DD139102B1 - METHOD FOR DETERMINING AND CONTROLLING THE EFFECT OF ENERGY-RELATED CARRYING BEAM RADIATIONS ON MATERIALS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING AND CONTROLLING THE EFFECT OF ENERGY-RELATED CARRYING BEAM RADIATIONS ON MATERIALS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD Download PDF

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DD139102B1 DD20823078A DD20823078A DD139102B1 DD 139102 B1 DD139102 B1 DD 139102B1 DD 20823078 A DD20823078 A DD 20823078A DD 20823078 A DD20823078 A DD 20823078A DD 139102 B1 DD139102 B1 DD 139102B1
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Karl-Otto Dr-Ing Mauer
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Description

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Anmelder : Karl-Otto Mauer Applicant: Karl-Otto Mauer

4090 lialle-Ueustadt Dlock 378/114090 Lialle-Ueustadt Dlock 378/11

Zustellungobevollmächtigter:Zustellungobevollmächtigter:

Leit-UfN "Schweißtechnik*' im Zentralinstitut für Schweißtechnik dor DDR 4030 Halle. PSF 16Leit-UfN "Welding technology *" in the central institute for welding technology of the DDR 4030 Halle. PSF 16

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung von enorgiereichen Ladungsträgerstrahlen auf Werkstoff unter den jev/eiligen Bedingungen des technologischen Prozesses sowie zur Einstellung und prozeßabhängigen Regelung dieser Wirkung über die Strahlfokussierung, insbesondere zum Schweißen, Schneiden, Schmelzen, Verdampfen und zur Werkstoffbearbeitung.The invention relates to a method and devices for detecting and controlling the effect of high-energy carrier gangs on material under the jev / hurry conditions of the technological process and for setting and process-dependent control of this effect on the beam focusing, in particular for welding, cutting, melting, evaporation and material processing.

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Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bereits bekannt, die bei einer kurzzeitigen Unterbrechung des Elektronenstrahles durch eine oder mehrere scharfkantige Sonden meßbare Stromanstiegsgeschwindigkeit zur Einstellung, Kontrolle und Stabilisierung der Fokussierung auszunutzen. Dazu wird eine rotierende, den Elektronenstrahl periodisch unterbrechende Sonde verwendet und der Verlauf des Sondenstromes von einem Elektronenstrahloszillographon abgebildet.It is already known that, in the event of a brief interruption of the electron beam by one or more sharp-edged probes, it is possible to take advantage of the measurable rate of current increase for the adjustment, control and stabilization of the focusing. For this purpose, a rotating probe periodically interrupting the electron beam is used and the course of the probe current is imaged by an electron beam oscillograph.

Eine andere Variante besteht darin, daß der Elektronenstrahl durch eine Pendelung oder Kreisbewegung von der in seiner Lage unveränderten Sonde unterbrochen wird. Befindet sich dor Strahlfokus in der Ebene der Sondenoborflächo, so weist die Stromanstiegsgeschwindigkeit ihren Minimalwert auf. Der gewünschte Fokussierungsgrad (Abstand zwischen Fokusebene und Ebene der Werkstückoberfläche) wird über den Abstand zwischen Linsenmitte und Sondenoberfläche meist mit Hilfe von Kalibrierkennlinien eingestellt.Another variant is that the electron beam is interrupted by a pendulum or circular motion of the unchanged in its position probe. If the beam focus is in the plane of the probe surface, the rate of increase of the current has its minimum value. The desired degree of focus (distance between the focal plane and the plane of the workpiece surface) is usually set via the distance between the lens center and the probe surface with the aid of calibration characteristics.

Dieses Verfahren weist folgende Nachteile auf: Die Strahlleistung und Leistungsdichte sind begrenzt, da die Sondenkanten bei höheren Leistungsdichten schmelzen und dann das Meßergebnis verfälscht wird. Wird jedoch bei geringer Strahlstromstärke fokussiert, so treten bei Schweißloistung durch den zunehmenden Einfluß der Raumladung erhebliche Abweichungen auf. IVird dieses Verfahren während des Gehweißens zur Stabilisierung des Fokussierungsgrades angewendet, so erfolgt eine periodische Unterbrechung des Elektronenstrahles, die den kontinuierlichen Prozeßablauf stören kann. Informationen über den Einfluß der Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der am Schweißprozeß beteiligten Materie auf die Strahlfokussierung werden nicht erzielt,This method has the following disadvantages: The beam power and power density are limited, since the probe edges melt at higher power densities and then the measurement result is falsified. However, if focused at a low beam current intensity, significant variations occur in the welding performance due to the increasing influence of the space charge. If this method is used during the welding to stabilize the degree of focusing, there is a periodic interruption of the electron beam, which can disrupt the continuous process. Information on the influence of the interaction between the electron beam and the matter involved in the welding process on the beam focusing are not obtained,

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da die verwendete Meßgröße nicht mit dem Schweißprozeß in Verbindung steht. Werden zur Einstellung der Fokussierung Kalibrierkennlinien verwendet, so sind diese nur für den momentanen Arbeitszustand der Strahlenkanone exakt gültig.because the measured variable used is not connected to the welding process. If calibration curves are used to set the focus, they are only valid for the current working state of the beam gun.

Es ist auch bekannt, den Elektronenstrahl der Schweißkanone direkt auf der Werkstückoberfläche synchron mit dem Elektronenstrahl eines Fernsohmonitors zu rastern, die reflektierten Elektronen zur Helligkeitssteuerung auszunutzen und die Abbildungsschärfe auf dom Bildschirm als Maß dafür zu vorwenden, daß der Arbeitsstrahl oberflächenfokussiert ist. Die Größe des rechteckigen Rasterbildes auf der Werkstückoberfläche beträgt dabei nur einige Quadratzentimeter. Die Einstellung des Fokussierungsgrades erfolgt über den Arbeitsabstand mit Hilfe von Kalibrierkennlinien.It is also known to scan the electron beam of the welding gun directly on the workpiece surface synchronously with the electron beam of a remote sohmonitor, to use the reflected electrons for brightness control and to apply the image sharpness on dom screen as a measure that the working beam is surface-focused. The size of the rectangular raster image on the workpiece surface is only a few square centimeters. The adjustment of the degree of focus is carried out over the working distance by means of calibration curves.

Obwohl sich die Energie des Elektronenstrahles über die gesamte kasterfläche verteilt und dadurch auch bei höheren Leistungen und Leistungsdichten fokussiert werden kann, steht die verwendete Meßgröße nicht mit dem Schweißprozeß direkt in Verbindung.Although the energy of the electron beam can be distributed over the entire surface of the grid and can thus be focused even at higher powers and power densities, the measured variable used is not directly connected to the welding process.

es ist weiterhin bekannt, die Intensität der von einem fotoempfindlichen Bauelement in eine entsprechende elektrische Größe umgewandelten, während dos Schweißprozesses auftretenden Infrarotstrahlung aus dem Schmelzbad als Kriterium für die Fokussierung zu verwenden. Das Meßsignol wird von einem Meßinstrument angezeigt oder von einem Oszillographen aufgezeichnet. Zwischen der Fokussierungsstromstärke und der Strahlungsintensität besteht dabei ein nichtlinearer Zusammenhang, der durch zwei Maxima und ein Minimum gekennzeichnet ist. Im Minimum der Charakteristik ist der Elektronenstrahl derart fokussiert, daß die maximale Nahttiefe erreicht wird.It is also known to use the intensity of the converted from a photosensitive device in a corresponding electrical size, occurring during dos welding process infrared radiation from the molten bath as a criterion for focusing. The measuring signal is displayed by a measuring instrument or recorded by an oscilloscope. There is a non-linear relationship between the focusing current intensity and the radiation intensity, which is characterized by two maxima and a minimum. At least the characteristic of the electron beam is focused so that the maximum Nahiefeiefe is achieved.

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Der Hauptnachtcil dieses Verfahrens besteht in der Verwendung eines fotoempfindlichen Bauelementes als Meßfühler, Die während des Schweißens auftretende, von der Strahlleistung abhängige Werkstoffverdampfung bewirkt eine zunehmende Beschichtung der fotoempfindlichen Fläche des Meßfühlers und somit eine zeitabhängige Änderung der gemessenen Infrarotstrahlungsintensität für gleiche Prozeßbodingungen. Weiterhin wird der Fokussierungsstromstärkebereich, in dem diese typische Charakteristik auftritt mit zunehmender Strahlleistung breiter, so daß die Einstollgenauigkeit sinkt. Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird die Stärke des beim Elektronenstrahlschweißen auftretenden Rückstreu- oder Werkstückstromes zur Einstellung und Kontrolle der Strahlfokussierung ausgenutzt. Dazu wird die Stromstärke des Rückstreuoder Werkstückstromes während des Schweißens gemessen und in Abhängigkeit von der Fokussierungsstromstärke durch ein Registriergerät aufgezeichnet. Zwischen der Fokussierungsstromstärke und der jeweiligen Meßgröße besteht dabei ein nichtlinearer Zusammenhang, der für den Rückstreustrom durch zwei Maxima und ein Minimum und für den Werkstückstrom durch zwei Minima und ein Maximum gekonnzeichnet ist. Im Minimum der Charakteristik für den Rückstreustrom oder im Maximum der Charakteristik für den Werkstückstrom ist der Elektronenstrahl jeweils derart fokussiert, daß die maximale Nahttiefe erreicht wird.The main feature of this method is the use of a photosensitive device as a probe. The beam evaporation dependent material evaporation during welding causes an increasing coating of the photosensitive surface of the probe and thus a time dependent change of the measured infrared radiation intensity for equal process conditions. Furthermore, the focusing current range in which this typical characteristic occurs becomes wider as the beam power increases, so that the pitch accuracy decreases. According to another known method, the strength of the backscattering or workpiece flow occurring during electron beam welding is utilized for setting and controlling the beam focusing. For this purpose, the current intensity of the backscatter or workpiece flow during welding is measured and recorded as a function of the focusing current through a recording device. There is a non-linear relationship between the focusing current intensity and the respective measured variable, which is characterized by two maxima and a minimum for the backscattering current and by two minima and a maximum for the workpiece flow. At the minimum of the characteristic for the backscattering current or at the maximum of the characteristic for the workpiece current, the electron beam is in each case focused in such a way that the maximum seam depth is achieved.

