，其特征在于：该方法的步骤是： 
(1)将电子束加工设备准备就绪后，在工作台11上放置需要进行加工的工件10； 
(2)关闭真空室9，开启真空系统抽真空，使工件工作环境达到可工作状态； 
(3)利用图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件，并为扫描轨迹中的每一个像素点设定灰度值； 
采用图像处理装置14将工件10要进行电子束表面加工的扫描图案，利用图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件，该图像处理装置14可以是一台普通计算机，图像处理软件可以是windows系统自带的画图软件或者Photoshop专业软件，并根据工件10表面加工的要求，选取图像中不同区域的像素点设定不同的灰度值，最后生成BMP格式的位图文件； 
(4)提取扫描轨迹图像文件的像素点和灰度值，将像素点分成X和Y两组位置数据，将每个像素点的灰度值定义为该点的电子束扫描停留时间，灰度值为0为该点不停留，灰度值为1的电子束扫描的停留时间是1微秒，并将XY位置数据和灰度值通过串口通讯从图像处理装置中下载保存到电子束加工设备的扫描控制装置的存储器中； 
在图像处理装置14中利用软件编程提取扫描轨迹图像文件中的像素点和灰度值，将像素点按照X和Y位置坐标的格式分别进行保存，将灰 度值作为相应点的停留时间，并将XY位置数据和灰度值通过串口通讯从图像处理装置14中下载保存到电子束加工设备的扫描控制装置13的存储器中； 
图像处理装置14中完成上述提取位图文件中像素点和灰度值任务的软件流程如图4所示； 
(5)通过扫描控制装置分别将X和Y两组位置数据转成电压模拟信号，灰度值作为输出电压信号的延迟时间，延时完成后，再读取下一像素点参数，根据此点的参数改变输出电压信号与延迟相应时间，直到所有的像素点都被扫描完成。驱动器将每次输出的电压信号放大处理后，输出到偏转线圈的X和Y通道； 
通过扫描控制装置13分别将X和Y两组位置数据进行数模转换，转成电压模拟信号，灰度值作为输出电压信号的延迟时间，延时完成后，再读取下一像素点参数，根据此点的参数改变输出电压信号与延迟相应时间，直到所有的像素点都被扫描完成。驱动器12将每次输出的电压信号放大处理后，输出到偏转线圈7的X和Y通道； 
扫描控制装置13中完成上述读取像素点数据并进行处理的软件流程如图5所示； 
(6)打开高压电源开关，将电子束加工设备工作电压闭环加到150kv，并将阴极1灯丝加热，调整聚焦电流设定值为表面聚焦状态； 
(7)打开扫描控制装置13和功率放大器12控制开关，打开设备束流开关，调整束流到预定值，并从CCD显示屏上观察工件电子束表面加工过程； 
(8)扫描结束后关断束流，关闭扫描控制装置13和灯丝加热开关，关闭高压电源开关。 
(9)真空室9放气后，将加工完的工件取出。 
以下举两个具体实例 
实施例一.参附图2所示，复杂文字的电子束扫描 
本实施例采用发明人之一的名字(王西昌)和单位名称的缩写(BAMTRI)来进行复杂文字的电子束扫描。 
实现过程为： 
(1)在工作台上放一50x50mm大小的平板(厚度大于2mm)，将电子 束设备准备就绪。 
(2)利用图像处理软件编辑相应的扫描轨迹(王西昌BAMTRI)，采用楷体书写，也可根据需要改变字体或效果。设置好灰度值，其中黑色字体部分的灰度值设为30，其它白色区域的灰度值设为0，保存成BMP格式的位图文件。 
(3)将编辑好的位图文件读入控制软件中，如图3所示。 
(4)将电子束设备工作电压加到150kv，并将阴极灯丝加热，调整聚焦电流为340mA(表面聚焦状态)。 
(5)先打开扫描控制装置，然后打开束流开关，调整束流大小为2mA，从CCD显示屏上观察扫描过程。 
(6)扫描到30秒后，关断束流，关闭扫描控制系统。 
(7)真空室放气后，将试板拿出，扫描效果如图4所示。文字的扫描效果很好。 
实施例二.参见附图3所示，复杂图像的电子束扫描 
本例采用复杂的带立体感的五角星图像作为复杂图象的电子束扫描实施例。其具体的实现过程为： 
(1)在工作台上放一50x50mm大小的平板(厚度大于5mm)，将电子束设备准备就绪。 
(2)利用图像处理软件编辑相应的扫描轨迹(五角星)。设置好灰度值，其中每条五角星对称线的灰度值设为100，五角星其它区域的灰度值设为50，其它白色区域的灰度值设为0，保存成BMP格式的位图文件。 
(3)将编辑好的位图文件读入控制软件中，如图5所示。 
(4)将电子束设备工作电压加到150kv，并将阴极灯丝加热，调整聚焦电流为340mA(表面聚焦状态)。 
(5)先打开扫描控制系统，然后打开束流开关，调整束流大小为3mA，从CCD显示屏上观察扫描过程。 
(6)扫描到60秒后，关断束流，关闭扫描控制系统。 
(7)真空室放气后，将试板拿出。 
与现有技术相比，本发明技术可以在普通电子束焊机上通过安装一 个偏转线圈和一套控制系统来实现，并实现对诸如文字、图形、图像等复杂轨迹和能量的电子束扫描控制，用于电子束表面热处理、电子束表面改性、电子束绘图、电子束雕刻、多热源电子束加工等多功能电子束加工，一机多用，功能强大，控制灵活，安装方便，整套系统可以做成便携式装置，也可以集成到电子束焊机上，其经济效益非常显著。 

Claims (3)

1.基于图像处理的电子束表面加工方法，其特征在于：该方法的步骤是：
(1)将电子束加工设备准备就绪后，在工作台上放置需要进行加工的工件；
(2)关闭真空室门，开启真空系统抽真空，使工件工作环境达到可工作状态；
(3)利用图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件，并为扫描轨迹中的每一个像素点设定灰度值；
(4)提取扫描轨迹图像文件的像素点的参数，将像素点分成X和Y两组位置数据，将每个像素点的灰度值定义为该点的电子束扫描停留时间，灰度值0为该点不停留，并将XY位置数据和灰度值通过串口通讯从图像处理装置中下载保存到电子束加工设备的扫描控制装置的存储器中；
(5)通过扫描控制装置分别将X和Y两组位置数据转成电压模拟信号，灰度值作为输出电压信号的延迟时间，延时完成后，再读取下一像素点参数，根据此点的参数改变输出电压信号与延迟相应时间，直到所有的像素点都被扫描完成，驱动器将每次输出的电压信号放大处理后，输出到偏转线圈的X和Y通道；
(6)将电子束加工设备工作电压加到150kv，并将阴极灯丝加热，调整聚焦电流为表面聚焦状态；
(7)打开扫描控制系统控制开关，然后打开设备束流开关，调整束流，并从CCD显示屏上观察电子束表面加工过程；
(8)扫描结束后关断束流，关闭扫描控制系统和灯丝加热；
(9)真空室放气后，将工件拿出。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的电子束表面加工方法，其特征在于：图像处理软件生成电子束扫描轨迹的位图文件为BMP格式。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的电子束表面加工方法，其特征在于：灰度值为1的电子束扫描的停留时间是1微秒。
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