DD141799A1

DD141799A1 - Einrichtung zur beobachtung des arbeitspunktes in einer elektronenstrahlbearbeitungsanlage

Info

Publication number: DD141799A1
Application number: DD20636078A
Authority: DD
Inventors: Martin Ellsel; Gerd Koban
Original assignee: Martin Ellsel; Gerd Koban
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1980-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur einfachen Beobachtung der Lage des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls in einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage mit gegen Strahlenaustritt - geschützter Bearbeitungszelle. Derartige Einrichtungen sind erforderlich, um technologisch und anderweitig auftretende Abweichungen des Elektronenstrahls von der Sollage schnell erkennen zu können und erforderlichenfalls zu korrigieren. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß die Bearbeitungszelle 1 ein schwenkbares Teil 3 aufweist, welches mit einem Prüfkörper 5 mit einer ebenen Fläche 6 verbunden ist, daß die ebene Fläche 6 bei geöffneter Bearbeitungszelle 1 genau in der Sollage des Arbeitspunktes 10 des Elektronenstrahls 7 liegt. - Fig.1 -

Description

Einrichtung zur Beobachtung de"s Arbeitspunktes in einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage

Anwendungsgebiet der Erfindung . .

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beobachtung des Arbeitspunktes in einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage., insbesondere Elektronenstrahlschweißanlage., mit einer gegen Strahlenaustritt geschützten Bearbe itungszelie aus einem massiven Stahlmantel.

Derartige Beobachtungseinrichtungen dienen vor allem zur Kontrolle des Arbeitspunktes und erforderlichenfalls zur Korrektur der Positionierung und Fokussierung des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls. Derartige Korrekturen machen sich aus verschiedenen Ursachen erforderlich. Problematisch ist dabei, immer die visuelle Beobachtungsmöglichkeit herzustellen. Durch den erforderlichen Strahlungsschutz ist die Bearbeitungszelle allseitig mit massiven Stahlplatten umgeben, die eine visuelle Beobachtung versperren. Das Einbringen eines Spiegelsystems scheitert daran, daß die Flächen, die im Strahlungsbereich (Verdampfung des bearbeiteten Materials) liegen, sehr schnell bedampft werden und damit unbrauchbar sind.

_ - 2 - .· . Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte technische Lösungen sehen z. B. eine ventilartige Absperreinrichtung vor (DB-OS -26 35 660), die einen Schieber aufweist, der zwei Stellungen gestattet; einmal für den freien Durchgang des Elektronenstrahls und zweitens eine liontrollstellung, bei der.der Elektronenstrahl durch eine Bohrung gelängt und bei der unmittelbar neben der Bohrung ein Spiegel angeordnet ist, mittels dessen der Arbeitspunkt des Elektronenstrahls beobachtet werden kann. Nachteilig ist dabei der relativ hohe mechanische Aufwand der Einrichtung.

. Weiterhin ist die Beobachtung der Schweißstelle mittels Optiken langer Brennweite mit vorgeschalteten Bedampf .ungs schutz blend en oder Filtern bekannt (DD 45 442).

1.5 Andere Einrichtungen nutzen den Effekt der Rückstreu-Elektronen mit ihrer Beobachtungsmöglichkeit auf Bildschirmen oder einer elektronischen Auswertung (DD 114 316, DD 113 660).

Alle. Einrichtungen haben jedoch den Nachteil eines sehr hohen technischen Aufwandes.

Oft wird bei den bekannten Einrichtungen der Arbeitspunkt des Elektronenstrahls direkt auf dem Werkstück beobachtet. Es gibt aber auch Beispiele, daß zur Kontrollbeobachtung ein Phantom verwendet wird.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, mit einfachen Mitteln eine gute Beobachtung des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls bei strahlengeschützten Bearbeitungszellen zu gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt dre Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die während der Elektronenstrahlbearbeitung die Bearbeitungszelle strahlendicht abschließt und daß zum Zwecke der Beobachtung des Arbeitspunktes des Elektronenstrahles ein Prüfkörper verwendet wird, und dieser von Beobachtungsplatz aus visuell gut sichtbar ist. Während der Elektronenstrahlbearbeitung darf der Prüfkörper nicht durch technologisch bedingte Materialverdampfung bedampft werden.

Die vorstehende Aufgabe wird von der Erfindung derart gelöst, daß ein Teil der Bearbeitungszelle, welches schwenkbar angeordnet und dem Beobschterplatz zugewandt ist, mit einem Prüfkörper so verbunden ist, daß im geöffneten Zustand eine am Prüfkörper angeordnete ebene Fläche genau im Arbeitspunkt des Elektronenstrahls liegt und sich im geschlossenen Zustand der Be ar be it ung s»- zelle außerhalb des Rückstreubereiches des Elektronenstrahls befindete

Die Art der Betätigung kann manuell durch elektromechanische oder pneumatisch hydrauliche Mittel erfolgen. Die Ausbildung des Prüfkörpers selbst ist dabei unwesentlich. Wichtig ist, daß der Prüfkörper in bekannter Art justierbar ist und bleibend arretiert werden kann, damit die ebene Fläche genau im Arbeitspunkt des Elektronenstrahls liegt. Die ebene Fläche wird vorteilhafterweise' mit geeigneten Mitteln zum Soll-Istwert-Vergleich des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls ausgerüstet. Das können in erster Linie Markierungen wie konzentrische Fange und Fadenkreuze sein. Bekannt sind auch fluoreszierende Schichten«,

Die erfindungsgemäße Lösung, daß der Prüfkörper - mindestens aber die ebene Fläche ™ während der Arbeitsphase des Elektronenstrahls außerhalb des gückstreu-

bereiches des Elektronenstrahls liegt, ergibt sich aus der Forderung der Wartungsfreiheit. Mit dieser Lösung wird die ebene Fläche, die zur Beobachtung des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls dient, gegenüber einer Bedampfung .weitgehend geschützt« In den meisten Fällen wird es genügen, diese Stelle außerhalb des direkten Rückstreubereichs anzuordnen. Sind die Forderungen höher - also auch Schutz gegen Streuelektronen - ist es vorteilhaft, eine Art Schutzschacht oder eine Abdeckblende vorzusehen, die den Prüfkörper zusätzlich schützen. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung im technologischen Ablauf wird nachfolgend beschrieben.

Nach der Einstellung der genauen Schweißposition des Werkstückes über Anschläge u. ä. wird auch die ebene Fläche des Prüfkörpers, z. B₀ mit seinem Fadenkreuz, genau in diese Position gebracht. Dazu sind die beschriebenen Justier- und Arretiermittel vorhanden. Dana-ch wird der Elektronenstrahl mit vorgewählter Leistung auf den Arbeitspunkt gerichtet, und seine Lage und die Fokussierung werden visuell beobachtet und erforderlichenfalls korrigiert. Daß in der Bearbeitungskammer für den Elektronenstrahl ein entsprechendes Vakuum hergestellt wird, ist selbstverständlich.

Wenn der Elektronenstrahl ausreichend positioniert ist, wird die Bearbeitungszelle geschlossen, das bedeutet, daß das schwenkbare Teil zugeklappt wird, und damit auch der Prüfkörper weggeschwenkt wird. .

Bei periodischen Überprüfungen der Lage des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls wird dann in umgekehrter Richtung das schwenkbare Teil wieder aufgeklappt und wie beschrieben der Elektronenstrahl kontrolliert.

Außerhalb des Erfindungsgegenstandes können'in die Beobachtungslinie auch Lupen, Mikroskope o. a. geeignete Hilfsmittel zur Erhöhung der Einstellgenauigkeit eingebracht werden«, . . .

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Ausführungsbeispie1

Nachfolgend soil die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig· 1 - eine erfindungsgemäße Einrichtung in

der Beobachtungsstellung

Fig. 2 — die gleiche Einrichtung in Arbeitsstellung.

In Fig« 1 ist eine Einrichtung während der Phase der Beobachtung des Arbeitspunktes des Elektronenstrahls dargestellt. Die Bearbeitungszelle 1 besteht dabei aus strahlenundurchlässigen massiven Stählplatten. An der oberen Seite ist eine Öffnung 2 für den ungehinderten Durchgang des Elektronenstrahls vorhaQden. An der rechten Seite in Fig. 1, dem Beobachter zugewandt, ist in der Bearbeitungszelle 1 ein schwenkbares Teil 3 i-®- aufgeklappten Zustand sichtbar. An diesem schwenkbaren Teil 3 ist über an sich bekannte Stellmittel 4 ein Prüfkörper derart angeordnet, da-ß er frei in allen drei Ebenen justierbar und arretierbar ist. An der Oberfläche des Prüfkörpers 5 ist eine ebene Fläche 6 vorhanden, die mit einem Fadenkreuz versehen ist. Dieses Fadenkreuz wurde meßtechnisch genau in die erforderliche Schweißposition gebraciit, die vorher durch die Werkstückanschlage festgelegt wurde.

Nach Zuschalten des Elektronenstrahls 7» der meist in der Leistung verringert werden muß, kann visuell festgestellt werden, ob dieser die erforderliche Position und Fokussierung aufweist. Erforderlichenfalls wird unter weiterer Beobachtung der Elektronenstrahl 7 entsprechend justiert, bis er genau im vorgesehenen Arbeitspunkt liegt«,

Nach dieser Kontrolle, die in technologisch festgelegten Zeitabständen wiederholt wird, wird das bewegliche

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Teil 3 wieder zügeschwenkt. Damit ist die Bearbeitungszelle 1 wieder .strahlendicht geschlossen und gleichzeitig der Prüfkörper 5 aus dem Arbeitsbereich entfernt· Das Werkstück 8 kann in Arbeitsposition gebracht werden und durch den Elektronenstrahl 7 bearbeitet werden.

Zusätzlich ist in der Bearbeitungszelle 1 noch eine Abdeckblende 9 angebracht, die im geschlossenen Zustand der Bearbeitungszelle 1, wenn der Prüfkörper 5 abgesenkt ist, durch ihr Eigengewicht auf der Fläche 6 des Prüfkörpers 5 liegt und diese damit sicher vor Verunreinigungen schützt.

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Claims

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Patentanspruch

1. Einrichtung zur Beobachtung des Arbeitspunktes 10 des Elektronenstrahls in einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage mit einer gegen Strahlenaustritt geschützten Bearbeitungszelle 1 aus einem massiven Stahlmantel·, wobei das Werkstück 8 bei der Beobachtung durch einen Prüfkörper 5 ersetzt wird, der die gleiche Lage wie das Werkstück 9 einnimmt, und die Leistung . des Elektronenstrahls 7 so eingestellt wird, daß keine Bearbeitung des Prüfkörpers 5 erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß der Prüfkörper 5 ^m^ einem Teil 3 der Bearbeitungszelle 1, welches schwenkbar angeordnet ist, so verbunden ist, daß eine am Prüfkörper 5 angeordnete ebene Fläche 6 im geöffneten Zustand der Bearbeitungszelie 1, wenn das schwenkbare Teil 3 aufgeklappt ist, genau-in der Sollage des Arbeitspunktes 10 des Elektronenstrahls 7 liegt und sich im geschlossenen Zustand der Bearbeitungszelie 1 außerhalb des Rückstreubereichs des Elektronen-Strahls 7 befindet.
2. Einrichtung nach Punkt 1', gekennzeichnet .dadurch, daß das schwenkbare Teil 3 der Bearbeitungszelle 1 mindestens soweit geöffnet werden kann, daß die am Prüfkörper. 5 vorgesehene ebene Fläche 6 in der Prüfstellung vom Beobachtungsplatz aus gut sichtbar ist.
3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß . die ebene Fläche 6 geeignete Mittel aufweist, die einen Soll-Istwert-Vergleich der Lage des Elektronenstrahls 7·gestatten.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen