DE1690626A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung des Elektronenstrahles einer Elektronenstrahlanlage - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Steuerung des Elektronenstrahles einer ElektronenstrahlanlageInfo
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- DE1690626A1 DE1690626A1 DE1967N0031068 DEN0031068A DE1690626A1 DE 1690626 A1 DE1690626 A1 DE 1690626A1 DE 1967N0031068 DE1967N0031068 DE 1967N0031068 DE N0031068 A DEN0031068 A DE N0031068A DE 1690626 A1 DE1690626 A1 DE 1690626A1
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Description
B 3320
NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA, 930 Kamirenjaku, Mitakashi,
TOKYO / JAPAN
Verfahren und Anordnung zur Steuerung dee Elektronenstrahls
einer Elektronenstrahlanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung des Elektronenstrahls einer Elektronenstrahlanlage
an einen Bearbeitungspunkt eines Werkstückes.
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169Q62S
Die Bearbeitung von Werkstücken mit Hilfe von Elektronen-Strahlen hat bereits Eingang in die Technik gefunden. Im
allgemeinen wird im Laufe eines Arbeitsvorganges das Werkstück, beispielsweise eines aus Metall, innerhalb eines
Gehäuses der Elektronenstrahlanlage neu positioniert, um entweder die Präs- oder Schneidbehandlung am selben Ort
fe wie vorher oder an einer festgelegten anderen Stelle weiterzuführen.
Bei diesem Vorgang der erneuten Positionierung tritt normalerweise der Fall ein, daß das Werkstück eine,
gegenüber der ursprünglichen, veränderte Lage einnimmt. Eine exakte Neueinstellung und Bearbeitung ist jedoch dann
schwierig.
Es ist eine bekannte Maßnahme, den Bearbeitungspunkt dadurch
festzulegen, daß eine Abbildung der Werkstückoberfläche durch Bestrahlung des Werkstückes mit dem Elektronenstrahl
erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird ein Bildraster verwendet. Aufgrund der Eigenschaften de3 Bildrasters läßt
sich mit dieeer Maßnahme jedoch keine größere Genauigkeit als 10μ erreichen. Außerdem wird aufgrund der Strahlablenkung
das zwischengelegte Bild undeutlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung vorzuschlagen,
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mit deren Hilfe rascher und genauer als bei den bekannten Einrichtungen der Elektronenstrahl in den Bearbeitungepunkt
gesteuert werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Werkstück, das mindestens einen markierten Bezugspunkt
trägt, durch den Elektronenstrahl bei geringer Strahlintensität abgetastet wird und bei Übereinstimmung des
Elektronenstrahles mit dem Bezugspunkt ein Signal durch einen Detektor aufgenommen wird, einem Elektronenrechner, ™
der die Koordinaten eines theoretischen Bezugspunktes gespeichert enthält, zugeführt wird und schließlich nach
Errechnung des erforderlichen Verschiebeweges aus den Koordinaten eines theoretischen Bezugspunktes und den Koordinaten
des markierten Bezugspunktes die tatsächliche Lage des
Bearbeitungspunktes aus den ebenfalls gespeicherten Koordinaten seiner theoretischen Position ermittelt wird und über
entsprechende Digital-Analog-Wandler analoge Steuergrößen zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Elektronenstrahl ä
und Werkstück der Elektronenstrahlanlage zugeführt werden·
Eine Ausführungeform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Pig. 1 ein Blockschaltdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung;
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Fig· 2 eine schematische Darstellung von Werkstück und einzustellendem Bearbeitungspunkt;-
Fig. 3 schematisch ein Werkstück, auf dem zwei Bezugspunkte
markiert sind und
Figo 4 ein Blockschaltdiagramm für die Abtastung der in
Fig. 3 dargestellten Bezugspunkte auf dem Werkstück.
Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, ist innerhalb eines Gehäuses 1 einer Elektronenstrahlanlage ein Werkstück 5 angeordnet.
Eine Elektronenkanone 2 erzeugt einen Elektronenstrahl, der durch eine Fokussierlinse 3 und durch eine
Beugungslinse 4 auf das Werkstück 5 fokussiert wird..Das Werkstück soll einer bestimmten Behandlung, beispielsweise
Fräsen oder Bohren, unterzogen werden. Als Bezugsbasis für
die Steuerung des Elektronenstrahles in den Bearbeitungspunkt ist eine Bohrung oder eine Randschicht vorgesehen·
Solange die Bezugsbasis, z.B. der Bezugspunkt, durch Bestrahlen
des Werkstückes mit dem Elektronenstrahl erfaßt wirdι ist die Strahlintensität für die eigentliche Bearbeitung
noch zu gering. Bei Erfassung des Bezugspunktes
wird ein Signal abgegeben. Das Signal wird durch einen Detektor 6 abgetastet und in einen Komparator 8 nach Ver-
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Stärkung durch einen Verstärker 7 eingespeiste Der Komparator
8 ist so eingestellt, daß er an einen Bigital-Reebner
ein Signal weitergibt, sobald das Signal, äafl der Bezugspunkt
erreicht ist, eintrifft«
Gemäß der vorliegenden Erfindung speichert der Mgital«
Eechner 9 die Koordinaten einss Bearbeitungspunktes in einem (|
Koordinatensystem, die daraufhin mit den äem Bezugspunkt
entsprechenden Koordinaten gemäß dem Signal Tsrglichen werden. Daraufhin wird der erreöhnete Verschiebewert zwischen
dem Bearbeitung©·» tmd dem Bezugspmikt genau ±n einen
proportionalen Strom umgewandelt und dieser Sen BengmgB-spulen
für- die X- und Y«Hiolitung des ElektiOneaetrahlB sn~
geführtβ Auf diese Weise xtfirü die Bositioa des W@rlestüskes
relativ gum Elektrosienistrahl ©lektrisoii terc^ Stralil@"blenkung
gesteuert. Hit demselbesi Effekt kana &®τ äem Ver~
schiebewert entsprechead© Ofeoa
für das Werkstück zugeführt werdea. B©i ä@T
des Bezugspunktes wird der Slektxonezuartrahl digital gesteuert durch Digital-Aaalog-Wsndler 10 vubA Ii9 deren Auegang
duroh-Verstärker 12S13 veratärkt tji'rd «ad des
spulen für die X- und l^Rlahtwig der Baugimgsllnse
führt wird» Auf die gleiohe Weise werden di© Befehl© für
die Zu« oder Abnahme der Strahlintensität vom Ilektronen-
109315/0617
rechner über einen Bigiial-Analog-Wandler 15 und einen
Verstärker 16 der Elektronenstrahlkanone 2 zugeführt. Mach
der Bestätigung durch den Elektronenrechner 9? daß der Elektronenstrahl
mit dem Bearbeitungspunkt zur Deckung gebracht
ists wird die Strahlintensität entsprechend dem Befehl des
Elektronenrechners für den eigentlichen Bearbeitraigsvorgang
gesteigert»
In lig. 2 ist mit voll ausgesogenen Linien 28 ein Werkstückmuster
dargestellt s auf dem ein theoretischer Bezugspunkt
festgelegt ist· Die Koordinaten dieses Bezugspunktes,werden
"im Elsktr-oasareclii&er 9 gespeieliert und als Ilrspnmg des
KoorcünatiSHsgrateBis aingesets'&o Weiterhin-ist iron irorasiiereisi
die -theoretische Position ©iaes BearbeitirngspisiJctes 23
sammss. ait öer Bearb@itimg©art im Elektronenreoiiner 9
epeieliert» Ba© ¥@rkstücls wira aim innerhalb fles Grehäuses'
der Blek^yoaensiiSOiiisalage bsiestigte Dafeei ist e
schwierig;, ä@a ma^ia^ten Bestagsp^akt -21s, des
mit dem- tlteörstischen Bssisifspunkt D der dils Ursprtmg des
Kooröinatensjst@ffis gev/llilt ist« smr ÜbersinstiEMmg sia
bringen. Ia IFig® 2 saigt Qss gastrichelt ges©ielm©tt
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des !©arbeituüfspun&teo S3a* Bis ist au erlseang
BezugBpimkt 21a des ¥erk©tüsk©@ gsgeaüber dem. ÜFspramg:-Si
10Θ8-1&7 0617.- BA0
1690826
des im Rechner gespeicherten Koordinatensystems verschoben
ist und daß deshalb eine Peststellung der lage des Bezugspunktes
durch Bestrahlung des Werkstückes mit dem Elektronenstrahl erforderlich ist. Während dieses Feststellvorganges
ist die Strahlintensität nicht ausreichend, um eine Bearbeitung des Werkstückes vorzunehmen. Die Digital-Analog-Wandler
10 und 11 werden so eingestellt, daß sie der Beu- ä gungslinse 4 elektrischen Strom in einer Größe zuführen»
der die intermittierende Bestrahlung des Werkstückes gemäß
den Befehlen des Digital-Hechners 9 bewirkt» Beim Auf treffen
des Strahles auf den Bezugspunkt 21a, d.h. an dem Punkt, an dem sieh Koordinatenlinien X- und Y^ schneidens, wird
das entsprechend abgegebene Signal von dem Detektor erfaßt und dem Komparator 8 zugeführt. In diesem wird es "^eidlichen und dem Elektronenrechner 9 weit ergeleitet» Der Elektronenrechner
bestätigt daraufhin die Position, in der der Elektronenstrahl auf den Bezugspunkt 21a auf trifft. Die
erforderlichen Yerschie bewerte für das Werkstück sind demzufolge X- und Y.., die in das im Rechner 3 gespeicherte
Koordinatensystem eingebracht werden» um dessen Ursprung
mit dem Bezugspunkt 21a zur Deckung zu bringen.» Ds,su werden
die Verschiebewerte in einen ihnen proportionalen Strom
oder eine proportionale Spannung gewandelt und entweder
der Beugungslinse 4 oder einem Yerstellmechanismus 14 zu-
BAD ORiGiNAi. 109815/0617
geleitet. Als Ergebnis wird num der Elektronenstrahl elektrisch
gesteuert, um entsprechend den Anweisungen des Rechners den Bearbeitungspunkt 23a zu "bestrahlen. Hierzu
wird die Strahlintensität automatisch, gesteigert, um entsprechend
dem gespeicherten Beärbeitungsvorgang die Bearbeitung
vorzunehmen*
Um die Suche nach dem Bezugspunkt zu vereinfachen, kann der
Bestrahlungsbereich des Werkstückes in mehrere kleine Bereiche
unterteilt sein. Wenn in einem der kleinen Bereiche der Bezugspunkt nicht vorhanden ist, wird das Werkstück
entsprechend einem Befehl durch den Rechner weiterbewegt und die Suche nach dem Bezugspunkt durch Bestrahlung eines
weiteren der kleinen Bereiche fortgesetzt.
Es ist auch möglich, die Koordinatenlage des Bezugspunktes
zu Beginn oder nach Beendigung üem ersten Bearbeitungsvorganges
zu markieren und die Lage im Rechner zu speichern.
Die bisherigen Ausführungen waren auf die Verwendung eines
einsigen Bezugspunktes gerichtet· Bs ist jedoch vorteil··
: ' haft,. Ewei «der »ehrere Bezugspunkt« zu wühlen» wenn dl«
; Werfcetückbewegung eine Rotation ist« Xn diesem fall
. wird der Drehwinkel öuroh den Rechner 9 auf gleiche Weiee
109815/0617
wie bei Anwendung eines einzigen Bezugspunktes errechnet
und anschließend der entsprechende Kompensationastrom oder,
die entsprechende Kompensationsspannung der Beugungslinse zugeführt. .
In Fig· 5 sind auf dem Werkstück zwei Sätze von Bezugsstellen dargestellt» wobei die BezugssteIlen jedes Satzes λ
um einen Abstand 1 auseinanderliegen· Es hat sich als vorteilhaft
erwiesen, den Bezugsstellen die Form von Längsnuten
zu geben· Außerdem kann durch die Wahl zweier Säte· von Bezugestellen der Fehler bei der identifizierung der
Bezugsstellen, der aufgrund von Sprüngen oder Lunkern entsteht, vermieden werden. In Fig. 4 ist ein Komparatorkreis
41 dargestellt, der zur Feststellung der Signale dieser Art von Bezugastellen geeignet iat. Bei der Be-*
strahlung des Werkstückes mit dem Elektronenstrahl wird
das Signal der Bezugsstelle A duroh einen Detektor 42 abgetastet und durch einen Verstärker 43 verstärkt. D&w
verstärkte Signal wird dann aufgespalten und einem Verzögerungskreis 44 und einem Und-ßatter 45 zugeführt. Der
Verzögerungskreis verzögert das Signal um einen Betrag
von ,1 Sekunden, wobei 1 der bereits erwähnte Abstand zwi-
sehen den Bezugastellen A und B und γ die Strahlgeschwindigkeit
des Elektronenstrahls ist. Wenn als nächstes
BAD ORIGINAL 109815/0617
der Elektronenstrahl die Bezugsstelle B bestrahlt, wird das
entsprechende Signal wiederum durch den Detektor 42 abgenommen und dem Komparator 41 über den Verstärker 43 zugeführt·
Das Signal wird erneut aufgespalten und dem Verzögerungskreis
44 und dem Und-Öatter 45 zugeführt. Zu diesem
Zeitpunkt wird das Signal entsprechend der Bezugsstelle A
von
^- verzögert um am Betrag/1 Sekunden - dem Ünd-Gatter 45
"■ . ■ ■ .. .. ν
zugeleitet und dadurch in diesem ein Ausgangs signal erzeugt« Bin Digital-Heohner 46 speichert die Position der Bezugsstelle B entsprechend dem Ausgangesignal aus dem Ünd-Q*tter 45· Sobald die Position der Bezugsstelle B mit der ursprünglichen Position» die ia Rechner 46 voreingeetellt ist, übereinstimmtj erteilt dieser einen Befehl zur Werkstückbearbeitung, so daß ein entsprechender Strom der Elektronenstrahlkanone zur Strahlintensitätserhöhung zugeführt wird· Auf der voreingestellten, gespeicherten Position im Koordinatensystea des Rechners wird der Verschiebewert berechnet und der entsprechende Kompensationsstrom oder die entsprechende Kempens ati ons spannung der Beuge linse 4 su« geführt.