Dieses Verfahren weist folgende Nachteile auf: Der Fokussierungsstromstärkebereich, in dem diese typische Charakteristik auftritt, wird mit zunehmender Strahlloistung breiter, so daß die Einstellgenauigkeit sinkt. Da der Auffänger für den Rückstreustrom nur einen bestimmten Raumwinkel erfaßt, führen beispielsweise von der Fokussierungsstromstärke abhängige Änderungen desThis method has the following drawbacks: The focusing current range in which this typical characteristic occurs becomes wider as the beam power becomes larger, so that the setting accuracy decreases. Since the catcher detects only a certain solid angle for the backscattering, lead, for example, dependent on the focusing current strength changes of

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Raumwinkels für den Ruckstreustrom zu Verzerrungen der Charakteristik, die eine exakte Einstellung der Strahlfokussierung erschweren oder unmöglich machen. Die während des Schweißens auftretende Wechselstromkomponente ist der Gleichstromkomponente der Meßcharakteristik überlagert und erschwert oder vorhindert ebenfalls eino exakte Einstellung der Strahlfokussierung.Solid angle for the Ruckstreustrom distortion of the characteristic that make exact adjustment of the beam focusing difficult or impossible. The alternating current component occurring during welding is superimposed on the direct current component of the measuring characteristic and also impedes or prevents inaccurate adjustment of the beam focusing.

Es ist außerdem bekannt, die raumliche Verteilung des Rückst reust rornes während des Schweißens zur Einstellung und Kontrolle der Strahlfokussierung zu nutzen. Dazu werden zwei Auffänger für den Rückstreustrom mit gleichen Abmessungen bezüglich der Strahlachse symmetrisch meist in Schweißrichtung unter einem bestimmten Winkel angeordnet und die Differenzstromstärke durch ein Registriergerät aufgezeichnet. Zwischen der Fokussierungsstromstärke und der Differenzstromstärke besteht dabei ein nichtlinearor Zusammenhang, der durch zwei Maxima und ein Minimum gekennzeichnet ist. Im Minimum der Charakteristik ist der Elektronenstrahl derart fokussiert, daß die maximale Nahttiefe erreicht wird.It is also known to use the spatial distribution of the backrest rusts during welding to adjust and control the beam focusing. For this purpose, two collectors for the backscattering stream of the same dimensions with respect to the beam axis are arranged symmetrically, usually in the welding direction, at a certain angle, and the differential current intensity is recorded by a recording device. There is a non-linear relationship between the focusing current intensity and the differential current intensity, which is characterized by two maxima and a minimum. At least the characteristic of the electron beam is focused so that the maximum Nahiefeiefe is achieved.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht hauptsächlich darin, daß die räumliche Verteilung des Rückstreustromes in Schweißrichtung erst für höhere Schweißgeschwindigkeiton eine deutliche Asymmetrie aufweist, so daß die Einstellgenauigkeit mit abnehmender Schweißgeschwindigkeit sinkt und der Verlauf der Charakteristik zusätzlich von diesem Schweißparameter abhängig ist.The disadvantage of this method is mainly that the spatial distribution of the backscattering in the welding direction has a significant asymmetry only for higher welding speed, so that the setting accuracy decreases with decreasing welding speed and the course of the characteristic is additionally dependent on this welding parameters.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren und Einrichtungen zu schaffen, die es unter den jeweiligen Bedingungen des technologischen Prozesses gestatten, während dos Prozeßverlaufes die Wirkung von energiereichen Ladungsträger-Strahlen auf den Werkstoff zu ermitteln und zu kontrollierenIt is an object of the invention to provide a method and devices that allow under the particular conditions of the technological process, during the course of the process to determine the effect of high-energy carrier radiation on the material and control

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sowie über die Strahlfokussierung einzustellen und prozeßabhängig zu regeln, um den Aufwand an Versuchen und Werkstoff bei einer zu lösenden technologischen Aufgabe zu senken.as well as to adjust the beam focusing and process dependent to reduce the cost of experiments and material in a to be solved technological task.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Rückstreu- und Werkstückstrom dahingehend zu untersuchen, ob aus ihm nicht weitere Informationen zu gewinnen sind, die Wirkungsvoller für die Kontrolle und Regelung der Strahlparametor einsetzbar sind.The invention has for its object to examine the backscatter and workpiece flow to the effect whether it can not be obtained from him more information that can be used for the control and control of the Strahlparametor more effective.

Die prozeßabhängige Regelung soll innerhalb vorgegebener Grenzen auch bei zeitabhängigen Voränderungen der Geometrie des elcktronenoptischen Systems der Strahlenkanone eine Prozeßstabilisierung gewährleisten.The process-dependent control is to ensure process stabilization within predetermined limits, even with time-dependent changes in the geometry of the electron beam optical system of the beam gun.

crfindungogemüß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Frequenzcharakteristik der Wechselstromkomponente von Ladungsträgern, Energie- und Frequenzbereichen de3 Rückstrou- und/ oder Werkstückstromcs erfaßt und derart dargestellt wird, daß der Abstand zwischen dem durch den Nennwert der FokussiQ-rungsstromstärke gebildeten Arbeitspunkt und dem Frequenzmaximum der Frequenzcharakteristik die Fokuslage bezüglich Werkstückebene angibt.The object is achieved in that the frequency characteristic of the alternating current component of charge carriers, energy and frequency ranges de3 Rückstrou- and / or Werkstückstromcs is detected and represented such that the distance between the operating point formed by the nominal value of FokussiQ- rungungsstrength and the maximum frequency of the Frequency characteristic indicates the focal position with respect to workpiece level.

Die Ausübung des beschriebenen Verfahrens kann derart erfol-1 gen, daß die Frequenzcharakteristik während des Prozeßverlaufes in vorgewählten Zeitabständen kurzzeitig abgebildet und der eingestellte Nennwert der Fokussiorungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung, bei dem der technologische Prozeß zwischen den einzelnen Abbildungen der Frequenzcharakteristik abläuft, gleichzeitig besonders markiert wird.The exercise of the method described can gen such successes 1, that the frequency characteristic during the process path at preselected time intervals displayed for a short time and the set nominal value of the Fokussiorungsstromstärke or accelerating voltage, in which the technological process between the individual pictures of the frequency characteristic runs out, at the same time particularly marked.

Dazu wird die Fokussierungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung während des Proezßverlaufes in bestimmten Zeitabständen, abhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit des Prozesses, nach einer beliebigen, in einem gewissen BereichFor this purpose, the focusing current or voltage during the Proezßverlaufes at certain time intervals, depending on the operating speed of the process, after any, in a certain range

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linear ansteigenden mathematischen Funktion einmalig innerhalb einstellbarer Grenzen um den eingestellten IJennwert geändert und die dafür notwendige Zeit derart auf den technologischen Prozeß abgestimmt, daß das Prozeßergebnis nicht negativ beeinfluß, jedoch die Frequenzcharakteristik eindeutig gemessen wird. Eine der kurzzeitigen Änderung der Fokussierungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung streng proportionale Spannung wird dem X-Eingang und eine der Frequenz des Rückstreu- oder Werkstück-Stromes entsprechende Spannung dem X-Eingang, vorzugsweise eines Eloktronenstrahloszillographen, der gegebenenfalls ein Speicheroszilloskop sein kann, zugeführt. Gleichzeitig wird in dem Augenblick, in dem der Momentan- und Nennwert der Fokussierungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung übereinstimm, ein kurzer Impuls erzeugt, der dem Z-Eingang des Oszillographen zugeführt wird und einen entsprechenden Leuchtpunkt auf der vom Oszillographen abgebildeten Frequenzcharakteristik bewirkt.linearly increasing mathematical function changed once within adjustable limits by the set IJennwert and the necessary time for such a matched to the technological process that the process result is not adversely affected, but the frequency characteristic is clearly measured. A voltage strictly proportional to the momentary change in focus current or voltage is applied to the X input and to a voltage corresponding to the frequency of the backscatter or workpiece current to the X input, preferably an electron beam oscilloscope, which may optionally be a storage oscilloscope. At the same time, at the instant that the instantaneous and nominal values of the focusing current or acceleration voltage coincide, a short pulse is generated which is applied to the z-input of the oscilloscope and causes a corresponding luminous spot on the frequency characteristic shown by the oscilloscope.

Änderungen der Leistungsdichte, der Leistungsdichteverteilung im Brennfleck, des Fokussierungsgrades und der Leistungs· dichteverteilung in Längsrichtung des Ladeungsträgerstrahles, aber auch der Prozeßbedingungen, werden auf dem Bildschirm des Oszillographen als Änderungen des Verlaufes oder als horizontale Vorschiebung der Frequenzcharakteristik wahrgenommen. Für gegebeno technologische Bedingungen χει die Strahlfokussierung im Frequenzmaximum dabei derart auf den Prozeß abgestimmt, daß die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der am Prozeß beteiligten Materie sowie die dadurch verursachte Prozeßdynamik am intensivsten sind und beispielsweise beim Elektronenstrahlschweißen die Nahttiefe sowie das Tiefe-Breite-Verhältnis der Naht ihr Maximum erreichen. Der für den jeweiligen technologischen Prozeß charakteristische Abstand zwischen dem Leuchtpunkt und dem Frequenzmaximum, der einem bestimmten relativen Fokussierungsstromstärke- oder Beschleunigungsspannungsbe-Changes in the power density, the power density distribution in the focal spot, the degree of focus and the power density distribution in the longitudinal direction of the charge carrier beam, but also the process conditions are perceived on the screen of the oscilloscope as changes in the course or as a horizontal advance of the frequency characteristic. For given technological conditions, the beam focusing in the frequency maximum is coordinated with the process in such a way that the interaction between the charged particle beam and the matter involved in the process and the process dynamics caused thereby are most intense and, for example, in electron beam welding, the seam depth and the depth-width ratio of the Seam to reach their maximum. The characteristic of the respective technological process distance between the luminous point and the frequency maximum, the a certain relative focus amperage or Beschleunigungsspannungsbebe-

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trag entspricht, sowie der Verlauf der Frequenzcharakteristik werden zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung des energiereichen Ladungsträgerstrahles auf den Werkstoff sowie zur Einstellung dieser Wirkung über die StrahlfokuGsierung verwendet.The frequency characteristics are used to determine and control the effect of the high-energy carrier beam on the material and to set this effect via the beam focusing.

Eine weitere zweckmäßige Ausstattung besteht darin, daß die Zeit zwischen den Zeitpunkten, in denen der Mc-mcntan- und Nennwert der Fokussierungsstromstarke oder Beschleunigungsspannung übereinstimmen und die Frequenzcharakteri— stik ihr Maximum erreicht, gemessen und kontrolliert sowie über die Strahlfokussierung eingestellt und durch prozeßabhängige Regelung stabilisiert wird.Another expedient feature is that the time between the times in which the Mc-mcntan- and nominal value of the focusing current or acceleration voltage coincide and the Frequenzcharakteri- stik reaches its maximum, measured and controlled and adjusted via the beam focusing and stabilized by process-dependent control becomes.

Zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung des energiereichen Ladungst rägerst rahles auf den 'Werkstoff sowie zur Einstellung dieser Wirkung über die Strahlfokussierung warden der zeitliche Abstand zwischen beispielsweise den Vordcrflanken dieser beiden Inpulse gemessen und gleichzeitig eino in einer elektronischen Schaltung erzeugte positive oder negative Hilfsspannung ausgewertet, die angibt, ob das Frequonzmaximum bei einem Fokussierungsstromstarke- oder Deschleunigungospannungswert auftritt, der über oder unter dem jeweiligen fJennwert liegt. Zur Messung selbst können dabei geeignete Digitalmeßgeräte oder ein Elektronenstrahloszillograph, der gegebenenfalls ein Speicheroszilloskop sein kann, verwendet werden. Durch die Verwendung von Digitalmeßgeräten besteht weiterhin die Möglichkeit, das Meßergebnis auszudrucken, zu speichern oder weiterzuverarbeiten.In order to determine and control the effect of the high-energy charge carrier on the material and to adjust this effect via beam focusing, the time interval between, for example, the front edges of these two pulses is measured and at the same time a positive or negative auxiliary voltage generated in an electronic circuit is evaluated indicates whether the frequency maximum occurs at a focus current strength or acceleration voltage value that is above or below the respective f-value. For the measurement itself, suitable digital measuring devices or an electron-beam oscilloscope, which may optionally be a storage oscilloscope, can be used. Through the use of digital measuring devices, it is still possible to print out, save or process the measurement result.

Zur Stabilisierung der Wirkung des onergiereichen Ladungstrügerstrahles auf den Werkstoff durch eine prozeßabhängige Regelung werden die gemessene Zeit zwischen den beiden Impulsflanken und die positive oder negative Hilfsspannung, die die Lage des Frequenzmaximums bezüglich des Nennwertes der Fokussierungsstromstarke oder Beschleunigungsspannung charakterisiert, einem Prozeßrechner zugeführt, der gegebe-nenfalls ein Mikroprozessor sein kann.To stabilize the action of the high-energy carrier beam on the material by a process-dependent control, the measured time between the two pulse edges and the positive or negative auxiliary voltage, which characterizes the position of the frequency maximum with respect to the nominal value of the focusing current or acceleration voltage, fed to a process computer, the given If necessary, it can be a microprocessor.

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Es ist auch möglich, die beiden Impulse direkt oder über geeignete Wandler zuzuführen, wobei die Zeitmessung und Bildung der ililfsspannung vom Prozeßrechner selbst ausgeführt werden können.It is also possible to supply the two pulses directly or via suitable converters, wherein the time measurement and formation of the auxiliary voltage can be carried out by the process computer itself.

Der Prozeßrechner übernimmt die Funktion eines elektronischen Digitalreglers, der die jeweiligen Istwerte mit den im Speicher vorhandenen Sollwerten vergleicht und entsprechend dem geforderten übertragungsverhalten für den Regelvorgang die zugehörigen Stellwerte berechnet und an das Stellglied für die Fokussierungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung weiterleitet. Die Sollwerte der Regel- und ililfsgröße, die Prozeßgleichung, das Zeitverhalten der Regelfunktion des Prozeßrechners sowie das Rechen- und Steuerprogramm v/erden über entsprechende Eingabeeinheiten direkt oder von einer EDV-Anlage in den Prozeßrechner eingespeichert. Die Synchronisierung aller an der Prozeßregelung beteiligten Geräte erfolgt dabei durch entsprechende Steuerimpulse, die vorzugsweise vom Prozeßrechner selbst abgegeben werden.The process computer assumes the function of an electronic digital controller, which compares the respective actual values with the setpoints present in the memory and calculates the associated control values according to the required transmission behavior for the control process and forwards them to the actuator for the focusing current intensity or acceleration voltage. The setpoint values of the control and auxiliary variables, the process equation, the time behavior of the control function of the process computer, and the calculation and control program are stored directly or by a computer system in the process computer via corresponding input units. The synchronization of all involved in the process control devices takes place by appropriate control pulses, which are preferably issued by the process computer itself.

Eine weitere zweckmäßige Variante zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß für den technologischen Prozeß an Hand der Frequenzcharakteristik ein fester Abstand zwischen Arbeitspunkt und Frequenzmaximum vorgegeben ist, die zum Arbeitspunkt gohörige Frequenz als Sollwert festgelegt und die Strahlfokussierung über die Frequenz als Regelgröße automatisch stabilisiert werden.A further expedient variant for carrying out the method is characterized in that for the technological process on the basis of the frequency characteristic a fixed distance between the operating point and maximum frequency is specified, the gehorbige to the operating frequency as setpoint and the beam focusing on the frequency as a controlled variable automatically stabilized ,

Dazu werden die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes sowie die Fokussierungsstromstärke oder Beschleunigungsspannung während des Prozeßverlaufes ständig gemessen und einem als elektronischen Regler arbeitenden Prozeßrechner zugeführt wird, der gegebenenfalls ein Mikroprozessor sein kann. Die Messung dieser Größen kann dabei durch geeignete Digitalmeßgeräte oder durch denFor this purpose, the frequency of the backscatter or workpiece flow and the focusing current or acceleration voltage during the process are constantly measured and fed to a working as an electronic controller process computer, which may optionally be a microprocessor. The measurement of these quantities can be done by suitable Digitalmeßgeräte or by the

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Prozeßrechner selbst erfolgen. Der Prozeßrechner vergleicht die jeweiligen Istwerte mit den im Speicher vorhandenen Sollwerten, berechnet entsprechend dem geforderten Übertragungsverhalten für den Regelvorgang die zugehörigen Stellwerte und leitet diese an das Stellgliod für die Fokussierungsstromstärke oder Ceochleunigungsspannung weiter. Der Sollwert der Regelgröße, die Prozeßgleichung, die Grenzwerte, das Zeitvorhalten der Regelfunktion des Prosoßrechners sowie das Rechen- und Steuorprogramm werden über entsprechende Eingabeoinheiten direkt oder von einer EDV-Anlage in den Prozeßrechner eingespeist. Die Synchronisierung aller an der Prozeßregelung beteiligten Geräte erfolgt dabei durch entsprechende Steuerimpulse, die vorzugsweise vom Prozeßrechner selbst abgegeben werden. Eine naheliegende Lösung besteht darin, daß der Regelprozeß in herkömmlicher Weise durch geeignete Bauglieder für einen Regelkreis ohne die Vorwendung eines Prozeßrechners realisiert wird.Process computer itself. The process computer compares the respective actual values with the setpoint values present in the memory, calculates the associated control values in accordance with the required transmission behavior for the control process and forwards them to the adjusting glide for the focusing current intensity or the ceria acceleration voltage. The desired value of the controlled variable, the process equation, the limit values, the timing of the control function of the Prosoßrechners and the calculation and control program are fed via appropriate input units directly or from a computer system in the process computer. The synchronization of all devices ozeßregelung involved in the P r is carried out by appropriate control pulses, which are preferably made by the process computer itself. An obvious solution is that the control process is conventionally implemented by suitable control loop members without the intervention of a process computer.

Die Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgeuüßen Verfahrens bezieht sich zunächst auf die Gestaltung des an sich bekannton Auffängers. So ist es zweckmäßig, den Auffänger für den Rückstreustrom so zu konstruieren, da(~> Änderungen der Jinkelverteilung des Rückstreustromes das Meßergobnis nicht negativ beeinflussen und der Anlagebediener den technologischen Prozeß auch ohne technische Hilfsmittel beobachten kann. Dazu ist es zweckmäßig, den Auffänger streifenförmig mit einer Krümmung auszubilden, deren Brennpunkt in der Schweißkapillare liegt.The device for carrying out the method according to the invention initially relates to the design of the per se bekannton catcher. Thus, it is expedient to design the collector for the backscattering stream, since changes in the angular distribution of the backscattering stream do not adversely affect the measuring performance and the plant operator can observe the technological process even without technical aids form a curvature whose focus is in the weld capillary.

Damit von den Wänden des Rezipienten reflektierte Ladungsträger das Meßergebnis nicht verfälschen, ist der Auffänger, wie bereits bekannt, von einer Abschir-In order that charge carriers reflected from the walls of the recipient do not distort the measurement result, the catcher is, as already known, prevented from screening.

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mung mit schlitzförmiger Öffnung umgeben, die stets zum Prozeßort gerichtet sein muß. Bei Relativbewegung zwischen Werkstück und Ladungsträgerstrahl ist der Auffänger in Bewegungsrichtung hinter oder vor dem Strahl oder um einen festzulegenden Winkel zur einen oder anderen Seite versetzt anzuordnen.surrounded with slit-shaped opening, which must always be directed to the processing location. In the case of relative movement between the workpiece and the charge carrier beam, the catcher is to be arranged in the direction of movement behind or in front of the beam or offset by an angle to be fixed to one side or the other.

Zur Gewährleistung einer geringen Zeitkonstante für die Stellgröße Gtrahlfokussierung ist es forner zweckmüßig, die Strahlenkanonc mit einer zusätzlich eingebauten, eisenlosen Fokussierungslinse auszurüsten, die innerhalb vorgegebener Grenzen schnelle verzerrungsarme Fokussierungsändorungen um die von der bereits vorhandenen Magnetlinse erzeugte Grundfokussierung ermöglicht.In order to ensure a small time constant for the control variable Gtrahlfokussierung it is forner zweckmüßig to equip the Strahlenkanonc with an additional built-iron-free focusing lens, which allows within predetermined limits fast low-distortion focus shifts around the base focussing generated by the existing magnetic lens.

Ausführungsbeispie1Ausführungsbeispie1

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbcispielen näher erläutert werden. Jn den zugehörigen Zeichnungen zeigen :The invention will be explained in more detail below on several Ausführungsbcispielen. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Auffänger und ihrer räumlichen Anordnung beim Schweißen sowie das Prinzip zur Messung des Rückstreu-, Werkstück-und Durchdringungsstromes;Fig. 1: a schematic representation of the catcher and their spatial arrangement during welding and the principle for measuring the backscatter, workpiece and Durchdringungsstromes;

Fig. 2: ein Blockschema zur periodisch wiederholten, kurzzeitigen Abbildung der Frequenzcharakteristik während des Schweißprozesses;2 shows a block diagram for periodically repeated, short-time mapping of the frequency characteristic during the welding process;

Fig. 3: ein Schema mit den Impulsverläufen nach Fig. 2;FIG. 3 shows a diagram with the pulse courses according to FIG. 2; FIG.

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Fig. 4: eino schematische Darstellung zur Verschiebung der Frequenzcharakteristik bei änderung des Nennwertes sowie zur Änderung dor Schweißnaht tiefe in Abhängigkeit vom verwendeten Arbeitspunkt,·4 shows a schematic representation of the shift of the frequency characteristic when the nominal value is changed, and the change in the depth of the weld depending on the operating point used,

Fig. 5: ein Dlockschema zur Kontrolle und prozeßabhängigen Regelung des Abstandes zwischen dem Arbeitspunkt und dem Frequenzmaximum der Charakteristik;Fig. 5: a Dlockschema for control and process-dependent control of the distance between the operating point and the frequency maximum of the characteristic;

Fig. 6: ein Qlockschema zur ständigen Kontrolle der Istwerte für die Frequenz des Rückst reu- oder Werkstückstromes während des Schweißprozesscs sowie zur Angabe einer Grenzwertüberschreitung;6 shows a Qlock scheme for the continuous control of the actual values for the frequency of the backflow or workpiece flow during the welding process, and for the indication of a limit value violation;

Fig. 7: ein Blockschema zur prozoßabhängigen Regelung der Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes über die Strahlfokussirung beim Schweißen;Fig. 7 is a block diagram for prozoßabhängigen control of the frequency of the backscatter or workpiece flow on the Strahlfokussirung during welding;

Der von der Elektronenstrahlschweißkanone, bestehend aus Kathode I1 Steuerelektrode Z, Anode 3, Zentrierungssystem 4, Fokussierungslinse 5 und Ablenksystem б erzeugte EIeUtronenstrahl der Strahlstromstärke I trifft auf dieThe EIeUtronenstrahl the jet current intensity I generated by the electron beam welding gun, consisting of cathode I 1 control electrode Z, anode 3, centering system 4, focusing lens 5 and deflection system б applies to the

Oberfläche des im Arbeitsabstand a angeordneten Werkstückes 7 der Dicke s, das sich mit der Schweißgeschwindxgkeit ν relativ zum Elektronenstrahl bewegt (Fig. 1). Durch entsprechende Abstimmung der einzelnen Prozeßparameter wird dabei eine Schweißnaht erzeugt. Das auf Isolatoren 8 angeordnete Werkstück 7 ist über den·Widerstand R mit Masse verbunden. Am WiderstandSurface of the arranged at working distance a workpiece 7 of thickness s, which moves with the Schweißgeschwindxgkeit ν relative to the electron beam (Fig. 1). By appropriate adjustment of the individual process parameters while a weld is generated. The arranged on insulators 8 workpiece 7 is connected via the resistor R to ground. At the resistance

R wird ein Spannungsabfall gemessen, der dem Werkstückstrom I direkt proportional ist. Unter dem Werkstück 7 ist ein Auffänger 9 für den Durchdringungsstrom I„ auf Isolatoren 0 angeordnet, der über den Widerstand Rp mitR is measured a voltage drop, which is directly proportional to the workpiece current I. U n ter the workpiece 7 is a catcher 9 for the Durchdringungsstrom I "arranged on insulators 0, via the resistor R p with

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Masse verbunden ist. Am Widerstand Π_ wird ein Spannungsabfall gemessen, der dem Durchdringungsstrom I_ direkt proportional ist. Ober dem Werkstück 7 ist in Bewegungsrichtung hinter dem Elektronenstrahl ein etwa 20 mm breiter, in Abhängigkeit vom verwendeten Arbeitsabstand a gekrümmter Auffänger IO für den Rückstreust rom I angeordnet, dessen Brennpunkt in der Schwoißkapillare liegt und dessen Länge derart auf den Arbeitsabstand a abgestimmt ist, daß Minderungen der winkelverteilung des Rückst reustromes I„ das Meßergebnis nicht negativ beeinflussen. Der mit Isolatoren 8 unter der Elektronenstrahlschweißkanone befestigte Auffänger 10 ist über den Umschalter S und den Widerstand R.., mit Masse verbunden, wobei mit S_ wahlweise eine Spannungsquelle U. in Reihe geschaltet wird.Mass is connected. At the resistor Π_ a voltage drop is measured, which is directly proportional to the penetration current I_. Above the workpiece 7 is in the direction of movement behind the electron beam, an approximately 20 mm wide, depending on the working distance a curved catcher IO arranged for the backscatter rom I, whose focus is in the Schwoißkapillare and whose length is adjusted to the working distance a, that Reductions in the angular distribution of the backflow I do not adversely affect the measurement result. The catcher 10, which is fastened with insulators 8 under the electron beam welding gun, is connected to earth via the switch S and the resistor R .., wherein a voltage source U.sub.E is optionally connected in series with S_.

Am Widerstand R0 wird ein Spannungsabfall gemessen, der dem Rückstreustrom I0 direkt proportional ist. Damit von den Wänden dos Rezipienten reflektierte Ladungsträger das Meßorgobnis nicht negativ beeinflussen, wurde der Auffännor 10 derart von einer mit Masse verbundenen Metallabschirmung 11 umgeben, daß der Rückstreustrom I0 nur durch eine etwa 15 mm breite, zum Gehweißort gerichtete schlitzförmige Öffnung an den Auffänger 10 gelangen kann. Im Strahleingang zwischen dem Schweißort und dem Auffänger 10 sind zwei Gitter 12 isoliert befestigt, die über die Umschalter S1 und S2, die Spannungsquellon U . und U 2 sowie die Widerstände R und R ρ mit Masse verbunden sind. An den Widerständen R und R 2 werden Spannungen gemessen, die den Gitterströmen I und I 2 direkt proportional sind. In Abhängigkeit von mit dem Umschaltern S , S? und S, eingestellten Potential sowie der mit den Potentiometern P ; P und P_ eingestellten Potentialhöhe werden nur bestimmte Ladungs-At the resistor R 0 , a voltage drop is measured, which is directly proportional to the backscattering I 0 . In order that charge carriers reflected from the walls of the recipient do not adversely affect the measuring orifice, the receiver 10 was surrounded by a metal shield 11 connected to ground in such a way that the backscattering flux I 0 only reaches the catcher 10 through an approximately 15 mm wide slit-shaped opening directed towards the place of the hearing can get. In the beam entrance between the welding site and the catcher 10, two grids 12 are fixed in isolation, via the switches S 1 and S 2 , the voltage source U. and U 2 and the resistors R and R ρ are connected to ground. At the resistors R and R 2, voltages are measured which are directly proportional to the grid currents I and I 2. Depending on the switch S, S ? and S, set potential as well as with the potentiometers P; P and P_ potential levels are only certain charge

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träger und/oder bestimmte Enorgiospektren des Rückstreustromes In gemessen.carrier and / or certain Enorgiospektren the backscattering I n measured.

Von der durch die Spannungsquelle IG erzeugten Beschleunigungsspannung U0 und Steuerelektrodenspannung Uor werden über entsprechende Teilerwiderstände R die [lomontanvvorte U und die mit dem Potentiometer P. eingestellton Nennwerte U gemessen. Von der durch die Stromquelle i erzeugtenFrom the generated by the voltage source IG acceleration voltage U 0 and control electrode voltage U or the [lomontanvvorte U and adjusted by the potentiometer P. rated values U are measured via corresponding divider resistors R. From that generated by the current source i

Zentrierungsstromstärke I-, und I^ , Fokussicrungsstrom- ° Zx ^. уCentering current I, and I ^, focusing current ° Zx ^. у

stärke Ic sowie Ablenkstromstärke I. und I, werden über F / vx AyStrength I c and deflection current I and I, are over F / vx Ay

in den jeweiligen Arbeitsstromkreisen befindliche niederohmigo Widerstände R die Momentanwerte I und die mit dem Potentiometer P eingestellten Nennwerte I gemessen.niederohmigo resistors R located in the respective working circuits measured the instantaneous values I and the nominal values I set with the potentiometer P.

Dei der Einrichtung gemäß Fig. 2 erzeugt ein Impulstaktgeber ITG Nadclimpulse der Amplitude U (Fig. 3a), dieIn the device according to FIG. 2, a pulse clock ITG generates nadcl pulses of amplitude U (FIG

dem Eingang für externe Triggerung- der Zeitbasis X eines Elektronenstrahloszillographen £0 oder für externe Einzelimpulsauslösung eines Funktionangonerators FG zugeführt werden. Der zeitliche Abstand T zwischen den Nadolimpulsen wird in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit V eingestellt und liegt in der Größenordnung von 1 bis 5 s. Die Nadelinipulse lösen jeweils eine einmalige sügezahnförmige Kippspannung (Fig. 3 b) im Elektronenstrahloszillographen EC oder eine beispielsweise teilsinusförmige Impulsspannung (Fig. 3 c) im Funktionengenerator FG aus, die von den entsprechenden Ausgängen abgegriffen wird und über oin Stellglied SG eine entsprechende Änderung der Fokussierungsstromstärke I_ oder Beschleunigungsspannung U um den eingestellten Nennwert I- oder U_ bewirkt. Die Dauer T und die Amplitude der Kipp- oder Generatorausgangsspannung werden derart auf die Bedingungen für den Schweißprozeß abgestimmt, daß das Prozeßergebnis nicht negativ beeinflußt, jedoch die Frequenzcharakteristik eindeutig gemessen wird. Tn liegt in der Größenordnung von 10 ms und wird über die Frequenz am Elektroncnstrahloszil-to the input for external triggering of the time base X of an electron beam oscilloscope £ 0 or for external single-pulse triggering of a function an- gonator FG. The time interval T between the Nadolimpulsen is set in dependence on the welding speed V and is of the order of 1 to 5 s. The Nadelinipulse trigger each a unique sucker-shaped breakover voltage (Fig. 3 b) in Elektronenstrahloszillograph EC or an example partially sinusoidal pulse voltage (Fig. 3 c) in the function generator FG, which is tapped from the corresponding outputs and oin actuator SG a corresponding change in the focusing current I_ or acceleration voltage U by the set nominal value I- or U_ causes. The duration T and the amplitude of the tilt or generator output voltage are adjusted to the conditions for the welding process, that the process result is not adversely affected, but the frequency characteristic is clearly measured. T n is of the order of 10 ms and is determined by the frequency at the electron radiation lot.

