基于DSP的電子束偏轉(zhuǎn)掃描控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、電子束是一種高能量密度的粒子束,可以用于實(shí)現(xiàn)各種高要求的現(xiàn)代化加工。電子束轟擊爐由于其加工過(guò)程具有無(wú)污染、低能耗、高質(zhì)量、高精度等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于金屬及合金的熔煉和提純。要獲得良好的熔煉提純效果,必須有效控制電子束熔煉的工藝參數(shù)。高精度電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描控制系統(tǒng)是電子束轟擊爐的關(guān)鍵部件之一,因此有必要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入地研究以提高設(shè)備的性能。本論文以功率為60kW、加速電壓為30kV的電子束轟擊爐為研究平臺(tái),在此基礎(chǔ)上對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)進(jìn)

2、行深入的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　第一,闡述了電子槍中電子束的產(chǎn)生、加速、磁聚焦和偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)的工作原理,并對(duì)短磁透鏡的焦距進(jìn)行計(jì)算和分析。
　　第二,基于磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型及磁場(chǎng)分布原理,分析了純磁場(chǎng)和有空間電荷作用下的電子受力情況,建立了電子束在磁場(chǎng)中飛行軌跡的數(shù)學(xué)模型,并運(yùn)用matlab編程模擬了電子束的理想飛行軌跡。研究分析表明空間電荷對(duì)電子束在磁場(chǎng)中的軌跡影響很大,研究中不能忽視。
　　第三,分析了強(qiáng)流電子束在

3、通過(guò)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中產(chǎn)生畸變、像散和場(chǎng)曲、慧差等像差的原因,并提出自動(dòng)調(diào)焦校正像差的方法。通過(guò)在主聚焦透鏡上疊加一個(gè)與偏轉(zhuǎn)線圈電流同步的電壓,可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償焦距,消除場(chǎng)曲,達(dá)到自動(dòng)調(diào)焦的目的。
　　第四,基于電子束掃描軌跡產(chǎn)生的原理,提出了電子束掃描軌跡、掃描頻率、能量密度的控制策略及自動(dòng)調(diào)焦的控制方法。采用ArbExpress軟件來(lái)繪制任意掃描圖形,并將圖形離散化后存儲(chǔ)起來(lái),以供DSP作為圖形數(shù)據(jù)庫(kù)使用。
　　第五,根

4、據(jù)電子束加工工藝要求,搭建了基于DSP的電子束偏轉(zhuǎn)掃描控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅提高了電子束偏轉(zhuǎn)掃描的性能和精度,而且擴(kuò)展了掃描圖形的種類。設(shè)計(jì)制作了偏轉(zhuǎn)掃描功率放大電路和聚焦控制電路。
　　第六,編寫基于LabVIEW的人機(jī)界面,使整個(gè)系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展性。編寫DSP軟件控制程序,實(shí)現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)掃描控制系統(tǒng)與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通信,并能控制電子束進(jìn)行高速精確的偏轉(zhuǎn)掃描,使電磁偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)具有點(diǎn)掃描、線掃描、面掃描等復(fù)雜圖形的掃描以及自動(dòng)調(diào)焦等功