zugeleitet und dadurch in diesem ein Ausgangs signal erzeugt« Bin Digital-Heohner 46 speichert die Position der Bezugsstelle B entsprechend dem Ausgangesignal aus dem Ünd-Q*tter 45· Sobald die Position der Bezugsstelle B mit der ursprünglichen Position» die ia Rechner 46 voreingeetellt ist, übereinstimmtj erteilt dieser einen Befehl zur Werkstückbearbeitung, so daß ein entsprechender Strom der Elektronenstrahlkanone zur Strahlintensitätserhöhung zugeführt wird· Auf der voreingestellten, gespeicherten Position im Koordinatensystea des Rechners wird der Verschiebewert berechnet und der entsprechende Kompensationsstrom oder die entsprechende Kempens ati ons spannung der Beuge linse 4 su« geführt.
Wenn die Bewegöng. des Werkstückes eine Drehung ist, werden
die Bezugestellen C und D zur Errechnung des Drehwinkels verwendet,
10981570617
Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur Steuerung des Elektronenstrahles einer Elektronenstrahlanlage an.einen Bearbeitungspunkt eines Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (5), das mindestens einen markierten Bezugspunkt (21a) trägt, durch den Elektronenstrahl bei geringer Strahlintensität abgetastet wird und bei Übereinstimmung des Elektronenstrahl f les mit dem Bezugspunkt (21a) ein Signal durch einen detektor (6) aufgenommen wird, einem Elektronenrechner (9)» der die Koordinaten eines theoretischen Bezugspunktes (21) gespeichert enthält, zugeführt wird und schließlich nach. Errechnung des erforderlichen Verschiebeweges au® den Koordinaten eines theoretischen Bezugspunktes (Sl) und den Koordinaten des markierten Bezugspunktes (21a) die tatsächliche lage des Bearbeitungspunktes (23a) aus den ebenfalle gespeicherten Koordinaten seiner theoretischen Position (23) g ermittelt wird und über entsprechende Digital-Analog-Wand« ler (10,11,15) analoge Steuergrößen zur Steuerung der Helativbewegung zwischen Elektronenstrahl und Werkstück (5) der Elektronenatrahlanlag® angeführt werdea* -2, Verfahren nach Aftepmck 1, dadurch ■ durch di*. Bl^it*X-4»äO.crg^f«öiöXer (10flX»15) analog» Ströme oder Spann'jttgfen einer Bft«^aBg*spul· (4^ einer109815/0617 bad obigihal3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das vom Detektor (6) abgegebene Signal für die Übereinstimmung deft Elektronen* tr ahle« mit einem der Bezugspunkte (21a) einem Verzögerungskreis (44) und einem Und-Ga/bter (45) eines Komparatore (41) gemeineam zugeleitet wird und daß der Ver~ zögerungekreie (44) die Weitergabe dieses Signale an das Ünd-Gatter (45) um «inen Zeitbetrag verzögert, der der von dem Elektronenstrahl benötigten Zeit entspricht, um ein dem nächsten Bezugspunkt entsprechendes Signal zu erzeugen«4» Anordnung zur Steuerung des Elektronenstrahles in einen Bearbeitungepunkt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß ein Detektor (6) vorgesehen ist, der bei Übereinstimmung des das Werkstück (5) abtastenden Elektronenetrahlee mit mindestens einem markierten Bezugspunkt (21a) ein Signal an einen Komparator (θ) weiterleitet und daß ein Elektronenrechner (9) vorgesehen ist, der die Koordinaten eines theoretischen Bezugspunktes (21) sowie die eines Bearbeitungspunktee (23) gespeichert enthält und dem aus der tatsächlichen Lage des markierten Bezugspunktes (21a) errechneten Verschiebeweg entsprechende analoge Steuergrößen über Digital-Analog-Wandler den Ver-Stelleinrichtungen zur Steuerung des Werkstückes oder des Elektronenetrahlee zurückführt.BAD109815706175. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Werkstück ein Satz von Bezugspunkten vorgesehen ist.6. Anordnung nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (8) einen Verzögerungskreie (44) und ein Und-Gatter (45) enthält, denen das vom Detektor (6), abgegebene Signal gemeinsam zugeleitet wird.7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenrechner (9) die Art des vorzunehmenden Bearbeitungsganges verschlüsselt gespeichert enthält·8. Anordnung nach Anspruch 4 und einem der darauffolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (6) und den Digital-Analog-Wandlern (10,11,15) jeweils Verstärker (7 bzw. 12,13,16) nachgeschaltet sind.10 9 8 15/06 17Lee rs eite
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |