CN114178546B - 双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置 - Google Patents

双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置，该方法包括：在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；根据第一电流信号和第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。该方法充分利用了电子束与物质相互作用后的特性，无需在真空室内引入额外的信号源即可实现在线监测，同时不仅可监测熔滴过渡状态，还可增强监测系统的鲁棒性，且该方法实时性好、采样频率可调，不易受成形过程中金属蒸汽、飞溅及真空环境的影响，也不会干扰成形过程。

Description

双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置
技术领域
本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置。
背景技术
电子束熔丝沉积技术是一类高效、高质量、大尺寸范围的金属零件制造方法，在航空航天、汽车制造、医疗等领域具有良好的应用前景。在制造过程中，熔丝沉积的连续稳定是保障零件制造效率以及质量的重要前提，熔丝沉积稳定的实质是要保证金属丝端与熔池间的过渡形式始终处于液桥过渡状态。当金属丝端与熔池表面间的熔滴过渡距离适中时处于液桥过渡状态，熔丝沉积过程稳定；当熔滴过渡距离较大时为大滴过渡，甚至是自由过渡，熔丝沉积过程不稳定。
在电子束熔丝沉积过程中，可能由于金属丝变形、基板翘曲、前层表面缺陷等因素导致熔滴过渡距离改变，影响熔丝沉积过程的连续性和稳定性，进而影响工件的尺寸精度及性能。因此需要利用电子束熔丝沉积过程中的在线监测方法，以在工件制造过程中监测熔滴过渡距离，及时发现沉积过程的异常。
目前，已有研究者对电子束熔丝沉积的在线监测开展了研究，如可用于监测沉积状态的系统。但是，其监测的信号源于额外引入的超声振动，且需要在送丝管出口处加装电磁超声探头，对探头在真空环境下工作的可靠性要求高，超声振动还可能对沉积过程产生影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置。
本发明提供一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，包括：在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，所述通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号，包括：通过基板/工件与电子束熔丝沉积设备之间的第一通道处设置的第一电流信号采集装置，获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号；以及通过金属丝与电子束熔丝沉积设备之间第二通道处设置的第二电流信号采集装置，同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；其中，所述基板/工件与所述电子束熔丝沉积设备之间已进行电气绝缘处理。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，所述第一通道的总电阻与所述第二通道的总电阻满足预设比例。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，所述熔滴过渡状态包括，液桥接触过渡、小滴接触过渡、大滴接触过渡和大滴非接触过渡。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，所述根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态之后，还包括：在确定熔滴过渡状态为液桥接触过渡的情况下，保持沉积参数；在确定熔滴过渡状态为小滴接触过渡的情况下，保持沉积参数，或者调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为液桥接触过渡；在确定熔滴过渡状态为大滴接触过渡或大滴非接触过渡的情况下，调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为小滴接触过渡，或者变为液桥接触过渡；其中，所述沉积参数包括基板/工件与金属丝的相对位置，以及金属丝的送进速度。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：在第一电流信号与第二电流信号的幅值均为恒定的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为液桥接触过渡；在第一电流信号为恒定高幅值骤降为恒定低幅值，而后骤升为恒定高幅值的脉动信号，同步的第二电流信号对应为恒定低幅值骤升为恒定低幅值，而后骤降为恒定低幅值的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为小滴接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
根据本发明一个实施例的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：在第一电流信号幅值波动上升，而后骤降至低幅值，并在较短时间内保持恒定的低幅值后骤升，第二电流信号幅值波动上升，而后骤升至高幅值，并在较短时间内保持恒定的高幅值后骤降的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴接触过渡；在第一电流信号和第二电流信号均为幅值持续波动变化的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴非接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
本发明还提供一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置，包括：采集模块，用于在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；分析模块，用于根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的步骤。
本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置，以电子束熔丝沉积过程中由金属基板/工件和金属丝吸收电子束流而形成的电流信号为信号源，充分利用了电子束与物质相互作用后的特性，无需在真空室内引入额外的信号源即可实现在线监测，同时利用双通道来独立同时监测基板和丝中的吸收电子束流信号的方式不仅可监测熔滴过渡状态，还可增强监测系统的鲁棒性，且该方法实时性好、采样频率可调，不易受成形过程中金属蒸汽、飞溅及真空环境的影响，也不会干扰成形过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的流程示意图；
图2是本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的应用场景图；
图3是本发明提供的熔滴过渡状态1下双通道信号特征的实例图；
图4是本发明提供的熔滴过渡状态2下双通道信号特征的实例图；
图5是本发明提供在熔滴过渡状态3下双通道信号特征的实例图；
图6是本发明提供在熔滴过渡状态4下双通道信号特征的实例图；
图7是本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置的结构示意图；
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记说明：
1-电子枪；2-电子束；3-真空室；4-工件；5-基板；6-信号线；7-第一电流信号采集装置；8-第一通道；9-金属丝；10-送丝机构；11-信号线；12-第二电流信号采集装置；13-第二通道；14-绝缘材料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图8描述本发明的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法及装置。图1是本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，包括：
101、在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由金属基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号。
具体而言，熔丝沉积过程开始前，在金属基板/工件与电子束熔丝沉积设备之间建立明确可测量的导电第一通道。在金属丝与电子束熔丝沉积设备之间建立明确可测量的导电第二通道。
在熔丝沉积过程中，分别实时采集第一通道和第二通道中吸收电子束流形成的第一电流信号i1和第二电流信号i2。
102、根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
提取和识别信号i1和信号i2的波形特征，并进行特征的综合分析，根据分析结果判定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
本发明实施例对根据波形特征，确定熔滴过渡状态的具体实施过程不作限定。具体而言，可由本领域技术人员根据不同状态和不同距离采集波形后，通过分析得出二者之间的关联关系。监测时，根据采集的第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，基于所述关联关系，便可得到对应的熔滴过渡状态。其中，熔滴过渡状态可用于反映熔滴过渡距离与目标距离(实现液桥过渡状态的距离)之间的关系。例如，是一致还是前者偏大。
当然，本发明的后续实施例也会在本实施例基础上进一步分析，给出可选的根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态的方法。
本发明例提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，以电子束熔丝沉积过程中由金属基板/工件和金属丝吸收电子束流而形成的电流信号为信号源，充分利用了电子束与物质相互作用后的特性，无需在真空室内引入额外的信号源即可实现在线监测，同时利用双通道来独立同时监测基板和丝中的吸收电子束流信号的方式不仅可监测熔滴过渡状态，还可增强监测系统的鲁棒性，且该方法实时性好、采样频率可调，不易受成形过程中金属蒸汽、飞溅及真空环境的影响，也不会干扰成形过程。
在一个实施例中，所述通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号，包括：通过基板/工件与电子束熔丝沉积设备之间的第一通道处设置的第一电流信号采集装置，获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号；以及通过金属丝与电子束熔丝沉积设备之间第二通道处设置的第二电流信号采集装置，同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；其中，所述基板/工件与所述电子束熔丝沉积设备之间已进行电气绝缘处理。
熔丝沉积过程开始前，在第一(导电)通道中接入第一电流信号采集装置，在第二通道中接入第二电流信号采集装置，分别采集对应的电流信号。如图2所示，图2中展示了双通道吸收电子束流监测方法的一个实施方式。电子枪1与真空室2的外壁通常处于良好接地状态，需要将基板5与真空室1间通过绝缘材料14绝缘，将金属丝9及送丝机构10的一部分与真空室2间通过绝缘材料14绝缘。绝缘完成后，然后进行束流监测系统搭建，工件4在基板5上。
将基板5与第一电流信号采集装置7通过信号线6连接，第一电流信号采集装置7与真空室1共地，基板5、信号线6及第一电流信号采集装置7共同构成第一通道8。将金属丝9或送丝机构10与第二电流信号采集装置12通过信号线11连接，第二电流信号采集装置12与真空室2共地，金属丝9、送丝机构10、信号线11、第二电流信号采集装置12共同构成第二通道13。
在步骤101中，通过预先编写好的数控程序，驱动电子枪1、送丝机构10等部件按照程序设定开始熔丝沉积过程，同时启动第一电流信号采集装置7和第二电流信号采集装置12记录第一通道与第二通道中吸收电子形成的电流信号，第一通道中信号为i1，第二通道中信号为i2。
在步骤102中，采集电流信号并预处理后，分别识别双通道采集信号的波形特征，并进行特征的综合分析，根据分析的结果判定熔丝沉积过程中不同的熔滴过渡状态。
在一个实施例中，所述第一通道的总电阻与所述第二通道的总电阻满足预设比例。
为了使第一通道和第二通道，在熔滴过渡状态从小滴接触过渡、大滴接触过渡或大滴非接触过渡转变至液桥接触过渡前后，二者均能够具有明显的变化，从而易于区分是过渡状态导致的信号特征变化还是信号干扰。本发明中，将第一通道和第二通道的电阻设置为不同大小，可以设置为二者具有一定的比例。优选为，二者具有较大的比例，从而使过渡状态转变前后，信号变化量达到易于区分的范围，即信号i1及信号i2均有显著易区分的变化。
当两个通道电阻具有较大的比例时，过渡状态转变为液桥接触过渡变化后，二者分配的电子数会存在显著差异，两个通道的电流值变化更明显。
优选地，第一通道的总电阻大于所述第二通道的总电阻。例如，保证第一通道的总电阻为第二通道总电阻的100倍以上。
当设置第一通道的总电阻大于所述第二通道的总电阻时，在熔滴过渡状态变化为液桥接触过渡后，更多的电子从第二通道形成电流，使得第一通道的电流信号形成明显骤降，从而提高特征的识别准确度，进而提高熔滴过渡状态的识别准确度。在一个实施例中，所述熔滴过渡状态包括，液桥接触过渡、小滴接触过渡、大滴接触过渡和大滴非接触过渡。
其中，液桥接触过渡(状态1)，此状态下熔丝沉积过程最稳定，沉积精度最高。小滴接触过渡(状态2)，此状态下熔丝沉积过程较稳定，沉积精度较高。大滴接触过渡(状态3)，此状态下熔丝沉积过程较不稳定，沉积精度较差。大滴非接触过渡(状态4)，此状态下熔丝沉积过程不稳定，不能用于熔丝沉积。
在一个实施例中，所述根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态之后，还包括：在确定熔滴过渡状态为液桥接触过渡的情况下，保持沉积参数；在确定熔滴过渡状态为小滴接触过渡的情况下，保持沉积参数，或者调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为液桥接触过渡；在确定熔滴过渡状态为大滴接触过渡或大滴非接触过渡的情况下，调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为小滴接触过渡，或者变为液桥接触过渡；其中，所述沉积参数包括基板/工件与金属丝的相对位置，以及金属丝的送进速度。
本实施例依据步骤102判定的熔滴过渡状态，对金属基板/工件与金属丝的相对位置、金属丝的送进速度等参数进行保持或调节的操作，以保障熔丝沉积过程中稳定的持续液桥式熔滴过渡。
若判定熔滴过渡状态为所述状态1或2时，则保持当前的金属基板/工件与金属丝之间的相对位置、金属丝送进速度等参数继续执行熔丝沉积过程。若判定熔滴过渡状态为所述状态3或4时，则需及时调节金属基板/工件与金属丝之间的相对位置、金属丝送进速度等参数，直至判定熔滴过渡状态变为所述状态1或2，最优为状态1。
在一个实施例中，根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：在第一电流信号与第二电流信号的幅值均为恒定的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为液桥接触过渡；在第一电流信号为恒定高幅值骤降为恒定低幅值，而后骤升为恒定高幅值的脉动信号，同步的第二电流信号对应为恒定低幅值骤升为恒定低幅值，而后骤降为恒定低幅值的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为小滴接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
在本发明的实施例中，上述预设时间段内和预设范围可根据具体需求或者具体应用场景设置。同时，需要说明的是，骤升骤降可以理解为，在预设时间范围内，幅度升高或降低的幅度，满足预设的判定条件。
状态1：若在一段时间内(可根据具体需求或具体应用场景设置)，两通道信号幅值均相对恒定，且第一通道信号i1的幅值明显小于第二通道信号i2的幅值，则判定金属丝端与金属基板/工件熔池之间的熔滴过渡距离最佳。熔滴过渡状态为在金属丝端与金属基板/工件熔池之间呈现持续液桥接触过渡，此状态下熔丝沉积过程最稳定，沉积精度最高，双通道信号特征如图3所示。
状态2：若在一段时间内，第一通道信号i1为脉动信号，首先保持一段相对恒定的高幅值，然后骤降至低幅值，随后保持一段相对恒定的低幅值，最后陡升至高幅值，第二通道信号i2为与信号i1同步的脉动信号，但其幅值变化与信号i1相反，则判定金属丝端与金属基板/工件熔池之间的熔滴过渡距离略大于所述状态1，熔滴过渡状态为小滴接触过渡。小熔滴首先在金属丝端形成，然后与金属基板/工件熔池持续接触，最后从金属丝端脱落进入熔池，此状态下熔丝沉积过程较稳定，沉积精度较高，双通道信号特征如图4所示。
在一个实施例中，根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：在第一电流信号幅值波动上升，而后骤降至低幅值，并在较短时间内保持恒定的低幅值后骤升，第二电流信号幅值波动上升，而后骤升至高幅值，并在较短时间内保持恒定的高幅值后骤降的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴接触过渡；在第一电流信号和第二电流信号均为幅值持续波动变化的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴非接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
其中，上述较短时间为相对于所述预设时间段而言，较短可理解为小于预设时间段的一半。
状态3：若在一段时间内，第一通道信号i1为脉动信号，首先其幅值整体波动上升，然后骤降至低幅值，随后在较短时间内保持相对恒定的低幅值，最后陡升，第二通道信号i2为与信号i1同步的脉动信号，首先其幅值整体波动上升，然后陡升至高幅值，随后在较短时间内保持相对恒定的高幅值，最后骤降，则判定金属丝端与金属基板/工件熔池之间的熔滴过渡距离大于所述状态2，熔滴过渡状态为大滴接触过渡，大熔滴首先在金属丝端形成，在短暂与金属基板/工件熔池接触后从金属丝端脱落进入熔池，此状态下熔丝沉积过程较不稳定，沉积精度较差，双通道信号特征如图5所示。
状态4：若在一段时间内，第一通道信号i1和第二通道信号i2均为幅值持续波动变化的脉动信号，则判定金属丝端与金属基板/工件熔池之间的熔滴过渡距离过大，熔滴过渡状态为大滴非接触过渡，大熔滴先在金属丝端形成，最后滴落到金属基板/工件，且在滴落前不与金属基板/工件熔池接触，此状态下熔丝沉积过程不稳定，不能用于熔丝沉积，双通道信号特征如图6所示。
下面对本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置进行描述，下文描述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置与上文描述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法可相互对应参照。
图7是本发明提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置的结构示意图，如图7所示，该双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置包括：采集模块701和分析模块702。其中，采集模块701用于在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；分析模块702用于根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
在一个装置实施例中，采集模块701具体用于：通过基板/工件与电子束熔丝沉积设备之间的第一通道处设置的第一电流信号采集装置，获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号；以及通过金属丝与电子束熔丝沉积设备之间第二通道处设置的第二电流信号采集装置，同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；其中，所述基板/工件与所述电子束熔丝沉积设备之间已进行电气绝缘处理。
在一个装置实施例中，所述第一通道的总电阻大于所述第二通道的总电阻。
在一个装置实施例中，所述熔滴过渡状态包括，液桥接触过渡、小滴接触过渡、大滴接触过渡和大滴非接触过渡。
在一个装置实施例中，还包括处理模块，用于：在确定熔滴过渡状态为液桥接触过渡的情况下，保持沉积参数；在确定熔滴过渡状态为小滴接触过渡的情况下，保持沉积参数，或者调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为液桥接触过渡；在确定熔滴过渡状态为大滴接触过渡或大滴非接触过渡的情况下，调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为小滴接触过渡，或者变为液桥接触过渡；其中，所述沉积参数包括基板/工件与金属丝的相对位置，以及金属丝的送进速度。
在一个装置实施例中，分析模块702用于：在第一电流信号与第二电流信号的幅值均为恒定的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为液桥接触过渡；在第一电流信号为恒定高幅值骤降为恒定低幅值，而后骤升为恒定高幅值的脉动信号，同步的第二电流信号对应为恒定低幅值骤升为恒定低幅值，而后骤降为恒定低幅值的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为小滴接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化
在一个装置实施例中，分析模块702用于：在第一电流信号幅值波动上升，而后骤降至低幅值，并在较短时间内保持恒定的低幅值后骤升，第二电流信号幅值波动上升，而后骤升至高幅值，并在较短时间内保持恒定的高幅值后骤降的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴接触过渡；在第一电流信号和第二电流信号均为幅值持续波动变化的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴非接触过渡；其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置，以电子束熔丝沉积过程中由金属基板/工件和金属丝吸收电子束流而形成的电流信号为信号源，充分利用了电子束与物质相互作用后的特性，无需在真空室内引入额外的信号源即可实现在线监测，同时利用双通道来独立同时监测基板和丝中的吸收电子束流信号的方式不仅可监测熔滴过渡状态，还可增强监测系统的鲁棒性，且该方法实时性好、采样频率可调，不易受成形过程中金属蒸汽、飞溅及真空环境的影响，也不会干扰成形过程。
图8是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)801、通信接口(Communications Interface)802、存储器(memory)803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信。处理器801可以调用存储器803中的逻辑指令，以执行双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，该方法包括：在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
此外，上述的存储器803中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，该方法包括：在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，该方法包括：在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，包括：
在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；
根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态；
根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：
在第一电流信号与第二电流信号的幅值均为恒定的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为液桥接触过渡；
在第一电流信号为恒定高幅值骤降为恒定低幅值，而后骤升为恒定高幅值的脉动信号，同步的第二电流信号对应为恒定低幅值骤升为恒定高幅值，而后骤降为恒定低幅值的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为小滴接触过渡；
其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
2.根据权利要求1所述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，所述通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号，包括：
通过基板/工件与电子束熔丝沉积设备之间的第一通道处设置的第一电流信号采集装置，获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号；
以及通过金属丝与电子束熔丝沉积设备之间第二通道处设置的第二电流信号采集装置，同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；
其中，所述基板/工件与所述电子束熔丝沉积设备之间已进行电气绝缘处理。
3.根据权利要求1或2所述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，所述第一通道的总电阻与所述第二通道的总电阻满足预设比例。
4.根据权利要求1所述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，所述熔滴过渡状态还包括大滴接触过渡和大滴非接触过渡。
5.根据权利要求4所述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，所述根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态之后，还包括：
在确定熔滴过渡状态为液桥接触过渡的情况下，保持沉积参数；
在确定熔滴过渡状态为小滴接触过渡的情况下，保持沉积参数，或者调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为液桥接触过渡；
在确定熔滴过渡状态为大滴接触过渡或大滴非接触过渡的情况下，调整沉积参数，使得熔滴过渡状态变为小滴接触过渡，或者变为液桥接触过渡；
其中，所述沉积参数包括基板/工件与金属丝的相对位置，以及金属丝的送进速度。
6.根据权利要求4所述的双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法，其特征在于，根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：
在第一电流信号幅值波动上升，而后骤降至低幅值，并在较短时间内保持恒定的低幅值后骤升，第二电流信号幅值波动上升，而后骤升至高幅值，并在较短时间内保持恒定的高幅值后骤降的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴接触过渡；
在第一电流信号和第二电流信号均为幅值持续波动变化的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为大滴非接触过渡；
其中，较短时间为小于预设时间段的一半。
7.一种双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于在电子束熔丝沉积过程中，通过第一通道获取由基板/工件吸收电子束流而形成的第一电流信号，以及通过第二通道同步获取由金属丝吸收电子束流而形成的第二电流信号；
分析模块，用于根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态；
根据所述第一电流信号和所述第二电流信号的波形特征，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态，包括：
在第一电流信号与第二电流信号的幅值均为恒定的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为液桥接触过渡；
在第一电流信号为恒定高幅值骤降为恒定低幅值，而后骤升为恒定高幅值的脉动信号，同步的第二电流信号对应为恒定低幅值骤升为恒定高幅值，而后骤降为恒定低幅值的脉动信号的情况下，确定熔丝沉积过程的熔滴过渡状态为小滴接触过渡；
其中，所述恒定为在预设时间段内，幅值在预设范围内变化。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述双通道电子束熔丝沉积熔滴过渡状态监测方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5855848B2 (ja) * 2011-06-02 2016-02-09 株式会社ダイヘン アーク溶接システム
US9808886B2 (en) * 2014-01-24 2017-11-07 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
JP2016179499A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 リンカーン グローバル， インコーポレイテッドＬｉｎｃｏｌｎ Ｇｌｏｂａｌ， Ｉｎｃ． 高エネルギー源とホットワイヤを用いた付加製造のための方法とシステム
CN108555421B (zh) * 2018-04-03 2020-06-16 哈尔滨工程大学 一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法
CN108723366B (zh) * 2018-04-11 2019-07-09 华中科技大学 一种电子束熔丝过渡状态保持系统及保持方法
CN109623123B (zh) * 2018-12-06 2019-09-27 清华大学 一种电子束熔丝沉积中熔滴过渡距离的控制系统
CN109623122B (zh) * 2018-12-06 2019-08-16 清华大学 一种电子束熔丝沉积熔滴过渡距离的控制方法
CN110142493B (zh) * 2019-05-29 2021-06-08 中国航空制造技术研究院 电子束熔丝沉积成形丝端位置闭环控制系统及方法
CN113134665A (zh) * 2020-01-16 2021-07-20 天津大学 药芯焊丝tig电弧焊接与增材制造熔滴过渡控制方法及装置
CN112222592B (zh) * 2020-09-25 2022-04-12 中国航空制造技术研究院 一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法

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