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lographen EG oder an Funktionengenerator FG eingestellt. Die kurzzeitige änderung der Fokussierungsstromstärke bezogen auf den Nennwert I_ , liegt in der Größenordnung von +_ 0,5 bis 2 % und der Beschleunigungsspannung U1 bezogen auf den Nennwert U_ , in der Größenordnung von etwa +_ 4 %, Bei Verwendung eines Funktionongonerators FG wird der Momentanwert der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U_. dem im getriggerten Betrieb arbeitendem Zeitbasisverstärker X des Elektronenstrahloszillographen £0 zugeführt. Wird die Kippspannung des Elektronenstrahloszillographen EG venvondet , so ist zur Vermeidung von Verzerrungen bei der Abbildung der Frequenzcharakteristik zu gewährleisten, daß die Phasenverschiebung zwischen der Kippspannung und der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U nahezu Null ist. Deshalb wird vorzugsweise eine zusätzlich in die Elektronenstrahlschweißkanone eingebaute eisenlose Fokussierungslinse verwendet. Der Nenn- und Momentanwert der Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U worden einem Nullimpulsgeber NIG zugeführt, der in dem Augenblick, in dem beide Werte übereinstimmen, einen kurzen negativen Rechteckimpuls (Fig. 3 d) erzeugt. Dieser Rochteckimpuls, dessen Impulsampli-lograph EG or set to function generator FG. The short-term change of the focusing current intensity with respect to the nominal value I_ is on the order of + - 0.5 to 2 % and the acceleration voltage U 1 relative to the nominal value U_, of the order of approximately + - 4 %, when using a function capacitor FG becomes the instantaneous value of the focusing current intensity Ip or acceleration voltage U_. supplied to the gated operating time base amplifier X of the electron beam oscilloscope £ 0. If the breakover voltage of the electron beam oscilloscope EG is used, it must be ensured that the phase shift between the breakover voltage and the focusing current intensity I p or acceleration voltage U is virtually zero in order to avoid distortions in the imaging of the frequency characteristic. Therefore, it is preferable to use an ironless focusing lens additionally incorporated in the electron beam welding gun. The nominal and instantaneous values of the focusing current I or acceleration voltage U have been fed to a zero pulse generator NIG, which generates a short negative rectangular pulse (FIG. 3 d) at the moment when both values coincide. This Röchckimpuls whose pulse amplitude

tude U und Impulslänge in Abhängigkeit von T0 festgelegt a £.tude U and pulse length as a function of T 0 a fixed.

werden, wird dom Z-Eingang des Elektrononstrahloszillographen EG zugeführt und bewirkt eine Helltastung, die auf dem Bildschirm als Leuchtpunkt wahrgenommen wird. Die dem Rüokstreu- und Werkstückstrom proportionale Meßspannung wird direkt ober über ein Tiefpaßfilter TPF, Bandpaßfilter BPF oder Hochpaßfilter !IPF einem Frequenzspannungswandler FSW zugeführt, der eine der jeweiligen Frequenz entsprechende Spannung erzeugt. Diese frequenzabhängige Spannung wird dom Y-Eingang des Elektronen-are supplied to the dom Z input of the electron-beam oscilloscope EG and causes a light touch, which is perceived on the screen as a luminous spot. The measuring voltage which is proportional to the backscattering and workpiece flow is fed directly above a low-pass filter TPF, bandpass filter BPF or high-pass filter IPF to a frequency voltage converter FSW which generates a voltage corresponding to the respective frequency. This frequency-dependent voltage will be the Y-input of the electron

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Strahloszillographen EO zugeführt. Die auf dem Bildschirm des Elektrononstrahloszillographen EO abgebildete Frequenzcharakteristik (Fig. 3 e) gibt für die vorhandenen Prozeßbedingungon den Zusammenhang zwischen der Frequenz des Rückstrou- oder Werkstückstromes fo oder f und derStray oscillographs EO supplied. The frequency characteristic shown on the screen of Elektrononstrahloszillographen EO (Fig. 3 e) is for the existing Prozeßbedingungon the relationship between the frequency of Rückstrou- or W e rkstückstromes f o or f and the

KWKW

Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U wieder und hat in erster Näherung die Form der Gauss'-sehen Normalverteilungskurve. Eine Änderung des Nennwertes der Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U (Fig. 4 a) wird auf dem Bildschirm des Oszillographen als horizontale Verschiebung der Frequenzcharakteristik (Fig. 4 b) wahrgenommen, da das Frequenzmaximum für gegebene Prozeßbedingungen bei gleichen Fokussierungsstromstärke - oder Beschleunigungsspannungswerten auftritt, Da der Leuchtpunkt, bezogen auf die Zeitbasis des Oszillographen festliegt und den jeweiligen Nennwert I_ oder U markiert, wird er als Arbeitspunkt betrachtet. Durch Änderung des Nennwertes kann jeder geforderte Arbeitspunkt auf der Frequenzcharakteristik eingestellt werden. In Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes auf der Frequenzcharakteristik werden dabei verschiedene Nahttiefen h und Nahtbreiten b erzielt (Fig. 4c). Für gegebene Bedingungen des Elektronenstrahlschweißprozesses ist der Abstand zwischen dem Frequenzmaximum und dem Arbeitspunkt, der beispielsweise einem bestimmten relativen Fokussierungsstromstärkewert Д I_ (Fig. 4 b) entspricht, charakteristisch und wird zur Ermittlung, Einstellung und Kontrolle der Wirkung des Elektronenstrahles auf den Werkstoff, besonders der Nahttiefe, verwendet. Voraussetzung dafür ist die Kenntnis des Zusammenhanges zwischen der Nahttiefe und der Lage des Arbeitspunktes auf der Frequenzcharakteristik. Dazu wird die Fokussierungsst romstärke I oder Beschleunigungsspannung U für gegebene Prozeßbedingungen einmalig um den Nennwert IFocusing current I or acceleration voltage U again and has, in a first approximation, the shape of the Gaussian normal distribution curve. A change in the nominal value of the focus current I or acceleration voltage U (Figure 4a) is perceived on the oscilloscope's screen as a horizontal shift of the frequency characteristic (Figure 4b) since the frequency maximum for given process conditions occurs at the same focus current or acceleration voltage values the luminous point is fixed relative to the time base of the oscilloscope and marks the respective nominal value I_ or U, it is considered as the operating point. By changing the nominal value, each required operating point can be set to the frequency characteristic. Depending on the position of the operating point on the frequency characteristic different seam depths h and seam widths b are achieved (Fig. 4c). For given conditions of the electron beam welding process, the distance between the frequency maximum and the operating point corresponding, for example, to a particular relative focusing current value Д I_ (Figure 4 b), is characteristic and will be used to detect, adjust and control the effect of the electron beam on the material, especially Nahttiefe, used. The prerequisite for this is the knowledge of the relationship between the seam depth and the position of the operating point on the frequency characteristic. For this purpose, the focusing intensity I or acceleration voltage U for given process conditions is once around the nominal value I.

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oder U„ geändert und der Momentanwert I_ oder U„ dem uo г оor U "changed and the instantaneous value I_ or U" the uo г о

X-Eingang eines Koordinatenschreibers KS zugeführt (Fig, 2). Die Größe T2 wird in diesem Fall in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit ν sowie der vorhandenenX input of a coordinate writer KS supplied (Fig, 2). The size T 2 is in this case depending on the welding speed ν and the existing

Länge des Werkstückes festgelegt und liegt in der Größenordnung von Sekunden. Die der Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes entsprechende Meßspannung wird dem Y-Eingang des Koordinatenschreibers KS zugeführt. Der Zusammenhang zwischen der Nahttiefe und der Lage des Arbeitspunktes wird durch Vergleich eines Längsschliffes in Nahtmitte mit der Frequenzcharakteristik unter Derücksichtigung der vorhandenen Kalibrierungsmaßstäbe ermittelt. Änderungen der Form der Frequenzcharakteristik weisen bei unveränderten Schweißparametern auf Veränderungen der Geometrie des elektronen-optischen Systems der Elektronenstrahlschweißkanono hin.Length of the workpiece and is on the order of seconds. The measurement voltage corresponding to the frequency of the backscatter or workpiece current is supplied to the Y input of the coordinate writer KS. The relationship between the seam depth and the position of the operating point is determined by comparing a longitudinal section in the middle of the seam with the frequency characteristic taking into account the existing calibration scales. Changes in the shape of the frequency characteristic indicate changes in the geometry of the electron-optical system of the electron beam welding canon with unchanged welding parameters.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 erzeugt ein digitales Zeitgebersystem ZGS Nadelimpulse, die dem Eingang für externe Einzelimpulsauslösung eines Funktionengenerators FG zugeführt werden. Die Nadelimpulse lösen jeweils eine einmalige in einem gewissen Bereich linear ansteigende Impulsspannung im Funktionsgenerator FG aus, die über ein Stellglied SG eine entsprechende Änderung der FokusQierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U um den eingestellten Nenn-In the device of Fig. 5, a digital timing system ZGS generates spikes which are applied to the external single-pulse triggering input of a function generator FG. Each of the needle pulses triggers a one-time, in a certain range linearly increasing pulse voltage in the function generator FG, which via an actuator SG a corresponding change of the Fokusqierungsstromstärke I or acceleration voltage U by the set nominal

wert I oder IJ bewirkt. Die Größen T. und T_ sowie Fo Bo 12value I or IJ causes. The sizes T. and T_ and Fo Bo 12

die Amplitude der Impulsspannung werden entsprechend den Erläuterungen zur Einrichtung gemäß Fig. 2 festgelegt. Der Nenn- und Momentanwert der Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U werdenthe amplitude of the pulse voltage are determined according to the explanations to the device of FIG. The nominal and instantaneous values of the focusing current I or acceleration voltage U become

r" Br "B

einem Nullimpulsgeber NIG zugeführt, der im Augenblickfed to a zero pulse generator NIG at the moment

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der Obereinstimmung beider Werte einen kurzen Rechteckimpuls erzeugt. Die dem Rückstreu- oder Werkstückstrom proportionale Meßspannung wird direkt oder über ein Tiefpaßfilter TPF, Bandpaßfilter BPF oder llochpaßfilter IIPF einen Frequenzspannungswandler FSV/ zugeführt, der eine dor jeweiligen Frequenz entsprechende Spannung erzeugt. Diese frequenzabhängige Spannung gelangt zu einem Maximumitnpulsgeber MIG, der in dem Augenblick, in dem die Frequenz ihren Maximalwert erreicht, einen kurzen Rechteckimpuls erzeugt. Die vom Null- und Maximumimpulageber NIG; MIG erzeugten Rechteckimpulse besitzen gleiche Polarität und gelangen über einen elektronischen Umschalter EUS mit Hilfsspannungserzeugung HSE zu den Eingängen "Start" und "Stop" eines digitalen Zeitgebersystems ZGS. In Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes auf der Frequenzcharakteristik wird entweder der Null- oder der Maximumimpuls zuerst erzeugt. Der elektronische Umschalter EUS schaltet jeweils den ersten ankommenden Impuls zum Eingang "Start" und den zweiten zum Eingang "Stop". Die gemessene Zeit л t (Fig. 3 d/e), die beispielsweise einem bestimmten relativen Fokussierungsstromstärkewertthe agreement of both values generates a short square pulse. The measurement voltage which is proportional to the backscatter or workpiece current is supplied directly or via a low-pass filter TPF, bandpass filter BPF or hole-pass filter IIPF to a frequency-voltage converter FSV / which generates a voltage corresponding to the respective frequency. This frequency-dependent voltage is applied to a maximum pulse encoder MIG, which produces a short square pulse at the moment when the frequency reaches its maximum value. The zero and maximum impulse NIG; MIG generated rectangular pulses have the same polarity and reach via an electronic switch EUS with auxiliary voltage generation HSE to the inputs "Start" and "Stop" of a digital timer system ZGS. Depending on the position of the operating point on the frequency characteristic, either the zero or the maximum pulse is generated first. The electronic switch EUS switches the first incoming pulse to the input "Start" and the second to the input "Stop". The measured time t (Figure 3 d / e), for example, a certain relative focusing current value

A Ip entspricht, charakterisiert die Lage des Arbeitspunktes bezüglich der Frequenzmaximums und wird in Ziffernform angezeigt. Die Nullstellung des Zeitgebersystems ZGS erfolgt nach einstellbarer Verzögerung durch das Gerät automatisch. Die gleichzeitig erzeugte positive oder negative Hilfsspannung gibt an, ob das Frequenzmaximum bei einem Fokussierungsstrom- oder Beschleunigungsspannungswert auftritt, der über oder unter dem jeweiligen Nennwert liegt. Die Polaritätsanzeige PA erfolgt durch ein Digitalgerät. VoraussetzungA Ip, characterizes the position of the operating point with respect to the frequency maximum and is displayed in numerical form. The zeroing of the ZGS timer system takes place automatically after an adjustable delay by the device. The simultaneously generated positive or negative auxiliary voltage indicates whether the frequency maximum occurs at a focus current or acceleration voltage value that is above or below the respective nominal value. The polarity indicator PA is performed by a digital device. requirement

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für die Ermittlung, Einstellung und Kontrolle der Wirkung dos Eloktronenstrahles auf den Werkstoff, besonders der Nahttiefe, ist die Kenntnis des Zusammenhanges zwischen der Nahttiefe und der gemessenen Zeit Δ t in Verbindung mit der Polarität der iiilfsspannung. Zur Dokumentation oder Weiterverarbeitung werden die digital kodierten Meßergebnisse einem Meßwert speicher MjVS oder über einen Meßwertumsetzer MlVU einem Meßwertdrucker WVD oder Meßwertlocher HVL zugeführt. Informationen über die jeweiligen Bedingungen des Elektronenstrahlschweißprozesses, wie Werkstoff, Blechdicke, Schweißgeschwindigkeit, Arbeitsabstand, Strahlstromstärke U1 a., werden mit Hilfe des Zeichengebers ZG eingegeben.For the determination, adjustment and control of the effect of the electron beam on the material, especially the depth of the seam, is the knowledge of the relationship between the seam depth and the measured time Δ t in connection with the polarity of the auxiliary voltage. For documentation or further processing, the digitally coded measurement results are fed to a measured value memory MjVS or via a measured value converter MlVU to a measured value printer WVD or measured value punch HVL. Information about the respective conditions of the electron beam welding process, such as material, sheet thickness, welding speed, working distance, beam current U 1 a., Are entered using the pointer ZG.

Zur Stabilisierung der Wirkung des Elektronenstrahle auf den Werkstoff durch eine prozeßabhängige Regelung werden dio gemessene oder gespeicherte Zeit Δ t und Iiilfsspannung einem Prozeßrechner PR zugeführt. Werden die Signale vom Nullimpulsgeber NIG und Maximumimpulsgeber MIG direkt in den Prozeßrechner PR eingegeben, so führt dieser die Messung und Bildung der I-iilfsspannung selbst aus. Die Meßsignale können aber auch über einen Zeit-Impuls-Längenpolaritätswandler ZLPvV dem Prozeßrechner PR zugeführt werden, der die ZeitTo stabilize the effect of the electron beams on the material by a process-dependent control, the measured or stored time Δt and auxiliary voltage are fed to a process computer PR. If the signals from the zero-pulse generator NIG and maximum pulse generator MIG are input directly into the process computer PR, then the latter carries out the measurement and formation of the auxiliary voltage itself. The measurement signals can also be supplied via a time-pulse-length polarity converter ZLPvV the process computer PR, the time

/C\ t zwischen den Vorderflanken beider Impulse in einen Rechteckimpuls zeitabhängiger Impulslänge mit positiver Polarität umwandelt. Hierbei ist die Impulslänge der Träger der Zeitinformation und die Polarität charakterisiert die Lage des Arbeitspunktes bezüglich des Frequenzmaximus. Der Prozeßrechner PR arbeitet als elektronischer Digitalregler, der die jeweiligen Istwerte mit den im Datenspeicher DS vorhandenen Soll- / C \ t between the leading edges of both pulses into a rectangular pulse of time-dependent pulse length with positive polarity. Here, the pulse length of the carrier of the time information and the polarity characterizes the position of the operating point with respect to the frequency maximum. The process computer PR operates as an electronic digital controller, which stores the respective actual values with the nominal values present in the data memory DS.

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werten vergleicht und entsprechend dem geforderten Übertragungsverhalten für den Regelvorgang die zugehörigen Stellwerte nach dem im Programmspeicher PS vorhandenen Rechenprogramm berechnet und über einen Digitalanalogwandler DAW an das Stellglied SiG für den Nennwert der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U weiterleitet. Die der verwendeten Istwerteingabe entsprechenden Sollwerte der Regelgröße, die Prozeßgleichung, das Zeitverhalten der Regelfunktion des Prozeßrechners PR sowie das Rechen- und Steuerprogramm werden über die Eingabeeinheit EE direkt oder von einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage EDVA in den Prozeßrechner PR eingespeichert. Zur Synchronisierung und Abstimmung der Vorgänge untereinander gibt der Prozeßrechner PR Steuerimpulse SI an ein Steuersystem SS, an das alle an der Prozeßregelung beteiligten Geräte angeschlossen sind. Informationen über den Prozeßverlauf werden vom Prozeßrechner PR über eine entsprechende Ausgabeeinheit AE ausgegeben. Die Prozeßregelung erfolgt jeweils nur im Zeitraum T2.compares values and, according to the required transmission behavior for the control process, calculates the associated control values according to the computer program present in the program memory PS and forwards them to the actuator SiG for the nominal value of the focusing current intensity I p or acceleration voltage U via a digital analogue converter DAW. The setpoint values of the controlled variable corresponding to the actual value input used, the process equation, the time behavior of the control function of the process computer PR and the calculation and control program are stored directly in the process computer PR via the input unit EE or by an electronic data processing system EDVA. For synchronization and coordination of the processes with one another, the process computer PR supplies control pulses SI to a control system SS, to which all devices involved in the process control are connected. Information about the course of the process is output by the process computer PR via a corresponding output unit AE. The process control takes place only in the period T 2 .

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 6 werden die Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U und dieIn the device according to FIG. 6, the focusing current intensity I or acceleration voltage U and the

г BB

Frequenz des Rückstreustromes I_ oder Werkstückstromes I... n RWFrequency of the backscattering current I_ or workpiece current I ... n RW

während des Schweißprozesses ständig gemessen und gegebenenfalls zur Dokumentation gespeichert. Dazu wird die der Fokussierungsstromstärke I oder Beschleunigungsspannung U proportionale Meßspannung einem Digitalvoltmeter DVM zugeführt, dessen digital kodiertes Meßergebnis über einen Meßwortumsetzer MWU von einem Meßwert drucke г MVD oder Meßwertlocher MVVL verarbeitet wird. Die dem Rückstreu- oder Werkstückstrom I ; I proportionale Meßspannung wird direkt oder über ein Tiefpaßfilter TPF, Bandpaßfilter BPF oder Hochpaßfilter HPF einem Frequenzspannungswandler FSW oder direkt über einen Impulsformer IF einem Universalzähler UZ zugeführt. Der Frequenzspannungswandler FSW erzeugt eine derconstantly measured during the welding process and if necessary stored for documentation. For this purpose, the measurement voltage proportional to the focusing current intensity I or acceleration voltage U is supplied to a digital voltmeter DVM whose digitally coded measurement result is processed by a measured value converter MWU from a measured value MVD or measured value punch MVVL. The backscatter or workpiece flow I; I proportional measurement voltage is fed directly or via a low-pass filter TPF, bandpass filter BPF or high-pass filter HPF a frequency voltage converter FSW or directly via a pulse shaper IF a universal counter UZ. The frequency-voltage converter FSW generates one of

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jeweiligen Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes fR; f entsprechende Meßspannung, die von einem Spannungsmesser SM oder einem Digitalvoltmeter DVM gemessen oder von einem Lichtstrahlschreiber USS oder Bandschreiber BS aufgezeichnet wird. Das vom Digitalvoltmeter DVM oder Universalzähler UZ gebildete, digital kodierte Meßergebnis wird vom Meßwertumsetzer MWU weiterverarbeitet oder einem Meßwertspeicher MWS zugeführt. Zur Synchronisierung der Digitalgeräte dienen Steuerimpulse SI, die von einem Zeitgebersystem ZGS oder Steuersystem SS erzeugt werden. Voraussetzung für die Kontrolle der Wirkung des Elektronenstrahles auf den Werkstoff, besonders auf die Nahttiefe, ist die Kenntnis des Zusammenhanges zwischen der Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes I ; I und beispielsweise der Nahttiefe in Abhängigkeit von der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U für gegebene Prozeßbedingungen. Dazu wird die Frequenzcharakteristik für die jeweiligen Prozeßbedingungen einmal aufgenommen und die zulässigen Grenzen für die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes fE; Fw und die Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U an Hand der im Längsschliff ermittelten Nahttiefe festgelegt.respective frequency of the backscatter or workpiece flow f R ; f corresponding measurement voltage, which is measured by a voltmeter SM or a DVM digital voltmeter or recorded by a light beam recorder USS or tape recorder BS. The digitally coded measurement result formed by the digital voltmeter DVM or universal counter UZ is further processed by the measured value converter MWU or supplied to a measured value memory MWS. To synchronize the digital devices are control pulses SI, which are generated by a timer system ZGS or control system SS. Condition for the control of the action of the electron beam on the W e rkstoff, particularly on the seam depth, is the knowledge of the relationship between the frequency of the backscattered or workpiece current I; I and, for example, the Nahttiefe depending on the focusing current I p or acceleration voltage U for given process conditions. For this, the frequency characteristics for the respective process conditions once added and the permitted limits for the frequency of the backscatter or W e rkstückstromes f E; F w and the focusing current intensity I p or acceleration voltage U on the basis of the depth of cut determined Nahttiefe set.

Zur Aufnahme der Frequenzcharakteristik dient ein Funktionengenerator FG, dessen linear ansteigende Ausgangsspannung über ein Stellglied SG eine einmalige Änderung der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U in einem breiten Bereich bewirkt. Die Anstiegs-To record the frequency characteristic is a function generator FG whose linearly increasing output voltage via an actuator SG causes a single change in the focusing current I p or acceleration voltage U in a wide range. The rising

geschwindigkeit der Fokussierungsstromstärke - oder Beschleunigungsspannungsanderung wird in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit ν und der vorhandenen Werk-The speed of the focusing current or acceleration voltage change depends on the welding speed ν and the existing

stücklänge festgelegt und liegt in der Größenordnung von Sekunden. Informationen über die jeweiligen Bedingungen des Elektronenstrahlschweißprozesses bei der Aufnahme derpiece length and is on the order of seconds. Information about the respective conditions of the electron beam welding process when recording the

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Frequenzcharakteristik, wie Werkstoff, Blechdicke, Schweißgeschwindigkeit, Arbeitsabstand, Strahlstromstärke u. a., werden mit Hilfe des Zeichengebers ZG in den Meßwertumsetzer MWU eingegeben.Frequency characteristics, such as material, sheet thickness, welding speed, working distance, beam current intensity u. a., Are entered with the help of the signal generator ZG in the Meßwertumsetzer MWU.

Bei Ober- oder Unterschreitung der festgelegten Grenzen für die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes f„; f wird von einem Grenzwertmelder GWM, der vom Frequenzspannungswandler FSVV angesteuert wird, ein akustisches Signal AS oder Lichtsignal LS abgegeben und/oder der technologische Prozeß über die Steuerelektrodenspannung U__ unterbrochen. Mit dem Schalter S kann die Unterbrechung aufgehoben v/erden. Bei digitaler Messung wird ein vom Universalzahler UZ oder Digitalvoltmeter DVM angesteuerter Grenzwertkomparator GWK benutzt, dor bei einer Grenzwertüber- oder -unterschreitung über ein Stellglied SG die Signale AS oder LS auslöst und/oder den Schweißprozeß unterbricht. Die Auslöseimpulse AI des Grenzwertkomparators GWK werden gleichzeitig beispielsweise zur Auslösung des Rotdruckes dem Meßwertumsotzer MWU zugeführt.When exceeding or exceeding the specified limits for the frequency of the backscattering or workpiece flow f "; f is emitted by a limit indicator GWM, which is controlled by the frequency voltage converter FSVV, an acoustic signal AS or light signal LS and / or the technological process via the control electrode voltage U__ interrupted. The interruption can be canceled with the switch S. In digital measurement, a threshold value comparator GWK controlled by the universal payer UZ or digital voltmeter DVM is used, which triggers the signals AS or LS in the event of a limit overshoot or undershoot via an actuator SG and / or interrupts the welding process. The trigger pulses AI of the limit value comparator GWK are simultaneously supplied to the Meßwertumsotzer MWU, for example, to trigger the red pressure.

Ist eine Vielzahl verschiedener Elektronenstrahlschweißaufgaben zu lösen, so werden die Meßwerte in eine elektronische Datenverarbeitungsanlage EDVA eingegeben und im Datenspeicher DS zu einer Datenbank aufbereitet. Bei analoger Messung erfolgt die Eingabe über einen Analogdigitalwandler ADW. Die Grenzwerte, das Rechenprogramm und. zusätzliche Informationen über die Prozeßbedingungen werden der EDV-Anlage über die Eingabeeinheit EE zugeführt. Die Steuerimpulse SI zur Synchronisierung aller Digitalmeßgeräte werden von der EDV-Anlage selbst abgegeben und an das Steuersystem SS weitergeleitet· Bei der Kontrolle des Elektronenstrahlschweißprozesses vergleicht die EDV-Anlage nach dem im Programmspeicher PS vorhandenen Rechenprogramm die Istwerte für die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes fR; f mit denIf a large number of different electron beam welding tasks are to be solved, the measured values are entered into an electronic data processing system EDVA and processed in the data memory DS to form a database. In the case of analog measurement, the input is made via an analog-to-digital converter ADW. The limits, the calculation program and. Additional information about the process conditions are supplied to the computer system via the input unit EE. The control pulses SI for synchronizing all Digitalmeßgeräte be submitted by the computer system itself and forwarded to the control system SS · When controlling the electron beam welding process compares the computer system according to the existing program memory PS computer program the actual values for the frequency of the backscatter or workpiece flow f R ; f with the

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zulässigen Werten und gibt entsprechende Informationen zum Prozeßverlauf und/oder Steuersignale bei Grenzwertüber- oder -unterschreitung über eine Ausgabeeinheit AE aus.permissible values and outputs corresponding information about the course of the process and / or control signals at Grenzversüber- or undershooting via an output unit AE.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 7 werden die Istwerte der Fokussierungsstromstärke I- oder Beschleunigungsspannung U sowie der Frequenz des Rückstreustromes fR oder Werkstückstromes f während des Schweißprozesses ständig gemessen und von einem als elektronischen Regler arbeitenden Prozeßrechner PR verarbeitet. Dazu wird die der Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U proportionale Meßspannung einem Digitalvoltmeter DVM oder Analogdigitalwandler ADW zugeführt, dessen digital kodiertes Meßergebnis zum Eingang des Prozeßrechners PR gelangt. Die dem Rückstreu- oder Werkstückstrom IR; I proportionale Meßspannung wird direkt oder über ein Tiefpaßfilter TPF4 Bandpaßfilter BPF oder Hochpaßfilter HPF einem Frequenzspannungswandler FSW oder direkt oder über einen Impulsformer IF einem Universalzähler UZ zugeführt. Der Frequenzspannungswandler FSW erzeugt eine der jeweiligen Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes f ; f entsprechende Spannung, die von einem Digitalvoltmeter DVM gemessen wird. Das vom Digitalvoltmeter DVM oder Universalzähler UZ gebildete, digital kodierte Meßergebnis gelangt zum Eingang des Prozeßrechners PR. Zur Synchronisierung der Digitalgeräte dienen Steuerimpulse, die von einem Zeitgebersystem ZGS oder Steuersystem SS erzeugt werden.In the device according to FIG. 7, the actual values of the focusing current intensity I or acceleration voltage U and the frequency of the backscattering flow f R or workpiece flow f are continuously measured during the welding process and processed by a process computer PR operating as an electronic controller. For this purpose, the measurement current proportional to the focusing current intensity I p or acceleration voltage U is supplied to a digital voltmeter DVM or analog-digital converter ADW whose digitally coded measurement result reaches the input of the process computer PR. The backscatter or workpiece current I R ; I proportional measurement voltage is fed directly or via a low-pass filter LPF 4 bandpass filter BPF or high-pass filter HPF a frequency voltage converter FSW or directly or via a pulse shaper IF a universal counter UZ. The frequency voltage converter generates a FSW of the respective frequency of the backscatter or W e rkstückstromes f; f corresponding voltage, which is measured by a digital voltmeter DVM. The digitally coded measurement result formed by the digital voltmeter DVM or universal counter UZ reaches the input of the process computer PR. To synchronize the digital devices are control pulses generated by a timer system ZGS or control system SS.

Voraussetzung für die Stabilisierung der Wirkung des Elektronenstrahles auf den Werkstoff, besonders auf die Nahttiefe durch prozeßabhängige Regelung über die Strahlfokussierung, ist die Kenntnis des Zusammenhanges zwischen der Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes fR; f und der Nahttiefe in Abhängigkeit von der Fokussierungsstrom-Prerequisite for the stabilization of the effect of the electron beam on the material, especially on the Nahttiefe by process-dependent control over the beam focusing is the K e nntnis the relationship between the frequency of the backscattering or workpiece flow f R ; f and the seam depth as a function of the focusing current

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stärke I oder Beschleunigungsspannung U für gegebene Prozeßbedingungen. Dazu werden die Frequenzcharakteristik für die jeweiligen Prozeßbedingungen einmal aufgenommen und der Soll- sowie die Grenzwerte für die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes fR; f und die Fokussierungsstromstärke I_ oder Beschleunigungsspannung U an Hand der geforderten, im Längsschliff ermittelten Nahttiefe festgelegt. Zur Aufnahme der Frequenzcharakteristik werden die Fokussierungsstromstärke I_ oder Beschleunigungsspannung UQ einmalig linear in einem breiten Bereich geändert und gleichzeitig die Digitalineßwerte für die Frequenz des Rückstreu- oder Werkstückstromes f_; f sowie die Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung IL· einem Meßwertspeicher MWS oder Meßwertumsetzer MWU zugeführt , der einen Meßwert locher MlVL oder Meßwertdrucker MWD ansteuert, Informationen über die jeweiligen Bedingungen des Elektronenstrahlschweißprozesses bei der Aufnahme der Frequenzcharakteristik, wie Werkstoff, Blechdicke, Schweißgeschwindigkeit Arbeitsabstand, Strahlstromstärke u. a., werden mit Hilfe des Zeichengebers ZG in den Meßwertumsetzer MlVU eingegeben. Nach erfolgter Festlegung der Soll- und Grenzwerte werden alle die eigentliche Frequenzcharakteristik bestimmenden Meßwerte vom Meßwertspeicher MWS oder Meßwertlocher MbVL an den Datenspeicher DS des Prozeßrechners PR eingegeben.strength I or acceleration voltage U for given process conditions. For this purpose, the frequency characteristic for the respective process conditions are recorded once and the setpoint and the limit values for the frequency of the backscattering or workpiece flow f R ; f and the focusing current I_ or acceleration voltage U on the basis of the required, established in the longitudinal grinding Nahttiefe set. To record the frequency characteristic, the focusing current I_ or the acceleration voltage U Q are once linearly varied in a wide range and at the same time the digital inputs for the frequency of the backscatter or workpiece current f_; f and the focusing current intensity Ip or acceleration voltage IL · fed to a measured value memory MWL or Meßwertumsetzer MWU, which drives a measured value MlVL or Meßwertdrucker MWD, information about the particular conditions of the electron beam welding process in recording the frequency characteristics, such as material, sheet thickness, welding speed working distance, beam current, etc. , are entered with the help of the signal generator ZG in the measured value converter MlVU. After the setpoint and limit values have been established, all measured values determining the actual frequency characteristic are input from the measured value memory MWS or measured value punch MbVL to the data memory DS of the process computer PR.

Beim Elektronenstrahlschweißen mit Prozeßregelung vergleicht der Prozeßrechner PR die jeweiligen Istwerte mit den im Datenspeicher DS vorhandenen Sollwerten, berechnet entsprechend dem geforderten Übertragungsverhalten für den Regelvorgang nach dem im Programmspeicher PS vorhandenen Rechenprogramm die zugehörigen Stellwerte und leitet diese über einen Digitalanalogwandler DAW an das Stellglied SGIn electron beam welding with process control, the process computer PR compares the respective actual values with the set values present in the data memory DS, calculates the associated control values according to the required transmission behavior for the control process according to the computer program PS present in the program memory and forwards them to the actuator SG via a digital analogue converter DAW

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für die Fokussierungsstromstärke I_ oder Beschleunigungsspannung U weiter. Der Sollwert der Regelgröße, die Prozeßgleichung, die Grenzwerte, das Zeitverhalten der Regelfunktion des Prozeßrechners PR sowie das Rechen- und Steuorprogramm werden über die Eingabeeinheit EE direkt oder von der Datenbank einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage EDVA in den Prozeßrechner PR eingespeist. Zur Synchronisierung und Abstimmung der Vorgänge untereinander gibt der Prozeßrechner PR Steuerimpulse SI an ein Steuersystem SS, an das alle an der Prozeßregelung beteiligten Geräte angeschlossen sind. Informationen über den Prozeßverlauf werden vom Prozeßrechner PR über eine entsprechende Ausgabeeinheit AE ausgegeben.for the focusing current I_ or acceleration voltage U on. The desired value of the controlled variable, the process equation, the limit values, the time behavior of the control function of the process computer PR and the calculation and control program are fed via the input unit EE directly or from the database of an electronic data processing system EDVA in the process computer PR. For synchronization and coordination of the processes with one another, the process computer PR supplies control pulses SI to a control system SS, to which all devices involved in the process control are connected. Information about the course of the process is output by the process computer PR via a corresponding output unit AE.

Erfolgt der Regelprozeß in herkömmlicher Weise analog ohne Prozeßrechner PR, so wird der dem Ausgang des Frequenzspannungswandlers FSW entnommen Istwert der Regelgröße im Vergleichsglied VGmit dem von einer Spannungsquelle SQ gelieferten Sollwert verglichen und das Signal der Regelabweichung einem Regelverstärker RV zugeführt, in dessen als Rückführung ausgeführtes Zoitglied das Proportional-, Integral- und Differentialverhalten PID des Reglers eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Regelverstärkers RV wird dem Stellglied SG für die Fokussierungsstromstärke Ip oder Beschleunigungsspannung U zugeführt.If the control process in a conventional manner analog without process computer PR, the output of the frequency converter FSW actual value of the controlled variable in the comparator VG is compared with the supplied by a voltage source SQ setpoint and the signal of the control deviation fed to a control amplifier RV, in which executed as feedback Zoitglied the proportional, integral and differential behavior PID of the controller is set. The output signal of the control amplifier RV is fed to the actuator SG for the focusing current I p or acceleration voltage U.

Zur Gewährleistung einer geringen Zeitkonstante für den Regler wird eine zusätzlich in die Elektronenstrahlschweißkanone eingebaute eisenlose Fokussierungslinse verwendet.To ensure a small time constant for the regulator, an ironless focusing lens additionally incorporated in the electron beam welding gun is used.

Claims (1)

208 230208 230 Erfindungsanspruchinvention claim Verfahren zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung energiereicher Ladungsträgerstrahlen auf Werkstoffen und zur Einstellung und prozeßabhängigen Reglung des technologischen Prozesses über die Strahl-r fokussierung beim Schweißen, Schneiden, Schmelzen, Verdampfen und zur Werkstoffbearbeitung durch Ausnutzung des Rückstreu- und/oder Werkstückstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzcharakteristik der Wechselstromkomponente von Ladungsträgern, Energie- und Frequenzbereichen des Rückstreu- und/oder Werkstückstromes erfaßt und derart dargestellt wird, daß der Abstand zwischen einer durch den Nennwert der Fokussierungsstromstärke gebildeten Arbeitspunktmarkierung und dem Frequenzmaximum der Frequenzcharakteristik die Fokuslage bezüglich Werkstückebene angibt.Method for determining and controlling the effect of high-energy charged-particle beams on materials and for setting and process-dependent control of the technological process via beam focusing during welding, cutting, melting, evaporation and material processing by utilizing the backscatter and / or workpiece flow, characterized the frequency characteristic of the AC component of charge carriers, energy and frequency ranges of the backscatter and / or workpiece current is detected and displayed such that the distance between an operating point mark formed by the nominal value of the focusing current strength and the frequency maximum of the frequency characteristic indicates the focal position with respect to the workpiece plane. Verfahren zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung energiereicher Ladungsträgerstrahlen nach Punkt ly gekennzeichnet durch die Messung des zeitlichen Abstandes zwischen der Arbeitspunktmarkierung und dem Frequenzmaximum zur automatischen Stabilisierung der Strahlfokussierung.Method for determining and controlling the effect of high-energy carrier beams according to point l y characterized by the measurement of the time interval between the operating point marking and the frequency maximum for automatic stabilization of the beam focusing. Verfahren zur Ermittlung und Kontrolle der Wirkung energiereicher Ladungsträgerstrahlen nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß für den technologischen Prozeß an Hand der Frequenzcharakteristik ein fester Abstand zwischen Arbeitspunkt und Frequenzmaximum vorgegeben, die zum Arbeitspunkt gehörige Frequenz als Sollwert festgelegt und die Strahlfokussierung über die Frequenz als Regelgröße automatisch stabilisiert werden.Method for determining and controlling the effect of high-energy carrier beams according to items 1 and 2, characterized in that specified for the technological process on the basis of the frequency characteristic a fixed distance between the operating point and frequency maximum, the frequency associated with the operating point as setpoint and the beam focusing on the frequency be automatically stabilized as a controlled variable. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Punkt Ьіз 3 mit einem räumlichen, abgeschirmten Auffänger, dessen Öffnung zum Prozeßort gerichtet ist, gekenn-Device for carrying out the method according to item Ьіз 3 with a spatial, shielded catcher whose opening is directed to the processing location, characterized 208 230208 230 zeichnet durch die streifenförraige Ausbildung das Auffängers mit einer Krümmung, deren Brennpunkt in der Schweißkapillare liegt.characterized by the strassenförraige training the catcher with a curvature whose focus is in the weld capillary. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch l bis 3 mit einer elektromagnetischen Fokussierungslinse zur Erzeugung der Grundfokussierung des Ladungsträgerstrahles, gekennzeichnet durch eine zusätzlich in die Strahlenkanone eingebaute, eisenlose Fokussierungslinse.Means for carrying out the method according to claim l to 3 with an electromagnetic focusing lens for generating the basic focusing of the charged particle beam, characterized by an additionally incorporated in the beam gun, ironless focusing lens. Hierzu У- Seiten ZeichnunganFor this У- sides drawing In Betracht gezogene Druckschriften:Documents considered: DE-OS 1941 255
DE-OS 2225 761
DE-AS 2443 563 (B 23 k, 15/00)
DE-OS 1941 255
DE-OS 2225 761
DE-AS 2443 563 (B 23 k, 15/00)
Dr.-INg. V. W. Baschenkenko, Dr.-Ing. Karl-Otto Mauer: Untersuchungen zur Durchdringungs- und Rückstrahlung aus dem Dampfkanal beim Elektronenstrahlenschweißen; Untersuchungen zum mittleren Durchdringungs- und Rückstreustrom beim Elektronenstrahlschweißen, ZIS-Mitteilungen 1976, Heft 9, Seite 923-935 und Heft 11, S. 1171-1176.Dr.-Ing. V.W. Baschenkenko, Dr.-Ing. Karl-Otto Mauer: Investigation of the penetration and reverberation from the vapor channel during electron beam welding; Investigations on the average permeation and backscattering in electron beam welding, ZIS-Mitteilungen 1976, No. 9, pages 923-935 and 11, pp. 1171-1176.
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