DE2153695C3

DE2153695C3 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Strahlstroms in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insb. Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschinen

Info

Publication number: DE2153695C3
Application number: DE2153695A
Authority: DE
Inventors: Alfred Von Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Walter
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2153695B2; DE2153695A1; FR2158320A1; FR2158320B1; GB1371114A; US3875366A

Description

t_e = t„, wenn t„ < t_{e tmax)}.
oder

'κ ~ 's imax)> wenn t_n j> t_{g lmax)}

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Impulsbreiten (tg) der Tastimpulse automatisch erfolgt.

8. Verfahren zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls nach einem der Anspruch? 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse die in unmittelbarer Umgebung der Elektronenstrahlimpulse auftretenden

zeitlichen Änderungen des magnetischen Induktionsflusses ausgenutzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Änderungen des magnetischen Induktionsflusses mittels einer Ringspule festgestellt werden und eine entsprechende elektrische Spannung erzeugt wird, die zur Bildung der Istwert-Signale dient.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Regelkreis angeordneten, getasteten Regler (16; 25), der eine Signalabtastschaltung mit Momentanwertspeicher zur Erzeugung und Speicherung der nur vom Spitzenwert der Impulsamplituden abhängigen Sekundärsignale enthält und der durch vom Impuls-Generator (17) für das Ladungsträgerstrahl-Erzeugungssystem gelieferte Tastimpulse ansteuerbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der getastete Regler (16) getrennte Eingänge für eine unmittelbare Sollwert-Eingabe einerseits und für eine unmittelbare Eingabe des durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signals andererseits aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem getasteten Regler (25) ein Differenzverstärker (24) für einen Soll-Istwertvergleich vorgeschaltet ist, wobei der Differenzverstärker je einen Eingang für die Sollwerteingabe und für die Eingabe des durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signals aufweist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß ein de™, getasteten Regler (16) bzw. dem Differenzverstärker (24) vorgeschalteter und mit einer den Elektronenstrahl (2) umgebenden, mit dessen Achse zentrierten Ringspule (8) gekoppelter Vorverstärker (18; 22) zur Verstärkung der in der Ringspule (8) induzierten Spannung vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelkreis hinter dem getasteten Regler (16; 25) ein Stellglied (14) für die Regelung der Gleichspannung einer Wehnelt-Elektrode (5) des Strahlerzeugungssystems angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Strahlstroms in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Während des Betriebs von Geräten, in denen ein Ladungsträgerstrahl hoher Beschleunigungsspannung erzeugt wird, ist es in vielen Fällen erforderlich, den Strahlstrom des Ladungsträgerstrahls dauernd auf

einen vorgebenen, konstanten Wert einzuregeln, d. h. gebracht wird, ist bereits bekannt. Bei diesem bezu stabilisieren. Eine solche Aufgabe tritt beispiels- kannten Verfahren kann auch während des Bearbeiweise bei einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem tungsvorgangs die Dauer der Bearbeitungsimpulse für eine Materialbearbeitungsniaschine auf, bei der oder die Dauer der Impulspausen verändert werden die Energie des beschleunigten Elektronenstrahls zur 5 (deutsche Auslegeschrift 1 185 305).
thermischen Behandlung bzw. Bearbeitung von Es ist ferner ein Verfahren zur automatischen ReWerkstücken od. dgl. ausgenutzt wird, eiwa zum gelung des elektrischen Betriebszustandes einer ther-Schweißen, Bohren, Fräsen, Perforieren, Härten mischen Elektronenstrahlanlage bereits bekannt, bei usw., und bei der das Bearbeitungsergebnis in quan- dem gleichzeitig die Gesamtleistung, die von einer titativer und/oder qualitativer Hinsicht wesentlich io Speisequelle der Elektronenstrahlanlage verbraucht von der Konstanz der Energieeinspeisung an die Be- wird, und die Leistungsverluste im Elektronenstrahlarbeitungssteile abhängig ist. generator, im Strahlführungssystem und in der Ar-Das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem besteht beitskammer der Anlage gemessen werden, wobei die hierbei hauptsächlich aus einer Glühelektronen- durch die Messungen erhaltenen Signale miteinander Emissionskathode, einer Steuerelektrode (Wehnelt- 15 verglichen und von diesem Vergleich Signale abgelei-Elektrode) und einer Anode, wobei Kathode und tet werden, die der zur unmittelbaren Erwärmung Wehnelt-Elektrode auf Hochspannangspotential und eines Werkstücks verbrauchten Leistung proportiodie Anode auf Erdpotential liegen. nal sind und zur Regelung des elektrischen Betriebs-Für den Fall eines Dauerstrahlbetriebs eines ein zustands der Anlage benutzt werden. Hierbei handelt Strahlerzeugungssystem der vorerwähnten Art auf- 20 es sich jedoch um ein Regelverfahren für eine im weisenden Geräts ist bereits vorgeschlagen worden, Dauerstrahlbetrieb arbeitende Elektronenstrahlandie Strahlstromregelung in der Weise vorzunehmen. lage (deutsche Offenlegungsschrift 1 929 446).
daß der an einem zwischen den Fußpunkt der Hoch- Demgegenüber geht die Erfindung von einem Verspannungsversorgung und Masse gelegten Wider- fahren der eingangs genannten Art aus und die der stand feststellbare Spannungsabfall als dem Ist-Wert 25 Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, des Strahlstroms proportionales Signal in einen Re- Maßnahmen anzugeben, durch die unter Vermeidung gelkreis eingegeben wird, über den die Wehneltelek- einer Stabilisierung lediglich auf einen Mittelwert des troden-Gleichspannung und damit auch d^r Strahl- Strahlstroms auch bei beliebiger Impulsform des Lastrom auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist. dungsträgerstrahls, z. B. im Falle einer Impulsmodu-Dieses Verfahren besitzt jedoch insbesondere den 30 lation des Ladungsträgerstrahls, eine Strahlstromsta-Nachteil, daß die hierbei vorgesehene Art dei Ist- bilisierung in optimaler Weise ermöglicht wird.
Wert-Ermittlung die Stärke des tatsächlich auf das Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-Werkstück od. dgl. auftreffenden Strahlstroms nicht löst, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromberücksichtigt, da der Ist-Wert ausschließlich dem impulse entsprechende Istwert-Signale gebildet werunmittelbar im Bereich des Strahlerzeugungssystems 35 den, aus denen von der Maximalamplitude der vorhandenen Strahlstrom entspricht und irgend- Strahlstromimpulse abhängige Sekundärsignale abgewelche im weiteren Verlauf des Strahlwegs auftre- leitet werden, daß diese Sekundärsignale nach Maßtende, beispielsweise durch Blendenanordnungen gäbe der Impulsabstände der Ladungsträgerstrahlimod. dgl. bedingte Energieverluste nicht in die Mes- pulse gespeichert und die gespeicherten Sekundärsisung mit eingehen. Bei dem bereits vorgeschlagenen 40 gnale nach Ablauf der Speicherzeit mit Sollwert-Signa-Regelverfahren wird somit der Wirkungsgrad des len verglichen werden, wobei die zur Regelung des Strahls im Bereich der Beariieitungsstelle vernachläs- Strahlstroms erforderlichen Stellgrößen erzeugt wersigt, so daß der letztlich eingeregelte Strahlstrom un- den. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer terhalb des tatsächlich erforderlichen Wertes liegen Reihe von Vorteilen. Während einerseits eine dem kann. Darüber hinaus ist das bereits vorgeschlagene 45 Effektivwert des Strahlstroms der Ladungsträger-Regelverfahren im Falle impulsförmig erzeugter La- Strahlimpulse entsprechende Istwert-Ermittlung gedungsträgerstrahlen praktisch nicht brauchbar, da es währleistet wird, sind andererseits die aus den Istnur eine Stabilisierung auf einen Mittelwert des wert-Signalen abgeleiteten Sekundärsignale auch ab-Strahlstroms erlauben würde und dieser Mittelwert solut unabhängig von der jeweiligen Impulsform z. B. bei geringen Impulsbreiten und niedriger Im- 50 eines Ladungsträgerstrahls, insbesondere von der jepulsfrequenz im übrigen so klein wäre, daß er noch weiligen Impulsbreite, da diese Sekundärsignale stets unterhalb des Störpegels der Hochspannungsversor- genau der maximalen Amplitude eines Strahlimpulgung des Llektronenstrahl-Generators liegen würde, ses entsprechen. Hinzu kommt noch, daß das erfinso daß eine Istwert-Messung auf die weiter oben be- dungsgemäße Verfahren eine Anpassung des Regelschriebene Weise nicht mehr möglich ist. Bei gewis- 55 Vorgangs an das jeweilige Tastverhältnis der Strahlsen Bearbeitungsproblemen ist es ferner erforderlich, impulse erlaubt, da die Sekundärsignale jeweils nach daß die Auslösung der Strahlimpulse in Abhängigkeit Maßgabe des Impulsabstands gespeichert werden. Jevon der Werkstückslage relativ zum Elektronenstrahl des Sekundärsignal wird also vor der Bildung der erfolgt, so daß die Impulsfrequenz nicht konstant ist. eigentlichen, zur Strahlstromregelung dienenden anain derartigen Fällen ergibt sich eine Schwankung des 60 logen Regelgröße so lange gespeichert, bis das jeweils Strahlstrommittelwerts pro Zeiteinheit, und eine nachfolgende Sekundärsignal eintrifft.
Strahlstromregelung über den Mittelwert kann daher Das Verfahren zur Regelung des Strahlstroms von nicht in Frage kommen. Ladungsträgerstrahlimpulsen kann gemäß der Erfin-Ein Verfahren zur Materialbearbeitung mittels La- dung aber auch dadurch gekennzeichnet sein, daß dungsträgerstrahls, bei dem der Ladungsträgerstrahl 65 durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse während des Bearbeitens einer zusammenhängenden entsprechende Istwert-Signale gebildet werden, die Bearbeitungsstelle in einer Folge von relativ zur Be- zur Erzeugung von Differenzsignalen mit Sollwert-Siarbeitungszeit kurzen Strahlimpulsen zur Wirkung gnalen verglichen werden, daß aus diesen Differenz-

