DE1615507A1

DE1615507A1 - Vorrichtung zum Schweissen mit Elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE1615507A1
Application number: DE19681615507
Authority: DE
Inventors: Einstein Peter Alex; Reginald Beadle
Original assignee: Vickers Ltd
Current assignee: Vickers Ltd
Priority date: 1967-01-20
Filing date: 1968-01-19
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1179161A; FR1555918A; DE1615507B2; NL6800851A

Description

Yorriohtung. zum Schweinen, mit Elektronenstrahlen .

Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen mit Elektronenstrahlen und sie betrifft insbesondere die Steuerung der Richtung, in der der Schweißvorgang in Bezug auf eine gewünschte Linie des Schweißens verläuft. ,

Die Beaufsichtigung des SchweißvorgÄttgs, der in einer Vakuumkammer durch Schweißen mit einem Elektronenstrahl vorgenommen wird, kann z.B. mittels einer Fernsehkamera durchgeführt werden. Bas Bild, das mit solch einer fernsehkamera erhalten wird, wird von einem die Vorrichtung Bedienenden betrachtet, der dann die Bewegung des Werkstückes in der Kammer zu steuern Vermag, während der Elektronenstrahl in der Kammer seine Lage behält. Es richtet sich somit der weitere Verlauf des Schweißvorgange an dem Werkstück nach der Beurteilung dee erzeugten Fexs&sehbilde· durch den Bedienenden. Unglücklicherweise ergehen sich hierbei Schwierigkeiten in der Verwendung einer Fernsehkamera durch optische Ungenauigkeiten in der Vakuunkaiiffler und durch Ve runre„inigungen des optischen Systems durch den in der VakuuBJruuMr erzeugten Dampf. Ferner verläuft der Vorgang so, d&fi la B«r«iek des Werkstücks große Beleuchtungekontraste auftreten, di« es

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erschweren, das erzeugte Fernsehbild zuverlässig zu beurteilen. Weiterhin wird ein solches Verfahren der Steuerung des Schweißvorgangs hauptsächlich von Hand durchgeführt, so daß der Bedienende das Fernsehbild durch Anschauen beurteilen und die Steuervorgänge entsprechend seiner Beurteilung des Fernsehbildes vornehmen muli.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung in Verbindung mit einem Elektronenstrahlerzeuger vor, die zur Durchfuhrung einer lälektronenstrahl-Sehweißung längs einer gewünschten Schweißlinie dient, welche intermittierend arbeitende Mittel aufweist, die ermöglichen, das Werkstück in einer Zwischenstufe eines solchen Schweißvorgangs zu betrachten, ferner Mittel zur Feststellung eines Fehlers, die in Abhängigkeit von solcher Betrachtung wirksam werden und ein elektrisch·· SIgBAl auslösen, das eine fehlerhafte seitlich· Verschiebung zwischen dem Verlauf des Schweißvorgangs und der gewünschten Schweißnaht anzeigen und schließlich Berichtigungsaittel, die so angeschlossen sind, daß sie dieses Signal empfangen und in Abhängigkeit von diesem so arbeiten, daß sie den Elektronenstrahl seitlich verschieben, um den Fehler bei Beginn eines weiteren Fortgangs des Schweißvorgangs herabzusetzen.

Es wird somit die subjektive Beurteilung eines Fernsehbildes durch den Bedienenden ersetzt durch intermittierend arbeitende Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches das Verhältnis zwischen dem Verlauf der Schweißnaht und der gewünschten SchweiBlinie anzeigt. Sin solches

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elektrisches Signal kann in der Praxis dazu verwendet -werden, eine automatische Berichtigung irgendeiner Abweichung der ausgeführten Schweißnaht und der gewünschten Schweieiinie vorzunehmen.

Dieses elektrisch« Signal kann mittels einer Fernsehkamera erzeugt werden, aber im Hinblick auf die oben genannten Schwierigkeiten, die bei der Betrachtung des Werkstücks alt einer Fernsehkamera während des Schwelfivorgangs auftreten, ist es vorzuziehen, daß die genannten intermittierend wirkenden Mittel so arbeiten, daß sie eine Terringerumg 4«r Stärk· des ausgesandten Elektronenstrahls und ein Abtasten des Werkstücke* ait dem geschwächten Elektronenstrahl längs einer Abtastlinie bewerkstelligen, die transversalsu der gewilaecfetta Setweifilini· liegt, sowie durch Auffangen ββτ»ekaadärea ©d«r_.τ©κ".¥erketttok rüokgestreutea Elektronen während dieses Abtaetvorgaaga, «ta diese Elektronen zur Erzeugung des gekannten el@ktrisch«a Signals zu verwenden. Dieses elektrische Signal kann dann in Abhängigkeit von der Zeit erzeugt werden» die der geschwächte Strahl benötig-t, us das Werkstück »wischen dee Mittelpunkt der Abtastlinie und einer Diskontinuität der Oberfläche au überstreichen und damit die gewünschte SehweiElini« auf dea Werkstück festzulegen, a„B. dl« Grenzlinie zwischen zwei Teilen des Werkstückes,

Xs wird nun als Ausführungebeispiel auf die anliegendem schevatischen Zeichnungen Bezug genommen.

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Pig. i zeigt teilweise in perspektivische!: Ansicht und teilweise als Blockdiagram» einen Elektronenstrahl-Schweißapparat gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung einen in der vorliegenden Vorrichtung verwendeten ersten Satz von elektrischen Signalen;

Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung einen zweiten Satz von elektrischen Signalen, die bei einer etwas abgeänderten Ausführungsart der Erfindung verwendet werden;

Fig. h zeigt einen stark vergrößerten Grundriß eine« Teils des Werkstückes in der Vorrichtung;

Fig. 5 zeigt die Wellenform eines in der Vorrichtung erzeugten elektrischen Signals;

Fig. 6 zeigt die Wellenform eines elektrischen Signals, das in der Vorrichtung vom Signal der Fig. 5 abgeleitet ist;

Fig. 7 ist ein mehr ins einzelne gehendes Blockdiagramm eines Teiles der Vorrichtung der Fig. i.

In Fig. l ist ein elektrisch geerdetes "Werkstück" 1 gezeigt, das ursprünglich aus zwei rechteckigen Platten la und Ib bestand, die Kante an Kante zusammengeschweißt werden sollen. Die gewünschte Schweißlinie ist somit die beiderseitige Grenzlinie 2 der Zeichnung, wobei der bereits" durchgeführte Teil der Schweißung mit 20 bezeichnet ist. Die Schweißung wird in einer Vakuumkammer durchgeführt, von der eine obere Wand

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schematisch mit 21 angedeutet ist, und zwar alt einem Elektronenstrahl 5t der von einer bei Λ angedeuteten Elektronenstrahlquelle hoher Energie erzeugt"wirdν Der von der - Elektronen«trahlquelle ausgehende Strahl kann in bekannter Weise durch die einer Schirmelektrode zugeführte Spannung gesteuert werden, so daß es möglich ist, bei Arbeiten der Quelle mit einer festen Spannung von 150 kV und einer Vorspannung von -300 Volt an der Schirmelektrode einen Schweißfleok von 10 kV und von 0,5 na Durchmesser auf dem Werkstück zu erzielen. Wird die Vorspannung der Schirmelektrode auf -1000 Volt geändert, dann kann die Energie des Klektronenstrahls auf 5 bis 10 ¥ verringert werden, was einen Durchmesser des Elektrononflecks auf dem Werkstück von 0,1 mm ergibD. Die Lange des Elektronenstrahls von der Elektronenquelle bis zum Werkstück ist von der Größenordnung 50 bis 80 cm.

Verbunden mit der Elektronenstrahlquelle k sind Abtastspulen X vorgesehen, mit denen der Elektronenstrahl elektromagnetisch parallel zur gewünschten Schweißlinie 2 bewegt werden kann, (X-Ablenkung), ferner Abtastspulen Y, mit denen der Elektronenstrahl elektromagnetisch senkrecht zur Schweißlinie 2 abgelenkt werden kann (Y-Ablenkung), sowie elektromagnetische Berichtigungs- oder Lenkspulen 5» Bit denen der Elektronenstrahl ebenfalls elektromagnetisch senkrecht zur Richtung der gewünschten Schweißlinie 2 abgelenkt werden kann. Die Spulen X₁Y und 5 sind in der Vakuumkammer unterhalb einer (nicht dargestellten) Sammellinse bekannter Art angeordnet. Die Höhe dieser Ablenkspulen über dem Werkstück betragt etwa 20 bis 50 ca.

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Die Elektronenstrahlquelle k 1st fest an der oberen Wand 21 der Kauuner so angeordnet, daß sie einen Elektronenstrahl 3 durch eine oberhalb der Spulen X₁ Y und 5 gelegene Öffnung in der Wand 21 nach unten sendet. Ein einstellbarer Träger, der schematisch mit 22 bezeichnet ist, trägt das Werkstück in der Vakuumkammer und vermag es quer durch die Kanaer zu führen, so dali der Auftreffpunkt des schweißenden Elektronenstrahls in gewünschter Weise das Werkstück überstreicht.

Oberhalb des Werkstücks ist ein Kollektor 6 angebracht, der die von dem Werkstück ausgehenden sekundären oder rückgestreuten Elektronen auffängt. Der Kollektor 6 hat die Form eines Faraüaykäfigs, wie er weitgehend bei Raster-Elektronenmikroskopen, Mikro-Analysatoren und dergleichen verwendet wird. In seiner einfachsten wirksamen Form kann der Kollektor 6 aus einem Becher aus Kupfer, Aluminium oder Kohle bestehen, der in der Kammer so angebracht, ist, daß seine öffnung nahe bei dem normalen Auf tref fpunkt des Elektronenstrahls auf das Werks tliok, jedoch ein wenig oberhalb desselben und etwas seitlioh verschoben liegt. Der Kollektor 6 ist über eine Widerstands-Kondensatorkopplung 16-19 zur Zuführung einer Eingangsspannung an eine Verstärker- und Fehlerdetektor-Einheit 7 angeschlossen. Ein erster Ausgang dieser Einheit 7 ist an den Eingang eines Generators 8 für die Signalberichtigung angeschlossen, dessen Ausgang mit den Berichtigungsspulen 5 verbunden ist. Ein zweiter Ausgang der Einheit 7 ist mit dem Nachrichteneingang einer Bildwiedergabeeinheit 9 der Fernsehtype verbunden, die einen

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Stromkreis enthalt, der dem Nachrichteneingang eines Kathodenstrahloszilloskops 10 nur die Nachricht zuführt, die einer im wesentlichen zentralen Linie dee gesamten Rasters der τοη der Einheit 9 norraalerweise dargestellten Abtaatlinien entspricht

Die Abtastspulen I und Y und die BildaufEeichnungseinheit 9 sind so angeschlossen, daß sie ihre Abtastspannungen von einem Abtastgenerator Ii erhalten, der ebenso vie'die Elektronenstrahlquelle k und die Einheit 7 eo geschaltet ist, daß er durch Torinipulse von einer Programaeinheit 12 in Betrieb gesetzt wird.

Gemäß Fig. 7 enthält die Verstärker- und Fehlerdetektor-Einhfcit 7 einen Irapulsbildner 23, einen Torkreis 24t, einen Mi Iis-2eitkreis 25, einen Vergleicher 2b und einen Spannungsgenerator 27.

Bei Gebrauch der dargestellten Vorrichtung werden die beiden Platten la und Ib auf den Träger 22 so gelegt, daß sie längs der Linie 2 aneinandergrenzen. Das eine Ende der Grenzlinie 2 wird an dem normalen Einfallpunkt des τοη den Erzeuger k ausgehenden Elektronenstrahls 3 angeordnet. Darauf wird mit dem Schweißen begonnen, indem der Erzeuger k so angeschaltet vim, daß er einen Elektronenstrahl voller Energie (iO kW) aussendet, und der (nicht dargestellte) Mechanismus, der den Trat*r 22 durch die kammer bewegt (mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 ein pro Sekunde) , wird in Gang gesetzt, um den Auf tref fpunkt des Elektronenstrahls auf das Werkstück längs der Grenzlinie entlang zu fuhren. Der Schweißvorgang verläuft dann unter

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der Steuerung durch die Programmeinheit 12.

Die Programmeinheit 12 enthält einen elektronischen Zeitkreis, der in,Fig. 7 dargestellt und mit intermittierend arbeitenden Schaltmitteln ausgestattet ist, die den eigentlichen Schweißvorgang in regelmäßigen Zeitintervallen für kurze Zeitabschnitte au unterbrechen vermögen, so daß das Fortschreiten des Schweißvorgangs periodisch elektronisch überwacht werden kann. Es kann z.B. der Schweißvorgang am Ende jedes aufeinanderfolgenden Intervalls von einer Sekunde für eine Dauer von einigen wenigen Millisekunden unterbrochen werden. Die Prograemeinheit 12 leitet automatisch jede dieser kurzen unterbrechungsperioden dadurch ein, daß sie an der Schirmelektrode der Elektronenstrahlquelle 4 die Vorspannung von -300 auf -1000 ToIt erhöht, so dall die Energie des llektronenstrahls, die das Werkstück i erreicht, auf etwa 5 bis 10 Vatt und der Durchmesser des auftreffenden Elektronenfleoks auf dem Werkstück von 0,5 «■

auf 0,1 mm verringert wird. Gleichzeitig veranlaßt die Programmeinheit 12 den Abtastgenerator 11 einen Strom durch die Abtastspulen S und T zu senden, so daß der auftreffende, sohalf gebündelte Fleck des in seiner Energie geschwächten Elektronenstrahls das Werkstück in einem Raster 14 von z.B. 400 Abtastlinien überstreicht, die quer zu der Grenzlinie f liegen und jeweils eine Länge von etwa 2 cm haben. Der Überstreiohungsbereich dee Kasters in Richtung längs der Grenzlinie 2 beträgt etwa 1 cm. Der Zeltkreis der Programmeinheit 12 leitet ferner einen Torimpuls in den Torkreis 24 der Einheit 7, was bewirkt, daß der Torkreis 24 dem Vergleioher 26 die Signale zuführt, die

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einer im wesentlichen mittleren Abtastlinie des Raster· 14 entsprechen. Dieser letztgenannte Toriapule wird somit !■ wesentlichen in der Mitte jeder kurzen Unterbrechungsperiod· zugeführt. Am Ende jeder kurzen Unterfcrechungeperiode schaltet die Programmeinheit den Abtastgenerator 11 ab und verringert die Vorspannung an der Schirmelektrode der Elektronenquelle 4, so daß der Elektronenstrahl 3 wieder die volle Schweißenergie (iO kW) und rieckgröße erhält.

Fig. 2 zeigt im Diagramm die Ablenksignale, die den Spulen. X bzw. Y zugeführt werden, so daS in einer Unterbrechungsperiode t (z.B^ 20 Millisekunden) ©in "Rahmen" hergestellt wird, der η Linien (z.B. 200 bis 400) enthält. Auf die kurzeUnterbrechungeperiode t folgt eine wesentlich längere Periode T (z.B. 1 Sekunde\, während welcher der Schweißvorgang normal verläuft, und auf diese folgt eine weitete Unterbrechungsperiode t usw. Die η Linien des Rasters schwingen im wesentlichen senkrecht zu der gewünschten Schweißlinie 2 auf dem Werkstück. Es sei vermerkt, daß das "Rahmen"-Signal, das den X-Spulen zugeführt wird, Mit eines Signal einejr ulelohspannungskomponente vorgespannt let, so daß der Mittelpunkt 15 des Rasters (oder des Betrachtungebereiche), das am Werkstück abgetastet wird, in Bezug auf den vorhergehenden Punkt 13, der vom Schweißstrahl auf de« Werkstück getroffen wurde, um einen geringen Betrag d (z.B. 0,5 bis 1,0 ob) vorverschoben ist. Sopit hat auch die mittlere Abtastlinie des Raster· 14. einen Mittelpunkt, der etwas, nämlich um den Betrag d, gegenüber dem letzten Schweißpunkt 13 nach vorn verschoben ist.

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Ein Teilbetrag der sekundären oder rUckgestrahlten Elektronen, die von den Werkstück ausgehen, wenn der scharf gebündelte Elektronenfleck geschwächter Energie darüber·tr·loht, wird von dem Kollektor 6 aufgefangen und ruft entsprechende Spannungen am Widerstand 18 hervor. Die resultierenden Spannungssignale werden über einen Kondensator 19 dem Impulebildner 23 der Einheit 7 zugeleitet. Die Stärke des von deai Kollektor 6 aufgefangenen Elektronenstroms ändert sich, während der Abtaststrahl das Werkstück überstreicht, in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit des jeweils überstrichenen Teils des Werkstücks. Wenn z.B. aer abtastende Elektronenfleok die Grenzlinie 2 überstreicht, dann kann dies einen Anstieg des vom Kollektor 6 aufgefangenen Elektronenstroms um etwa 10% ergeben, wenn auch solche Änderung davon abhängen wird, ob die Stoßkanten des Werkstücks augeschrägt sind» Die Bildaufzeichnungseinheit 9 kann somit ven der ihr von der Einheit 7 zugeführten Nachricht ein Fernsehbild des Zustandes der Oberfläche an dem abgetasteten Teil des Werkstücks liefern. Die Bildaufzeichnungseinheit 9 wird so eingestellt, daß der Mittelpunkt 15 des abgetasteten Bereichs der Werkstückoberfläche nach dem Mittelpunkt 15' der Bildaufzeichnung verschoben ist, und die gewünschte Schweißlinie 2 (deren Bild der Oberflächendiskontinuität an der Grenzlinie der beiden Platten la und Ib entspricht) erscheint als eine vertikale Linie 2·, und diese müßte, wenn der Lagefehler e der Schweißnaht £0 Null wäre, sich in der Mitte des Bildes nach unten erstrecken. Jeder Lagefehler e der tatsächlich auftretenden Schweißlinie wird daher in dem aufgezeichneten

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Bild eiohtbar als Verschiebung <1·β Bildes der Qrenalini· 2' naoh einer Seite von einer vertikalen Linie aus, die längs des Bildes der Schweißnaht 20' zentral reriaufen sollte» Bas Auftreten solcher fehlerhafter seitlicher Verschiebung kann z.B. von einer falschen Lage des Werkstücke auf dem Träger 22 oder von einer mit Vorbedacht gewählten Biegung der Gren«linie 2 herrühren *

Fig. A stellt in stark vereinfachter Form einen Oberflächenbereich des Werkstücke dar und verdeutlicht das Abtasten der Oberfläche des Werkstücks in· einem Raster 14 während einer kurzen Unterbrechungsperiode t. Der Fig. k liegt die Annahme zugrunde, daß das Werkstüek.auf dem frager 22 ungenau ausgerichtet worden ist, so daß die Grenzlinie 2 nicht parallel der Richtung 28 liegt, in welcher es durch die Vakuumkammer geführt wiru. Der schiefe Verlauf der Grenzlinie 2 ist in Fig. h stark übertrieben dargestellt.

In der vorhergehenden letzten Sohweiflperiode T 1st die Schweißnaht über das Werkstück längs einer geraden Linie PQ fortgeschritten, die in der Richtung 28 liegt. Der Punkt ^f der Fig. k entspricht somit dem Punkt 13 der Fig. 1. In der folgenden Unterbrechungsperiode t überstreicht der in seiner Energie geschwächte Elektronenstrahl das Raster 14, das «us Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. h lediglich durch 4 Abtastlinien dargestellt ist,. Eine Abtastlinie 29, die im wesentlichen die Mitteilinie des Rasters 14 bildet, hat ihren Mittelpunkt an dem genannten Punkt 15, der um den Abstand d gegenüber dem Punkt Q in Richtung P nach Q vorgerückt ist.

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Während der in seiner Energie geschwächte Elektronenstrahl längs der Abtastlinie 29 streicht, ändert sich der vom Kollektor 6 der Fig. 1 aufgefangene Elektronenstrom geaäß der Wellenform der Fig. 5. Der Mittelpunkt M der Zeitskala der Wellenform der Fig. 5 entspricht dem Durchgang des Abtaststrahle durch den Mittelpunkt 15 der Abtastlinie 29. Die Wellenform der Fig. 5 zeigt eine Spitze N, die dem Überstreiohen des Abtaststrahls über die Grenzlinie 2 des Werkstucks entspricht.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 empfängt der Impulsbildner 23 ein Eingangs-Spannungssignal, das der Wellenform der Fig. entspricht und durch die Eingangsspitze N so getriggert wird, dali ein rechteckiger Ausgangs impuls N¹ (Fi_b. 6) entsteht, der eine scharf definierte Eintrittskante 30 hat. Dieser Impuls 30, eier während des Durchgangs der Abtastlinie 29 erzeugt wurde, wird nun aber das Tor 2k (unter Steuerung durch die Progranmeinheit 12) dem Vergleicherkreis 2t> zugeleitet. Mit Hilfe eines zusätzlichen Eingangs von den Hilfs-Zeitkreis 25 mißt der Vergleicher 26 genau die Zeit s, die der Elektronenstrahl, der sieh längs der Abtastlinie 29 bewegt, benötigt, um von sein«! Mittelpunkt 15 (der dem Punkt M in den Fi/c. 5 und β entspricht) bis zur Eintrittskante 3ü des Impulses N¹ zu gelangen. Da die Abtastlinie 29 mit konstanter Geschwindigkeit überstreicht, ist die gemessene Zeit s selbst ein MaO für die fehlerhafte seitliche Verschiebung e, die während des vorhergehenden Schweißvurgangs bis zum Punkt Q der Fig. k entstanden ist. Der Tergleicherkreis 26 speist den Spannungsgenerator 27, der eine

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Ausgangsspannung liefert, die proportional der gemessenen Zeit s ist, und führt diese Spannung dem Generator β zu. Der Generator 8 ist in der Hauptsache ein gewöhnlicher Verstärker, der den Berichtigungsspulen 5 einen Berichtigungsstrom zuführt, der proportional der Eingangsspannung ist, die er von dem Spannungsgenerator 27 empfangen hat und der ausreicht, um den Elektronenstrahl seitwärts zum Punkt P¹ (Fig. 4) auf der Grenzlinie 2 zu verschieben. Dieser Berichtigungsstrom wird in der Berichtigungsspule 5 während der ganzen folgenden Schweißperiode T aufrechterhalten, während welcher der Sehweißvorgang längs der Linie P¹^¹ der Fig. k verläuft. Wenn der Schweißvorgang bis zu Q' . fortgeschritten ist, wird der Abtast- und Berichtigungsvorgang automatisch wiederholt, mit dem Ergebnis, daß den Elektronenstrahl eine weitere seitliche Verschiebung mitgeteilt wird, wodurch der Auf treffleck au:! den Punkt P·' der Grenzlinie 2 verschoben wird, usw. Tatsächlich wird die Ausgangsgröße des Spannungsgenerators 27 während der folgenden Schweißperiode T konstant gehalten und zwar durch Mittel, die in dieses Generator vorgesehen sind.

Bei Kenntnis der vorstehenden Erklärung der Arbeitsweise der Vorrichtung ist es für einen auf dem Gebiet der Elektronik zuständigen Fachmann eine rein handwerksmäßige Maßnahme, die Stromkreise derFiguren 1 und 7 zu entwerfen, da di· als Blockdiagramme dargestellten Stromkreisanorünungen 8 bis 12 (Fig. l) und 23 bis 27(FIg. 7) wie auch der Zeitkreis der Progrämnieittheit 12 keine neuen Grundgedanken enthalten. Es wird deshalb für ganz unnötig erachtet, diese Stromkreis anordnung en zu beschreiben..

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Es könnte andererseits der Berichtigungsstrom auch den Ablenkspulen Y zugeführt werden; in diesem Fall bestünde kein Bedarf für die Berichtigungsspulen 5·

In der vorstehend beschriebenen Art wird ein Bestreben des Elektronen-Sciiweißf lecks , von der gewünschten Bewegungslinie längs des Werkstücks abzuweichen, in regelmäßigen Intervallen während des ganzen achweißvorgangs automatisch korrigiert. In der Praxis sollten die an den Enden der Üchweißperioden T festgestellten Abweichungen klein sein. Korrekturen mittels der oben beschriebenen berichtigungsspulen sollten in Wirklichkeit nicht größer als höchstens etwa 3 mm sein, da sonst Schwierigkeiten durch Aberrationen bei der Fleckverschiebung auftreten können, die eine zusätzliche Korrektur erfordern.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung findet kein Abtasten des Werkstücks in einem vollständigen Raster statt. Es wird nur ein Abtasten in einer einzigen, im wesentlichen senkrecht zur Schweißlinie liegenden Linie in regelmäßigen Zeitabschnitten durchgeführt, z.B. in Zeitabschnitten von l/lO Sekunde mit einer Abtastlinie, die 100 Mikrosekunden zum überstreichen braucht. Entsprechend Fig. 1 liegt der Mittelpunkt jeder solchen einzelnen Abtastlinie auf einem Punkt, der um eine Streck« a über den letzten Schweißpunkt 13 hinausgerückt ist, wie der Punkt 15 in Fig. i. Somit kann die Abtastlinie 29 der Fig. k als solche Einzel-Abtastlinie angesehen werden, während die anderen Linien des Kasters 14 fortfallen. Die sich ergebenden Signale der Einheit 7 können in einem Katnodenstraiiloezilloskop

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angezeigt werden, wie bei iO in Fig. i. In diesem Fall entspricht die senkrechte Mittellinie der Oszilloskop-Darstellung der tatsächlichen Linie der öchweiünaht (und sie enthält das DiId 15" dee Punktes 15) und eine Signalspitze l6, die an der einen oder der anderen Seite der senkrechten Mittellinie auftritt, entspricht der Grenzlinie 2, d.h. der gewünschten Linie des Schweißvur^angs und bezeichnet somit jeden zu berichtigenden Lagefehler e. "nie schon beschrieben wurde, werden entsprechende üerichtigungssignale erzeugt und über die Einheit 8 den Berichtigungsspulen 5 zugeführt. Tatsächlich siiddie anderen Linien des Rasters I^ nur erforderlich, wenn gewünscht wird, ein Fernsehbild der Oberfläche des Werkstücks herzustellen.

Fig. 3 zeigt die Abtastsignale, die den Spulen Y und X zugeführt werden, für eine Ausführungsfor« der Erfindung, bei der tiie vorstehend genannte einlinlge Abtastung verwendet wird, wie sie in den tunkten 1? angedeutet ist, üb die Entwicklung der Lage beim Schweiüvorgang während des Zeitintervalls T zu überwachen und zu steuern, und die Aufreiohnungseinheit 9 für ein Fernsehbild wird verwendet, u· ein Lagebild während des kleineren Zeitabschnittes t zu geben. Diese einlinigen, die Lage überwachenden Abtastungen 17 verursachen, daß der scharfgebündelte Elektronenstrahl quer zur Schweißlinie (aber nicht unbedingt senkrecht zu ihr) schwingt. Es ist günstig, in diese« Fall die Schweibung während jeder einlinigen, die Lage überwachenden Abtastung 17 wie auch während der kurzen Zeitabschnitte t Bomentweise zu unterbrechen.

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Die Verwendung einliniger, die Lage überwachender Abtastungen ist im allgemeinen dann geeigneter, wenn die gewünschte Schweißlinie selbst keine gerade Linie ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine optische Darstellung der Lage wie bei 9 und 10 der Fig. i für das hier dargestellte automatische Steuerungssystem nicht wesentlich ist,

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Schweißvorgangs mittels eines aus einer Elektronenstrahlqueile kommenden Elektronenstrahls längs einer gewünschten Sehweißlinie, wobei im Verlauf des Schweißvorgangs seitliche fehlerhafte Abweichungen der fortschreitenden Entwicklung der Schweißnaht von der gewünschten Schweißlinie auftreten können, gekennzeichnet durch Überwachungsmittel (li,X,Y,6,18,19), die in Zwischenstufen (t) des Schweißvorgangs wirksam werden, um das Werkstück zu überwachen und die in Abhängigkeit von dem vorhergehenden Verlauf der Schweißnaht eine Ausgangsspannung liefern, ferner durch Mittel (7) zur FestsLellung einer Abweichung, die derart geschaltet sind, daß sie uie Aub£,angsspannung aufnehmen und hieraus ein elektrisches Signal zu entwickeln vermögen, das eine solche fehlerhafte seitliche Verschiebung (e) anzeigt, sowie durch Berichtigungsmittel (θ,ρ), die so geschaltet sind, daß sie dieses elektrische Signal aufnehmen und in Abhängigkeit von diesem eine seitliche Ablenkung des Elektronenstrahls (3) herbeizuführen vermögen, so daß bei Beginn der weiteren Bildung der Schweißnaht (20) die Abweichung verringert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine jrrogranmierungsvorriehtung (12), die an die Überwachungsvorrichtung angeschlossen ist und bewirkt, daß diese intermittierend arbeitet_r wobei solche überwachung und Fehlerbeseitigung periodisch während des Schweißvorgangs durchgeführt wird.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aie Überwachungsmittel so arbeiten, daß sie eine Schwächung der Energie des Elektronenstrahls (3) herbeiführen und darauf ein Abtasten des Werkstücks (l) mit dem geschwächten Elektronenstrahl (3) längs einer Abtastlinie (29) bewirken, die quer

• zu der gewünschten Schweißlinie (ü) liegt und daß die Überwachungsmittel die vom Werkstück während des Abtastens ausgehenden sekundären oder rückgestreuten Elektronen auffangen und diese aufgefangenen Elektronen zur Erzeugung der genannten AusgangsSpannung verwenden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die gewünschte Schweißlinie eine Diskontinuität der Oberfläche des Werkstüoks aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Fehlerfeststeilung das elektrische Signal durch Messen der Zeit (s) erzeugen, welche der geschwächte Elektronenstrahl (3) benötigt, um das Werkstück (l) zwischen dieser Oberflächendiskontinuität und dem Mittelpunkt der Abtastlinie (29) zu überstreichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel bei ihrem Virksamwerden den geschwächten Elektronenstrahl (3) um einen Betrag (d) nach vorwärts verschieben, so daß die Abtastlinie (29) einen Mittelpunkt (15) hat, der etwas weiter voran liegt als der letzte Punkt (13 oder Q), der von dem Elektronenstrahl (3) auf dem Werkstück während der vorhergehenden Herstellung der Schweißnaht (20) erreicht wurde.

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ό. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer Schweilikammer, die das Werkstück während des SohweiUvorgangs aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dall die Überwachungsinittel eine elektrische Spule (Χ) aufweisen, die in Bezug auf die Kammer (2l) fest so angeordnet ist, daß sie den Elektronenstrahl elektromagnetisch in einer Richtung ablenkt, die im wesentlichen parallel zu der gewünschten Schweißlinie (2) liegt, um ihn um den Betrag (d) nach vorwärts zu verschieben.

7* Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Jberwachungsmittel eine elektrische Spule (Y) aufweisen, die gegenüber der Schweißkammer fest angeordnet ist, um den Elektronenstrahl in Richtung quer zu der gewünschten Schweißlinie abzulenken und dabei das Abtasten und/oder die seitliche Verschiebung zu bewirken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung»mittel bei ihrem Wirkeamwerden veranlassen, daß der geschwächte Elektronenstrahl da· Werkstück in einem Raster (14) überstreicht, da· aus einer Vielzahl von Abtaatlinien besteht, von denen eine die genannte Abtastlinie (29) ist, und ferner gekennzeichnet durch eine Fernseh-Anzeigevorrichtung (9)« die mit den Überwachungsmitteln so verbunden ist, daß sie von diesen elektrische Signale empfängt, die von den sekundären oder rücKgestreuten Elektronen erzeugt werden, welche von dem Verkstück herkommen und während dee Abtastens aufgefangen werden, wubei die Anzeigevorrichtung (9) dazu dient, eine bildliche Darstellung der von dem Raster überdeckten Oberfläche herzustellen. BADORJQiNAL 009822/0S91

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Abtastlinie (29) Im wesentlichen In der Mitte des Rasters (14) liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Programmierungsmittel (12) die Überwachungen!tte1 nur in relativ kurzen Perioden (t) wirksam werden laut, die zeitlloh unterbrochen sind durch relativ lange Perioden (T), während derer jeder Schweiüvorgang derart erfolgt, daß sein Verlauf von der zuletzt vorgenommenen seitlichen Verschiebung des Schweißfleoks abhängt.

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