DE1941255C3

DE1941255C3 - Method and arrangement for controlling the focus of an electron beam

Info

Publication number: DE1941255C3
Application number: DE19691941255
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Louis Seyssinet Isere; Loyau Guy Chambord Loir et Cher; Roiron (Frankreich)
Original assignee: Alsacienne de Constructions Atomiques de Telecommunications et dElectronique ALCATEL
Current assignee: Alsacienne de Constructions Atomiques de Telecommunications et dElectronique ALCATEL
Priority date: 1968-08-14
Filing date: 1969-08-13
Publication date: 1976-08-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Fokussierungsregelung eines von einem Strahlerzeugersystem auf ein zu schweißendes, bohrendes, trennendes oder schmelzendes metallisches Werkstück gerichteten Elektronenstrahls mit einer Einrichtung zur Erfassung des Zustandes am Strahlauftreffpunkt, deren Ausgangssignale zur Fokussierungsregelung herangezogen werden, indem ein Teil der vom Strahlauftreffpunkt ausgehenden Ladungsträger mittels einer Elektrode aufgefangen wird, wobei der Fokussierungsstrom derart geregelt wird, daß der sich durch die aufgefangenen Ladungsträger ergebende Strom bei einem Minimum liegt.The invention relates to a method and an arrangement for focusing control of one of one Beam generator system on a metal to be welded, drilled, cut or melted Workpiece-directed electron beam with a device for detecting the condition at the point of impact of the beam, whose output signals are used for focusing control by a part the charge carrier emanating from the point of impact of the beam is captured by means of an electrode, wherein the focusing current is regulated in such a way that the one resulting from the trapped charge carriers Current is at a minimum.

Eine Anordnung mit den eingangs genannten Merkmalen läßt sich der französischen Patentschrift 1 498 559 entnehmen. Hier wird das optische Bild des Strahl auf treffpunktes auf dem Werkstück hinsichtlich seiner Brillanz ausgewertet; dies ist vorteilhaft gegenüber manuell-optischen Verfahren, da die Fleckhelligkeit objektiv gemessen werden kann, anstatt sie subjektiv abzuschätzen. Ferner ist es bekannt, die Fokussierung in Abhängigkeit von dem Strom nachzustellen, der durch das Werkstück fließt. Die erzielbare Genauigkeit ist aber noch unbefriedigend, insbesondere beim Elektronenstrahlschweißen, bei dem sich häufig der Abstand zwischen Strahlerzeuger und Strahlauftreffpunkt ändert.An arrangement with the features mentioned above can be found in the French patent specification 1 498 559. Here, the optical image of the beam is made with regard to the point of impact on the workpiece its brilliance evaluated; this is advantageous compared to manual optical methods, since the Spot brightness can be measured objectively instead of subjectively assessing it. It is also known adjust the focus depending on the current flowing through the workpiece. The achievable However, accuracy is still unsatisfactory, especially in electron beam welding which often changes the distance between the jet generator and the jet impact point.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der deutschen Patentschrift 1 196 806 zu entnehmen. Bei diesem werden sämtliche von dem Strahlauftreffpunkt ausgehenden Ladungsträger, d. h. schnelle wie auch thermische Elektronen und Ionen, aufgefangen und zur Regelung des Fokussierungsstroms verwendet. Dadurch, daß die gesamten Ladungsträger aufgefangen werden, wird eine Fokussierung zweckmäßigerweise nur in gewissen zeitlichen Abständen durchgeführt, um auf diese Weise eine schnelle Verschmutzung der Auffangeinrichtung durch verdampfte Materialpartikeln zu vermeiden. Abgesehen davon, weist der durch die Ladungsträger erzeugte Strom Minima und Maxima auf, so daß kein sauberes Minimum für die Steuerung des Fokussierungsstroms erhalten werden kann. Vielmehr erhält man eine Verkleinerung des Stroms nicht nur dann, wenn sich die Fokussierung verbessert, wenn man sich im Bereich des zentralen Minimums bewegt, sondern auch dann, wennA method of the type mentioned at the beginning can be found in German patent specification 1,196,806. at All of the charge carriers emanating from the beam impact point, d. H. fast as well thermal electrons and ions, captured and used to regulate the focusing current. Because all of the charge carriers are collected, focusing is expedient only carried out at certain time intervals in order to avoid rapid pollution in this way to avoid the collecting device from evaporated material particles. Apart from that, points the current generated by the charge carriers to minima and maxima, so that no clean minimum for control of the focus current can be obtained. Rather, you get a reduction in size of the current not only when the focus improves when one is in the area of the central Minimum moves, but also when

die Fokussierung weniger gut wird, wenn man sich auf einer Flanke der Extremwerte des aufgefangenen Rückstrahlstromes befindetthe focusing becomes less good when one is on a flank of the extreme values of the collected retroreflective current