Signalen von der Maximalamplitude der Strahlstrom- zweiten Eingang für eine unmittelbare Eingabe der

impulse abhängige Sekundärsignale abgeleitet wer- durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten

den, daß die Sekundärsignale nach Maßgabe der Im- Istwert-Signale.

pulsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespei- Wenn der Soll-Istwertvergleich hinsichtlich der

chert werden und daß aus den gespeicherten Sekun- 5 Impulsamplituden des Strahlstroms vor der Bildung

därsignalen nach Ablauf der Speicherzeit Stellgrößen der zu speichernden Sekundärsignale durchgeführt

zur Regelung des Strahlstroms abgeleitet werden. werden soll, kann an Stelle der vorerwähnten Schal-

Bei der zuletzt genannten Verfahrensweise wird tungsanordnung dem getasteten Regler ein Differenzalsü bereits vor der Bildung der zu speichernden Se- verstärker für einen Soll-Istwertvergleich vorgeschalkundärsignale ein Soll-Istwertvergleich hinsichtlich io tct sein, wobei der Differenzverstärker dann je einen der Impulsamplituden des Strahlstroms durchgeführt, Eingang für die Sollwerteingabe und für die Eingabe und die Regelgröße wird unmittelbar nach Ablauf der durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebilder Speicherzeit i>cbi!det. dcten Istwert-Signale aufweisen muß.

Je nachdem, welches der beiden erfindungsgemä- Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die

ßen Verfahren zur Anwendung gelangt, werden ge- 15 Zeichnungen. Im Rahmen von Ausführungsbeispie-

mäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Ablei- len zeigt

tung der von der MaAimalamplitude der Impulse ab- Fi g. I ein Blockschaltbild einer zur Stabilisierung

hängigen Sekundärsignale entweder die Istwert-Si- des Strahlstroms einer Elektronenstrahl-Materialbe-

gnale unmittelbar oder aber erst die Differenzsignale arbeitungsmaschine dienende Einrichtung,

in an sfth bekannter Weise abgetastet. Da derartige 20 F i g. 2 ein zugehöriges Impulsdiagramm und

Methoden zur Abtastung hochfrequenter Signale F i g. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren zur

(Sampling Technik) als dem Fachmann bekannt vor- Strahlstromstabilisierung geeigneten Einrichtung,

ausgesetzt werden dürfen, kann auf eine Einzelerör- Eine Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsma-

terung des Abtastverfahrens verzichtet werden. schine, wie sie in F i g. 1 schematisch dargestellt ist,

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird 25 besteht hauptsächlich aus einem Elektronenstrahl-

die Erzeugung der Taslimpulse für die jeweilige Si- Generator 1 und einer Arbeitskammer 3, in der ein

gnaiabtastung mit der Erzeugung der Ladungsträger- zu bearbeitendes Werkstück 12 angeordnet ist. So-

strahlimpulse synchronisiert. Hierbei kann es ferner wohl das Gehäuse des Elektronenstrahl-Generators 1

zweckmäßig sein, wenn die Impulsbreite t_g eines je- als auch die Arbeitskammer 3 sind mittels nicht dar-

den Tastimpulses in bezug auf die Impulsbreite t„ 30 gestellter Vakuumpumpeinrichtungen evakuierbar,

eines Ladungstiägcrstrahlimpulses nach Maßgabe um das für die thermische Bearbeitung des Werk-

folpcnder Beziehung ·'ngesteilt wird: Stücks 12 mit dem Elektronenstrahl 2 erforderliche

, _ , , \ , Hochvakuum, etwa in der Größenordnung von

', h ,max» wenn i_n ^ i_{g lmax)} _]0_„ _Torr^ _dauernd aufrechterhalten zu können.

oder 35 Im oberen Teil des Gehäuses des Elektronen-

t_e - /„, wenn t„ < t_{K lmaxl}. strahl-Generators 1 ist das eigentliche Strahlerzeu

gungssystem untergebracht. Es besteht im wesentii-

Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Impuls- chen aus einer Glühelcktronen-Emissionskathode4, breiten der Tastimpulse automatisch. Hierdurch wird einem Wehnelt-Zylinder S und einer geerdeten der Möglichkeit Rechnung getragen, daß bei be- 40 Anode 6. Die Kathode 4 erhält ihre Heizspannung stimmten Impulsformen die Impulsbreite/,, des La- über Klemmen4α und Ab, wobei die Kathode4 dungsträgerstrahls kürzer als die maximale Tastim- gleichzeitig mit einer Hochspannungsversorgung 15 pulsbreite/,,,„,„,, sein kann und daher ein Tastim- verbunden ist und somit auf negativem Hochspanpuls geringerer Breite erforderlich ist, zweckmäßiger- nungspotcntial liegt. Dem ebenfalls auf negativem weise mit einer Impulsbreite, die gleich derjenigen 45 Hochspanmmgspotential liegenden Wehnelt-Zylindes Ladungsträgerstrahlimpulses ist. Im allgemeinen der 5 ist ein Stellglied 14 für die Regelung der Wehwird aber die Breite der Ladungsträgerstrahlimpulse nelt-Gleichspannung vorgeschaltet. Dieses Stellglied größer sein als die maximale Tastimpulsbreite, so 14 wird über einen Digital-Kanal 20 durch die daß dieser vorgegebene Tastimpuls t_KtnWx) verwendet Steuerimpulse eines Impulsgenerators 17 beaufwcrden kann, der im übrigen in Abhängigkeit von 50 schlagt, so daß ein impulsförmiger Elektronenstrahl 2 dem zulässigen Meßfehler des gewählten Systems zur erzeugt wird, der anschließend im Beschleunigungsdirekten Anmessung des Ladungsträgerstrahls festge- feld zwischen Wehnelt-Zylinder 5 und Anode 6 eine legt wird. hohe Beschleunigung erfährt und durqh eine mittlere

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- Bohrung der Anode 6 aus dem eigentlichen Strahlerrens kann vorzugsweise eine Einrichtung dienen, die 55 zeugungssystem heraustritt.

einen im Regelkreis angeordneten, getasteten Regler Unterhalb der Anode 6 ist eine Blende 7 vorgese-

aufweist, der eine Signalabtastschaltung mit Momen- hen, der eine Ringspule 8 zur Messung des Strahltanwertspeicher zur Erzeugung und Speicherung der strom-Istwerts unmittelbar folgt. Das Gehäuse des nur vom Spitzenwert der Impulsamplituden abhängi- Elektronenstrahl-Generators enthält ferner eine elekgen Sckundärsignale enthält und der durch von 60 tromagnetische Linse 9 zur Fokussierung der Strahleinem Impulsgenerator für das Ladungsträger- impulse in einem auf der Oberfläche des Werkstücks strahl-Erzeugungsstem gelieferte Tastimpulse ansteu- 12 liegenden Brennpunkt 11. Ferner sind unterhalb erbar ist. Dieser getastete Regler kann für den Fall, der Linse 9 noch Ablenkspulen 10 angeordnet, die daß die Sekundärsignale jeweils nach Ablauf der zur Strahlablenkung dienen. Das in der Arbeitskam-Speicherzeit einem Soll-Istwertvergleich hinsichtlich 65 mer3 befindliche Werkstück 12 liegt auf einer der Impulsamplituden zugeführt werden, getrennte Transportvorrichtung 13, mittels derer das Werk-Eingänge aufweisen, und zwar einen ersten Eingang stück 12 relativ zum bearbeitenden Elektronenstrahl für eine unmittelbare Sollwcrteingabe und einen bewegt werden kann, wenn z. B. bei bestimmten Bear-

beitungsproblemen derartige Werkstücksbewegungen Fig. 3 zeigt noch im Rahmen eines Ausführungs-

während der Bearbeitung erforderlich sind. beispiels eine Schaltungsvariante einer zur Strahl-

Die Stabilisierung des Strahlstroms des impulsför- Stromstabilisierung bei Elektronenstrahl-Materialbe-

mig erzeugten Elektronenstrahls wird nun im einzel- arbeitungsmaschinen dienenden Einrichtung, die

nen wie folgt vorgenommen: " 5 dann zweckmäßig ist, wenn der Soll-Istwertvergleich

Zunächst wird durch Ausnutzung der in unmittel- hinsichtlich der Impulsamplitude des Strahlstroms barer Umgebung der Elcktronenstrahlimpulse auftre- bereits vor der Bildung des Sekundärsignals durchgetenden zeitlichen Änderungen des magnetischen In- führt werden soll. In diesem Falle läßt sich die Schalduktionsflusses mittels der Ringspule8 eine entspre- tungsanordnung gemäß Fig. 1 links der in Fig. 1 chende elektrische Spannung erzeugt, deren Verlauf io eingezeichneten, gestrichelten Linie durch die Schalaus dem Impulsdiagramm gemäß Fig. 2 ersichtlich tungsanordnung nach Fig. 3 ersetzen. Letztere unist und die als Istwert-Signal für die nachfolgende terscheidut sich gegenüber der aus Fig. 1 ersichtli-Regeleinrichtung dient. Dieses impulsförmige Ist- chen Regeleinrichtung im wesentlichen dadurch, daß wert-Signal wird dann durch einen der Ringspule einem getasteten Regler 25, der nunmehr keine Mitnachgeschalteten Verstärker 18 verstärkt und auf 15 tel zum Soll-Istwertvergleich enthält, ein Differenzeinen getasteten Regler 16 gegeben, mittels dessen verstärker 24 für den Soll-Istwertvergleich vorgenur vom Spitzenwert der jeweiligen Impulsamplitude schaltet ist. Dieser Differenzverstärker 24 weist je abhängige Sekundärsignale erzeugt werden. Zu die- einen Eingang für die Sollwert-Eingabe mittels eines scm Zweck enthält der Regler 16 eine Signalabtast- Potentiometers 23 und für die Eingabe eines impulsschaltung, die ihre Tastimpulse vom Impulsgenerator 20 förmigen Istwert-Signals auf, das wiederum in der an 17 bezieht, und einen Momentanwertspeicher zur Hand der Fig. 1 beschriebenen Weise erhalten wer-Speicherung der Sekundärsignale jeweils nach Maß- den kann. Dem Differenzverstärker 24 ist daher ein gäbe eines Impulsabstandes der Elektronenstrahlim- Vorverstärker 22 vorgeschaltet, der seinerseits mit pulse. der den Elektronenstrahl umgebenden und mit des-

Da die Tastimpulse (t_e, F i g. 2) die gleiche Fre- 25 sen Achse 2 zentrierten Ringspule 8 gemäß F i g. 1 quenz wie die Steuerimpulse für den Wehnelt-Zylin- gekoppelt ist und somit die in der Ringspule 8 induder5 besitzen und ferner mittels eines im Regler 16 zierten Spannungsimpulse verstärkt. Zur Bildung enthaltenen Zeitglieds hinsichtlich ihrer maximalen eines Differenzsignals wird das impulsförmige Ist-Impulsbreite Ι,,,π,αχι so bemessen werden, daß letztere wert-Signal im Differenzverstärker 24 mit dem Sollwesentlich kürzer ist als die Impulsbreite t„ der Elek- 30 wert verglichen, und dieses Differenzsignal wird dann tronenstrahlimpulse bzw. des mittels der Ringspule 8 dem getasteten Regier 25 angeboten, in dem es zur erzeugten Istwert-Signals gemäß F i g. 2, trifft jeder Feststellung des der Maximalamplitude eines jeden Tastimpuls zu einem Zeitpunkt ein, zu dem jeder Im- Impulses des Istwert-Signals entsprechenden Werts puls des Istwert-Signals seine Maximalamplitude be- des Differenzsignals bzw. zur Bildung des von diesitzt. Es wird also hierbei stets nur die Spannung im 35 sem Wert abhängigen Sekundärsignals mittels einer Bereich der Vorderflanke jedes Impulses der das Ist- Signalabtastschaltung abgetastet wird. Der Regler 25 wert-Signal darstellenden Impulsfolge gemessen und ist auch hierbei entsprechend der Schaltungsanordhierdurch ein Sekundärsignal gebildet, das lediglich nung gemäß Fig. 1 durch vom Impulsgenerator 17 von den maximalen Impulsamplituden abhängig ist gelieferte Tastimpulse ansteuerbar, und es lassen sich und somit dem tatsächlichen Strahlstrom-Istwert ent- 40 damit wiederum Sekundärsignale erzeugen, die nur spricht. Durch eine derartige Impulsdauerbegrenzung vom Spitzenwert der Impulsamplituden der Elektroder Tastimpulse läßt sich ferner auch ein durch die nenslrahlimpulse abhängig sjnd. Nach der Zwischenbegrenzte Bandbreite des zur Strahlstrommessung speicherung der Sekundärsignale im Momentanwertverwendeten Meßsystems bedingter Meßfehler aus- speicher des Reglers 25 kann dann die Strahlstromschalten, insbesondere dann, wenn — abweichend 45 Stabilisierung in der bereits weiter oben beschriebevom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 — Elektro- nen Weise durch Beaufschlagung des Stellglieds 14 ncnstrahlimpulse beliebiger Impulsformen erzeugt mittels analoger Regelgrößen über den Kanal 21 des werden. Regelkreises erfolgen, während dem Stellglied 14

Der getastete Regler 16 weist im übrigen getrennte gleichzeitig die Steuerimpulse des Impulsgenerators

Eingänge für eine unmittelbare Eingabe des Strahl- 50 17 über den Digital-Kanal 20 zugeführt werden.

strom-Sollwerts mittels eines Potentiometers 19 ei- Im Rahmen der oben erläuterten Ausführungsbei-

nerseits und für die Eingabe der Istwert-Signale an- spiele wurde speziell die Möglichkeit berücksichtigt,

dererseits auf. daß die Impulsbreite t_p der Elektronenstrahlimpulse

Die durch den Momentanwertspeicher des Reglers größer ist als die Impulsbreite t_gfmax) der Tastimpulse 16 kurzzeitig gespeicherten Sekundärsignale werden 55 für den Regler 16 bzw. 25, so daß jeder Tastimpuls nach Ablauf der Speicherzeit, die gleich dem Impuls- die Breite t_{g lmax)} besitzen kann. Es sind aber andererabstand der Elektronenstrahlimpulse ist, einem Soll- seits auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die Istwertvergleich im Regler 16 zugeführt. Hierdurch Impulsbreite t„ der Elektronenstrahl-Impulse kürzei können nunmehr die für die Strahlstromregelung ist als t_s,^,_ax). In'solchen Fällen kann die effektive bzw. -Stabilisierung erforderlichen analogen Regel- 60 Impulsbreite t_K der Tastimpulse automatisch so eingrößen gebildet werden, mit denen anschließend das gestellt werden, daß sie gleich der Impulsbreite t„ dei im Regelkreis hinter dem getasteten Regler 16 an- Elektronenstrahl-Impulse ist.

geordnete Stellglied 14 über den Analog-Kanal 21 Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisiebcaufschlagt wird, so daß eine entsprechende Rege- rung des Strahlstroms läßt sich mit Vorteil bei sollung der Gleichspannung des Wehnelt-Zylinders 5 er- 65 chen Ladungsträgerstrahl-Geräten anwenden, bei defolgen und damit der Strahlstrom der Elektronen- nen von vornherein ein Impulsbetrieb vorgesehen ist Strahlimpulse auf den gewünschten Sollwert stabili- Es ist aber auch in solchen Fällen geeignet, in denen siert werden kann. das Gerät an sich im Dauerstrahlbetrieb arbeiter

soll, jedoch die Möglichkeit besteht, den Strahl periodisch so kurzzeitig abzuschalten, daß keine merkliche Intensitätsminderung gegenüber dem tatsächlichen Dauerstrahlbetrieb auftritt. So könnte z. B. bei einer an sich mit Dauerstrahl arbeitenden Elektronenstrahl-Schweißmaschine eine Art Impulsstrahl in der Weise erzeugt werden, daß der Elektronenstrahl

mit einer Frequenz von lOOns für etwa 10 ns abgeschaltet wird. Auf Grund dieser Maßnahme würde sich eine Intensitätsminderung von 1 %> ergeben, die leicht in Kauf genommen werden kann, da etwa bei einer Schweißgeschwindigkeit von 100 mm/s ein Werkstück in 10|is gerade eine Weglänge von 1 um zurückgelegt hat.

• Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Strahlstroms in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechende Istwert-Signale gebildet werden, aus denen von der Maximalamplitude der Strahlstromimpulse abhängige Sekundärsignale abgeleitet werden, daß diese Sekundärsignale nach Maßgabe der Impulsabstände der Lariungsträgerstrahlimpulse gespeichert und die gespeicherten Sekundärsignale nach Ablauf der Speicherzeit mit SoJlwertsignalen verglichen werden, wobei die zur Regelung des Strahlstroms erforderlichen Stellgrößen erzeugt werden.

2. Verfahren zur Regelung des Strahlstromes in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl - Materialbearbeitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechend Istwert-Signale gebildet werden, die zur Erzeugung von Differenzsignalen mit Sollwert-Signalen verglichen werden, daß aus diesen Differenzsignalen von der Maximalamplitude der Strahlstromimpulfe abhängige Sekundärsignale abgeleitet werden, daß die Sekundärsignale nach Maßgabe der Impulsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespeichert werden und daß aus den gespeicherten Sekundärsignalen nach Ablauf der Speicherzeit Stellgrößen zur Regelung des Strahlstromes abgeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Sekundärsignale die Istwert-Signale in an sich bekannter Weise abgetastet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Sekundärsignale die Differenzsignale in an sich bekannter Weise abgetastet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Tastimpulse für die Signalabtastung mit der Erzeugung der Ladungsträgerstrahlimpulse synchronisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreiten (i,,) der Tastimpulse in bezug auf die Impulsbreiten (t_n) eines Ladungsträgerstrahlimpulses nach Maßgabe folgender Beziehung eingestellt werden: