DD143146A2 - PROCESSES AND DEVICES FOR PROCESS STABILIZATION WHEN WORKING WITH CHARGING JET RADIATORS - Google Patents
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- DD143146A2 DD143146A2 DD21290879A DD21290879A DD143146A2 DD 143146 A2 DD143146 A2 DD 143146A2 DD 21290879 A DD21290879 A DD 21290879A DD 21290879 A DD21290879 A DD 21290879A DD 143146 A2 DD143146 A2 DD 143146A2
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle und prozeSabhängige Regelung der V/irkung energiereicher Ladungsträgerstrahlen auf Werkstoff nach Patent 139 102. Unter den jeweiligen Bedingungen des technologischen Prozesses sollen während des gesamten Prozeßverlaufes meßbare Informationen über die Wechselwirkung zwischen dem energiereichen Ladungsträgerstrahl und der am Prozeß beteiligten Materie gewonnen und zur Kontrolle und prozeßabhängigen Regelung herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird der lonenrückstreu- und/oder lonendurchdringungsstrom beim Elektronenstrahlverfahren und der Elektronenrückstreu- und/oder Elektronendurchdringungsstrom beim Ionenstrahlverfahren gemessen und deren Gleichstromkomponente und/oder Amplitude, Frequenz oder Mittelwert der Wechselstromkomponente einzeln oder miteinander verknüpft zur Kontrolle und/oder Prozeßregelung verwendet. Das Verfahren und die dazugehörenden Einrichtungen dienen in Erweiterung der Hauptpatentanmeldung insbesondere der Verbesserung der Kontroll- und Regelgenauigkeit auch bei Prozessen mit. hohen Strahlleistungen». - Figur -The invention relates to the control and process dependent Control of the effect of high-energy charged-particle beams Material according to patent 139 102. Under the respective conditions of technological process should be throughout the process measurable information about the interaction between the high-energy carrier beam and involved in the process Matter won and for control and process-dependent regulation be used. According to the invention, the ion backscattering and / or Ion penetration current in the electron beam method and the Electron backscatter and / or electron penetration current in Ion beam method measured and their DC component and / or amplitude, frequency or mean of the AC component individually or linked together to the control and / or Process control used. The procedure and the associated Facilities serve in extension of the main patent application in particular the improvement of the control and regulation accuracy as well in processes with. high beam power ». - Figure -
Description
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Verfahren und Einrichtungen zur Prozeßstabilisierung beim Bearbeiten mit LadungsträgerstrahlenMethod and devices for process stabilization when working with charged-particle beams
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtungen zur Ermittlung, Einstellung, Kontrolle und prozeßabhängigen Regelung der Wirkung energiereicher Ladungsträgerstrahlen auf Werkstoff nach Pa^^t idJ-fCZ, insbesondere zum Schweißen, Schneiden, Schmelzen, Spritzen, Zerstäuben, Verdampfen sowie zur Werkstoffbearbeitung«The invention relates to a method and devices for the determination, adjustment, control and process-dependent control of the effect of high- energy carrier beams on material according to Pa ^^ t idJ-fCZ, in particular for welding, cutting, melting, spraying, sputtering, evaporation and material processing «
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Nach Pak^-t 139Yc??, ist bereits bekannt, daß zur Gewinnung von Prozeßinfoxinationen für Kontroll- und Regelgrößen nur bestimmte Ladungstiräger und/oder Energiespektren und/oder FrequenzSpektren des Mckstreu-, Werkstuck oder Durchdringungsstromes ausgewählt werden«. BeimAfter Pak ^ -t 139Yc ??, it is already known that only certain charge carriers and / or energy spectra and / or frequency spectra of the litter, workpiece or penetration current are selected to obtain processinfoxinations for control and control variables. " At the
Elektronenstrahlschweißen unter Verwendung des Elektronenstromes als Prozeßmeßgröße hat sich diese Verfahrensweise bis Strahlleistungen von ca* 10 kV/ "bewährte Bei einer weiteren Erhöhung der Strahlleistungmrde festgestellt, daß die geforderte Genauigkeit abnimmt»Electron beam welding using the electron flow as Prozeßmeßgröße, this procedure has been found to beam powers of about * 10 kV / "proven at a further increase in Strahlkraftmrde that the required accuracy decreases»
Ziel der Erfindung ·Object of the invention
Durch die Erfindung sind ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die es unter den Jeweiligen Bedingungen des technologischen Prozesses gestatten, während des Prozeßverlaufes die V/irkung von energiereichen Ladungsträger strahlen auf den Werkstoff auch bei höherer Strahlleistung zu ermittelnj einzustellen, zu kontrollieren und prozeßabhängig zu regeln»The invention provides a method and a device which, under the respective conditions of the technological process, allow the irradiation of high-energy carrier radiation during the course of the process to be determined, controlled and process-dependent, even at higher beam power regulate"
Bas Wesen der ErfindungBas essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Einrichtungen zu entwickeln, die es unter den jeweiligen Bedingungen des technologischen Prozesses er~ möglichen, während des Prozeßverlaufes meßbare Informationen über die Wechselwirkung zwischen dem energiereichen Ladungsträgerstrahl und der am Prozeß beteiligtenThe invention has for its object to develop a method and facilities that it possible ~ under the particular conditions of the technological process, during the course of the process measurable information about the interaction between the high-energy carrier beam and involved in the process
Materie zu erzielen* Die Meßsignale sollen dabei Rückschlüsse über die Wirkung des Ladungsträgerstrahls auf den f/erkstoff zulassen und so eine Ermittlung, Einstellung, Kontrol3.e und prozeßabhängige Regelung dieser Wirkung gestalten« Die proseßabhängige Regelung soll innerhalb vorgegebener Grenzen auch bei zeitabhängigen Veränderungen der Geometrie des elektronenoptischen Systems der Strahlenkaiione eine Stabilisierung derMatter to be achieved * The measuring signals should permit conclusions to be drawn as to the effect of the charged particle beam on the substance and thus to determine, adjust, control and process-dependent control of this effect. "The pedal-dependent control is intended to be within given limits even with time-dependent changes of the geometry of the electron optical system of the beam quay a stabilization of the
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Wirkung des Ladungsträgerstrahles auf den Werkstoff gewährleisten· Die Ausübung des Verfahrens soll außerdem im gesaraten Strahlleistungsbereich sowie für alle technologischen Verfahren mit energiereichen Ladungsträgerstrahlen gewährleistet sein·Ensuring the effect of the charged particle beam on the material · The process should also be ensured in the radiated beam power range as well as for all technological processes with high-energy carrier beams.
Erfindungsgemäi3 wird die Aufgabe gelöst, indem bei Elektro nenstrahlverfahren der Ionenrückstreu- und/oder Ionendurchdringungsstrom und bei Ionenstrahlverfahren Vorzugsv/eise der Elektronenrückstreu- und/oder Elektronendur chdringungsstrom gemessen sowie deren Gleichstromkomponente und/oder Amplitude und/oder Frequenz und/ oder Impulslänge der Wechselstromkomponente und/oder deren Mittelwert, die erfindungsgemäß in Abhängigkeit von den einzelnen Prozeßparametern jeweils eine typische Charakteristik aufweisen, die die Wechselwirkung zwischen dem energiereichen Ladungsträgerstrahl, der am Prozeß beteiligten Materie sowie den jeweiligen, momentan vorhandenen Prozeßbedingungen exakt widerspiegelnj zur Prozeßregelung der Wirkung des Ladungsträgerstrahles auf den Yierkstoff verwendet werden,According to the invention, the object is achieved by measuring the electron backscatter and / or ion penetration current in the case of electron beam methods and the electron backscattering and / or electron transfer current in ion beam methods and their direct current component and / or amplitude and / or frequency and / or pulse length of the alternating current component and / or their mean, which according to the invention in each case have a typical characteristic depending on the individual process parameters, which exactly reflects the interaction between the high-energy carrier beam, the matter involved in the process as well as the respective currently present process conditionsj for process control of the effect of the charge carrier beam on the Yierkstoff be used,
JiLe Einrichtungen zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die Gewinnung des Rückstreuung, Durchdringungsstromes bestimmt. Dabei ist es erforderlich, daß die gewonnenen Prozeßmeßsignale auch bei .änderungen der Winkel verteilung des Mckstreu- und Durchdringungsstromes die Wechselwirkung z?/ischen dem energiereichen Ladungsträger strahl, der am Prozeß beteiligten Materie sowie den jeweiligen, momentan vorhandenen Prozeßbedingungen exakt widerspiegeln und die jeweils eigene Zeitkonstante der Meßsignalerfassungssysterne vernachlässigbar gering ist» Dazu ist es zweckmäßig, für- den Eückstreustrom einen ebenen, hinreichend großflächigen Kreisringauffänger.mit geringem Bohrungsdurchmesser zu verwenden, der räumlichDevices for carrying out the method according to the invention are determined by obtaining the backscattering, penetration current. It is necessary that the obtained Prozeßmeßsignale even when. Changes in the angular distribution of Mckstreu- and Durchdringungsstromes the interaction z? / Ischen the high-energy carrier beam, the matter involved in the process and the respective, currently present process conditions exactly reflect and their own Time constant of the Meßsignalerfassungssysterne negligible is low »For this purpose, it is expedient to use for the Eückstreustrom a flat, sufficiently large Kreisringauffänger.mit small bore diameter, the spatially
zwischen Strahlenkanone und Y/erkstück so angeordnet ist, daß die elektronenoptische Achse der Strahlenkanone senkrecht zur Auffängerebene durch dessen Mittelpunkt verläuft· Für den Durchdringungsstrom ist es zweckmäßig, einen ebenen, hinreichend großflächigen Auffanger zu verwenden j der räumlich im Strahlengang nach dem Werkstück so angeordnet ist, daß die elektronenoptische Achse der Strah-lenkanone senkrecht zur Auffängerebene durch dessen Mittelpunkt verläuft»between beam gun and Y / erkstück is arranged so that the electron-optical axis of the gun perpendicular to the catcher plane passes through the center · For the penetration current, it is expedient to use a flat, sufficiently large catcher j is spatially arranged in the beam path to the workpiece so in that the electron-optical axis of the ray gun is perpendicular to the catcher plane through its center »
Bei Elektronen strahlverfahren erhalten die Auffänger gegen Masse ein bestimmtes negatives Potential, so daß in Abhängigkeit von der Potentialhöhe Elektronen vom Auffänger weitgehend abgestoßen, Ionen jedoch angesogen werden. Bei Ionenstrahlverfahren erhalten die Auffänger gegen Masse ein bestimmtes positives Potential, so daß in Abhängigkeit von der Potentialhöhe Ionen vom Auffänger weitgehend abgestoßen, Elektronen jedoch angezogen werden«In the case of electron beam processes, the collectors receive a certain negative potential with respect to ground, so that electrons are largely repelled by the collector as a function of the potential level, but ions are absorbed. In ion beam processes, the collectors receive a certain positive potential with respect to ground, so that, depending on the potential level, ions are largely repelled by the collector, but electrons are attracted. "
Dazu ist es zweckmäßig, die Auffänger jeweils über eine niederohmige Gleichspannungsquelle und einen möglichst niederohsixgen, induktivität sannen Widerstand bei entsprechender Polung und vernachlässigbar geringer Störspannung dex Spannungsquelle mit Masse zu verbinden und die geringe, am Widerstand abfallende Prozeßmeßspannung einem hinreichend hochohmigen Breitbandverstärker, vorzugsweise einem als integrierten Schaltkreis ausgeführten Operationsverstärker, zuzuführen und besonders auf kapazitätsarme Bau- und Schaltweise zu achten,For this purpose, it is expedient to connect the catcher respectively via a low-impedance DC voltage source and a low-impedance, inductance sannen resistor with appropriate polarity and negligible low voltage dex voltage source to ground and the low, dropping at the Widerstand Prozeßmeßspannung a sufficiently high-impedance broadband amplifier, preferably one as integrated Circuit operated operational amplifier, supply and pay particular attention to low-capacitance construction and switching,
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei— spiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeich-The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the associated drawing
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nung wird eine schematische Darstellung der Auffänger und ihrer räumlichen Anordnung beim Elektronenstrahlschweißen sowie das Prinzip zur Gev/innung und. Verarbeitung der Prozeßmeßsignale gezeigt·A schematic representation of the catcher and its spatial arrangement in electron beam welding as well as the principle of control and. Processing of the process measurement signals shown ·
Der von der Strahlenkanone 1 erzeugte Elektronenstrahl der Strahlstromstärke Is trifft auf die Oberfläche des im Arbeitsabstand a angeordneten Werkstückes 2 der Dicke s, das sich mit der Schweißgeschwindigkeit vs relativ zum Elektronenstrahl bewegt« Durch entsprechende Abstimmung der einzelnen Prozeßparameter wird dabei eine Schweißnaht erzeugt« über dem Werkstück 2 ist im Abstand IR ein ebener Kreisringauf fänger 3 für den fiückstreustrom IH derart angeordnet, daß die elektronenoptische Achse der Strahlenkanone 1 senkrecht zur Auffängerebene durch dessen Mittelpunkt verläuft. Der Außendurchmesser des Auffängers 3 beträgt 200 rom und der Bohrungsdurchmesser etwa das zweifache des Strahldurchmessers· Der mit Isola·? toren /j. befestigte Auffänger 3 ist über eine niederohmige Spannungscuelle SQt3 und einen Widerstand H~ von etwa 10 bis 100Jt. mit Masse verbunden. Die mit dem Potentiometer P^ einstellbare negative Potentialhöhe für den Auffanger 3 ist von den Prozeßbedingungen abhängig und beträgt im Mittel 300 Y· Am Widerstand E„ wird ein Spannungsabfall gemessen, der dem Ionenrückstreustrom IJ^ direkt proportional ist· Unter dem Yterkstück 2 ist im Abstand 1-n ein ebener quadratischer Auffang er 5 für den Durchdringungsstrom L0 auf Isolatoren 4 derart angeordnet, daß die elektronenoptische Achse der Strahlenkanone 1 senkrecht zur Auffängerebene durch dessen Mittelpunkt verläuft« Die Kantenlänge des Auffängers 5 beträgt beispielsweise 60 mm« Der Auffänger 5 ist über eine niederohmige Spannungs— quelle SQ^ und einen Widerstand EW von etwa 10 bis 100The electron beam generated by the beam gun 1, the jet current intensity Is strikes the surface of the arranged at a working distance a workpiece 2 of thickness s, which moves relative to the electron beam with the welding speed vs "By appropriate adjustment of the individual process parameters thereby creates a weld" on the Workpiece 2 is at a distance IR a flat Kreisringauf catcher 3 for the fuückstreustrom IH arranged such that the electron-optical axis of the beam gun 1 extends perpendicular to the Auffängerebene through the center. The outer diameter of the collector 3 is 200 roms and the bore diameter is about twice the jet diameter · The one with Isola ·? gates / j. Attached catcher 3 is a low impedance voltage source SQt 3 and a resistance H ~ of about 10 to 100Jt. connected to ground. The adjustable with the potentiometer P ^ negative potential level for the catcher 3 is dependent on the process conditions and is on average 300 Y · On resistance E ", a voltage drop is measured, which is directly proportional to the ion backcurrent IJ ^ · Under the Yterkstück 2 is at a distance 1-n a planar square catcher he 5 arranged on the penetrating current L 0 on insulators 4 such that the electron optical axis of the beam gun 1 perpendicular to the catcher plane passes through the center of «The edge length of the catcher 5 is for example 60 mm« The catcher 5 is about a low-impedance voltage source SQ ^ and a resistance EW of about 10 to 100
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mit Masse verbunden· Die mit dem Potentiometer P^ einstellbare negative Potentialhöhe für den Auffanger 5 ist von den Prozeßbedingungen abhängig und meist geringer als für den Auffänger 3· im Widerstand R^ wird ein Spannungsabfall gemessen, der dem Ionendurchdringungsstrom iJpJ direkt proportional ist*connected to ground · The adjustable with the potentiometer P ^ negative potential level for the catcher 5 is dependent on the process conditions and usually lower than for the interceptor 3 · in the resistor R ^ a voltage drop is measured, which is directly proportional to the ion penetration current iJpJ *
ro Die dem lonenrückstreu- oder lonendurchdringungsstrom Ip---; 2η"1* proportionale Meßspannung wird von einem Operationsverstärker OY mit 10 kSL Eingan gsv/i der st and und einer Bandbreite von*0 bis 0s5 MHz verstärkt und direkt oder über ein Tiefpaßfilter TPFj Bandpaßfilter 3PF oder H0Chpaßfilter HPF einem iünplituden-Spannungswandler ASV/, Frequenz-Spannungswandler FSW, Impulslängen-Spannungswandler LSW und/oder einem Mittelwertbildner MWB zugeführt, deren Zeitkonstante nur einige Millisekunden beträgt.ro The ion backscatter or ion penetration current Ip ---; 2η " 1 * proportional measurement voltage is amplified by an operational amplifier OY with 10 kSL input s / s and a bandwidth of * 0 to 0 s 5 MHz and directly or via a low-pass filter TPFj bandpass filter 3PF or H 0 chppass filter HPF an iünplituden- Voltage converter ASV /, frequency-voltage converter FSW, pulse width voltage converter LSW and / or a mean value generator fed MWB whose time constant is only a few milliseconds.
Die dem jeweiligen Gleichstrom und/oder der Amplitude, Frequenz und/oder Impulslänge der Wechselstromkomponente und/oder dem Mittelwert entsprechende Spannung wird von einem analog oder digital arbeitenden Spannungsmesser SM sur Kontrolle angezeigt und/oder als Regelgröße X in einem analog oder digital arbeitenden elektronischen Kegler, vorzugsweise einem Prozeßrechner Pp5 in einem ein~ oder mehr schleifigen Hegelkreis durch Vergleich mit der Führungsgröße W und Bereitstellung der Stellgröße Y, die entsprechend auf den EIe kt ro ne ns tr ah Ischweißprozeß ein·» greift, verarbeitet«, Die für "die Prozeßkontrolle und Prozeßregelung erforderlichen Charakteristiken werden zuvor in Versuchen ermittelteThe voltage corresponding to the respective direct current and / or the amplitude, frequency and / or pulse length of the alternating current component and / or the mean value is displayed by an analog or digitally operating voltmeter SM sur control and / or as controlled variable X in an analog or digitally operating electronic bowler , preferably a process computer P p5 in a single or more slanted Hegel circle by comparison with the reference variable W and the provision of the manipulated variable Y, which according to the on-line tr ah welding process engages "processed" for "the Process control and process control required characteristics are previously determined in experiments
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DD21290879A DD143146A2 (en) | 1979-05-16 | 1979-05-16 | PROCESSES AND DEVICES FOR PROCESS STABILIZATION WHEN WORKING WITH CHARGING JET RADIATORS |
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DD143146A2 true DD143146A2 (en) | 1980-08-06 |
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DD (1) | DD143146A2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4357517A (en) * | 1979-09-14 | 1982-11-02 | Compagnie Francaise Des Petroles | Electron beam welding with beam focus controlled responsive to absorbed beam power |
US4564738A (en) * | 1983-11-14 | 1986-01-14 | Sciaky Bros., Inc. | Method for alignment of an electron beam to the adjacent faces of segments of rock drill bits |
-
1979
- 1979-05-16 DD DD21290879A patent/DD143146A2/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4357517A (en) * | 1979-09-14 | 1982-11-02 | Compagnie Francaise Des Petroles | Electron beam welding with beam focus controlled responsive to absorbed beam power |
US4564738A (en) * | 1983-11-14 | 1986-01-14 | Sciaky Bros., Inc. | Method for alignment of an electron beam to the adjacent faces of segments of rock drill bits |
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