DE1765852A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstoffen mit magnetisch fokussierten Ladungstraegerstrahlen - Google Patents

Description

LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG

Köln Akte 5120

Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstoffen mit magnetisch $öfcusBierten Ladungsträgerstrahlen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstoffen mit magnetisch fokussierten Ladungsträgerstrahlen,

Die Anwendung von Ladungsträgerstrahlen zur Werkstückbearbeitung ist in verschiedenen Vorrichtungen bereits bekannt. In der deutschen Patentschrift 937 108 wird auch bereits eine Anordnung mit elektronenoptischer Linse zur Änderung der Leistungsdichte des Strahles offenbart. Zum bekannten Stande der Technik ist außerdem die Verwendung einer elektromagnetischen Linse zu rechnen, deren Speisespannung eine Wechselspannungskomponente fester Frequenz überlagert ist, so daß sich die Brennweite der Linse frequenzabhängig ändert (DAS 1 118 375 und FP 1 285 667).

Für verschiedene Anwendungsfälle, insbesondere beim Schweißen mit Elektronenstrahlen erscheint es wünschenswert, die Leistungsvertei llung im Auf-Treffquerschnitt des Elektronenstrahls d, h. an der Bearbeitungsstelle veränderbar zu gestalten, wodurch eine bessere Anpassung an die Materialeigenschaften zur Erzielung einwandfreier Schweißverbindungen ermöglicht wird.

Zur Lösung der beschriebenen Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zur steuerbaren Intensitätsverteilung zwischen Mittelbereich und Randbereich im Strahlquerschnitt an der Auftreffstelle des Ladungsträgerstrahles auf dem Werkstück im Strahlweg zusätzlich zu den magnetischen Linsen in an sich bekannter Weise mindestens eine elektrostatische Linse angeordnet ist, und daß das Potential an dieser Linse periodisch in nach der gewünschten Intensitätsverteilung vorgegebener Kurvenform des Potentialverlaufs veränderbar ist. Bei einer solchen Vorrichtung besteht die Möglichkeit, durch Veränderung der Kurvenform äie verschiedensten Intensitätsverteilungen zwischen Mittelbereich -und Randbereich im Strahlquerschnitt an der Auftreffstelle herbeimtführen. Es lassen sich beispielsweise am Werkstück Querschnitte mit sehr starker Mitte!intensität und breiter, geringer Strahl-

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intensität im Randbereich erzielen. Für 1>estijBHfte Änwendungsfälle kann die Einstellung zweckmäßig in der Weise erfolgen.,, daß der Ladungsträgerstrahl an seiner Auftreffstelle eine höhe Randintensität mit geringer Intensität im Mittelbereich aufweist.. Die periodische Potentialänderung an der elektrostatischen Linse wird zweckmäßig in bekannter Weise mit 'Hilfe eines Wechselspannungsgenerators erzeugt, welcher verschiedene Spannungsf armen wie Sinusform, Trapezform, Sägezahnform, Impulsform usw. erzeugen -kann,. Die Wirkung der periodischen Potentialänderung kann dabei so ,gedeutet werden, daß sich die Fokussierung des Ladmtgsitrriagerstarhles gegenüber der Werkstückoberfläche fortgesetzt ändert,, ^ür >eine Einstellung mit hoher Mittelintensität und geringer ^-andintensität Wk ist daher eine solche Impulsform des Potentialverlaufrs zu wählten», bei der die Impulsstrecken mit Fokussierung auf der vfenrBcstihikoberfläche gegenüber den Impulsstrecken mit BefdkussJiäerung überwiegen. Wichtig ist ferner die rasche Potentialänderung oberhalb 600Hz z. B, mit 5 Khz, welche eine stabile Intensitätsverteilung ermöglicht, .

Es hat sich gezeigt, daß bei einer bekannten Ausbildung der Bearbeitungsvorrichtung mit magnetischer und elektrofstatischer Fokussierung eine Frequenz der Potentialänäerung oberhalb von . 600 Hz vorteilhaft sein kann. Selbstverständlich ist diese Äng^ib$ nur ein orientierender Hinweis,, und es können 1>ei speziellen Vrtrrichtungsmerkmalen höhere bzw, geringere Fretjuenzwerte ^weetanäßig " sein.

Die mit dem veränderbaren Potential beaufschlagte eleictrostairisTrhe Linse kann zweckmäßig entweder eine rötationBsynmetTisxrfte Linse sein, oder sie kann aus mehreren Plattenpaaren bestehen,, .welche unter Umständen vorteilhaft mit verschiedenen Wechselspannungsgeneratoren unterschiedlicher Kurvenform beaufschlagbar sind. Damit bietet sich eine Möglichkeit, das Btrahlprofil auT AtxPtrefrfguerschnitt abweichend von der Rotationssymmetrie derart au steuern,, daß in der Bearbeitungsrichtung d. h. in der Bewegungsrichtung des Werkstücks gegenüber dem Ladungsträgerstrahl eine andere Trntensi— tätsverteilung zwischen Mittelbereich und Randbereach vorliegt,, als senkrecht zu dieser Bearbeitungsrichtung, Eine solche Ausbildung ermöglicht eine weitere sehr vorteilhafte Anpassung an die

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technologischen Voraussetzungen des Bearbeitungsverfahrens und fördert die Erzielung einer einwandfreien Bearbeitungsstelle,

In der Zeichnung ist eh Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt,

Grundlage bildet eine bekannte Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Ladungsträgerstrahlen, im allgemeinen in der Form von Elektronenstrahlen, die von einer Elektronenquelle 1 ausgehen und als Elektronenstrahl durch eine elektrostatische Linse sowie nachfolgend durch eine elektromagnetische Linse 3 hindurch-.treten. Die elektromagnetische Linse 3 wird in an sichj bekannter Weise über nicht gezeigte stabilisierte Spannungsversorgungsgeräte derart gespeist, daß eine konstante Brennpunktslage auftritt, Die ^j elektrostatische Linse 2 besteht aus einem ringförmigen Mittelteil 21 sowie oberhalb und unterhalb des ringförmigen Mittelteils 21 angeordneten Lochblenden 22, 23, An diese elektrostatische Linse 2 wird eine periodische Spannung eines Wechselspannungsgenerators 4 gelegt, wobei die Einstellung verschiedener Kurvenformen möglich sein soll.

An der Auftreffstelle des Elektronenstrahles 5 auf dem Werkstück ergibt sich eine entsprechende Intensitätsverteilung zwischen fflttelbereich und Randbereich im Strahlquerschnitt,die in der gezeigten Ausführungsform mit rotationssymmetrisher elektrostatischer Linse 2 gleichfalls rotationssymmetrisch sein muß,

Wird dagegen der rotationssymmetrische Mittelteil 21 der elektrostatischen Linse 2 durch trennende Einschnitte in mehrere kreisbogenförmige Elektrodenteile unterteilt, so können an diese Elektrodenteile unterschiedliche Kurvenformen des Potentialverlaufs aus weiteren Wechselspannungsgenerabren analog Pos, U angelegt werden, so daß sich eine nahezu beliebige nicht rotationssymmetrische Intensitätsverteilung zwischen Mittelbereich und Randbereich erfüllen läßt. Auf diese Weise gelingt z, B, die Ausbildung von Ladungsträgerstrahlen, deren Leistungsdichteprofil an der Auftreffstelle längs der Beugungsrichtung hohe Mittelintensität und schwache Randintensität aufweist, während das Profil senkre-cht

zur Beugungsrichtung hohe Randintensität und geringe Mittelintensität besitzt,

PATENTANSPRÜCHE

Claims (5)

1) Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstoffen mit magnetisch fokussierten Ladungsträgerstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß zur steuerbaren Intensitätsverteilung zwischen Mittelbereich und Randbereich im Strahlquerschnitt an der Auftreffstelle des Ladungsträgerstrahles (5) auf dem Werkstück (6) im Strahlweg zusätzlich zu der magnetischen Linse (3) in an sich bekannter Weise mindestens eine elektrostatische Linse (2) angeordnet ist, und daß das Potential an dieser Linse (2) periodisch in nach der gewünschten Intensitätsverteilung vorgegebener Kurvenform des Potentialverlaufs veränderbar ist,

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

' Frequenz der Potentialänderung mindestens 600 Hz beträgt. (|

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Linse (2) rotationssymmetrisch ausgebildet ist,

4) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Linse (2) aus mehreren Plattenpaaren besteht, die getrennt mit verschiedenen Spannungen unterschiedlichen Potentialverlaufs gespeist werden,

5) Vorrichtung nach Anspruch. U₁ dadurch gekennzeichnet, daß

die Spannungsverteilung an den getrennten Plattenteilen so g gewählt ist, daß ein Strahlprofil an der Auftreffstelle entsteht, dessen Intensität in Bearbeitungsrichtung auf dem Werkstück betrachtet unterschiedlich ist, gegenüber einer Betrachtungsrichtung senkrecht zur Bearbeitungsrichtung,

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