[go: up one dir, main page]

RU1773641C - Device for automatic focussing of welding electron beam - Google Patents

Device for automatic focussing of welding electron beam

Info

Publication number
RU1773641C
RU1773641C SU904867789A SU4867789A RU1773641C RU 1773641 C RU1773641 C RU 1773641C SU 904867789 A SU904867789 A SU 904867789A SU 4867789 A SU4867789 A SU 4867789A RU 1773641 C RU1773641 C RU 1773641C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
focusing
unit
welding
input
sensor
Prior art date
Application number
SU904867789A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Румянцев
Валентин Алексеевич Казаков
Original Assignee
Научно-исследовательский институт технологии машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт технологии машиностроения filed Critical Научно-исследовательский институт технологии машиностроения
Priority to SU904867789A priority Critical patent/RU1773641C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1773641C publication Critical patent/RU1773641C/en

Links

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области управлени  сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки. Устройство состоит из датчика 1 вторичных электронов, формировател  2 сигнала, схем 3 и 4 аналоговой пам ти, блока 5 сравнени , блока 6 определени  знака, компаратора 7, управл емого ЦАП 8, усилител  9 тока, фокусирующей электромагнитной системы 10. блока 11 управлени , блока 12 фокусировки, отклон ющей системы 13, селектора 14. Изобретение позвол ет обеспечить автоматическую фокусировку сварочного луча в реальном масштабе времени при изменении рассто ни  сварочна  пушка-сва- риваема  деталь, величины ускор ющего напр жени  и тока луча. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the field of control of welding processes, namely, to control the parameters of an electron beam welding process. The device consists of a secondary electron sensor 1, a signal driver 2, analog memory circuits 3 and 4, a comparison unit 5, a sign determining unit 6, a comparator 7 controlled by a DAC 8, a current amplifier 9, a focusing electromagnetic system 10. a control unit 11, the focusing unit 12, the deflecting system 13, the selector 14. The invention allows for automatic focusing of the welding beam in real time when the distance of the welding gun-welded part, the magnitude of the accelerating voltage and beam current are varied. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

сл Сsl c

i vji vj

GJ ОGj oh

NN

Изобретение относитс  к обпасти управлени  сварочными процессами, а именно к управлению параметрами процесса электронно-лучевой сварки.The invention relates to the field of control of welding processes, namely, to control the parameters of an electron beam welding process.

Известно устройство дл  регулировки фокуса электронного луча, содержащее датчики вторичных электроноз, блок управлени , электромагнитную фокусирующую линзу 1. Недостатками известного устройства  вл ютс  применение двух датчиков, которые установлены над изделием симметрично относительно электронного луча, и невозможность поддержани  симметрии системы датчик-луч-датчик в процессе сварки,A device for adjusting the focus of an electron beam is known, comprising secondary electron sensors, a control unit, an electromagnetic focusing lens 1. The disadvantages of the known device are the use of two sensors that are mounted symmetrically relative to the electron beam above the product and the inability to maintain symmetry of the sensor-beam-sensor system welding process

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  электронно-лучевой сварки, содержащее фокусирующую систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки и блок управлени  2. Недостатками известного устройства  вл ютс  следующие. Информаци  о величине смещени  фокуса заключена в амплитуде сигнала датчика вторичных электронов. Вс кое изменение амплитуды сигнала, вызванное дестабилизирующими факторами, воспринимаетс  устройством как смещение фокуса, т.е. устройство обладает низкой помехозащищенностью. Сканирование поверхности свариваемых деталей фокальной плоскостью луча требует наличи  зазора в стыке, в случае отсутстви  зазора устройство не стабилизирует фокус. Устройство не стабилизирует фокусное рассто ние в реальном времени, т.е. в ходе сварки, Амплитуда сигнала датчика зависит одновременно от величины зазора в стыке и от рассто ни  поверхности свариваемых деталей - сварочна  пушка, что существенно снижает точность определени  величины смещени  фокуса.The closest in technical essence to the invention is a device for electron beam welding containing a focusing system, a secondary electron sensor, a focusing unit and a control unit 2. The disadvantages of the known device are as follows. Information on the amount of focus shift is contained in the amplitude of the signal of the secondary electron sensor. Any change in the signal amplitude caused by destabilizing factors is perceived by the device as a focus shift, i.e. the device has low noise immunity. Scanning the surface of the parts to be welded with the focal plane of the beam requires a gap at the junction; in the absence of a gap, the device does not stabilize the focus. The device does not stabilize the focal length in real time, i.e. during welding, the amplitude of the sensor signal depends simultaneously on the size of the gap in the joint and on the distance of the surface of the parts being welded - the welding gun, which significantly reduces the accuracy of determining the magnitude of the focus shift.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварного шва за счет автома- тической установки и стабилизации фокусного рассто ни  электронного луча в процессе сварки в реальном масштабе времени .The aim of the invention is to improve the quality of the weld due to the automatic installation and stabilization of the focal distance of the electron beam during the welding process in real time.

Устройство содержит датчик 1 вторичных электронов, выход которого соединен с входом формировател  2 сигнала, аыход формировател  2 св зан со входами схем 3 и 4 выборки-хранени ,выходы которых соединены с входами блока 5 сравнени . Выход блока 5 сравнени  соединен с входом блока б определени  знака и выходом компаратора 7, при этом выход блока 6 определени  знака св зан с входом управл емого цифроаналогового преобразовател  (ЦАП) 8, а выход компаратора 7 св зан с вторым входом управл емого ЦАП 8. Выход управл емого ЦАП 8 св зан с первым входом усилител  9 тока, выход которого подключен к фокусирующей электромагнитной системе 10. При этом первый и второй выходы блокаThe device comprises a secondary electron sensor 1, the output of which is connected to the input of the signal driver 2, and the output of the driver 2 is connected to the inputs of the sampling and storage circuits 3 and 4, the outputs of which are connected to the inputs of the comparison unit 5. The output of the comparison unit 5 is connected to the input of the character determination unit b and the output of the comparator 7, while the output of the character determination unit 6 is connected to the input of the controlled digital-to-analog converter (DAC) 8, and the output of the comparator 7 is connected to the second input of the controlled DAC 8. The output of the controlled DAC 8 is connected to the first input of the current amplifier 9, the output of which is connected to the focusing electromagnetic system 10. In this case, the first and second outputs of the block

11 управлени  св заны со вторым входами 3 и 4 выборки-хранени , его третий выход - с третьим входом управл емого ЦАП 8, а вход блока 11 управлени  св зан с выходом компаратора 7. На второй вход усилител  9The control 11 is connected to the second inputs 3 and 4 of the sample-storage, its third output is connected to the third input of the controlled DAC 8, and the input of the control unit 11 is connected to the output of the comparator 7. The second input of the amplifier 9

0 тока поступает сигнал с выхода блока 12 фокусировки, а отклон юща  система 13 св зана с выходом блока 12. Датчик 1 вторичных электронов снабжен селектором 14 электронов по энерги м, конструктивно со5 ставл ющих единый узел.0 of the current, a signal arrives from the output of the focusing unit 12, and a deflecting system 13 is connected to the output of the unit 12. The secondary electron sensor 1 is equipped with an energy selector 14 of electrons that constructively form a single unit.

ЦАП 8 предназначен дл  формировани  напр жени , управл ющего величиной и характером изменени  тока фокусирующей системы. Под воздействием внешних управ0 л ющих сигналов выходное напр жение измен етс  по величине, знаку, скорости нарастани  спада, форме, что позвол ет реализовать различные режимы работы устройства , которые максимальноDAC 8 is designed to generate a voltage that controls the magnitude and nature of the change in current of the focusing system. Under the influence of external control signals, the output voltage changes in magnitude, sign, slew rate, shape, which allows you to implement various modes of operation of the device, which maximize

5 удовлетвор ют требовани м процесса сварки .5 satisfy the requirements of the welding process.

ЦАП 8 осуществл ет только регулирование тока, При подаче по третьему входу серий импульсов на его выходе формируетс DAC 8 only controls the current. When a series of pulses is applied to the third input, a pulse is generated at its output.

0 напр жение, соответствующее цифровому коду. Параметры этого напр жени  определ ютс  параметрами импульсной последовательности .0 voltage corresponding to the digital code. The parameters of this voltage are determined by the parameters of the pulse sequence.

Устройство работает следующим обра5 зом.The device operates as follows.

Предварительное наведение и фокусировка электронного луча осуществл ютс  при малом (2-5 тА) токе электронного луча. Блок 12 фокусировки, подключенный к QT0 клон ющей системе 13, создает в последней переменный ток, под действием магнитного пол  которого луч совершает гармонические колебани  малой амплитуды. Информаци  о положении луча относительноPreliminary guidance and focusing of the electron beam is carried out at a low (2-5 tA) current of the electron beam. The focusing unit 12 connected to the QT0 clone system 13 generates an alternating current in the latter, under the influence of the magnetic field of which the beam makes harmonic oscillations of small amplitude. Information about the position of the beam relative to

5 стыка заключена в амплитуде сигнала, частота которого соответствует частоте сканировани  стыка. Когда координаты луча и стыка совпадают, в спектре сигнала датчика вторичных электронов присутствуют только5 of the joint is the amplitude of the signal, the frequency of which corresponds to the scan frequency of the joint. When the coordinates of the beam and the joint coincide, in the spectrum of the sensor signal of the secondary electrons are present only

0 составл ющие, кратные двойной частоте сканировани . Фокусировка и совмещение луча со стыком осуществл ютс  по максимуму амплитуды сигнала с двойной частотой сканировани , Максимум амплитуды сигна5 ла с двойной частотой сканировани  достигаетс  за счет регулировки величины выходного тока усилител  9, управл ющего напр жением с первого выхода блока 12 фокусировки и изменением величины посто нной составл ющей второго выхода блоке0 components that are multiples of the double scan frequency. The beam and the beam are focused and aligned at the maximum signal amplitude with a double scanning frequency. The maximum signal amplitude with a double scanning frequency is achieved by adjusting the output current of the amplifier 9, which controls the voltage from the first output of the focusing unit 12 and changing the constant value component of the second output unit

12, выходной сигнал датчика 1 поступает на вход формировател  2 сигнала, где из спектра вторично-эмиссионного сигнала выдел етс  сигнал с двойной частотой сканировани . Индикаци  положени  фокуса и взаимного положени  луча относительно стыка осуществл етс  с помощью индикатора, вход щего в состав формировател  2. По окончании процесса предварительной фокусировки и наведени  электронного луча устройство подготовлено к переходу в режим автоматической фокусировки сварочного электронного луча. Переход в режим сварки сопровождаетс  увеличением тока луча до номинального (рабочего ) значени . Выходной сигнал датчика 1 поступает на вход формировател  2 сигнала . В формирователе 2 сигнала выдел етс  посто нна  составл юща  выходного сигнала датчика 1, Выходной сигнал формировател  2 поступает на первые входы схем 3 и 4.12, the output signal of sensor 1 is input to a signal former 2, where a signal with a double scanning frequency is extracted from the spectrum of the secondary emission signal. The focus position and the relative position of the beam relative to the joint are indicated using the indicator included in the shaper 2. After the pre-focusing and aiming of the electron beam is completed, the device is prepared to switch to the automatic focusing mode of the welding electron beam. The transition to welding mode is accompanied by an increase in the beam current to a nominal (working) value. The output signal of the sensor 1 is input to the shaper 2 of the signal. A constant component of the output signal of the sensor 1 is allocated in the signal driver 2. The output signal of the driver 2 is supplied to the first inputs of circuits 3 and 4.

Режим их работы определ етс  командными сигналами,формируемыми блоком 11 управлени . Временной интервал между выборкой сигнала в схеме 3 и выборкой сигнала в схеме 4 определ етс  величиной скорости сварки и ожидаемой величиной скорости изменени  рассто ни  поверхность свариваемых деталей - сварочна  пушка. Выходные сигналы схем 3 и 4 поступают на входы блока 5 сравнени , где осуществл етс  сравнение двух сигналов, между которыми имеетс  временной интервалу . Выходной сигнал блока 5 поступает на вход блока 6 определени  знака, где определ етс  знак результата сравнени , и вход компаратора 7, где определ етс  величина результата сравнени . Если выходной сигнал блока 5 не превышает установленное значение, то выходной сигнал компаратора 7 отсутствует, выходное напр жение управл емого ЦАП 8 не измен етс , неизмененным остаетс  выходной ток усилител  9, а ток в электромагнитной фокусирующей системе 10 равен первоначально установленному 10. В блоке 11 формируютс  командные сигналы, управл ющие режимом работы схем 3 и 4, циклы выборки - сравнени  повтор ютс . Если выходной сигнал блока 3 сравнени  превышает установленное значение, то на выходе компаратора 7 по вл етс  сигнал разрешени  по второму входу работы управл емого ЦАП 8, выходной сигнал блока 6 определ ет по первому входу направление изменени  выходного напр жени  ЦАП 8, а по третьему ЦАП 8 получает последовательно серию импульсов , вызывающую последовательные приращени  тока усилител  9 и токаTheir operation mode is determined by command signals generated by the control unit 11. The time interval between the signal sample in scheme 3 and the signal sample in scheme 4 is determined by the value of the welding speed and the expected value of the rate of change of distance the surface of the parts to be welded - welding gun. The output signals of circuits 3 and 4 are fed to the inputs of the comparison unit 5, where two signals are compared, between which there is a time interval. The output signal of block 5 is input to the sign determining block 6, where the sign of the comparison result is determined, and the input of the comparator 7, where the magnitude of the comparison result is determined. If the output signal of block 5 does not exceed the set value, then the output signal of comparator 7 is absent, the output voltage of the controlled DAC 8 does not change, the output current of amplifier 9 remains unchanged, and the current in the electromagnetic focusing system 10 is equal to the originally set 10. In block 11 command signals are generated that control the operating mode of circuits 3 and 4, sampling and comparison cycles are repeated. If the output signal of the comparison unit 3 exceeds the set value, then the output signal of the comparator 7 displays the enable signal for the second input of the controlled DAC 8, the output signal of the unit 6 determines the direction of the output voltage of the DAC 8 from the first input, and the third DAC from the third input 8 receives sequentially a series of pulses causing successive increments of the current of amplifier 9 and current

электромагнитной фокусирующей систе мы 10. Изменение выходного сигнала датчика 1 после каждого приращени  тока обрабаты ваетс  в формирователе 2 и запоминаетс  5 в схемах 3 и 4. Если выходной сигнал блока 5 сравнени  не превышает установленное значение, то циклы выборки - сравнени  прекращаютс . В противном случае циклы выборки-сравнени  повтор ютс  до тех 10 пор, пока выходной сигнал да гчика 1 не примет максимально возможного значени  при текущих значени х рассто ни  поверхность свариваемой детали-сварочна  пушка, толщине свариваемого материала, токе сварки 15 и величине ускор ющего напр жени .electromagnetic focusing system 10. A change in the output signal of the sensor 1 after each current increment is processed in the former 2 and stored in 5 in circuits 3 and 4. If the output signal of the comparison unit 5 does not exceed the set value, the sampling and comparison cycles are stopped. Otherwise, the sampling-comparison cycles are repeated until the output signal of the sensor 1 reaches the maximum possible value at the current distance values, the surface of the part to be welded-welding gun, the thickness of the material to be welded, the welding current is 15 and the accelerating voltage the wife.

Селектор 14 электронов не пропускает на датчик 1 электроны обладающие малой энергией.The electron selector 14 does not transmit low energy electrons to the sensor 1.

Конструктивно датчик 1 выполнен в ви- 20 де диска, который устанавливаетс  на нижнем торцовом срезе сварочной пушки. В центре диска выполнено сквозное отверстие дл  прохождени  потока электронов (сварочного луча).Structurally, the sensor 1 is made in the form of a disk, which is mounted on the lower end section of the welding gun. A through hole is made in the center of the disk to allow the passage of electrons (welding beam).

5Селектор 14 электронов конструктивно5 Selector 14 electrons constructively

выполнен в виде набора металлических сеток , которые электрически изолированы друг от друга, размеры  чеек у каждой сетки различны. На сетки поданы посто нные по- 0 тенциалы. Количество сеток, размер  чеек и величины посто нных потенциалов выбираютс  в зависимости от вида свариваемых материалов. Селектор 14 установлен на поверхности датчика 1, котора  обращена к 5 сварочной ванне.made in the form of a set of metal grids that are electrically isolated from each other, the cell sizes of each grid are different. Constant potentials are applied to the grids. The number of grids, cell size and constant potentials are selected depending on the type of materials being welded. A selector 14 is mounted on the surface of the sensor 1, which faces the weld pool 5.

Устройство обладает следующими преимуществами: обеспечивает автоматическую фокусировку и стабилизацию фокуса сварочного луча непосредственно в ходе 0 электронно-лучевой сварки; работоспособ- но при отсутствии зазора в стыке и при помощи сварочного луча от 60 Вт до 15 кВт. В устройстве используетс  однозначна  зависимость между амплитудой инфор- 5 мационного сигнала и рассто нием поверхность свариваемой детали - сварочна  пушка, что повышает точность фокусировки .The device has the following advantages: it provides automatic focusing and stabilization of the focus of the welding beam directly during 0 electron beam welding; it is efficient in the absence of a gap in the joint and with the help of a welding beam from 60 W to 15 kW. The device uses an unambiguous relationship between the amplitude of the information signal and the distance of the surface of the part to be welded — the welding gun, which increases the focusing accuracy.

Claims (2)

Формула изобретени  01. Устройство дл  автоматической фокусировки сварочного электронного луча, содержащее фокусирующую электромагнитную систему, датчик вторичных электронов, блок фокусировки, блок управлени  и отклон ю- 5 щую систему, отличающеес  тем, что, с целью повышени  качества сварного шва за счет стабилизации фокусного рассто ни  электронного луча в процессе сварки, оно снабжено формирователем сигнала, двум  схемами выборки-хранени , блоками сравSUMMARY OF THE INVENTION 01. A device for automatically focusing a welding electron beam, comprising a focusing electromagnetic system, a secondary electron sensor, a focusing unit, a control unit and a deflecting system, characterized in that, in order to improve the quality of the weld by stabilizing the focal distance no electron beam during the welding process, it is equipped with a signal conditioner, two sampling-storage circuits, comparing units Нени  и определени  знака, компаратором,управл емого цифроаналогового преобра- управл емым цифроаналоговым преобра -зовател , к третьему входу которого под- зователем и усилителем тока, причем датчикключей третий выход блока управлени , к вторичных электронов через формирова-второму - вход блока управлени , а выход тель сигнала подключен к первым входам5 через усилитель тока соединен с электросхем выборки-хранени , вторые входы ко-магнитной фокусирующей системой, блок торых соединены с выходами блока управ-фокусировки выходами подключен к откло- лени , а выходы подключены к входам блокан ющей системе и к второму входу усилите- сравнени , выход которого подключен кл  тока.The identification and sign of the comparator controlled digital-to-analogue convertible digital-to-analogue converter, to the third input of which is a driver and a current amplifier, and the sensor switches the third output of the control unit, to the secondary electrons through the formiro-second - the input of the control unit, and the signal output device is connected to the first inputs5 through a current amplifier connected to a sampling-storage circuit, the second inputs are co-magnetic focusing system, the blocks of which are connected to the outputs of the control-focusing unit, the outputs are connected ene deviation to laziness, and outputs connected to inputs blokan yoke and to a second input of comparator amplifiers whose output is connected to current cells. входам блока определени  знака и компара-10 inputs of the unit for determining the sign and compara-10 2. Устройство поп. 1,отличающеетора , выходы которых соединены соответст-с   тем, что датчик сторичных электронов2. The device pop. 1, characterized by the outputs of which are connected in accordance with the fact that the sensor of primary electrons венно с первым и вторым входамиснабжен селектором электронов по энерги м.With the first and second inputs, it is equipped with an electron selector for energy m.
SU904867789A 1990-09-21 1990-09-21 Device for automatic focussing of welding electron beam RU1773641C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904867789A RU1773641C (en) 1990-09-21 1990-09-21 Device for automatic focussing of welding electron beam

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904867789A RU1773641C (en) 1990-09-21 1990-09-21 Device for automatic focussing of welding electron beam

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1773641C true RU1773641C (en) 1992-11-07

Family

ID=21536918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904867789A RU1773641C (en) 1990-09-21 1990-09-21 Device for automatic focussing of welding electron beam

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1773641C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. За вка GB № 1321353, кл. В 23 К 15/00, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР № 1123183,кл. В 23 К 15/00, 1983. АВТОМАТИЧЕ- СВАРОЧНОГО *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5017757A (en) Pulsed arc welding machine
US3875366A (en) Method and apparatus for regulating the beam current in industrial charge carrier beam apparatus
US4021636A (en) Beam current control device for a technical corpuscular beam apparatus
RU1773641C (en) Device for automatic focussing of welding electron beam
GB2217158A (en) Automatic focusing apparatus for an electron microscope
US3814829A (en) Device for electron-beam heating of materials mainly for their melting and evaporation
GB1194022A (en) Improvements in or relating to Focussing SYstems in Corpuscular Beam Microscopes
US4554452A (en) Method and apparatus for handling charged particle beam
JPS6248345B2 (en)
US4471205A (en) Electron beam engraving method and device for execution
US4260893A (en) Device for directing electrically charged particles towards a target
US4791295A (en) Method and apparatus for automatically correcting astigmatism of scanning electron microscope or the like
GB1321358A (en) Process for accurately adjusting an electron beam during electron beam welding
SU1468700A1 (en) Method and apparatus for electron-beam welding
US5118949A (en) Process for the protection of a diaphragm during the generation of electron beam pulses
RU2071401C1 (en) Electron beam welding method
RU2023557C1 (en) Method of and device for electron beam welding
SU1750891A1 (en) Electron-beam welding method
SU1260142A1 (en) Method and apparatus for electron-beam welding
ARATA et al. Tandem Electron Beam Welding (Report V)
SU1016914A2 (en) Method of electronic-beam welding
JPS5810818B2 (en) electromagnetic lens device
JPH03252034A (en) Convergent charged particle beam device
SU691762A1 (en) Cathode ray oscillograph
JPS54149569A (en) Scanning electron microscope