DE1225775B

DE1225775B - Method and device for processing a workpiece by means of a charge carrier beam

Info

Publication number: DE1225775B
Application number: DEZ10000A
Authority: DE
Inventors: Helmut Spruck
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1963-03-23
Filing date: 1963-03-23
Publication date: 1966-09-29
Also published as: US3283120A; GB1044056A; BE645421A; NO119619B; CH419370A; NL6403042A; FR1388356A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H05hH05h

Deutsche KL: 21g-21/01 German KL: 21g-21/01

Nummer: 1225 775Number: 1225 775

Aktenzeichen: Z10000 VIII c/21 gFile number: Z10000 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 23. März 1963Filing date: March 23, 1963

Auslegetag: 29. September 1966Opening day: September 29, 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines durch eine elektromagnetische Linse auf das Werkstück fokussierten Ladungsträgerstrahles, bei dem der durch die Fokussierungslinse fließende Strom automatisch in Abhängigkeit von den Werten der Beschleunigungsspannung und des Strahlstromes auf den für die Fokussierung des Ladungsträgerstrahles notwendigen Wert eingestellt wird.The invention relates to a method and a device for machining a workpiece by means of a charge carrier beam focused on the workpiece through an electromagnetic lens, in which the current flowing through the focusing lens is automatically dependent on the values of the acceleration voltage and the beam current to the values required for focusing the Charge carrier beam necessary value is set.

Bei den bekannten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahles dienenden Geräten wird der Ladungsträgerstrahl mittels einer elektromagnetischen Linse auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert. Zu diesem Zweck wird der durch die Fokussierungslinse fließende Strom von Hand eingestellt, während der Bereich des Werkstückes, der von dem Elektronenstrahl getroffen wird, über eine Beobachtungsvorrichtung betrachtet wird. Der Linsenstrom durch die Fokussierungsspule wird dabei normalerweise so eingestellt, daß der Auftreffpunkt des Ladungsträgerstrahles auf der Oberfläche des Werkstückes seinen engsten Querschnitt erreicht.In the known devices used for material processing by means of a charge carrier beam, the Charge carrier beam by means of an electromagnetic lens onto the workpiece to be machined focused. For this purpose, the current flowing through the focusing lens is adjusted by hand, while the area of the workpiece that is hit by the electron beam over a Observation device is considered. The lens current through the focusing coil is thereby normally adjusted so that the point of impact of the charge carrier beam on the surface of the Workpiece reaches its narrowest cross-section.

Eine solche Einstellung der Fokussierung ist ziemlich umständlich und zeitraubend und ist darüber hinaus mit subjektiven Fehlern belastet.Adjusting the focus in this way is quite cumbersome and time consuming and is about it also burdened with subjective errors.

Wird während der Materialbearbeitung, bedingt durch eine Änderung der Werkstückdicke oder der Beschaffenheit des Werkstückes, die zu Beginn der Bearbeitung eingestellte Beschleunigungsspannung oder der Strahlstrom verändert, so verändert sich die Fokussierung, und es ist deshalb notwendig, unter dauernder Beobachtung der Auftreffstelle des Ladungsträgerstrahles von Hand den Linsenstrom durch die Fokussierungslinse nachzustellen. Diese Notwendigkeit der Nachstellung der Fokussierung tritt auch dann auf, wenn die Oberfläche des bearbeiteten Werkstückes reliefartig ausgebildet ist. In diesem Fall ändert sich also der Arbeitsabstand, d. h. der Abstand zwischen der Unterkante der Fokussierungslinse und der Oberfläche des Werkstückes. Eine solche Änderung des Arbeitsabstandes bedingt eine Nachstellung der Fokussierung.Is used during material processing, due to a change in the workpiece thickness or the Condition of the workpiece, the acceleration voltage set at the beginning of machining or the beam current changes, so the focus changes, and it is therefore necessary under continuous observation of the point of impact of the charge carrier beam by hand over the lens stream readjusted through the focusing lens. This need to readjust the focus also occurs when the surface of the machined workpiece is relief-like. In In this case, the working distance changes, i.e. H. the distance between the bottom edge of the Focusing lens and the surface of the workpiece. Such a change in the working distance requires an adjustment of the focus.

Wie ohne weiteres einzusehen ist, ist eine solche dauernde Beobachtung des Werkstückes, welche mit einer ständigen Kontrolle der Fokussierung verbunden ist, für den das Gerät Bedienenden ziemlich anstrengend und ermüdend.As can be seen without further ado, such a permanent observation of the workpiece is what with a constant control of the focus is connected, for the operator of the device pretty much exhausting and tiring.

Es ist schon vorgeschlagen worden, die Fokussierung des Ladungsträgerstrahles automatisch vorzunehmen. Dabei wird die Brechkraft der Fokussierungslinse periodisch verändert und es wird die Verfahren und Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines LadungsträgerstrahlesIt has already been proposed to focus the charge carrier beam automatically. The refractive power of the focusing lens is changed periodically and it becomes the Method and device for processing a workpiece by means of a charge carrier beam

Anmelder'Applicant '

United Aircraft Corporation,United Aircraft Corporation,

East Hartford, Conn. (V. St. A.)East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann und Dr. K. Fincke,Dipl.-Ing. H. Weickmann and Dr. K. Fincke,

Patentanwälte, München 27, Möhlstr. 22Patent Attorneys, Munich 27, Möhlstr. 22nd

Als Erfinder benannt:
Helmut Spruck, EssingenNamed as inventor:
Helmut Spruck, Essingen

Menge der vom Werkstück ausgehenden Ladungsträger gemessen. Sobald diese Menge einen Extremwert erreicht, wird der in diesem Moment durch die Fokussierungslinse fließende Strom in seiner Stärke festgehalten. Dieses Verfahren kann nicht während der gesamten Bearbeitung kontinuierlich durchgeführt werden, sondern es wird in periodischen Abständen während der Bearbeitung wiederholt. Außerdem kann bei diesem Verfahren nur eine relativ geringe Änderung der Fokussierung erfaßt werden.Amount of charge carriers emanating from the workpiece measured. Once this amount reaches an extreme is reached, the current flowing through the focusing lens at that moment becomes in its strength held. This process cannot be carried out continuously during the entire machining process but it is repeated at periodic intervals during processing. In addition, with this method, only a relatively small change in focus can be detected will.

Ferner ist eine Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles bekannt. Diese Einrichtung gestattet es, unter anderem beispielsweise Löcher von bestimmter Querschnittsform in einen Gegenstand einzubohren. Die Form der Löcher kann dabei über die Tiefe des gewünschten Bohrloches vorgeschrieben werden. Es können also nicht nur zylindrische, sondern auch nach innen oder nach außen konisch zulaufende Löcher gebohrt werden. Hierzu sind die Strahlablenkungs- und/oder Strahlformungsmittel so ausgebildet, daß über die Tiefe des gewünschten Schnittes eine vorgeschriebene, von der zylindrischen abweichende Form erzielt wird. Der Ladungsträgerstrahl kann also über seine Längsausdehnung eine vorbestimmte, definierte Querschnittsform erhalten.Furthermore, there is a device for machining a workpiece with the aid of a charge carrier beam known. This device allows, among other things, for example, holes of certain To drill a cross-sectional shape into an object. The shape of the holes can vary in depth of the desired borehole. So it can not only be cylindrical, but also tapered holes can be drilled inwards or outwards. For this purpose, the beam deflection and / or beam shaping means designed so that over the depth of the desired Cut a prescribed shape deviating from the cylindrical shape is achieved. The charge carrier beam can thus obtain a predetermined, defined cross-sectional shape over its longitudinal extent.

Auch wurde bereits ein Elektronenstrahlschweißgerät beschrieben, in welchem zwischen dem Elek-An electron beam welding device has also already been described in which between the elec-

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tronenstrahlerzeugungssystem und der Bearbeitungs- Fokussierung des Ladungsträgerstrahles bewirkt, kammer eine Metallplatte vorgesehen ist, welche Wird nun nach Abschalten des Strahles das WoIfbeide Räume voneinander abtrennt. In dieser Platte ramblech durch das Werkstück ersetzt, so ist bei oder Blende ist eine sehr kleine Öffnung angebracht, Beginn des Bearbeitungsvorganges der Ladungsweiche den Durchtritt des Elektronenstrahles erlaubt, 5 trägerstrahl richtig auf die Werkstückoberfläche fojedoch als Diffusionssperre für die im Bearbeitungs- kussiert.electron beam generation system and the machining focusing of the charge carrier beam, chamber a metal plate is provided, which will now after switching off the beam the WoIf both Separates rooms from each other. In this plate ramblech replaced by the workpiece, so is at or aperture, a very small opening is attached, starting the process of processing the load switch The electron beam is allowed to pass through, but the carrier beam is correctly fojedoch on the workpiece surface as a diffusion barrier for those kissed in processing.

raum erzeugten Gase dient. In diesem Gerät sind Unter Umständen ist es auch möglich, vor Beginn zwei elektromagnetische Fokussierungslinsen vor- der Bearbeitung mit HiKe einer normalen Glühlampe gesehen. Die erste Linse fokussiert den Elektronen- einen Lichtfleck auf der Werkstückoberfläche 2x1 erstrahl so, daß sein Brennfleck in der Öffnung der 10 zeugen und diesen Lichtfleck mit dem optischen Blende liegt. Der von dieser Öffnung ausgehende Entfernungsmesser anzumessen. Auf diese Art wird Strahl wird mittels der zweiten Linse auf das Werk- erreicht, daß schon im Zeitpunkt des Einschaltens stück fokussiert. des Gerätes der genau richtige Arbeitsabstand ein-space generated gases is used. In this device it may also be possible before the start two electromagnetic focusing lenses before machining with HiKe of a normal incandescent lamp seen. The first lens focuses the electron - a light spot shines on the workpiece surface 2x1 so that its focal point testify in the opening of 10 and this light spot with the optical Aperture lies. Measure the rangefinder from this opening. In this way will Beam is reached by means of the second lens on the work - that already at the time of switching on piece focused. the device to the exactly correct working distance

Eine solche Anordnung bedingt nun eine gute gestellt ist.Such an arrangement now requires a good one.

Fokussierung des Elektronenstrahles auf die Blen- 15 Die Einrichtung nach der Erfindung besteht vor-Focusing the electron beam on the aperture 15 The device according to the invention consists of

denöffnung. Hier wird der in der Platte durch eine teilhafterweise aus einem bekannten Gerät zuropening. Here is the in the plate by a part from a known device for

leichte Defokussierung des Strahles erzeugte Strom Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahles,slight defocusing of the beam generated electricity material processing by means of charge carrier beam,

zur Einstellung der Linsenströme benutzt. welches eine zur Fokussierung des Ladungsträger-used to adjust the lens currents. which one to focus the charge carrier

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Strahles dienende elektromagnetische Linse enthält. Verfahren und eine Einrichtung zur Bearbeitung 20 Es kann hier ein zur Stromversorgung der Fokussieeines Werkstückes mittels eines, durch eine elektto- rungslinse dienendes Linsenstromgerät vorgesehen magnetische Linse auf das Werkstück fokussierten sein, dessen zur Bestimmung der Stärke des er-Ladungsträgerstrahles, bei dem die richtige Fo- zeugten Stromes dienende Mittel mit Mitteln zum kussierung des Ladungsträgerstrahles unabhängig Einstellen der Beschleunigungsspannung und des vom Wechsel der Einstellungen ständig erhalten 25 Strahlstromes verbunden sind, und ferner kann ein bleibt. optischer Entfernungsmesser zur Messung des Ar-The object of the present invention is to include a beam-serving electromagnetic lens. Method and a device for processing 20 A device for supplying power to the foci can be used here Workpiece provided by means of a lens current device serving through an electrification lens magnetic lens to be focused on the workpiece, which is used to determine the strength of the er-charge carrier beam, in which the correct photographic current serving means with means for kissing the charge carrier beam independently setting the acceleration voltage and the from changing the settings constantly received 25 beam current are connected, and furthermore a remain. optical rangefinder for measuring the

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beitsabstandes vorgesehen sein, wobei dieser Entwährend der Bearbeitung der Arbeitsabstand laufend fernungsmesser ebenfalls mit dem Linsenstromgerät automatisch gemessen wird und durch den ge- in Verbindung steht.According to the invention, this is achieved in that at least one spacing is provided, with this d the processing of the working distance rangefinder also with the lens current device is measured automatically and is connected through the ge.

messenen Werten entsprechende Signale automatisch 30 In vielen Fällen ist es erforderlich, den Fokussie-signals corresponding to measured values automatically 30 In many cases it is necessary to adjust the focus

der Strom durch die Fokussierungslinse eingestellt rungspunkt des Ladungsträgerstrahles so einzustellen,the current through the focusing lens is set to set the point of the charge carrier beam so that

wird. Hierdurch wird erreicht, daß der durch die daß er nicht genau auf der Werkstückoberflächewill. This ensures that the by that it is not exactly on the workpiece surface

Fokussierungslinse fließende Strom kontinuierlich in liegt, sondern daß er eine bestimmte Strecke ober-Focusing lens is continuously flowing in the current, but that it is a certain distance above-

Abhängigkeit von den die Einstellung beeinflussen- oder unterhalb dieser Oberfläche Hegt. In diesemDependent on who influence the setting - or lies below this surface. In this

den Parametern, d. h. der Beschleunigungsspannung, ₃₅ Fall kann mit dem Linsenstromgerät ein zur Ein-the parameters, i.e. the acceleration voltage, ₃₅ case, the lens current device can be used to

des Strahlstromes und des Arbeitsabstandes, ge- stellung der axialen Lage des Fokussierungspunktesthe beam current and the working distance, setting the axial position of the focussing point

ändert wird. dienendes Regelglied verbunden sein. Mit Hilfewill change. serving control element be connected. With help

Die Messung des Arbeitsabstandes kann auf dieses Regelgliedes kann die axiale Lage des Fo-The measurement of the working distance can be carried out on this control element, the axial position of the fo

optischem Wege erfolgen. kussierungspunktes in gewünschter Weise verschobentake place optically. kussierungspunktes moved in the desired manner

Hierzu wird vorzugsweise ein optisches System — 40 werden, ohne daß dadurch die übrige automatischeFor this purpose, an optical system is preferably used, without the rest of the automatic system

allgemein: ein stelbsttätig arbeitender Entfernungs- Einstellung des Fokussierungspunktes in irgendeinerin general: an automatically operating distance adjustment of the focus point in any one way

messer — benutzt, welches auf die durch die Ver- Weise beeinflußt wird.knife - used, which is influenced in the way by the ver.

änderung dieser Parameter entstehenden Abweichun- Der optische Entfernungsmesser ist vorteilhaft so gen von einer gewünschten Einstellung anspricht und ausgebildet, daß er den vom Ladungsträgerstrahl auf den Strom durch die Fokussierungslinse entsprechend 45 dem Werkstück erzeugten hellen Fleck anmißt und ändert. Die vorliegende Vorrichtung gestattet unter in der gemeinsamen Ebene zweier aneinander ananderem eine feste Ausgangseinstellung des Linsen- grenzender Photozellen zwei Bilder dieses Fleckes stromes bzw. des Fokussierungspunktes in Ab- erzeugt, die bei Erreichen des Abgleiche zusammenhangigkeit dieser Parameter. fallen. Diese Photozellen können mit einer Nachlauf-The optical rangefinder is advantageous in this way gene of a desired setting responds and designed that it is the charge carrier beam on measures the light spot generated by the focusing lens in accordance with 45 the workpiece and changes. The present device allows two to one another in the common plane a fixed initial setting of the photocell bordering the lens two images of this spot current or the focussing point in Ab- generated, the interrelationship when the alignment is reached this parameter. fall. These photocells can be operated with a follow-up

Die optische Messung des Arbeitsabstandes setzt 50 einrichtung verbunden sein, welche den Entfernungssomit voraus, daß der Ladungsträgerstrahl ein- messer stets in die Abgleichlage bringt und gleichgeschaltet ist und daß demzufolge seine Auftreffstelle zeitig den Stromregler für die Fokussierungslinse gegenüber der dunklen Umgebung hell aufleuchtet. steuert.The optical measurement of the working distance requires 50 devices to be connected, which the distance thus presupposes that the charge carrier beam always brings the meter into the adjustment position and synchronized is and that consequently its point of impact timely the current regulator for the focusing lens lights up brightly against the dark surroundings. controls.

Die Einstellung des Arbeitsabstandes vor Beginn der Die Erfindung wird im folgenden an Hand derThe setting of the working distance before the start of the invention will be described below with reference to the

Bearbeitung kann dadurch erfolgen, daß man nur 55 ein Ausführungsbeispiel darstellenden Fig. 1 bis 3Machining can be carried out by only looking at FIGS. 1 to 3, which show an exemplary embodiment

auf den ungefähren Wert einstellt, welcher sich aus näher erläutert. Dabei zeigtsets to the approximate value, which is explained in more detail. It shows

dem bekannten Abstand zwischen Werkstückträger Fig. 1 eine Bearbeitungseinrichtung in schema-the known distance between workpiece carrier Fig. 1 a machining device in schematic

und Linsenunterkante und der Werkstückdicke er- tischer Darstellung,and lower edge of the lens and the workpiece thickness as shown,

gibt. Nach Einschalten des Gerätes wird dann auto- F i g. 2 die Ausgestaltung des in F i g. 1 entmatisch der richtige Wert des Arbeitsabstandes ge- 60 haltenen Linsenstromgerätes in schematischer Darmessen, und das Linsenstromgerät wird automatisch stellung,gives. After switching on the device, auto- F i g. 2 the design of the in F i g. 1 entmatic the correct value of the working distance maintained lens current device in schematic bowel food, and the lens current device is automatically set,

so beeinflußt, daß die Fokussierung richtig eingestellt F i g. 3 eine andere Ausführungsform des optischeninfluenced so that the focus is properly adjusted F i g. 3 another embodiment of the optical

wird. Entfernungsmessers.will. Rangefinder.

Es ist auch möglich, in Höhe der Werkstück- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät zurIt is also possible, at the level of the workpiece- In the device shown in Fig. 1 for

oberfläche ein Wolframblech anzuordnen, den Strahl 65 Materialbearbeitung mittels eines Elektronenstrahlessurface to arrange a tungsten sheet, the beam 65 material processing by means of an electron beam

einzuschalten und den entstehenden hellen Fleck auf ist mit 1 die Kathode, mit 2 der Steuerzylinder undto switch on and the resulting bright spot is with 1 the cathode, with 2 the control cylinder and

dem Blech anzumessen. Dadurch wird automatisch mit 3 die geerdete Anode des Strahlerzeugungs-to be measured on the sheet. As a result, the grounded anode of the beam generating unit is automatically

die für den gemessenen Arbeitsabstand richtige systems bezeichnet. Im Gerät 4 wird eine Hoch-the correct system for the measured working distance. In device 4, a high-

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Spannung von beispielsweise 100 kV erzeugt und fließenden Strom. Mit dem Linsenstromgerät 33 ist mittels eines Hochspannungskabels dem Gerät 5 zu- ein weiterer Regler 34 verbunden, welcher zur Eingeführt. Dieses Gerät dient zur Erzeugung der regel- stellung der axialen Lage des Fokussierungspunktes baren Heizspannung und der regelbaren Steuer- des Elektronenstrahles 10 dient,
zylindervorspannung. Diese Spannungen werden 5 Das Linsenstromgerät 33 ist in seinem schemaüber ein Hochspannungskabel dem Strahlerzeugungs- tischen Aufbau in Fig. 2 dargestellt. Es besteht im system 1, 2, 3 zugeführt. wesentlichen aus den Potentiometern 35,36 und 37Voltage of for example 100 kV is generated and current flows. A further controller 34 is connected to the lens current device 33 by means of a high-voltage cable to the device 5, which is then introduced. This device is used to generate the regulation of the axial position of the focussing point and the adjustable control of the electron beam 10,
cylinder preload. These voltages are 5 The lens current device 33 is shown in its schematic over a high voltage cable and the beam generating table structure in FIG. It consists of system 1, 2, 3 supplied. essentially from the potentiometers 35,36 and 37

Mit dem Gerät 4 ist ein Regler 6 verbunden, sowie der Batterie oder dem Netzgerät 38. Zur Einweicher zur Einstellung der Größe der Hochspan- stellung des Linsenstromes werden die Abgriffe 39, nung dient. Ein weiterer Regler 7 ist mit dem Gerät 5 10 40 und 41 bewegt. Weiterhin ist es möglich, das verbunden und dient zur Einstellung der Steuer- Potentiometer 37 gegenüber dem Abgriff 41 zu verzylindervorspannung und damit zur Einstellung des drehen, und zwar mittels des Reglerknopfes 34 über Strahlstromes. das Getriebe 42.A controller 6 is connected to the device 4, as is the battery or the power supply unit 38. To the soaker the taps 39, tion serves. Another controller 7 is moved with the device 5 10 40 and 41. It is also possible to use the connected and is used to adjust the control potentiometer 37 with respect to the tap 41 to cylinder bias and thus to adjust the turn, namely by means of the control knob 34 over Beam current. the transmission 42.

In Strahlrichtung gesehen unterhalb der Anode 3 Die Wirkungsweise der hier dargestellten Einist ein Ablenksystem 8 angeordnet, welches zur !5 richtung ist folgende. Vor Beginn der Bearbeitung Justierung des Elektronenstrahles 10 dient. Der wird, ausgehend von den Eigenschaften des Werk-Generator 9 dient zur Stromversorgung des Ablenk- Stückes 16, mittels des Reglers 6 die Beschleunigungssystems 8. spannung und mittels des Reglers 7 der Strahlstrom Seen in the direction of the beam below the anode 3 The mode of operation of the Einist shown here a deflection system 8 is arranged, which is to! 5 direction is the following. Before starting editing Adjustment of the electron beam 10 is used. The will, based on the characteristics of the work generator 9 is used to power the deflection piece 16, by means of the regulator 6 the acceleration system 8. Voltage and by means of the regulator 7 the beam current

Unterhalb des Ablenksystems 8 ist eine Blende 11 eingestellt. Durch den Regler 6 wird der Abgriff 39 angeordnet, welche mittels der Knöpfe 12 und 13 in 20 und durch den Regler 7 der Abgriff 40 im Linsender Papierebene und senkrecht zur Papierebene stromgerät 33 verschoben. Mit Hilfe des Reglers 32 bewegt werden kann. Nach erfolgter Justierung des wird dann der Arbeitsabstand eingestellt, wobei der Elektronenstrahles 10 tritt dieser durch die Blende Abgriff 41 verschoben wird. Die Regler 6,7,32 und 11 und wird mittels der elektromagnetischen Linse 34 arbeiten mit hier nicht dargestellten Skalen zu-14 auf das im Bearbeitungsraum 15 angeordnete 25 sammen. Nach Einstellen der Regler 6,7 und 32 ist Werkstück 16 fokussiert. ein solcher Widerstandswert der Potentiometer 35,A diaphragm 11 is set below the deflection system 8. The tap 39 arranged, which by means of buttons 12 and 13 in 20 and through the controller 7 of the tap 40 in the lens transmitter Paper plane and current device 33 shifted perpendicular to the paper plane. With the help of the controller 32 can be moved. After the adjustment has been made, the working distance is then set, whereby the Electron beam 10 occurs this is shifted through the aperture tap 41. The regulators 6,7,32 and 11 and will work by means of the electromagnetic lens 34 with scales not shown here on the 25 arranged in the processing room 15. After setting the controls 6,7 and 32 is Workpiece 16 focused. such a resistance value of the potentiometer 35,

Ein unterhalb der Fokussierungslinse 14 angeord- 36 und 37 eingestellt, daß das Linsenstromgerät 33A below the focusing lens 14 arranged 36 and 37 that the lens current device 33

netes elektromagnetisches Ablenksystem 17, zu einen Strom durch die Fokussierungslinse 14 schickt,nes electromagnetic deflection system 17, to send a current through the focusing lens 14,

dessen Stromversorgung der Generator 18 vorgesehen welcher eine Fokussierung des Elektronenstrahles 10the power supply of which is provided by the generator 18, which focusses the electron beam 10

ist, dient zur Ablenkung des Elektronenstrahles 10 30 auf die Oberfläche des Werkstückes 16 bewirkt,is used to deflect the electron beam 10 causes 30 onto the surface of the workpiece 16,

relativ zum Werkstück 16. Ändert sich nun nach erfolgter Einschaltung desrelative to workpiece 16. Now changes after the

Das Werkstück 16 ist im Bearbeitungsraum 15 auf Elektronenstrahles 10 der Arbeitsabstand, so erzeugt einem Kreuztisch 19 gelagert, welcher mittels der die optische Einrichtung 22, 26, 29 in der Ebene der Handräder 20 und 21 in der Papierebene und senk- Photozellen 27, 28 kein zusammenfallendes Doppelrecht zur Papierebene verschoben werden kann. An 35 bild des leuchtenden Fleckes auf dem Werkstück 16. Stelle der Handräder 20 und 21 können auch Die beiden Bilder wandern von der Mitte ausgehend Elektromotoren vorgesehen sein, welche die Be- um entgegengesetzt gleiche Beträge aus. Durch das wegung des Werkstückes 16 bewerkstelligen. Filter 30 wird dabei erreicht, daß eine der Photo-The workpiece 16 is the working distance generated in this way in the machining space 15 on the electron beam 10 a cross table 19 mounted, which by means of the optical device 22, 26, 29 in the plane of the Handwheels 20 and 21 in the plane of the paper and vertical photocells 27, 28 no coincident double right can be moved to the plane of the paper. At 35 the image of the luminous spot on the workpiece 16. The two images move starting from the center Electric motors may be provided, which offset the amounts from oppositely equal amounts. By the accomplish movement of the workpiece 16. Filter 30 is achieved that one of the photo

Oberhalb der elektromagnetischen Linse 14 ist zellen 27,28 weniger Licht erhält als die andere eine, in Richtung ihrer optischen Achse verschiebbar 40 Zelle. Dadurch spricht die Brückenschaltung 31 an, angeordnete optische Linse 22 vorgesehen. Diese und der Elektromotor 24 erhält Strom. Dieser verLinse ist mit einer Durchbohrung versehen, in schiebt nun über das Getriebe 25 die Linse 22 so welcher ein Rohr 23 angeordnet ist. Der Elektronen- lange in axialer Richtung, bis in der Ebene der strahl 10 fällt durch dieses Rohr 23. Zur Ver- Photozellen 27,28 wieder ein zusammenfallendes Schiebung der Linse 22 in axialer Richtung dient ein 45 Doppelbild erzeugt wird. Diese Verschiebung der Elektromotor 24 und ein Getriebe 25. Oberhalb der Linse 22 wird zugleich über den Regler 32 in das Linse 22 ist ein Spiegel 26 vorgesehen, welcher zum Linsenstromgerät 33 eingegeben. Dadurch wird der Durchtritt des Elektronenstrahles 10 durchbohrt ist. Abgriff 41 auf dem Potentiometer 37 verschoben, Der Elektronenstrahl 10 erzeugt auf der Oberfläche und durch die Fokussierungslinse 14 fließt ein Strom des Werkstückes 16 einen helleuchtenden Fleck. Das 50 veränderter Stärke, welcher nunmehr den Elektrovon diesem Fleck ausgehende Licht tritt durch die nenstrahl 10 trotz des veränderten Arbeitsabstandes Linse 22 und wird über den Spiegel 26 auf die wieder auf die Oberfläche des Werkstückes 16 beiden Photozellen 27 und 28 geworfen. Zwischen fokussiert.Above the electromagnetic lens 14, cells 27, 28 receive less light than the other one, 40 cells which can be displaced in the direction of their optical axis. As a result, the bridge circuit 31 responds, arranged optical lens 22 provided. This and the electric motor 24 receives electricity. This verLinse is provided with a through-hole, in which the lens 22 now pushes over the gear 25 so that a tube 23 is arranged. The length of electrons in the axial direction until in the plane of the beam 10 falls through this tube 23. For the photocells 27, 28 again a coincident displacement of the lens 22 in the axial direction is used to generate a 45 double image. This displacement of the electric motor 24 and a gear 25. Above the lens 22, a mirror 26 is provided at the same time via the controller 32 in the lens 22, which is input to the lens current device 33. As a result, the passage of the electron beam 10 is pierced. Tap 41 on the potentiometer 37 is shifted, the electron beam 10 generates on the surface and a current of the workpiece 16 flows through the focusing lens 14, a brightly shining spot. The 50 changed strength, which now emits the electric light from this spot, passes through the nenstrahl 10 despite the changed working distance lens 22 and is thrown via the mirror 26 onto the two photocells 27 and 28 again on the surface of the workpiece 16. Between focused.

dem Spiegel 26 und den Photozellen 27, 28 ist eine Soll der Fokussierungspunkt des Elektronenweitere Linse 29 angeordnet, welche in der Abgleich- 55 Strahles 10 ober- oder unterhalb der Oberfläche des stellung ein zusammenfallendes Doppelbild des Werkstückes 16 liegen, so wird diese Verschiebung leuchtenden Fleckes auf dem Werkstück 16 in der mit HiMe des Reglers 34 in das Linsenstromgerät 33 Ebene der Photozellen 27,28 erzeugt. In einem Teil- eingegeben. Mit Hilfe des Reglers 34 wird über das strahlengang des von dem Spiegel 26 reflektierten Getriebe 42 das Potentiometer 37 als Ganzes gegen-Lichtes ist ein Filter 30 angeordnet. 60 über dem Abgriff 41 verdreht. Es wird also derthe mirror 26 and the photocells 27, 28 is a target of the focussing point of the electron further lens 29 is arranged, which in the alignment 55 beam 10 above or below the surface of the position are a coincident double image of the workpiece 16, this shift is luminous spot on the workpiece 16 in the with HiMe of the controller 34 in the lens current device 33 Level of the photocells 27,28 generated. Entered in a part. With the help of the controller 34, the Beam path of the gear 42 reflected by the mirror 26, the potentiometer 37 as a whole against the light a filter 30 is arranged. 60 twisted over the tap 41. So it will be the

Den Photozellen 27, 28 ist eine Brückenschaltung durch die Fokussierungslinse 14 fließende StromCurrent flowing through the focusing lens 14 is a bridge circuit to the photocells 27, 28

31 nachgeordnet, welche mit dem Elektromotor 24 etwas verändert, wobei diese Veränderung eine Ver-31 downstream, which changes something with the electric motor 24, this change being a

in Verbindung steht. Der Elektromotor 24 dient ein- Schiebung der axialen Lage des Fokussierungs-communicates. The electric motor 24 is used to shift the axial position of the focusing

mal zur Axialverschiebung der Linse 22 und zum punktes bewirkt,times to the axial displacement of the lens 22 and to the point causes

anderen zur Betätigung des Reglers 32. 65 Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs-others to operate the controller 32. 65 In the embodiment shown in FIG.

Der Regler 32 sowie die beiden Regler 6 und 7 beispiel ist im Bearbeitungsraum 15 unterhalb der sind mit dem Linsenstromgerät 33 verbunden. Dieses Fokussierungslinse 14 ein optischer Entfernungs-Gerät liefert den durch die Fokussierungslinse 14 messer angeordnet, welcher aus den beiden SpiegelnThe controller 32 and the two controllers 6 and 7 is in the processing room 15 below the example are connected to the lens current device 33. This focusing lens 14 is an optical distance device supplies the knife arranged by the focusing lens 14, which one consists of the two mirrors

44 und 45 und den Linsen 46 und 47 besteht. Der Spiegel 45 ist halbdurchlässig ausgebildet.44 and 45 and lenses 46 and 47. The mirror 45 is designed to be semitransparent.

Der Entfernungsmesser ist so eingestellt, daß er in der Abgleichlage in der Ebene der beiden Photozellen 27,28 ein zusammenfallendes Doppelbild des leuchtenden Fleckes auf dem Werkstück 16 erzeugt. Ändert sich der Arbeitsabstand, so wird in der Ebene der Zellen 27,28 kein zusammenfallendes Doppelbild mehr erzeugt, sondern die beiden Teilbilder laufen auseinander. Dadurch erhält eine der beiden Photozellen 27, 28 mehr Strom als die andere Zelle, und die nachgeschaltete Brückenschaltung 31 beginnt zu arbeiten. Über diese Brückenschaltung erhält der Elektromotor 24 Strom, und dieser dreht über die biegsame Welle 43 den Spiegel 45 so lange, bis in der Ebene der Photozellen 27,28 wieder ein zusammenfallendes Doppelbild entsteht. Zugleich mit der Drehung des Spiegels 45 erfolgt die Betätigung des Reglers 32 des Linsenstromgerätes 33.The rangefinder is set so that it is in the alignment position in the plane of the two photocells 27.28 a coincident double image of the generated luminous spot on the workpiece 16. If the working distance changes, the At the level of cells 27, 28, no coinciding double image is generated, but rather the two partial images diverge. As a result, one of the two photocells 27, 28 receives more current than the other Cell, and the downstream bridge circuit 31 begins to work. About this bridge circuit the electric motor 24 receives current, and this rotates the mirror 45 via the flexible shaft 43 for so long, until a coincident double image is created again in the plane of the photocells 27, 28. Simultaneously With the rotation of the mirror 45, the controller 32 of the lens current device 33 is actuated.

Der Elektronenstrahl 10 kann kontinuierlich auf das Werkstück 16 auftrennen. In vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, an Stelle eines kontinuierlich auftreffenden Strahles einen Strahl zu wählen, welcher impulsförmig zur Wirkung kommt. Dieses impulsförmige Zurwirkungkommen des Strahles stört die optische Entfernungsmessung nicht, da die Impulse so kurz gehalten sind, daß keine Veränderung des leuchtenden Fleckes auf der Oberfläche des Werkstückes 16 auftritt.The electron beam 10 can continuously split onto the workpiece 16. In many cases it is however, it is advantageous to choose a beam instead of a continuously impinging beam, which comes into effect in a pulsed manner. This pulsed effect of the beam disturbs the optical distance measurement not because the pulses are kept so short that no change in the luminous spot on the surface of the workpiece 16 occurs.

Die vorliegende Erfindung findet besonders zweckmäßig Anwendung in Geräten zum Fräsen, zum Schneiden, zum Löten oder zum Schweißen mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles. In allen diesen Fällen wird das Werkstück kontinuierlich relativ zum Ladungsträgerstrahl bewegt, so daß also bei einer Änderung des Arbeitsabstandes ein kontinuierliches Nachstellen der Fokussierung erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung findet auch zweckmäßige Anwendung in Geräten zum Bohren mit Hilfe eines Ladungsträgerstrahles. Sollen hier in ein Werkstück mehrere Löcher an verschiedenen Stellen gebohrt werden, so ist es nicht notwendig, die Fokussierung zwischen den einzelnen Bohrungen von Hand nachzustellen, da auch hier eine automatische Nachstellung erfolgt.The present invention is particularly useful in devices for milling, for Cutting, for soldering or for welding with the help of a charge carrier beam. In all of these Cases, the workpiece is moved continuously relative to the charge carrier beam, so that at A change in the working distance requires continuous readjustment of the focus. The present invention also finds useful application in devices for drilling with the aid of a Charge carrier beam. Should several holes be drilled in different places in a workpiece it is not necessary to readjust the focus between the individual holes by hand, because here, too, there is an automatic readjustment.

Claims

Patent claims:

1. Method for machining a workpiece by means of an electromagnetic Lens focused on the workpiece charge carrier beam, in which the through the Focusing lens automatically flows current depending on the values of the accelerating voltage and the beam current is set to the value necessary for focusing the charge carrier beam; through this characterized in that the working distance is continuously automatic during processing is measured and the signals corresponding to the measured values automatically Current through the focusing lens is adjusted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the working distance takes place optically.

3. Device for performing the method according to claim 2, characterized in that that the optical rangefinder is designed so that it is from the charge carrier beam the bright spot created on the workpiece and measured against each other in the common plane of two bordering photocells creates two images of this spot, which when the alignment is reached coincide.

4. Device according to claim 3, characterized in that the photocells with a Tracking device are connected, which the rangefinder always in the adjustment position brings and at the same time controls the current regulator for the focusing lens.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1100 835,
1087295;
Welding Journal, 1960, No. 8, pp. 791 to 796.

1 sheet of drawings