DE1113100B

DE1113100B - Beobachtungsvorrichtung fuer Ladungstraegerstrahlgeraete

Info

Publication number: DE1113100B
Application number: DEZ7801A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Klaus Koch; Dipl-Phys Roland Leinhos
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1960-02-06
Filing date: 1960-02-06
Publication date: 1961-08-24
Also published as: US3092727A; NL260910A; CH395374A; GB913504A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Beobachtung der heißen, stark strahlenden Bearbeitungsstelle und deren dunkler Umgebung in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl.

Bei der Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl wird die Strahlenergie auf einen sehr kleinen Querschnitt konzentriert, so daß also die Auftreffstelle des Strahles, welche mit der Bearbeitungsstelle zusammenfällt, erhitzt wird. Die Auftreffstelle glüht auf, während schon ihre unmittelbare Umgebung dunkel bleibt. Es treten hier bei der Beobachtung der Bearbeitungsstelle und ihrer Umgebung Kontrastunterschiede bis etwa 1:10 000 auf.

Um dem Bedienenden die Möglichkeit zu geben, den Bearbeitungsvorgang in gewünschter Weise zu steuern, muß bei der Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl sowohl die glühende Bearbeitungsstelle selbst als auch deren Umgebung sichtbar werden. Vor allem tritt diese Aufgabe beim Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahles auf, da hier die Schweißnaht in genau vorherbestimmter Weise angelegt werden muß.

Soll bei besonders großen und schwer zugänglichen Geräten die Beobachtung mittels einer Fernsehanlage oder eines Bildwandlers erfolgen, so ist der beim Beobachtungsvorgang auftretende Kontrastunterschied zu groß, da die elektronischen Bildempfänger normalerweise nur solche Unterschiede in einem Verhältnis von etwa 1:30 aufzulösen vermögen.

Selbst wenn man die Umgebung der Auftreffstelle des Ladungsträgerstrahles intensiv beleuchtet, so entsteht doch ein so großer HeUigfceitsunterscbied, daß er von dem elektronischen Bildempfänger nicht wiedergegeben werden kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß die Photokathode dieses Empfängers durch die sehr hohe Leuchtdichte des Bildes der glühenden Bearbeitungsstelle beschädigt wird.

Die geschilderten Schwierigkeiten bei der gleichzeitigen Beobachtung der heißen, stark strahlenden Bearbeitungsstelle und deren dunkler Umgebung in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl werden mit HiKe der neuen Vorrichtung beseitigt. Die neue Vorrichtung enthält gemäß der Erfiaduag eine zur Beleuchtung des zu beobachtenden Bereiches dienende, kurzwelliges Licht emittierende FremdlichtqueUe sowie ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes, nur für kurzwelliges Licht durchlässiges Filter.

Bei der Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl treten an der Auftreff stelle des Strahles üblicherweise Temperaturen bis 3500⁰C auf. Die Haupt-Beobachtungsvorrichtung
für Ladungsträgerstrahlgeräte

Anmelder:
Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/Brenz

Dipl.-Phys. Roland Leinhos, Oberkochen (Württ),

und Dipl.-Phys. Klaus Koch, Aalen (Württ.),

sind als Erfinder genannt worden

emission des glühenden Materials an der Bearbeitungsstelle liegt demzufolge im roten und infraroten Teil des Spektrums, während im blauen und violetten Teil des Spektrums die Emission gering ist. Gerade in diesem Bereich liegt jedoch die Emission der zur Beleuchtung dienenden Lichtquelle. Das im Beobachtungsstrahlengang angeordnete Filter läßt nur kurzwelliges Licht durch, d. h., es hält den Hauptteil der vom glühenden Material ausgehenden Strahlung zurück, während die von der Fremdlichtquelle kommende Strahlung vergleichsweise wenig absorbiert wird.

Es ist schon bekannt, den Kontrast zwischen interessierenden Bildbereichen und deren Umgebung bei einer in Durehliehtbeleuchtung beobachteten Röntgenaufnahme durch Verwendung einer Zusatzbeleuchtung, welche Licht in derselben WeUenlängenverteilung wie die Durchstrahlungslichtquelle liefert, zu verringern. Bekannt ist es ferner ganz allgemein, geeignete Filter zu Beobachtungszwecken zu verwenden, die im Bereich stärkster Strahlung ihr Absorptionsmaximum besitzen. Außerdem ist es bekannt, bei der Beobachtung von Papierbildern durch Bestrahlen mit Licht einer vorbestimmten Wellenlängenverteilung ein Fluoreszenzlicht bestimmter Wellenlänge auszulösen und das Erregerlicht durch ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes Filter fernzuhalten.

Alle diese bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen geben jedoch keinen Hinweis auf die Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Auf-

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gäbe. Die zur Lösung dieser Aufgabe dienenden Mittel sind zwar an sich teilweise einzeln bekannt, doch werden sie bei der Vorrichtung nach der Erfindung in einer ganz speziellen Kombination verwendet, welche es erstmals ermöglicht, die glühende Materialstelle und deren nichtstrahlende Umgebung gleichzeitig zu beobachten.

Soll bei der Vorrichtung nach der Erfindung das von einer hoch erhitzten Bearbeitungsstelle ausgehende Licht stark geschwächt werden, so wird vorteilhafterweise zur Beleuchtung eine Lichtquelle verwendet, welche eine intensitätsreiche Linie emittiert, und es wird das im Beobachtungsstrahlengang angeordnete Filter so ausgebildet, daß es praktisch nur für Licht dieser Linie durchlässig ist.

Besonders zweckmäßig ist es, eine eine im kurzwelligen Teil des Spektrums liegende intensitätsreiche Linie emittierende Fremdlichtquelle zu verwenden. Beispielsweise kann zur Beleuchtung eine Quecksilberdampflampe verwendet werden, während im Beobachtungsstrahlengang ein Blaufilter angeordnet ist. Zur Steigerung der Wirksamkeit kann an Stelle des Blaufilters auch ein Linien- oder Interferenz-Schicht-Filter verwendet werden, dessen Durchlaßbereich sehr eng ist. Der Durchlaßbereich dieses FiI-ters ist dabei einer intensitätsreichen Linie der Quecksilberdampflampe, beispielsweise der Linie 365 ηιμ oder der Linie 436 ΐημ angepaßt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figur näher erläutert. Diese Figur zeigt ein Gerät zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl, welches mit der Beobachtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

In der Figur ist mit 1 die Kathode, mit 2 die Steuerelektrode und mit 3 die Anode eines Elektronenstrahlerzeugungssystems bezeichnet. Der von diesem System erzeugte Elektronenstrahl 4 tritt durch eine Blende 5 und wird mittels einer elektromagnetischen Linse 6 auf das Werkstück 8, 9 fokussiert. Dieses Werkstück ist in einem Bearbeitungsraum 7 auf dem rein schematisch dargestellten Kreuztisch 10, 11 angeordnet. Dieser Kreuztisch erlaubt eine Verschiebung des Werkstückes 8, 9 in zwei zueinander senkrechten Richtungen. In dem hier dargestellten Fall sollen die beiden Teile 8 und 9 miteinander verschweißt werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, den Kreuztisch 10, 11 so zu bewegen, daß die Auftreffstelle des Elektronenstrahles 4 stets auf der Nahtstelle zwischen den Teilen 8 und 9 liegt.

Der Bearbeitungsraum 7 und der Strahlerzeugungsraum 13 sind über einen Pumpanschluß 12 an eine Vakuumpumpe angeschlossen und stehen unter Hochvakuum. Der Bearbeitungsraum 7 enthält weiterhin zwei öffnungen, welche mittels der Glasplatten 14 und 15 vakuumdicht abgeschlossen sind.

Zur Beleuchtung des Werkstückes 8, 9 dient eine Quecksilberdampflampe 16, deren Licht mittels der Linse 17 auf die Umgebung der Auftreffstelle des Elektronenstrahles 4 fokussiert wird. Das von der zu beobachtenden Materialstelle ausgehende Licht wird über Spiegel 18 und 19 und Linsen 20 und 21 auf die Photokathode der Fernsehkamera 22 abgebildet. Die Linse 20 ist dabei in einem Rohr 23 angeordnet, welches zum Zwecke der Scharfeinstellung über ein von außen zu betätigendes Zahnrad 24 in der Höhe verschoben werden kann. Zwischen den beiden Linsen 20 und 21 besteht Parallelstrahlengang.

Im Parallelstrahlengang zwischen den Linsen 20 und 21 ist das Blaufilter 25 angeordnet. Dieses Filter läßt den blauen Anteil des von der Quecksilberdampflampe 16 gelieferten Lichtes nahezu ungestört durchtreten. Infolgedessen wird die Beleuchtung der Umgebung der Auftreffstelle des Elektronenstrahles 4 nur unwesentlich geschwächt. Dagegen wird der größte Teil des von dem glühenden Material ausgehenden Lichtes vom Blaufilter 25 zurückgehalten. Auf diese Weise wird der Kontrast zwischen der Bearbeitungsstelle und deren kalter Umgebung auf ein für die Fernsehbeobachtung unkritisches Maß reduziert.

An Stelle des Blaufilters 25 kann auch ein Linienoder Interferenz-Schicht-Filter verwendet werden, dessen Durchlaßbereich sehr eng ist.

Es ist ohne weiteres verständlich, daß an Stelle der Fernsehkamera 22 auch ein Bildwandler oder irgendein bekannter elektronischer Bildempfänger verwendet werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Beobachtung der heißen, stark strahlenden Bearbeitungsstelle und deren dunkler Umgebung in Geräten zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl, gekennzeichnet durch eine zur Beleuchtung des zu beobachtenden Bereiches dienende, kurzwelliges Licht emittierende Fremdlichtquelle sowie durch ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes, nur für kurzwelliges Licht durchlässiges Filter.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zur Beobachtung eine Fernsehanlage oder ein Bildwandler verwendet wird, gekennzeichnet durch eine Fremdlichtquelle, welche eine im kurzwelligen Teil des Spektrums liegende intensitätsreiche Linie emittiert, sowie durch ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes, praktisch nur für diese Linie durchlässiges Linienfilter.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zur Beleuchtung des zu beobachtenden Bereiches dienende Quecksilberdampflampe und ein im Beobachtungsstrahlengang angeordnetes, für ein schmales Gebiet im Bereich der Linien 436 ηΐμ oder 365 ηΐμ durchlässiges Interferenzschichtfilter.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Quecksilberdampflampe als auch die zur Erzeugung eines Bildes des beleuchteten Materialbereiches auf der Photokathode der Fernsehkamera oder des Bildwandlers dienenden optischen Elemente seitlich von der Auftreffstelle des Ladungsträgerstrahles angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter im Parallelstrahlengang zwischen zwei an der Abbildung des beleuchteten Materialbereiches auf die Photokathode der Fernsehkamera oder des Bildwandlers beteiligten Linsen angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Beobachtung der Schweißstelle und deren Umgebung in Geräten zum Schweißen mittels eines Ladungsträgerstrahls.