DE1615507B2 - Vorrichtung zum Überwachen des Auftreffpunktes eines zum Elektronenstrahlschweißen verwendeten Elektronenstrahles auf einem Werkstück - Google Patents

Description

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des Werkstückes in der Kammer zu steuern. Der F i g. 2 zeigt in graphischer Darstellung einen in der

Elektronenstrahl selbst bleibt unbeeinflußt und in vorliegenden Vorrichtung verwendeten ersten Satz

bezug auf die Kammer stationär. Das weitere Fort- von elektrischen Signalen;

schreiten der Schweißnaht auf dem Werkstück er- F i g. 3 zeigt in graphischer Darstellung einen zweifolgt entsprechend der Auswertung des Fernsehbildes 5 ten Satz von elektrischen Signalen, die bei einer durch die Bedienungsperson. Eine solche Methode etwas abgeänderten Ausführungsart der Erfindung zur Überwachung der Herstellung einer Schweißnaht verwendet werden;

und zur Korrektur von seitlichen Abweichungen er- F i g. 4 zeigt einen stark vergrößerten Grundriß

fordert die ständige Aufmerksamkeit der Bedienungs- eines Teils des Werkstückes in der Vorrichtung;

person. Es besteht dadurch die Gefahr, daß durch io F i g. 5 zeigt die Wellenform eines in der Vor-

die Auswertung des Fernsehbildes mit dem Auge richtung erzeugten elektrischen Signals;

Ungenauigkeiten bei der Beurteilung des notwendigen F i g. 6 zeigt ein elektrisches Signal, das in der

Korrekturgrades auftreten. Vorrichtung vom Signal der F i g. 5 abgeleitet ist;

Es ist femer einer Elektronenstrahlschweißeinrich- Fig. 7 ist ein mehr ins einzelne gehendes Block-

tung bekannt (USA.-Patentschrift 3165 619), welche 15 diagramm eines Teiles der Vorrichtung der F i g. 1.

das Problem zu lösen versucht, mit dem Elektronen- In F i g. 1 ist ein elektrisch geerdetes Werkstück 1

schweißstrahl automatisch einer Stoßlinie zwischen gezeigt, das ursprünglich aus zwei rechteckigen Plat-

zwei Teilen eines Werkstückes zu folgen. Dazu wird ten la und Ib bestand, die.Kante an Kante zusam-

ein mechanischer Fühler in der Rille geführt, die an mengeschweißt werden sollen. Die gewünschte

der Oberfläche des Werkstückes zwischen den anein- 20 Schweißlinie ist somit die beiderseitige Grenzlinie 2

anderstoßenden Flächen entsteht. Das Abtasten mit der Zeichnung, wobei der bereits durchgeführte Teil

dem mechanischen Fühler macht das Verfahren je- der Schweißung mit 20 bezeichnet ist. Die Schwei-

doch schwerfällig und die Konstruktion sperrig und ßung wird in einer Vakuumkammer durchgeführt,

aufwendig. Die unvermeidbar endlichen Abmessun- von der «ine obere Wand schematisch mit 21 ange-

gen des Fühlers verhindern, daß dieser in der ge- 25 deutet ist, und zwar mit einem Elektronenstrahls,

wünschten Weise nahe an den tatsächlichen Schweiß- der von einer bei 4 angedeuteten Elektronenstrahl-

punkt gebracht wird. Außerdem besteht die Gefahr, quelle hoher Energie erzeugt wird. Der von derElek-

daß das Fühlermaterial bei einem Präzisionsschwei- tronenstrahlquelle ausgehende Strahl kann in be-

ßen die verwendeten hochreinen Materialien ver- kannter Weise durch die einer Schinnelektrode zu-

unreinigt. 3° geführte Spannung gesteuert werden, so daß es mög-

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Hch ist — wenn die Spannungsquelle mit einer

das von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen festen Spannung von 150 kV arbeitet und die Vor-

Art erzeugte elektrische Signal zur automatischen spannung "an der Schirmelektrode -30OVoIt be-

Steuerung der Schweißnaht auszunutzen. trägt —, einen Schweißfleck von 10 kW und von

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs be- 35 0,5 mm Durchmesser auf dem Werkstück zu erzie-

schriebenen Art ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß len. Wird die Vorspannung der Schirmelektrode auf

sich die Abtastspur entlang einer Abtastlinie erstreckt, —1000 Volt geändert, dann kann die Energie des

welche quer zu der gewünschten Schweißlinie ver- Elektronenstrahls auf 5 bis 10 W verringert werden,

läuft, daß das von der Auswerteschaltung erzeugte was einen Durchmesser des Elektronenflecks auf

Signal eine Funktion der Zeit ist, welche der Elek- 40 dem Werkstück von 0,1 mm ergibt Die Länge des

tronenstrahl mit reduzierter Leistung benötigt, um Elektronenstrahls von der Elektronenquelle bis

sich quer zum Werkstück zwischen dem Zentrum zum Werkstück ist von der Größenordnung 50 bis

der Abtastlinie und einer Oberflächendiskontinuität 80 cm.

zu bewegen, welche die gewünschte Schweißlinie auf Verbunden mit der Elektronenstrahlquelle 4 sind dem Werkstück definiert, und daß mit der Aus- 45 Ablenkspulen X vorgesehen, mit denen der Elektrowerteschaltung eine Korrekturschaltung verbunden nenstrahl elektromagnetisch parallel zur gewünschten ist, welche unter Ausnutzung des von der Auswerte- Schweißlinie 2 bewegt werden kann (X-Ablenkung), schaltung erzeugten elektrischen Signals eine seit- ferner Ablenkspulen Y, mit denen der Elektronenliche Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt, der- strahl elektromagnetisch senkrecht zur Schweißart, daß die Abweichung zu Beginn der Erzeugung 50 linie 2 abgelenkt werden kann (F-Ablenkung), sowie eines weiteren Schweißnahtabschnittes reduziert ist. elektromagnetische Berichtigungs- oder Lenkspulen 5,

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird also die mit denen der Elektronenstrahl ebenfalls elektro-

subjektive, durch eine Bedienungsperson vorgenom- magnetisch senkrecht zur Richtung der gewünschten

mene Auswertung eines Fernsehbildes ersetzt durch Schweißlinie 2 abgelenkt werden kann. Die Spulen X,

die Verwendung einer intermittierend arbeitenden 55 Y und 5 sind in der Vakuumkammer unterhalb einer

Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Si- (nicht dargestellten) Sammellinse bekannter Art an-

gnals, welches ein Maß für die Übereinstimmung geordnet. Die Höhe dieser Ablenkspulen über dem

zwischen der tatsächlich erzeugten Schweißnaht und Werkstück beträgt etwa 20 bis 50 cm.

der gewünschten Schweißlinie ist. Solch ein elektri- Die Elektronenstrahlquelle 4 ist fest an der oberen

sches Signal kann in der Praxis leicht zur automa- 60 Wand 21 der Kammer so angeordnet, daß sie einen

tischen Korrektur von Abweichungen ausgenutzt wer- Elektronenstrahl 3 durch eine oberhalb der Spulen AT,

den, die zwischen der tatsächlichen Schweißnaht und Y und 5 gelegene Öffnung in der Wand 21 nach

der gewünschten Schweißlinie auftreten. unten sendet. Ein einstellbarer Träger, der schema-

Es wird nun als Ausführungsbeispiel auf die tisch mit 22 bezeichnet ist, trägt das Werkstück in

schematische Zeichnung Bezug genommen. 65 der Vakuumkammer und vermag es quer durch die

F i g. 1 zeigt teilweise in perspektivischer Ansicht Kammer zu führen, so daß der Auftreffpunkt des

und teilweise als Blockdiagramm eine Elektronen- schweißenden Elektronenstrahls in gewünschter Weise

strahl-Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung; das Werkstück überstreicht.