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Fokussierungsregelung Tier eingangs genannten Art zu schaffen, das die Nachregelung des Fokussierungsstroms in der Weise ermöglicht, daß das aufgefundene Minimum des aufgefangenen Ladungsträgerstroms tatsächlich die beste Fokussierungseinstellung wiedergibt, und bei dem die Fokussierungsregelung ohne die Gefahr der Verschmutzung der Auffangelektrode für die Ladungsträger ständig vorgenommen werden kann.The object of the present invention is therefore to create a method for focusing control animal type mentioned at the beginning which enables the focusing current to be readjusted in such a way that the minimum found of the captured charge carrier current actually reproduces the best focusing setting, and in which the focusing control without the risk the contamination of the collecting electrode for the charge carriers can be carried out continuously.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ausschließlich der auf dem Auffangen von Elektronen hoher Energie beruhende Strom für die Regelung herangezogen wird.This object is achieved according to the invention in that exclusively on the collection of Electrons of high energy based electricity is used for the regulation.

Diese Lehre beruht auf der Erkenntnis, daß die Änderung des Rückstrahlstromes der schnellen Elektronen lediglich ein Minimum, aber keine Maxima ao aufweist, so daß hier eindeutig ein Minimum aufgefunden werden kann, während bei Überlagerung der verschiedenen Ströme aus schnellen und thermischen Elektronen und Ionen auch Maxima auftreten, die dazu führen können, daß das zentrale Minimum nicht erreicht werden kann, so daß die Fokussierung durch Aufsuchen derartiger Nebenminima nicht verbessert würde.This teaching is based on the knowledge that the change in the return beam current of the fast electrons has only a minimum, but no maxima ao, so that a minimum is clearly found here can be made while at the superposition of the various currents of rapid and thermal Electrons and ions also occur maxima, which can lead to the central minimum cannot be reached, so that the focus is not improved by looking for such secondary minima would.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnungen werden nachstehend erläutert; ferner wird ein Anwendungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Elektronenstrahlschmelzvorrichtung beschrieben.Arrangements suitable for carrying out the method according to the invention are explained below; an application example in connection with an electron beam melting device is also disclosed described.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Fokussierungsregelung gemäß der Erfindung, besonders für Schweißung oder Bohrung;Fig. 1 shows an arrangement for focusing control according to the invention, especially for welding or drilling;

Fig. 2a, 2b bzw. 2c zeigen die Änderungen des Rückstrahlstromes, die sich aus dem Fluß der Elektronen niedriger Energie, dem Fluß der rückgestreuten Elektronen und dem Ionenstrom in Abhängigkeit von der Fokussierung des Elektronenstrahles ergeben;2a, 2b and 2c show the changes in the return current resulting from the flow of electrons low energy, the flow of backscattered electrons and the ion current as a function result from the focusing of the electron beam;

F i g. 3 zeigt die Stromänderungen für aufgefangene Elektronen niedriger Energie in Abhängigkeit vom Fokussierungsstrom für verschiedene Leistungen des Elektronenstrahls;F i g. 3 shows the changes in current for trapped electrons of low energy as a function of Focusing current for different powers of the electron beam;

F i g. 4 zeigt die Stromänderung für aufgefangene rückgestreute Elektronen relativ hoher Energie in Abhängigkeit vom Fokussierungsstrom für verschiedene Leistungen des Elektronenstrahls;F i g. 4 shows the change in current for trapped backscattered electrons of relatively high energy depending on the focusing current for different Electron beam power;

F i g. 5 zeigt einen Vergleich zwischen dem Verlauf des Stromes aus rückgestreuten Elektronen relativ hoher Energie (F i g. 5 a) und der Ausbildung der entsprechenden Schweißnaht (F i g. 5 b), jeweils in Abhängigkeit von der Fokussierung;F i g. 5 shows a comparison between the curve of the current from backscattered electrons relative high energy (FIG. 5 a) and the formation of the corresponding weld seam (FIG. 5 b), in each case depending on from the focus;

F i g. 6 zeigt das Verhältnis zwischen dem Strom /_r0 der rückgestreuten Elektronen bei stark unterfokussiertem Betrieb und dem Strom /_r der rückgestreuten Elektronen relativ hoher Energie bei korrekt fokussiertem Betrieb in Funktion von der Tiefe der gewonnenen Schweißnaht für verschiedene relative Verschiebegeschwindigkeiten des Bündels oder Strahls bezüglich des Werkstücks, undF i g. 6 shows the relationship between the current / _{r0 of} the backscattered electrons with strongly underfocused operation and the current / _{r of} the backscattered electrons of relatively high energy with correctly focused operation as a function of the depth of the weld seam obtained for various relative speeds of movement of the bundle or beam with respect to the workpiece , and

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der An-Wendung einer Anordnung gemäß der Erfindung für die Regelung des Schmelzens eines Metallbarrens und die Aufrechterhaltung der flüssigen Phase in der Abzieheinrichtung, welche das geschmolzene Metall aufnimmt. Fig. 7 is a schematic illustration of the application an arrangement according to the invention for controlling the melting of a metal ingot and the maintenance of the liquid phase in the extractor which receives the molten metal.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 21 mit einer Abdeckung 22 aus Isoliermaterial sowie einen Boden 23 mit einer ringförmigen öffnung 24. Das Gehäuse 21 umfaßt ein Axialrohr 25, das ebenso wie das Gehäuse selbst an Masse 26 gelegt ist.The arrangement shown in Fig. 1 comprises a cylindrical housing 21 with a cover 22 made of insulating material and a bottom 23 with an annular Opening 24. The housing 21 comprises an axial tube 25, which like the housing itself Ground 26 is placed.

Auf der Innenseile der Abdeckung 22 ist eia ebener Kreisring 27 angeordnet, welcher die erste Elektrode bildet, deren Achse zusammenfällt mit der Achse des Rohres 25. Diese Elektrode ist einerseits an einen — an sich bekannten — Fokussierungsregler 28 angeschlossen und andererseits an eine Meßeinrichtung 29, welcher ein Widerstand 30 parallel liegt. Der Regler 28 ist über eine Verbindung 34 (in gestrichelten Linien angedeutet) mit einer Fokussierungseinrichtung 31 für den Elektronenstrahl 32 verbunden, der von dem Strahlerzeuger 33 emittiert wird. Der Regler 28, die Meßeinrichtung 29 und der Widerstand 30 sind, wie in der Zeichnung dargestellt, an Masse gelegt.On the inner ropes of the cover 22 is eia flat circular ring 27 is arranged, which forms the first electrode, the axis of which coincides with the axis of the tube 25. This electrode is, on the one hand, connected to a focusing regulator, which is known per se 28 and on the other hand to a measuring device 29, which is a resistor 30 is parallel. The controller 28 is via a connection 34 (indicated in dashed lines) with a Focusing device 31 for the electron beam 32 connected to the beam generator 33 is emitted. The regulator 28, the measuring device 29 and the resistor 30 are as in the drawing shown, connected to ground.

Im Inneren des Gehäuses 21 ist eine zweite Elektrode 35, welche im wesentlichen kcgelslumpfformig ist, angeordnet, cjeren Achse mit der Gehäuseachse zusammenfällt; die Elektrode führt negatives Potential, im allgemeinen von der Größenordnung von einigen 10 V, das ihr von der Spannungsquelle 36 zugeführt wird, die andererseits mit Masse 26 über den Widerstand 37 verbunden ist.Inside the housing 21 is a second electrode 35, which is substantially kcgelslumpfformig is arranged, cjeren axis coincides with the housing axis; the electrode has a negative potential, generally on the order of a few tens of volts supplied to it by voltage source 36 which on the other hand is connected to ground 26 via resistor 37.

Eine dritte konzentrische Elektrode 38, die parallel zur Elektrode 35 angeordnet ist, befindet sich ebenfalls im Innern des Gehäuses 21; diese Elektrode 38 ist an positives Potential in der Größenordnung von einigen 10 V gelegt, mittels der Spannungsquellc 39, die über den Widerstand 40 an Masse gelegt ist.A third concentric electrode 38, which is arranged parallel to the electrode 35, is located also inside the housing 21; this electrode 38 is on the order of positive potential of a few 10 V applied, by means of the voltage source 39, which is connected to ground via the resistor 40 is.

Man erkennt in F i g. 1 außerdem das WerkstückOne recognizes in FIG. 1 also the workpiece

41 sowie den Elektronenstrahl 32, der von dem Strahlerzeuger 33 abgegeben wird, und das Bündel41 and the electron beam 32 emitted from the beam generator 33 and the beam

42 der reemitüerten Quanten von dem Werkstück. Die Arbeitsweise der Anordnung ist, beispielsweise beim Schmelzen oder Schweißen, die folgende:42 of the reintroduced quanta from the workpiece. The mode of operation of the arrangement, for example in the case of melting or welding, is as follows:

Nachdem eine annähernde Voreinstellung des Abstandes des Strahlerzeugers 33 vom zu schmelzenden oder schweißenden Werkstück 41 eingestellt worden ist und die Energie des Elektronenstrahls pro cm gewählt worden ist, d. h. die Schweißleistung in Funktion von der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks, wird der Strahlerzeuger 33 in Betrieb gesetzt. Der Elektronenstrahl 32 ruft durch sein Auftreffen auf das Werkstück 41 ein rückgestrahltes Bündel 42 hervor, bestehend aus rückgestreuten Elektronen, Elektronen niedriger Energie und Ionen. Das Bündnis 42 dringt in das Gehäuse 21 über die ringförmige Öffnung 24 ein und gelangt demgemäß in den Zwischenraum zwischen den Elektroden 35 und 38.After an approximate pre-setting of the distance of the beam generator 33 from the to be melted or welding workpiece 41 has been set and the energy of the electron beam per cm is selected has been, d. H. the welding performance as a function of the speed of movement of the workpiece, the jet generator 33 is put into operation. The electron beam 32 calls by its impingement onto the workpiece 41 a backscattered bundle 42, consisting of backscattered electrons, Low energy electrons and ions. The covenant 42 penetrates into the housing 21 via the annular Opening 24 and accordingly enters the space between electrodes 35 and 38.

Infolge des elektrostatischen Potentials, das' die genannten Elektroden führen, werden die Ionen von dem elektrostatischen Feld zur Elektrode 35 beschleunigt und die Elektronen niedriger Energie zur Elektrode 38, und die rückgestreuten Elektronen höherer Energie werden weniger abgelenkt und setzen ihre Bahn mit geringer Krümmung bis zur Elektrode 27 fort, wo sie cingefangen werden. Unter diesen Umständen bilden die drei Fanganordnungen Quellen für drei Ströme, einen lonenstrom /,-, der zur Masse 26 über den Widerstand 37 geführt wird,As a result of the electrostatic potential that 'the said Lead electrodes, the ions are accelerated by the electrostatic field to the electrode 35 and the low energy electrons to electrode 38, and the backscattered electrons higher energy are deflected less and continue their path with less curvature up to the Electrode 27 where they will be trapped. In these circumstances the three form trapping arrangements Sources for three streams, an ion stream /, -, which leads to Mass 26 is passed through resistor 37,

θ 8.76 609 635/376θ 8.76 609 635/376

ι niedrigenergetischer (thermischer) Eleklie über den Widerstand 40 an Masse ged schließlich einen Strom von rückgeektronen relativ hoher Energie, der dem :ugeführt und mittels der Meßeinrichtung η wird.
^?ig. 2 a, 2 b, 2 c sind die Intensitätsände-ι low-energy (thermal) Eleklie via the resistor 40 to ground finally a current of back electrons of relatively high energy, which is: u led and by means of the measuring device η.
^? ig. 2 a, 2 b, 2 c are the intensity changes

drei Ströme dargestellt, als Funktion der ng, ausgedrückt in willkürlichen Ein-Ii erkennt, daß für die Elektronen nied- i» ;ie und für die Ionen (Fig. 2a bzw. 2c) teilten Kurven ein Minimum aufweisen, en zwei Maxima eingeschlossen ist, wähdie rückgestreuten Elektronen höherer ϊ Kurve (Fig. 2b) nur ein Minimum auf- : diese Minimumwerte entsprechen, wie der Optimalfokussierung/₀ des Elektro-Three currents shown as a function of the ng, expressed in arbitrary Ein-Ii recognizes that the curves divided for the electrons and for the ions (Fig. 2a and 2c) have a minimum, and two maxima are included , while the backscattered electrons of higher ϊ curve (Fig. 2b) only have a minimum: these minimum values correspond, like the optimal focusing / _{0 of} the electro-

Andererseits ist festzuhalten, daß für die Elektronen die Anteile der Kurve, die eits des dargestellten Minimums befin- *o sehr geringe Neigung aufweisen, wenn eine vorhanden ist. Man erkennt daraus, usnutzung des Stromes, der sich aus demOn the other hand, it should be noted that for the electrons, the portions of the curve which e since the minimum shown befin- * o have very little inclination, if one is present. One recognizes from it, utilization of the current, which results from the

der rückgestreuten Elektronen durch die Π ergibt, besonders interessant ist für die der Fokussierung des Elektronenstrahlesthe backscattered electrons resulting from the Π , is particularly interesting for the focusing of the electron beam

Optimalwert; der Strom wird hier dem zugeführt, welcher die Fokussierungsein-Optimal value; the current is fed to the one that controls the focusing

steuert, bis die optimale Fokussierung /₀ nd einem minimalen Intensitätswert der jten Elektronen erreicht ist.
irläuterungen lassen die Verbesserungen die sich aus der Unterscheidung zwischen !Streuten Elektronen relativ hoher Energie Elektronen niedrigerer Energie und den ben.controls until the optimal focusing / ₀ nd a minimum intensity value of the jth electrons is reached.
The improvements that result from the distinction between! Scattered electrons of relatively high energy, electrons of lower energy and the ben.

;elkurven, die aus der Überlagerung aller e resultieren, sind so lange brauchbar und befriedigende Ergebnisse, als die Defokusr Messung zwischen relativ engen Grenzen ;itet man jedoch selektiv mit dem Elekid dem Ionenstrom, so ergibt sich eine : repräsentativ in Funktion des Fokussieies ist und keine ausgeprägten Mixima sondern nur ein Minimum, womit die ing in wesentlich weiteren Grenzen mög-; elcurves that result from the superposition of all e are usable for a long time and satisfactory results than the defocus measurement between relatively narrow limits ; however, it is iterated selectively with the Elekid the ion current, the result is: representative in function of the focus egg and no pronounced mixima but only a minimum, with which the ing is possible within much wider limits.

3 ist der Strom I„ resultierend aus dem ifluß niedriger Energie, in Abhängigkeit η dem Fokussierungsstrom (Z-Achse) als ler Strahlspannung bzw. Strahlleistung auf-Aan erkennt in der Figur den Verlauf der nden Fläche mit einem von ausgeprägten malfokussierung erscheint; man erkennt jedoch im Gegensatz zum vorangehenden Fall nicht die ausgeprägten Spitzen, die sich beidseits des Tales befanden. Die Regelung wird demgemäß vereinfacht. Im Falle der Fig. 4 kann man ebenso die Leistungen auf der y-Achse ersetzen durch die entsprechenden Energien pro cm und die kW durch kj/cm, ohne daß sich die erhaltene Kurvenform ändert.3, the current I "resulting from the ifluß low energy, as a function η the focusing power (Z-axis) as ler beam voltage and beam power up Aan seen in the figure, the profile of the surface with a ligand appears distinct from malfokussierung; In contrast to the previous case, however, you cannot see the pronounced peaks that were on both sides of the valley. The scheme is simplified accordingly. In the case of FIG. 4, the powers on the y-axis can also be replaced by the corresponding energies per cm and the kW by kj / cm, without the curve shape obtained changing.

Die F i g. 5 a und 5 b zeigen einerseits in F i g. 5 a den Verlauf des Stromes /_r der rückgestreuten Elektronen in Funktion von der Fokussierung bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung für die Schweißung und andererseits (F iß. 5 b) einen Schnitt durch die entsprechende Schweißnaht; man erkennt leicht, daß der Minimalwert von l_T einem optimalen Fokussierungsstrom i_/0 entspricht, wobei eine maximale Tiefe der Schweißnaht erzielt wird; alle übrigen Betriebsparameter sind dabei unverändert geblieben.The F i g. 5 a and 5 b show on the one hand in FIG. 5 a shows the course of the current / _{r of} the backscattered electrons as a function of the focusing when using the method according to the invention for the weld and on the other hand (Fig. 5 b) a section through the corresponding weld seam; it is easy to see that the minimum value of l _T corresponds to an optimal focusing current i _{/ 0} , with a maximum depth of the weld seam being achieved; all other operating parameters have remained unchanged.

In F i g. 6 ist die Änderung e des Verhältnisses γ- In Fig. 6 is the change e in the ratio γ-

zwischen dem Strom, der sich aus dem Fluß der rückgestreuten Elektronen /_{r 0} bei stark unterfokussiertem Betrieb ergibt, und dem Strom, der sich aus dem Fluß der rückgestreuten Elektronen I_r bei Optimalfokussierung ergibt, als Funktion der Tiefe der Schweißnaht dargestellt: Diese Kurve ist im wesentlichen eine Gerade, unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des zu schweißenden oder schmelzenden Werkstücks.between the current that results from the flow of backscattered electrons / _{r 0} with heavily underfocused operation and the current that results from the flow of backscattered electrons I _r with optimal focusing, shown as a function of the depth of the weld seam: This curve is essentially a straight line, regardless of the speed of movement of the workpiece to be welded or melted.

Eine Übertragung der Kurve nach Fig. 6 in die Kurvenschar nach F i g. 4 erlaubt die Bestimmung des Fokussierungsstromes, welcher der Fokussierungsspule zugeführt werden muß, um eine Bohrung oder eine Schweißung eines Werkstücks vorgegebener Tiefe zu bewirken; ausgehend von der gewählten Tiefe e leitet man unter Benutzung der F i g. 2 den Wert des Verhältnisses ^- ab. A transfer of the curve according to FIG. 6 into the family of curves according to FIG. 4 allows the determination of the focusing current which must be supplied to the focusing coil in order to effect a drilling or welding of a workpiece of a predetermined depth; starting from the selected depth e , one derives using FIG. 2 the value of the ratio ^ - from.

Wenn das Verhältnis (y™) bekannt ist, kann manIf the ratio (y ™) is known, one can

im Diagramm der F i g. 4 den Punkt /₀ des Tales für die entsprechende Optimalfokussierung finden. Man leitet den Fokussierungsstrom i_f0, der angelegt werden muß, ab, unter Berücksichtigung der Leistung P₀, die definiert wird durch den Punkt auf dem Diagramm oder durch eine äquivalente Energie pro cm. In Fig. 7 ist schematisch eine Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt für die Steuerung des Schmelzens eines Metallbarrens sowie für die Aufrechterhaltung der flüssigen Phase in dem Abzug, welcher das geschmolzene Metall aufnimmt. Im Beispiel der F i e. 7 umfaßt eine solche Anord- in the diagram of FIG. 4 find the point / _{0 of} the valley for the corresponding optimal focusing. The focusing _current i f0 to be applied is derived taking into account the power P ₀ defined by the point on the diagram or by an equivalent energy per cm. In Fig. 7 an application of the method according to the invention is shown schematically for the control of the melting of a metal ingot and for the maintenance of the liquid phase in the hood which receives the molten metal. In the example of F i e. 7 includes such an arrangement

A ο d S a A ο d S a

angeordnet, welche auf eine erste Elektrode 58 stößt und positives Potential aus einer Stromquelle 59 führt, die über einen Widerstand 60 an Masse gelegt ist. Ein Millivoltrneter 61 erlaubt die Messung des Stromes an den Klemmen des Widerstandes 60.arranged, which abuts a first electrode 58 and positive potential from a current source 59, which is connected to ground via a resistor 60 is. A millivolver 61 allows the current at the terminals of the resistor 60 to be measured.

Oberhalb des Barrens 54 ist etwa auf der Höhe der Ablenkanordnung 56 eine zweite Leitung 62 angeordnet, welche auf eine zweite Elektrode 63 stößt, die mit Masse über eine Meßeinrichtung für den Strom 64 verbunden ist, beispielsweise ein Milliamperemeter. A second line 62 is arranged above the bar 54 approximately at the level of the deflection arrangement 56, which meets a second electrode 63 which is connected to ground via a measuring device for the Current 64 is connected, for example a milliammeter.

Die Einheiten 57, 58 einerseits und 62, 63 andererseits werden vorteilhafterweise jeweils durch eine Einrichtung nach F i g. 1 ersetzt. Eine solche Anordnung arbeitet wie folgt: Die Elektronen niedriger Energie, die von der flüssigen Phase 53 ausgehen, werden von der Elektrode 58 eingefangen, nachdem sie die Leitung 57 durchlaufen haben, und sie führen demgemäß zu einem Strom /,., der durch das Millivoltmeter 61 meßbar ist.The units 57, 58 on the one hand and 62, 63 on the other hand are advantageously each by a Device according to fig. 1 replaced. Such an arrangement works like this: The electrons lower Energy emanating from the liquid phase 53 is captured by the electrode 58 after they have passed through the line 57, and they accordingly lead to a current /,., which flows through the Millivoltmeter 61 is measurable.

Die rückgestreuten Elektronen werden von der Elektrode 63 eingefangen, und der sich ergebende Strom /_r wird durch das Milliamperemetcr 64 gemessen. The backscattered electrons are captured by the electrode 63 and the resulting current / _r is measured by the milliammeter 64.

Mit der Meßeinrichtung 61 kann man eine Einrichtung verbinden für die Steuerung des Ablenksystems 56 des Elektronenstrahls, derart, daß dieses ίο System das Verhältnis der Energien ändert, die von dem Barren 54 einerseits und dem Abzug 51 andererseits emptangen werden, derart, daß die Phase des Metalls 53 genügend flüssig gehalten wird.A device for controlling the deflection system can be connected to the measuring device 61 56 of the electron beam, in such a way that this ίο system changes the ratio of the energies that are generated by the bar 54 on the one hand and the trigger 51 on the other hand are received in such a way that the phase of the Metal 53 is kept sufficiently liquid.

In gleicher Weise kann man mit der V.eßeinrichtung 64 eine Einrichtung für die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Barrens 54 verbinden, mi¹ dem Ziel, auf diese Weise eine gleichmäßige Ab Schmelzung des Barrens zu erzielen.In the same way, with the V.eßeinrichtung 64 is a device for controlling the feed speed of the billet 54 connect, mi ¹ to achieve the target in this manner a uniform rate from melting of the ingot.

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for focusing control of a beam generator system on one to welding, drilling, cutting or melting metallic workpiece of directed electron beam with a device for detecting the condition at the point of impact of the beam, its output signals can be used to regulate the focus by removing part of the from the point of incidence of the beam outgoing charge carrier is captured by means of an electrode, the focusing current is regulated in such a way that the The current resulting from the trapped charge carriers is at a minimum, as a result characterized in that only the current based on the trapping of electrons of high energy is used for the control will.

2. Arrangement for machining a workpiece with the method according to claim 1, with at least one electron gun for electron beam bombardment of the workpiece, a focusing device with a concentrating coil for the beam, a targeting electrode and with a controller for the focusing device, characterized in that the catching device \ is formed on a cylindrical housing (21) placed on ground (26) and attached to the Concentration coil (31) attached and centered concentrically to the electron beam that the Housing (21) at its base (23) with a central opening and an annular opening (24) is concentric to the beam and is provided with an insulating cover (22) which has a central opening coaxial with the incident electron beam that the two Central openings connected to one another by a tube (25) of appropriate diameter are that a circular ring (27) forms a first electrode which is on the cover (22) opposite the annular opening (24) is arranged that a second with respect to the beam axis inclined electrode (35) and a third parallel to the second and like this against the Housing-insulated electrode (38) form an annular channel between them with the electron beam as the axis and that the controller (28) with the first electrode and with the focusing device is connected, while the second electrode (35) is negative and the third electrode (38) are positively biased and connected to ground via measuring devices (Fig. 1).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the second (35) and the third Electrode (38) are frustoconical with parallel lateral surfaces, the conical Central surface terminates in a point which is coincident with the point of impact of the electron beam on the workpiece.

4. Application of the arrangement according to claim 2 or 3 for the regulation of the electron bombardment when melting a melt bar while maintaining a melt pool in the deduction for the molten metal by means of temporarily! Deflection of the electron beam onto the melting lake, characterized in that catching devices (62/63, 57/58) are provided, the first (62/63) of which faces the irradiated ingot tip and the second (57/58) faces the melting lake (53), and that the first electrode (63) of the first catching device acted upon by the backscattered electrons from the ingot tip is connected to the controller and to a feed control (64) for the ingot (54), while the third electrode acted upon by electrons of low energy from the melt pool (57) of the second catching device is connected to a deflection control device (61) (FIG. 7).