專利名稱：一種基于圖像處理的電子束表面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于圖像處理的電子束表面加工方法，屬于電子束表面加工技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
普通電子束焊機(jī)主要用來進(jìn)行金屬零件的電子束焊接，一次性投資成本很大而且 功能相對(duì)比較單一。設(shè)備本身所帶的掃描控制系統(tǒng)掃描方式僅限于圓、橢圓等一些基本、簡(jiǎn) 單的幾何圖形，掃描也主要用作焊接時(shí)輔助攪拌熔池的作用。近年來隨著電磁場(chǎng)控制技術(shù) 的發(fā)展，出現(xiàn)了一些電子束掃描控制方法，這些方法可以實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的軌跡控制，但很難 實(shí)現(xiàn)諸如文字、圖形、圖像等復(fù)雜或不規(guī)則軌跡的掃描控制?，F(xiàn)有技術(shù)不足及改進(jìn)(1)普通電子束焊機(jī)配套的掃描控制系統(tǒng)其功能比較簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性差，只能實(shí)現(xiàn)比 較簡(jiǎn)單的幾何圖形(如圓、矩形等)的掃描，無法實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的能量控制和任意圖形或圖 像的掃描軌跡控制。(2)通過數(shù)據(jù)離散點(diǎn)或數(shù)學(xué)函數(shù)生成數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行逐點(diǎn)掃描的控制方法，需要 對(duì)圖形或圖像進(jìn)行X、y兩個(gè)方向位移或坐標(biāo)的信號(hào)分解，這對(duì)于復(fù)雜不規(guī)則的掃描軌跡如 圖像、文字等，其實(shí)現(xiàn)難度很大，而且無法保證其掃描的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種基于圖像處理的 電子束表面加工方法，其目的是實(shí)現(xiàn)諸如文字、圖形、圖像等復(fù)雜或不規(guī)則軌跡和能量的電 子束掃描控制，用于電子束表面熱處理、電子束表面改性、電子束繪圖、電子束雕刻、多熱源 電子束加工等電子束表面加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的該種基于圖像處理的電子束表面加工方法，其特征在于該方法的步驟是(1)將電子束加工設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，在工作臺(tái)上放置需要進(jìn)行加工的工件；(2)關(guān)閉真空室門，開啟真空系統(tǒng)抽真空，使工件工作環(huán)境達(dá)到可工作狀態(tài)；(3)利用圖像處理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件，并為掃描軌跡中的每一 個(gè)像素點(diǎn)設(shè)定灰度值；(4)提取掃描軌跡圖像文件的像素點(diǎn)的參數(shù)，將像素點(diǎn)分成X和Y兩組位置數(shù)據(jù)， 將每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值定義為該點(diǎn)的電子束掃描停留時(shí)間，灰度值0為該點(diǎn)不停留，并將 XY位置數(shù)據(jù)和灰度值通過串口通訊從圖像處理裝置中下載保存到電子束加工設(shè)備的掃描 控制裝置的存儲(chǔ)器中；(5)通過掃描控制裝置分別將X和Y兩組位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電壓模擬信號(hào)，灰度值作為 輸出電壓信號(hào)的延遲時(shí)間，延時(shí)完成后，再讀取下一像素點(diǎn)參數(shù)，根據(jù)此點(diǎn)的參數(shù)改變輸出 電壓信號(hào)與延遲相應(yīng)時(shí)間，直到所有的像素點(diǎn)都被掃描完成。驅(qū)動(dòng)器將每次輸出的電壓信號(hào)放大處理后，輸出到偏轉(zhuǎn)線圈的X和Y通道；(6)將電子束加工設(shè)備工作電壓加到150kv，并將陰極燈絲加熱，調(diào)整聚焦電流為 表面聚焦?fàn)顟B(tài)；(7)打開掃描控制系統(tǒng)控制開關(guān)，然后打開設(shè)備束流開關(guān)，調(diào)整束流，并從CXD顯 示屏上觀察電子束表面加工過程；(8)掃描結(jié)束后關(guān)斷束流，關(guān)閉掃描控制系統(tǒng)和燈絲加熱；(9)真空室放氣后，將工件拿出。圖像處理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件優(yōu)選為BMP格式?；叶戎禐?的電子束掃描的停留時(shí)間優(yōu)選是1微秒。本發(fā)明采用圖像處理軟件靈活編輯或更改欲掃描的復(fù)雜或不規(guī)則圖像，根據(jù)需要 設(shè)定不同區(qū)域的灰度值，并通過控制軟件提取位圖文件象素點(diǎn)和灰度值的新型控制方法來 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜不規(guī)則圖像的電子束掃描。控制靈活、操作方便，而且可以根據(jù)圖像灰度值的大小 來控制不同區(qū)域的能量大小，這種方法實(shí)現(xiàn)效率很高，掃描的速度和精度可根據(jù)需要隨時(shí) 進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，避免了常規(guī)掃描控制方法中文字或圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)復(fù)雜的離散化處理。


圖1為本發(fā)明電子束表面加工所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意中1、陰極，2、聚束極，3、陽極，4、合軸線圈，5、輔聚焦線圈，6、主聚焦線圈，7、偏 轉(zhuǎn)線圈，8、偏轉(zhuǎn)束流，9、真空室，10、工件，11、工作臺(tái)，12、驅(qū)動(dòng)器，13、掃描控制裝置，14、圖 像處理裝置圖2、圖3為本發(fā)明電子束表面加工工件的圖像文件及加工圖案示意4為圖像處理裝置中提取位圖文件中像素點(diǎn)和灰度值的軟件流程5為掃描控制裝置讀取像素點(diǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的軟件流程圖
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述參見附圖1所示，該種基于圖像處理的電子束表面加工方法，其特征在于該方法 的步驟是(1)將電子束加工設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，在工作臺(tái)11上放置需要進(jìn)行加工的工件10 ；(2)關(guān)閉真空室9，開啟真空系統(tǒng)抽真空，使工件工作環(huán)境達(dá)到可工作狀態(tài)；(3)利用圖像處理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件，并為掃描軌跡中的每一 個(gè)像素點(diǎn)設(shè)定灰度值；采用圖像處理裝置14將工件10要進(jìn)行電子束表面加工的掃描圖案，利用圖像處 理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件，該圖像處理裝置14可以是一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)，圖像 處理軟件可以是windows系統(tǒng)自帶的畫圖軟件或者Photoshop專業(yè)軟件，并根據(jù)工件10表 面加工的要求，選取圖像中不同區(qū)域的像素點(diǎn)設(shè)定不同的灰度值，最后生成BMP格式的位 圖文件；(4)提取掃描軌跡圖像文件的像素點(diǎn)和灰度值，將像素點(diǎn)分成X和Y兩組位置數(shù) 據(jù)，將每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值定義為該點(diǎn)的電子束掃描停留時(shí)間，灰度值為0為該點(diǎn)不停留， 灰度值為1的電子束掃描的停留時(shí)間是1微秒，并將XY位置數(shù)據(jù)和灰度值通過串口通訊從
4圖像處理裝置中下載保存到電子束加工設(shè)備的掃描控制裝置的存儲(chǔ)器中；在圖像處理裝置14中利用軟件編程提取掃描軌跡圖像文件中的像素點(diǎn)和灰度 值，將像素點(diǎn)按照X和Y位置坐標(biāo)的格式分別進(jìn)行保存，將灰度值作為相應(yīng)點(diǎn)的停留時(shí)間， 并將XY位置數(shù)據(jù)和灰度值通過串口通訊從圖像處理裝置14中下載保存到電子束加工設(shè)備 的掃描控制裝置13的存儲(chǔ)器中；圖像處理裝置14中完成上述提取位圖文件中像素點(diǎn)和灰度值任務(wù)的軟件流程如 圖4所示；(5)通過掃描控制裝置分別將X和Y兩組位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電壓模擬信號(hào)，灰度值作為 輸出電壓信號(hào)的延遲時(shí)間，延時(shí)完成后，再讀取下一像素點(diǎn)參數(shù)，根據(jù)此點(diǎn)的參數(shù)改變輸出 電壓信號(hào)與延遲相應(yīng)時(shí)間，直到所有的像素點(diǎn)都被掃描完成。驅(qū)動(dòng)器將每次輸出的電壓信 號(hào)放大處理后，輸出到偏轉(zhuǎn)線圈的X和Y通道；通過掃描控制裝置13分別將X和Y兩組位置數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)成電壓模擬信 號(hào)，灰度值作為輸出電壓信號(hào)的延遲時(shí)間，延時(shí)完成后，再讀取下一像素點(diǎn)參數(shù)，根據(jù)此點(diǎn) 的參數(shù)改變輸出電壓信號(hào)與延遲相應(yīng)時(shí)間，直到所有的像素點(diǎn)都被掃描完成。驅(qū)動(dòng)器12將 每次輸出的電壓信號(hào)放大處理后，輸出到偏轉(zhuǎn)線圈7的X和Y通道；掃描控制裝置13中完成上述讀取像素點(diǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的軟件流程如圖5所 示；(6)打開高壓電源開關(guān)，將電子束加工設(shè)備工作電壓閉環(huán)加到150kv，并將陰極1 燈絲加熱，調(diào)整聚焦電流設(shè)定值為表面聚焦?fàn)顟B(tài)；(7)打開掃描控制裝置13和功率放大器12控制開關(guān)，打開設(shè)備束流開關(guān)，調(diào)整束 流到預(yù)定值，并從CCD顯示屏上觀察工件電子束表面加工過程；(8)掃描結(jié)束后關(guān)斷束流，關(guān)閉掃描控制裝置13和燈絲加熱開關(guān)，關(guān)閉高壓電源 開關(guān)。(9)真空室9放氣后，將加工完的工件取出。以下舉兩個(gè)具體實(shí)例實(shí)施例一.參附圖2所示，復(fù)雜文字的電子束掃描本實(shí)施例采用發(fā)明人之一的名字(王西昌)和單位名稱的縮寫(BAMTRI)來進(jìn)行 復(fù)雜文字的電子束掃描。實(shí)現(xiàn)過程為(1)在工作臺(tái)上放一 50x50mm大小的平板(厚度大于2mm)，將電子束設(shè)備準(zhǔn)備就緒。(2)利用圖像處理軟件編輯相應(yīng)的掃描軌跡(王西昌BAMTRI)，采用楷體書寫，也 可根據(jù)需要改變字體或效果。設(shè)置好灰度值，其中黑色字體部分的灰度值設(shè)為30，其它白色 區(qū)域的灰度值設(shè)為0，保存成BMP格式的位圖文件。(3)將編輯好的位圖文件讀入控制軟件中，如圖3所示。(4)將電子束設(shè)備工作電壓加到150kv，并將陰極燈絲加熱，調(diào)整聚焦電流為 340mA (表面聚焦?fàn)顟B(tài))。(5)先打開掃描控制裝置，然后打開束流開關(guān)，調(diào)整束流大小為2mA，從CXD顯示屏 上觀察掃描過程。
(6)掃描到30秒后，關(guān)斷束流，關(guān)閉掃描控制系統(tǒng)。(7)真空室放氣后，將試板拿出，掃描效果如圖4所示。文字的掃描效果很好。實(shí)施例二 .參見附圖3所示，復(fù)雜圖像的電子束掃描本例采用復(fù)雜的帶立體感的五角星圖像作為復(fù)雜圖象的電子束掃描實(shí)施例。其具 體的實(shí)現(xiàn)過程為(1)在工作臺(tái)上放一 50x50mm大小的平板(厚度大于5mm)，將電子束設(shè)備準(zhǔn)備就緒。(2)利用圖像處理軟件編輯相應(yīng)的掃描軌跡(五角星)。設(shè)置好灰度值，其中每條 五角星對(duì)稱線的灰度值設(shè)為100，五角星其它區(qū)域的灰度值設(shè)為50，其它白色區(qū)域的灰度 值設(shè)為0，保存成BMP格式的位圖文件。(3)將編輯好的位圖文件讀入控制軟件中，如圖5所示。(4)將電子束設(shè)備工作電壓加到150kv，并將陰極燈絲加熱，調(diào)整聚焦電流為 340mA (表面聚焦?fàn)顟B(tài))。(5)先打開掃描控制系統(tǒng)，然后打開束流開關(guān)，調(diào)整束流大小為3mA，從CCD顯示屏 上觀察掃描過程。(6)掃描到60秒后，關(guān)斷束流，關(guān)閉掃描控制系統(tǒng)。(7)真空室放氣后，將試板拿出。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)可以在普通電子束焊機(jī)上通過安裝一個(gè)偏轉(zhuǎn)線圈 和一套控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)諸如文字、圖形、圖像等復(fù)雜軌跡和能量的電子束掃描控 制，用于電子束表面熱處理、電子束表面改性、電子束繪圖、電子束雕刻、多熱源電子束加工 等多功能電子束加工，一機(jī)多用，功能強(qiáng)大，控制靈活，安裝方便，整套系統(tǒng)可以做成便攜式 裝置，也可以集成到電子束焊機(jī)上，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
權(quán)利要求
基于圖像處理的電子束表面加工方法，其特征在于該方法的步驟是(1)將電子束加工設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，在工作臺(tái)上放置需要進(jìn)行加工的工件；(2)關(guān)閉真空室門，開啟真空系統(tǒng)抽真空，使工件工作環(huán)境達(dá)到可工作狀態(tài)；(3)利用圖像處理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件，并為掃描軌跡中的每一個(gè)像素點(diǎn)設(shè)定灰度值；(4)提取掃描軌跡圖像文件的像素點(diǎn)的參數(shù)，將像素點(diǎn)分成X和Y兩組位置數(shù)據(jù)，將每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值定義為該點(diǎn)的電子束掃描停留時(shí)間，灰度值0為該點(diǎn)不停留，并將XY位置數(shù)據(jù)和灰度值通過串口通訊從圖像處理裝置中下載保存到電子束加工設(shè)備的掃描控制裝置的存儲(chǔ)器中；(5)通過掃描控制裝置分別將X和Y兩組位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成電壓模擬信號(hào)，灰度值作為輸出電壓信號(hào)的延遲時(shí)間，延時(shí)完成后，再讀取下一像素點(diǎn)參數(shù)，根據(jù)此點(diǎn)的參數(shù)改變輸出電壓信號(hào)與延遲相應(yīng)時(shí)間，直到所有的像素點(diǎn)都被掃描完成。驅(qū)動(dòng)器將每次輸出的電壓信號(hào)放大處理后，輸出到偏轉(zhuǎn)線圈的X和Y通道；(6)將電子束加工設(shè)備工作電壓加到150kv，并將陰極燈絲加熱，調(diào)整聚焦電流為表面聚焦?fàn)顟B(tài)；(7)打開掃描控制系統(tǒng)控制開關(guān)，然后打開設(shè)備束流開關(guān)，調(diào)整束流，并從CCD顯示屏上觀察電子束表面加工過程；(8)掃描結(jié)束后關(guān)斷束流，關(guān)閉掃描控制系統(tǒng)和燈絲加熱；(9)真空室放氣后，將工件拿出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的電子束表面加工方法，其特征在于圖像處 理軟件生成電子束掃描軌跡的位圖文件為BMP格式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的電子束表面加工方法，其特征在于灰度值 為1的電子束掃描的停留時(shí)間是1微秒。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于圖像處理的電子束表面加工方法，該方法采用圖像處理軟件靈活編輯或更改欲掃描的復(fù)雜或不規(guī)則圖像，根據(jù)需要設(shè)定不同區(qū)域的灰度值，并通過控制軟件提取位圖文件象素點(diǎn)和灰度值的新型控制方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜不規(guī)則圖像的電子束掃描?？刂旗`活、操作方便，而且可以根據(jù)圖像灰度值的大小來控制不同區(qū)域的能量大小，這種方法實(shí)現(xiàn)效率很高，掃描的速度和精度可根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，避免了常規(guī)掃描控制方法中文字或圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)復(fù)雜的離散化處理。
文檔編號(hào)B23K15/06GK101947688SQ20101025451
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者余偉, 左從進(jìn), 鞏水利, 毛智勇, 王西昌 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所