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Oberhalb des Werkstücks ist ein Kollektor 6 an- Vorspannung von —300 auf —1000 Volt erhöht, so gebracht, der die von dem Werkstück ausgehenden daß die Energie des Elektronenstrahls, die das sekundären oder rückgestreuten Elektronen auffängt. Werkstück 1 erreicht, auf etwa 5 bis 10 Watt und der Der Kollektor 6 hat die Form eines Faradaykäfigs, Durchmesser des auftreffenden Elektronenflecks auf wie er weitgehend bei· Raster-Elektronenmikrosko- 5 dem Werkstück von 0,5 mm auf 0,1 mm verringert pen, Mikro-Analysatoren u. dgl. verwendet wird. In wird. Gleichzeitig veranlaßt die Programmeinheit 12 seiner einfachsten wirksamen Form kann der KoI- den Abtastgenerator 11, einen Strom durch die Ablektorö aus einem Becher aus Kupfer, Aluminium lenkspulen X und Y zu senden, so daß der auf- oder Kohle bestehen, der in der Kammer so ange- treffende, scharf gebündelte Fleck des in seiner Enerbracht ist, daß seine Öffnung nahe bei dem nor- ίο gie geschwächten Elektronenstrahls das Werkstück in malen Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf das einem Raster 14 von z.B. 400 Abtastlinien überWerkstück, jedoch ein wenig oberhalb desselben und streicht, die quer zu der Grenzlinie 2 liegen und jeetwas seitlich verschoben liegt. Der Kollektor 6 ist weils eine Länge von etwa 2 cm haben. Der Übermit dem Eingang einer Oberflächen-Auswerteschal- Streichungsbereich des Rasters in Richtung längs der rung verbunden, welche aus einer Widerstands-Kon- 15 Grenzlinie 2 beträgt etwa 1 cm. Der Zeitkreis der densatorkopplung 18-19 und einer Verstärker- und Programmeinheit 12 leitet ferner einen Torimpuls in Fehlerdetektor-Einheit 7 besteht. Ein erster Ausgang den Torkreis 24 der Einheit 7, was bewirkt, daß der dieser.Einheit7 ist an den Eingang eines Genera- Torkreis 24 dem Vergleicher 26 die Signale zuführt, tors 8 für die Signalberichtigung angeschlossen, des- die einer im wesentlichen mittleren Abtastlinie des sen Ausgang mit den Berichtigungsspulen 5 verbun- 20 Rasters 14 entsprechen. Dieser letztgenannte Torden ist. Ein zweiter Ausgang der Einheit 7 ist mit impuls wird somit im wesentlichen in der Mitte jeder dem Signaleingang eines Fernsehmonitors 9 verbun- kurzen Unterbrechungsperiode zugeführt. Am Ende /~ den, der einen Stromkreis enthält, der dem Signal- jeder kurzen Unterbrechungsperiode schaltet die Pro- '-eingang eines Kathodenstrahloszilloskops 10 nur die grammeinheit den Ablenkgenerator 11 ab und verNachricht zuführt, die einer im wesentlichen zentra- 25 ringert die Vorspannung an der Schirmelektrode der len Linie des" gesamten Rasters der vom Monitor 9 Elektronenquelle 4, so daß der Elektronenstrahl 3 normalerweise dargestellten Abtastlinien entspricht. weder die volle Schweißenergie (10 kW) und Fleck-'-Die Ablenkspulen X und Y und die Bildaufzeich- größe erhält.

nungseinheit 9 sind so angeschlossen, daß sie öhre F i g. 2 zeigt im Diagramm die Ablenksignale, die Abtastspannungen von einem Abtastgenerator 11 er- 30 den Spulen X bzw. Y zugeführt werden, so daß in halten, der ebenso wie die Elektronenstrahlquelle4 einer Unterbrechungsperiodet (z.B. 20 Millisekun- und die Einheit 7"sd geschaltet ist, daß er durch Tor- den) ein »Rahmen« hergestellt wird, der η Linien impulse von einer Programmeinheit 12 in Betrieb ge- (ζ. B. 200 bis 400) enthält. Auf die kurze Untersetzt wird. ' brechungsperiode t folgt eine wesentlich längere

Gemäß Fig.7 enthält die Verstärker-und Fehler- 35 Periode T (z.B. 1 Sekunde), während welcher der

detektor-Einheit 7 einen Impulsbildner 23, einen Tor- Schweißvorgang normal verläuft, und auf diese folgt

kreis 24, einen ;Hilfs-Zeitkreis 25, einen Vergleicher eine weitere Unterbrechungsperiode t usw. Die η

26 und einen Spannungsgenerator 27. Linien des Rasters schwingen im wesentlichen senk-

Bei Gebrauch der dargestellten Vorrichtung wer- recht zu der gewünschten Sc'hweißlinie 2 auf dem

den die beiden Platten la und Ib auf den Träger 40 Werkstück. Es sei vermerkt, daß das »Rahmen«-

22 so gelegt, daß'sie: längs der Linie 2 aneinander- Signal, das den Z-Spulen zugeführt wird, mit einem

grenzen. Das eine Ende der Grenzlinie 2 wird an Signal einer Gleichspannungskomponente vorge-

dem normalen Einfallpunkt des von dem Erzeuger 4 spannt ist, so daß der Mittelpunkt 15 des Rasters

ausgehenden Elektronenstrahls 3 angeordnet. Darauf (oder des Betrachtungsbereichs), das am Werkstück

wird'mit dem Schweißen begonnen, indem der Er- 45 abgetastet wird, in bezug auf den vorhergehenden

zeuger 4 so angeschaltet wird, daß er einen Elektro- Punkt 13, der vom Schweißstrahl auf dem Werk-

nenstrahl voller Energie (10 kW) aussendet, und der stück getroffen wurde, um einen geringen Betrag d

(nicht dargestellte) Mechanismus, der den Träger 22 (z. B. 0,5 bis 1,0 cm) vorversohoben ist. Somit hat

durch die Kammer bewegt (mit einer Geschwindig- auch die mittlere Abtastlinie des Rasters 14 einen

keit von etwa 1 cm pro Sekunde), wird in Gang ge- 50 Mittelpunkt, der etwas, nämlich um den Betrag d,

setzt, um den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls gegenüber dem letzten Schweißpunkt 13 nach vorn

auf das Werkstück längs der Grenzlinie 2 zu führen. verschoben ist.

Der Schweißvorgang verläuft dann unter der Steue- Ein Teilbetrag der sekundären oder rückgestrahl-

rung durch die Programmeinheit 12. ten Elektronen, die von dem Werkstück ausgehen,

Die Programmeinheit 12 enthält einen elektroni- 55 wenn der scharf gebündelte Elektronenstrahl gesehen Zeitkreis, der in Fig. 7 dargestellt und mit schwächter Energie darüberstreicht, wird von dem intermittierend arbeitenden Schaltmitteln ausgestat- Kollektor 6 aufgefangen und ruft entsprechende Spantet ist, die den eigentlichen Schweißvorgang in regel- nungen am Widerstand 18 hervor. Die resultierenden mäßigen Zeitintervallen für kurze Zeitabschnitte zu Spannungssignale werden über einen Kondensator 19 unterbrechen vermögen, so daß das Fortschreiten des 60 dem Impulsbildner 23 der Einheit 7 zugeleitet. Die Schweißvorgangs periodisch elektronisch ausgewertet Stärke des von dem Kollektor 6 aufgefangenen Elekwerden kann. Es kann z. B. der Schweißvorgang am tronenstroms ändert sich, während der Abtaststrahl Ende jedes aufeinanderfolgenden Intervalls von einer das Werkstück überstreicht, in Abhängigkeit von der Sekunde für eine Dauer von einigen wenigen Muli- Oberflächenbeschaffenheit des jeweils überstrichenen Sekunden unterbrochen werden. Die Programm- 65 Teils des Werkstücks. Wenn z.B. dei abtastende einheit 12 leitet automatisch jede dieser kurzen Un- Elektronenstrahl die Grenzlinie 2 überstn <cht, dann terbrechungsperioden dadurch ein, daß sie an der kann dies einen Anstieg des vom Kollektor 6 auf-Schirmelektrode der Elektronenstrahlquelle 4 die gefangenen Elektronenstroms um etwa 10 'Vo ergeben,

wenn auch solche Änderung davon abhängen wird, (unter Steuerung durch die Programmeinheit 12) ob die Stoßkanten des Werkstücks angeschrägt sind. dem Vergleicherkreis 26 zugeleitet. Mit Hilfe eines Die Bildaufzeichnungseinheit 9 kann somit von der zusätzlichen Eingangs von dem Hilfs-Zeitkreis 25 ihr von der Einheit 7 zugeführten Nachricht ein mißt der Vergleicher 26 genau die Zeits, die der Fernsehbild des Zustandes der Oberfläche an dem 5 Elektronenstrahl, der sich längs der Abtastlinie 29 abgetasteten Teil des Werkstücks liefern. Die Bild- bewegt, benötigt, um von seinem Mittelpunkt 15 aufzeichnungseinheit 9 wird so eingestellt, daß der (der dem Punkt M in den F i g. 5 und 6 entspricht) Mittelpunkt 15 des abgetasteten Bereichs der Werk- bis zur Eintrittskante 30 des Impulses N' zu gelanstückoberfläche nach dem Mittelpunkt 15' der Bild- gen. Da der Elektronenstrahl beim Überstreichen aufzeichnung verschoben ist, und die gewünschte io der Abtastlinie 29 eine konstante Geschwindigkeit Schweißlinie 2 (deren Bild der Oberflächendiskonti- hat, ist die gemessene Zeit s selbst ein Maß für die nuität an der Grenzlinie der beiden Platten la und fehlerhafte seitliche Verschiebung e, die während des Ib entspricht) erscheint als eine vertikale Linie 2', vorhergehenden Schweißvorgangs bis zum Punkt β und diese müßte, wenn der Lagefehler e der der Fig. 4 entstanden ist. Der Vergleicherkreis 26 Schweißnaht 20 Null wäre, sich in der Mitte des 15 speist den Spannungsgenerator 27, der eine Ausgangs-Bildes nach unten erstrecken. Jeder Lagefehler e der spannung liefert, die proportional der gemessenen tatsächlich auftretenden Schweißlinie wird daher in Zeit s ist, und führt diese Spannung dem Generator 8 dem aufgezeichneten Bild sichtbar als Verschiebung zu. Der Generator 8 ist in der Hauptsache ein gedes Bildes der Grenzlinie 2' nach einer Seite von wohnlicher Verstärker, der den Beric'htigungsspulen 5 einer vertikalen Linie aus, die längs des Bildes der ao einen Berichtigungsstrom zuführt, der proportional Schweißnaht 20' zentral verlaufen sollte. Das Auf- der Eingangsspannung ist, die er von dem Spantreten solcher fehlerhafter seitlicher Verschiebung nungsgenerator 27 empfangen hat und der ausreicht, kann z. B. von einer falschen Lage des Werkstücks um den Elektronenstrahl seitwärts zum Punkt P' auf dem Träger22 oder von einer mit Vorbedacht (Fig. 4) auf der Grenzlinie2 zu verschieben. Dieser gewählten Biegung der Grenzlinie 2 herrühren. 25 Berichtigungsstrom wird in der Berichtigungsspule 5

Fig. 4 stellt in stark vereinfachter Form einen während der ganzen folgenden Schweißperiode T Oberflächenbereich des Werkstücks dar und verdeut- aufrechterhalten, während welcher der Schweißvorlicht das Abtasten der Oberfläche des Werkstücks in gang längs der LinieP¹Q der Fig. 4 verläuft.·.Wenn einem Raster 14 während einer kurzen Unterbre- der Schweißvorgang bis zu Q fortgeschritten ist, chungsperiode t. Der Fig. 4 liegt die Annahme zu- 30 wird der Abtast- und Berichtigungsvorgang automagrunde, daß das Werkstück auf dem Träger 22 un- tisch wiederholt, mit dem Ergebnis, daß dem Elekgenau ausgerichtet worden ist, so daß die Grenz- tronenstrahl eine weitere seitliche Verschiebung mitlinie 2 nicht parallel der Richtung 28 liegt, in welcher geteilt wird, wodurch der Auftrefffleck auf den es durch die Vakuumkammer geführt wird. Der Punkt P" der Grenzlinie 2 verschoben wird, usw. schiefe Verlauf der Grenzlinie 2 ist in F i g. 4 stark 35 Tatsächlich wird die Ausgangsgröße des Spannungsübertrieben dargestellt. generators 27 während der folgenden Schweißperi-

In der vorhergehenden letzten Schweißperiode T ode T konstant gehalten, und zwar durch Mittel, die ist die Schweißnaht über das Werkstück längs einer in diesem Generator vorgesehen sind,
geraden Linie PQ fortgeschritten, die in der Rieh- Bei Kenntnis der vorstehenden Erklärung der Artung 28 liegt. Der Punkt Q der F i g. 4 entspricht so- 40 beitsweise der Vorrichtung ist es für emen auf dem mit dem Punkt 13 der Fig. 1. In der folgenden Un- Gebiet der Elektronik zuständigen Fachmann eine terbrechungsperiode t überstreicht der in semer rein handwerksmäßige Maßnahme, die Stromkreise Energie geschwächte Elektronenstrahl das Raster 14, der F i g. 1 und 7 zu entwerfen, da die als Blockdas aus Gründen der Übersichtlichkeit in F i g. 4 diagramme dargestellten Stromkreisanordnungen 8 lediglich durch vier Abtastlinien dargestellt ist. Eine 45 bis 12 (Fig. 1) und 23 bis 27 (Fig. 7) wie auch der Abtastlinie 29, die im wesentlichen die Mittellinie Zeitkreis der Programmeinheit 12 keine neuen des Rasters 14 bildet, hat ihren Mittelpunkt an dem Grundgedanken enthalten.

genannten Punkt 15, der um den Abstand d gegen- Es könnte andererseits der Berichtigungsstrom

über dem Punkt Q in Richtung P nach Q vorge- auch den Ablenkspulen Y zugeführt werden; in die-

rückt ist. 50 sem Fall bestünde kein Bedarf für die Berichtigungs-

Während der in seiner Energie geschwächte Elek- spulen 5.

tronenstrahl längs der Abtastlinie 29 streicht, an- In der vorstehend beschriebenen Art wird ein Bedert sich der vom Kollektor 6 der F i g. 1 aufgefan- streben des Elektronen-Schweißflecks, von der gegene Elektronenstrom gemäß der Wellenform der wünschten Bewegungslinie längs des Werkstücks ab-F i g. 5. Der Mittelpunkt M der Zeitskala der Wellen- 55 zuweichen, in regelmäßigen Intervallen während des form der F i g. 5 entspricht dem Durchgang des Ab- ganzen Schweißvorgangs automatisch korrigiert. In taststrahls durch den Mittelpunkt 15 der Abtast- der Praxis sollten die an den Enden der Schweißlinie 29. Die Wellenform der F i g. 5 zeigt eine perioden T festgestellten Abweichungen klein sein. Spitze N, die dem Überstreichen des Abtaststrahls Korrekturen mittels der oben beschriebenen Berichüber die Grenzlinie 2 des Werkstücks entspricht. 60 tigungsspulen sollten in Wirklichkeit nicht größer als

Unter Bezugnahme auf F i g. 7 empfängt der Im- höchstens etwa 3 mm sein, da sonst Schwierigkeiten

pulsbildner 23 ein Eingangs-Spannungssignal, das der durch Aberrationen bei der Fleckverschiebung auf-

Wellenform der F i g. 5 entspricht und durch die treten können, die eine zusätzliche Korrektur er-

Eingangsspitze N so getriggert wird, daß ein recht- fordern.

eckiger Ausgangsimpuls N' (F i g. 6) entsteht, der 65 Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung

eine scharf definierte Eintrittskante 30 hat. Dieser findet kein Abtasten des Werkstücks in einem voll-

Impuls 30, der während des Durchgangs der Abtast- ständigen Raster statt. Es wird nur ein Abtasten in

linie 29 erzeugt wurde, wird nun über das Tor 24 einer einzigen, im wesentlichen senkrecht zur

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Schweißlinie liegenden Linie in regelmäßigen Zeit- und X zugeführt werden, für eine Ausführungsform abschnitten durchgeführt, z. B. in Zeitabschnitten von der Erfindung, bei der die vorstehend genannte ein-V₁₀ Sekunde mit einer Abtastlinie, die 100 Mikro- linige Abtastung verwendet wird, wie sie in den Sekunden zum Überstreichen braucht. Entsprechend Punkten 17 angedeutet ist, um die Entwicklung der Fig. 1 liegt der Mittelpunkt jeder solchen einzelnen 5 Lage beim Schweißvorgang während des Zeitinter-Abtastlinie auf einem Punkt, der um eine Strecke d vails T zu überwachen und zu steuern, und die Aufüber den letzten Schweißpunkt 13 hinausgerückt ist, Zeichnungseinheit 9 für ein Fernsehbild wird verwenwie der Punkt 15 in F i g. 1. Somit kann die Ab- det, um ein Lagebild während des kleineren Zeittastlinie 29 der F i g. 4 als solche Einzel-Abtastlinie abschnittes t za geben. Diese einlinigen, die Lage angesehen werden, während die anderen Linien des io überwachenden Abtastungen 17 verursachen, daß der Rasters 14 fortfallen. Die sich ergebenden Signale der scharfgebündelte Elektronenstrahl quer zur Schweiß-Einheit 7 können in einem Kathodenstrahloszilloskop linie (aber nicht unbedingt senkrecht zu ihr) schwingt, angezeigt werden, wie bei 10 in Fig. 1. In diesem Es ist günstig, in diesem Fall die Schweißung wäh-FaIl entspricht die senkrechte Mittellinie der Oszillo- rend jeder einlinigen, die Lage überwachenden Abskop-Darstellung der tatsächlichen Linie der Schweiß- ¹⁵ tastung 17 wie auch während der kurzen Zeitnaht (und sie enthält das Bild 15" des Punktes 15), abschnitte t momentweise zu unterbrechen,
und eine Signalspitze 16, die an der einen oder der Die Verwendung einliniger, die Lage überwachenanderen Seite der senkrechten Mittellinie auftritt, ent- der Abtastungen ist im allgemeinen dann geeigneter, spricht der Grenzlinie 2, d. h. der gewünschten Linie wenn die gewünschte Schweißlinie selbst keine gedes Schweißvorgangs und bezeichnet somit jeden zu 20 rade Linie ist.

berichtigenden Lagefehler e. Wie schon beschrieben Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine optische

wurde, werden entsprechende Berichtigungssignale Darstellung der Lage wie bei 9 und 10 der Fig. 1

erzeugt und über die Einheit 8 den Berichtigungs- für das hier dargestellte automatische Steuerungs-

spulen 5 zugeführt. Tatsächlich sind die anderen Li- system nicht wesentlich ist.

nien des Rasters 14 nur erforderlich, wenn ge- 25 Patentschutz wird nur begehrt jeweils

wünscht wird, ein Fernsehbild der Oberfläche des' für die Gesamtheit der Merkmale eines je-

Werkstücks herzustellen. ~ den Anspruches, also einschließlich seiner

.Fig.3 zeigt die Abtastsignale, die den Spulen Y Rückbeziehung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 strahl (3) mit reduzierter Leistung zu einem VorPatentansprüche: anschreiten (d) zu veranlassen. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge-

1. Vorrichtung zur Überwachung des Auftreff- kennzeichnet, daß die Regelschaltung (11, 12, punktes eines zum Elektronenstrahlschweißen 5 X, Y) eine elektrische Spule (Y) enthält, welche verwendeten Elektronenstrahles auf einem Werk- in bezug auf die Schweißkammer (21) fest angestiick, auf welchem eine Schweißung entlang einer ordnet ist und zur elektromagnetischen Abgewünschten Linie erfolgen soll, wobei in einer lenkung des Elektronenstrahles in einer Richtung zeitlichen Zwischenstufe des Schweißprozesses dient, welche quer zu der gewünschten Schweißeine seitliche Abweichung zwischen der Schweiß- io linie (2) verläuft, um den Elektronenstrahl (3) naht und der gewünschten Linie auftreten kann, mit reduzierter Leistung zu einer Abtastbewemit einer in einer solchen Zwischenstufe wirk- gung und/oder zu einer seitlichen Auslenkung zu samen Regelschaltung, welche eine Reduktion der veranlassen.

Leistung des Elektronenstrahles und eine Ab- 6. Vorrichtung nach einem der vorherstehentastung des Werkstückes mit dem in seiner Lei- 15 den Ansprüche, wobei die Regelschaltung, wenn stung reduzierten Elektronenstrahl bewirkt, und sie in Betrieb ist, den Elektronenstrahl mit redumit einer Oberflächenauswerteschaltung, welche zierter Leistung zu einer Abtastung des Werkdie während des Abtastens von dem Werkstück Stückes in einem aus einer Vielzahl von Zeilen emittierten Sekundärelektronen ausnutzt und ein bestehenden Raster veranlaßt und wobei ein elektrisches Signal erzeugt, welches der Ober- 20 Fernsehmonitor mit der Oberflächenauswerteflächentopographie des Werkstückes in der Nähe schaltung verbunden ist, der die Oberflächendes Auftreffpunktes des Elektronenstrahles ent- topographie sichtbar macht, dadurch gekennzeich- (~~k spricht, dadurch gekennzeichnet, daß net, daß die Abtastlinie (29) etwa in der Mitte -* sich die Abtastspur entlang einer Abtastlinie (29) des Rasters (14) liegt,
erstreckt, welche quer zu der gewünschten 25

Schweißünie (2) verläuft, daß das von der Aus-

werteschaltung (7) erzeugte Signal eine Funktion
der Zeit (s) ist, welche der Elektronenstrahl (3)

mit reduzierter Leistung benötigt, um sich quer Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überzum Werkstück (1) zwischen dem Zentrum (15) 30 wachung des Auftreffpunktes eines zum Elektronender Abtastlinie (29) und einer Oberflächen- strahlschweißen verwendeten Elektronenstrahles auf diskontinuität zu bewegen, welche die gewünschte einem Werkstück, auf welchem eine Schweißung ent-Schweißlinie (2) auf dem Werkstück definiert, lang einer gewünschten Linie erfolgen soll, wobei und daß mit der Auswerteschaltung (7) eine Kor- in einer zeitlichen Zwischenstufe des Schweißprorekturschaltung (8, 5) verbunden ist, welche 35 zesses eine seitliche Abweichung zwischen der unter Ausnutzung des von der Auswerteschal- Schweißnaht und der gewünschten Linie auftreten rung (7) erzeugten elektrischen Signals eine seit- kann, mit einer in einer solchen Zwischenstufe wirkliche Ablenkung des Elektronenstrahles (3) be- samen Regelschaltung, welche eine Reduktion der wirkt, derart, daß die Abweichung (e) zu Beginn Leistung des Elektronenstrahles und eine Abtastung der Erzeugung eines weiteren Schweißnaht- 40 des Werkstückes mit dem in seiner Leistung redu- , abschnittes (20) reduziert ist. zierten Elektronenstrahl bewirkt, und mit einer Ober- !

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- flächenauswerteschaltung, welche die während des kennzeichnet, daß die Regelschaltung (11, 12, Abtastens von dem Werkstück emittierten Sekundär- X, Y) auf intermittierenden Betrieb vorprogram- elektronen ausnutzt und ein elektrisches Signal ermiert ist, so daß sich das Abtasten mit reduzierter 45 zeugt, welches der Oberflächentopographie des Werk-Leistung und die Reduktion der Abweichung Stückes in der Nähe des Auftreffpunktes des Elekwährend des Schweißprozesses periodisch wieder- tronenstrahles entspricht.

holt. Das Überwachen des Fortschreitens einer in einer

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Vakuumkammer von einem Elektronen-Schweißstrahl durch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung 50 erzeugten Schweißnaht ist in der USA.-Patentschrift — wenn sie in Betrieb ist — so auf den Elektro- 3 196 246 beschrieben. Die dort verwendete Vorrichnenstrahl (3) mit reduzierter Leistung einwirkt, rung weist eine Regelschaltung auf, welche in einer daß dieser in Schweißrichtung voranschreitet (d), Zwischenstufe des Schweißprozesses eine Reduktion derart, daß das Zentrum (15) der Abtastlinie (29) der Leistung des Elektronenstrahles und eine Abetwas vor dem letzten Punkt (13 oder Q) liegt, 55 tastung des Werkstückes mit dem in seiner Leistung der während der Herstellung des vorangehenden reduzierten Elektronenstrahles veranlaßt. Die Vor-Schweißnahtabschnittes (20) von dem Elektronen- richtung weist weiterhin eine Oberflächenauswertestrahl (3) erreicht wurde. schaltung auf, weiche die von dem Werkstück wäh-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit einer rend des Abtastens emittierten Sekundärelektronen Schweißkammer zur Aufnahme des Werkstückes 6& auswertet und ein elektrisches Signal erzeugt, das während des Schweißprozesses, dadurch gekenn- ein Maß für die Oberflächentopographie des Werkzeichnet, daß die Regelschaltung (11, 12, X, Y) Stückes in der Nähe des letzten Schweißpunktes auf eine elektrische Spule (X) enthält, welche in bezug dem Werkstück ist. Bei der in der USA.-Patentauf die Schweißkammer (21) fest angeordnet ist schrift 3 196 246 beschriebenen Vorrichtung wird das und zur elektromagnetischen Ablenkung des 65 erwähnte Signal lediglich einem Fernsehmonitor zu-Elektronenstrahles in einer Richtung dient, geführt, um ein Bild der Bearbeitungsstelle zu erweiche im wesentlichen parallel zu der gewünsch- zeugen. Das auf diese Weise erzeugte Fernsehbild ten Schweißlinie (2) verläuft, um den Elektronen- ermöglicht es einer Bedienungsperson, die Bewegung