DE2016960A1 - Verfahren zur Erfassung der Arbeitsbedingungen eines Werkstücks - Google Patents

Description

THE DIFlECTOR OF NATIONAL RESEARCH NRIM Case GP

INSTITUTE FOR METALS

TOKYO / JAPAN

Verfahren zur Erfassung der Arbeitsbedingungen eines Werkstücks

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung sowie ein Verfahren zur automatischen Erfassung der Arbeitsbedingungen eines Werkstücks bei der Elektronenstrahls chweiß- und -Schneidebearbeitung durch Erfassen eines Bruchteils der Elektronen, die auf einen Fleck des Werkstücks geschossen v/erden oder der Elektronen, die von dem Schmelzbad des Werkstücks imitiert werden.

Bei der Elektronenstrahlbearbeitung werden die Elektronenstrahlen, die durch eine hohe Spannung beschleunigt und fokussiert werden, auf einen gewünschten Fleck eines Werkstücks geschossen, wobei die Bearbeitung wie das Schweißen, das Schneiden oder das Durchbohren dadurch erfolgt, daß die Wärme verwendet wird, die durch den Beschüß der Elektronenstrahlen und das Durchdringen der Elektronenstrahlen durch das Werkstück erzeugt wird.

Bei der Bearbeitung legt ein Arbeiter ein Werkstück auf einen Schlitten in einer Vacuum- oder Arbeitskammer einer Elektronenstrahlschweiß- oder Bearbeitungseinrichtung, so daß die Elektronenstrahlen auf einen gewünschten Fleck auf dem Werkstück fokussiert werden und stellt dann die Bedingungen des Elektronenstrahlbeschusses ein. Als nächstes

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v/erden die Elektronenstrahlεη für die Bearbeitung z. 3. das Schweißen imitiert. Bei der Arbeit mu3 er stets prüfen 1. ob die Slektronenstrahlen auf einen gewünscnten Fleck geworfen werden (Schweißlinie einen Tail des Werkstücks der abzuschneiden oder zu durchbohren ist) und 2. ob die Elektronenstrahlen das Werkstück für ein genaues Schweißen Schneiden oder Durchbohren vollständig durchdringen.

Diese Bedingungen wurden bisher im allgemeinen durch visuelle Betrachtung durch den Arbeiter hergestellt, wobei die Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung unter dem Einfluß dieser Betrachtung bedient wurde. Je mehr jedoch die Technik der Elektronenstrahlbearbeitung fortschreitet, Lim so komplizierter wird die Form der zu bearbeitenden "Werkstücke. Z. B. müssen Werkstücke bearbeitet v/erden, die nicht nur ebene Oberflächen, sondern auch gekrümmte Oberflächen und unregelmäßige Wanddicken aufweisen.

Im Fall des Schweißens ist es manchmal notwendig, nicht durch die ganzen Verbindungen einzudringen, sondern das Eindringen auf eine vorbestimmte Tiefe zu beschränken, die nicht die untere Oberfläche der zu verbindenden Werkstücke erreicht. Diese Schweißoperationen sind nur durch die visuelle Betrachtung durch den Arbeiter sehr schwierig durchzuführen.

Wenn die Arbeitsbedingungen von außerhalb der Vacuum- oder Arbeitskammer der Einrichtung sofort und leicht erfaßt werden

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können, können Faktoren, die die Arbeitsbedingungen beeinflussen, wie die Beschleunigungsspannung der Strahlstrom, der Fokussierstrom, der Ablenkstrom usw. in geeigneter Weise eingestellt werden, um die optimalen Arbeitsbedingungen zu erreichen, so daß eine automatisch gesteuerte Elektronenstrahlschweißung und -bearbeitung durchgeführt werden kann.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine neuartige und verbesserte Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung zu schaffen, ferner ein Verfahren, um die Arbeitsbedingungen von außerhalb einer Vacuum- oder Arbeitskammer einer Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung leicht zu erfassen. Insbesondere hat die Erfindung zum ziel festzustellen 1. ob die Elektronenstrahlen genau fokussiert und auf einen gewünschten Fleck auf dem Werkstück geworfen werden, 2. den Betrag des Eindringens der Elektronenstrahlen in das Weitetück und 3. die Abmessung eines Schmelzbads im Werkstück, das durch den !ilektronenstrahlbeschuß entsteht.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung werden ein oder mehrere Elektronenerfassungselemente an vorbestimmten Lagen elektrisch von einem Werkstück isoliert angeordnet, wobei die Arbeitsbedingungen wie die Lage oder der Fleck des Elektronenstrahlbeschuss^ im Verhältnis zum Werkstück und der Betrag des Eindringens der Elektronenstrahlen in das Werkstück oder die Abmessung eines Schmelzbads im Werkstück dadurch erfaßt werden, daß der Strom bestimmt wird,

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der durch die in oben angegebener Weise angeordneten Elemente fließt.

nachfolgend wird die Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen besenrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung, die ein Elektronenerfassungselement der Erfindung und eine zugehörige elektrische Schaltung enthält,

Fig. 2 A, 2 B und 2 C Querschnitte von Werkstücken und der zugehörigen Elemente zur Darstellung der Anordnung der Elektronenerfassungselemente,

Fig* 3 ein Schema einer elektrischen Schaltung gemäß der Erfindung, um die Entladung der Thermionen vom Werkstück zu verhindern und

Fig. 4 ein Schema einer elektrischen Schaltung gemäß der Erfindung, die die Elemente zum Sammeln der Elektronen enthält, die von dem Schmelzbad des Werkstücks imitiert werden,,

Fig. 1 zeigt schematisch eine Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung, bei der die Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann. Die Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung besteht aus einer Bearbeitungskammer 7 und einer Stromversorgung S. Die Bearbeitungskammer 7 besteht aus einem

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Elektronenstrahlerzeugungsteil und einem Bearbeitungsteil. Dor Elektrojaenstrahlerzeugungsteil ist herkömmlich. Bekannntlich besteht er aus einem Heizfaden 10 zur Immission von xhermionen, einem Gitter 11 zum Steuern der imitierten Thermionen, einer Anode 12, die mit der positiven Erde verbunden ist, um den Elektronenstrahl zu beschleunigen und einer Fokussierspule 13 zur Fokussierung des beschleunigten Elektronenstrahls,, Der Bearbeitungsteil, der zu dem Elektronenstrahlerzeugungsteil gehört, ist mit einem Schlitten oder Wagen 6 versehen, auf dem ein Werkstück 1 mit Hilfe eines Isolierteils 4 angeordnet v/ird, um das Werkstück durch den Elektronenstrahl 5 zu bearbeiten, der schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet ist.

Erfindungsgemäß ist ein Elektronenstrahlerfassungselemont 2 auf dem Isolierteil h angebracht,, das auf dem Schlitten 6 liegt, wobei an der Rückseite des Werkstücks 1 die Isolatoren 3 und 3^r getrennt angeordnet sind, um das Erfassung»element 2 vom Werkstück 1 elektrisch zu isolieren. Das Elektronenstrahlcrfassungselement 2 kann aus irgendeiner Art von leitendem Material bestehen. Es hat gewöhnlich Streifenform und ist z. B. eine Platte. Die negative Klemme eines Gleichstromamperemeters 15 ist mit dem Werkstück 1 verbunden während seine positive Klemme mit der Erde verbunden ist. Ebenso ist die negative Klömme eines Gleichs tromampereiaeters 16 mit dem Erfassungseleraent 2 verbunden während seine positive Klemme geerdet ist. En sei bemerkt, daß die positive Klemme einer Stromversorgung 8 geerdet ist.

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Daher hat die Erde positives Potential, alt der positiven Klemme der Stromversorgung a ist ein Gleichstromamperemeter 14 verbunden, um den Strom zu er.fassen, der durch die IBearbeitungseinrichtung fließt, wie es in ^ig. 1 dargestellt ist. Die negative Klemme der Stromversorgung 8 ict mit der Kathode oder dem Heizdraht 10 in der .Jerrbeitungskammer 7 verbunden.

Im Betrieb wird die Bearbeitungskammer 7 evakuiert und der Elektronenstrahl 5, der durch Anlegen der Spannung von der Stromversorgung 3 erzeugt wird, wird auf das V/erkstück 1 geworfen, so daß ein durch den Elektronenstrahl 5 beschossener Fleck geschmolzen wird und der Elektronenstrahl 5 tief in cias V/erkstück 1 eindringt und es schließlich durchdringt. 3in Bruchteil des durch das "werkstück 1 gehenden !Elektronenstrahls 5 erreicht das Elektronenstrahlerfassungselement 2. Dann fließt Strom durcn das Amperemeter 16, das mit dem ürfassungselement 2 verbunden ist.

Wenn die Elektronenstrahlenergie konstant ist, wird der Elektronenstrahl,der durch das V/erkstück dringt und das Erfassungselement 2 erreicht, mit Zunahme der Dicke dos Werkstücks 1 verringert.

Dies bedeutet eine relative Zunahme des Stroms,der durch das Werkstück 1 fließt. Jedoch hängt die i3cζialiting zwischen dem Strom, der durch das Erfassungselement P. fließt und dom Strom, der durch das Werkstück 1 fließt von den Eigenschaften des Werkstücks 1 und des Erfassungselemerits 2 ab, s-j daß ein

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geeigneter Elektronenstrahlstrom unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften bestimmt werden muß. Aus der obigen Beziehung ergibt sich leicht, ob der Elektronenstrahl 5 durch das Werkstück 1 dringt oder nicht und wie viele Elektronen durch das Werkstück 1 dringen.

Wenn das Werkstück 1 geschnitten werden soll oder wenn ein Loch durch das Werkstück gebohrt werden soll, muß der Elektronenstrahl das Werkstück vollständig abschneiden oder durchbohren. Wenn eine Elektronenstralilstumpfschweißung gewünscht wird, muß der Elektronenstrahl das Werkstück durchdringen, um sog. "Uranami" Raupen am hinteren Teil des Werkstücks zu bilden (Raupen, die auf der Seite des Werkstücks gebildet werden, die der Seite entgegengesetzt ist, auf die der Elektronenstrahl geworfen wird), de nach dem Zweck der Bearbeitung, z. B. Schneiden oder Schweißen, muß die optimale Energie des Elektronenstrahls,£er durch das Werkstück dringt, geändert werden. D. h. es besteht eine optimale Beziehung zwischen den Strömen, die durch das Werkstück 1 und durch das Erfassungselement 2 gehen. Diese optimale Beziehung oder der optimale Bereich kann sich ändern je nach den Eigenschaften der Werkstücke und der Erfassungselemente, wie auch der Dicke der Werkstücke. Wenn somit eine optimale Beziehung oder ein optimaler Bereich hergestellt ist, kann eine genaue Bearbeitung stets dadurch sichergestellt werden, daß die Elektronenstrahlen auf Grund des oben beschriebenen optimalen Bereichs geregelt werden.

Es werden nun die Daten angegeben, die man mit der in Fig. 1 dargestellten Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung

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BAD GRiöiNAL

erhält, unter den Bedingungen: Beschleunigungsspannung 28 KV, Elektronenstrahlstrom abgelesen am Amperemeter der Stromversorgung 8 78 mA und Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks 50 cm je Minute wurden Werkstücke, und zwar Flußstalilplatten mit verschiedenen Dicken dem Elektronenstrahl ausgesetzt. Das Erfassungselement war eine Kupferplatte. Werkstückdicke 2 mm.

Der Elektronenstrahl durchdrang das Werkstück und schnitt es ab.

A₁ = 25 mA A₂ = 33 mA

Werkstückdicke 3 mm Der Elektronenstrahl durchdrang das Werkstück und schnitt es ab.

A₁ = 30 mA A₂ = 29 mA

Werkstückdicke 4 mm Der Elektronenstrahl durchdrang das Werkstück, schnitt es jedoch nicht ab.

A₁ = 32 mA A₂ = 20 mA

Die Bildung von "Uranami" Raupen wurde beobachtet.

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das; Werkstück, schnitt

©si OjSsdteKsfe naixsiaife

wurde ebenfalls beobachtet.

feiidfeiciiksfeg & ram
lter*¹ EXefeLffOflg^iaBAraML- durciidirang: das; W-erkstüislc.

= 442)

d©DE (ÄJgiBi Gi@ss^fc:©iL· iiarfe ztx ersehen> daß mit der Zunahme Däieäsei der lfertestüd£0 vmn damit: mit der Abnahme der dtear lligBdii?3j3D@3asitralilen_rdie die Werkstücke durchediiE gprraifer: Stromi äwzcii das Amperemeter 15 fließt,

dafiä jexteÄ diear S-ferom!,,» dear dmrchi das Erf assungselement 2 , dv hv daiEEÜE diaasü AmgeritmetDear 16 fließt; kleiner wird und fast NuHJL ©anfeJjcM:,, wenn; der Elektromenstrahl die Werksttfefce milxEßäfe diaiEcfeiirxngien kamt»

ig., 2- zeigt düe¹ AEoordiaiing des Elektronenstrahlerfassungselemenffrs; 2? mdi.t: der elektrischen Scnaltung gemäß der Erfindung, Fig. 2 Ai zsädigii die; Aimairdnung zur Feststellung, ob der Elektroiasß-iißtraiil. das; Vterkatück 1 durchdringt oder nicht, wie; em ofemii am Hamdi der Flg. 1 beschrieben wurde. Die Fig. 2 B umdi 2 C zBi-gem diie? Anordnungeni zum Feststellen, ob die Mektrooj®iis:tiiraiELs!3ß araif einen gewünschten Fleck fokussiert wsrdem ©cfejr ndlehit«

Zen mm

Ih Fig. Z E ist das.; ELaktrorEens^raMLerfHssungseLenieiit: Z auf der- Rückseite· des, Werkstücks 1; unter· Zwxschgnschiefeumg eines, isolierenden- TMIs J wie- im. FaOIl. der- Fig. Z angerordnet. Zusätzlich:, sind, die- Ε1β1είτοΐϊ&η·Ξ^Ώηΐ6Γ£3ΒΒΐ3Η^Β>-· elemente: 18: und. 18· unter Zwischenlegurig der isolierenden; Teile 17 und. 17' au£ dem Werkstück: T angeordnet-.

Mit den Erfassungseljeinenteri; 1:S und TS* sind die: anrper:em:Hnt:er^v 2B- und. 19 verbunden., um den; Strom, zu: erfassen, der durch- diLe jesreiligen· Elemente, fließt. Bei. der* Beairfeeitung

j,' z:.. B.. derni SehweiJß.eii. oder Abschneiden werden, die Erfass.ungj9>-

elemente parallel einer BeartiB-itungslinie: oder an deren, gegenuherliegendert Seifen; angeordnet·. Andererseits; Icanm bei einer Bearbeitung; wie dem Durchbohren die Wirksamkeit; der Erfassung- weiter VOrbes'Sßrt: vrerden,, weim die Erfassungs-= elemente 18' und 1:8' in Form, von- Pfannkuchen: ausgebildet· werden. Ih\ Fig^ Z C ist: ein ElektrorEenstrahlerfässungs.— element Z an_; der Rückseite des: Werkstucks 1 und. entlang· des durch den Elektronenstrahl, zxx bearbeitenden. Orts: ange>~ bracht..

Dies Erfassungs element 2 hat vorteilhafterv/eise eine; Breite, die der Eindringbreite des Elektronenstrahls: entspricht. An den entgegengesetzten: Seiten des Erfassungselements 2 sind zwei weitere Elektronenstrahlerfassungselemente 21 und 21 * mit einem Abstand angeordnet. WiLe in den Fig. Z A und 2 B sind, die Amperemeter 15 und 16 mit dem Werkstück 1 und dem Erfassungselement- 2 verbunden. Mit den beiden, weiteren Erfassungs elementen sind die

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Amperemeter 23 und 22 verbunden, um die Abweichung des Elektronenstrahls 5 und/oder die Abmessung des Eindringens zu erfassen.

Die Erfassungs elemente 2, 21 und 21'- sind selbstverständlich gegeneinander und gegen das Werkstück 1 und den Schlitten mit Hilfe der isolierenden Teile 3, 3¹ und 4 isoliert. Wie in den Fig. 2 B und 2 C dargestellt. Man sieht daher leicht, daß wenn der Elektronenstrahl nicht fokussiert ist, ein größerer Strom durch eines der Amperemeter fließt. Somit kann die Abweichung des Elektronenstrahls von einem gewünschten Fleck sofort erfaßt werden.

In Fig, 2 B liegen die Elektronenstrahlerfassungsäe mente 18 und 18', die auf der Oberfläche des Werkstücks 1 angeordnet sind, sehr dicht an dem Fleck, auf den der Elektronenstrahl fokussiert ist, wobei die Erfassungselemente 18 und 18' die Tendenz haben, auch die Elektronen aufzunehmen, die von dem Schmelzfleck des Werkstücks 1 imitiert werden, so daß der Strom auch durch die Amperemeter 19 und 20 fließen kann, auch wenn der Elektronenstrahl diese Erfassungselemente 18 und 18« nicht trifft.

Wenn jedoch der erhitzte und schmelzende Fleck des Werkstücks 1 symmetrisch zur Achse des Elektronenbeschusses ist, sind auch die Elektronen, die vom schmelzenden Fleck imitiert werden, symmetrisch, so daß die durch die Amperemeter 19 und 20 fließenden Ströme im wesentlichen fast gleich sind. Wenn die von dem Amperemetern 19 und 20 angezeigten Ströme

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fast gleich sind bedeutet dies, daß die Elektronsnstrahlen auf einen gewünschten Fleck auf dem Werkstück 1 fokussiert sind. · - -

Uonn der durch eines der Amperemeter 19 und 20 fließende Strom höher als der durch das anderen Amperemeter flieiBende Strom ist, bedeutet dies, daß der Elektronenstrahl nicht fokussiert ist und zu dem Amperemeter abfällt, das einen höheren Strom anzeigt.

Wenn die Werkstücke aus Tantal, Wolfram, Titan, Holybdän oder aus einem anderen i-ietall mit hohem Schmelzpunkt ■ bestehen, hat der Fleck auf dem Werkstück 1, der unter den Beschüß des Elektronenstrahls steht, eine äußerst hohe Temperatur, so daß von diesem Fleck eine große Anzahl von Thermionen und Ionen imitiert wird und die Erfassungs-. elemente den Schlitten 6 und die Wände der Vacuumkammer 7 erreicht, ■

In diesem Fall wird der Strom, der durch das mit dem \;erkstück 1 verbundene Amperemeter fließt, verringert, während der Strom durch die mit den Elektronenstrahlerfassungselementenverbundene Amperemeter ζ.■■ B. 16 fließt die Tendenz hat, einen hohen Viert zu zeigen. Infolgedessen wird die genaue Messung des ElektronenstrahLstroms schwierig.

Dieser Fehler kann durch eine elektrische Schaltung beseitigt werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. In Reihe mit dem Amperemeter 15 liegt eine Gleichstromquelle 9, um d-ie Wirkung der Thermionen zu beseitigen, die

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von dem Fleck imitiert werden, der unter dem Beschüß das Elektronenstrahls liegt. Dauer'ist das Potential des Werkstücks 1 positiv zur Erde, so daß die Imitlon der Thermionen vom Werkstück 1 verhindert wird» Andererseits wird die Spannung an der Gleichstromquelle 9 so eingestellt, daß der Strom infolge der Thermionen von dem Strom infolge der Ionen ausgelöscht werden kann. Der Strahl 5 dringt durch das Werkstück 1 und erhitzt einen Teil des Erfassungselements 2, so daß die Thermionen oder Ionen vom Erfassungselement 2 imitiert werden können.

Jedoch kann dieser Fehler in gewissem Ausmaß durch Yerwenden eines Metalls beseitigt werden, das eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen niedrigen Schmelzpunkt hat, z· B. Kupfer Aluminium usw., wobei in der Praxis-keine Probleme ent stehen. ..■'■>

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung mit einer elektrischen Schaltung gemäß der Erfindung, um die Abmessungen eines Schmelzbads des Werkstücks durch Sammeln der vom Werkstück imitierten Elektronen zu erfassen. Die Breite (oder das Oberflächengebiet), die Tiefe usw. des Schmelzbads des Werkstücks, das durch den Elektronenstrahlbeschuß entsteht, hängt von der Elektronenstrahlbeschleunlgungsspannung (Anodenspannung) ,dem Strahlstrom und dem Durchmesser des auf das Werkstück geworfenen Elektronenstrahls ab, d. h. von der Elektronenstrahlenergiedlchte. Wenn die Beschleunigungsspannuiig und dann der Strahlstrom, erhöht werden, wird im allgemeinen; die Breite eines Schmelzbads etwas erhöbt, Jedoch wird die Eindrlngtiefe in weit höherem

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Maße vergrößert. Wem der Stramldurchmesser erhöht wird, wird die Breite des Schmelzbads großer. Jedoch wird die Tiefe kleiner. Die Quantitative Beziehung der Breite madder Tiefe des Schmelzbads zur Beschleunigungsspannung zum Strahlstrom und zur Strahldichte oder zum Durchmesser des Strahls kann durch Experimente erhalten werden.

Die Änderung der Beschleunigungsspannung· wie auch des Strahlstroms: kann leicht durch Instrumente außerhalb der Vacuum-oder Bearbeitungskammer 7 festgestellt werden. Doch ist es unmöglich, den Durchmesser des Elektronen-Strahls zu erfassen. Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, den Durchmesser des Elektronenstrahls festzustellen. Um dies zu- erreichen.,, werden wie aus Fig. 4 hervorgeht» in der· Maiie eines Bearbeitungsflecks des Werkstücks 1 die Elektronenstrahlerfassungselemente 25 und 25* isoliert vom Werkstück 1 mit Hilfe der Isolierteile 24 und 24^r angeforacn-t« Zwischen die Erfassungselemente 25 und 25' wird die geerdete Gleichstromquelle 29 in Reihe mit äem Gleiciistromamperemeter in solcher Weise geschaltat, daß die EXektronenstrahlerfassungselemente 25 und 25* positiv gegenüber der Erde sind. Das Werkstück 1 wird über das Gleiciistromamperemeter 15 mit der Erde verbunden.

Wenn das Werkstück 1 durch die Beschießung durch den Elektronenstrahl 5 geschmolzen wird, werden, vom Schmelzbad sowohl Ionen als auch Elektronen imitiert und durch die Erfassungselemente 25 und 25^r gesammelt* so daB durc&

das Amperemeter 26 Strom fließt. Je größer das Oberflächengebie£ des Schmelzbads des Werkstücks 1 ist, um so mehr Elektronen werden imitiert. Demgemäß wird die Menge der durch die Erfassungselemente 25 und 25' gesammelten Elektronen erhöht, so daß der durch das Amperemeter 26 fließende Strom vergrößert wird, d. h. die Änderung der Breite oder des Oberflächengebiets des Schmelzbads des Werkstücks 1 kann durch die Änderung des durch das Amperemeter 26 fließenden Stroms festgestellt werden.

Man sieht, daß die Änderung der Breite oder des Oberflächengebiets des Schmelzbads auf der Änderung des Strahlstroms oder des Duclimessers der Elektronenstrahlen beruht« Daher ist as selbstverständlich, daß, wenn der Strahlstrom vergrößert wird, während der durch das Amperemeter 26 fließende Strom vergrößert wird, die Breite oder das Oberflächengebiet des Schmelzbads vergrößert werden. Wenn der Gtrahlstrom ungeändert bleibt, veruraacht die Vergrößerung des Durchmessers des Elektronenstrahls eine Vergrößerung der Breite oder des Oberflächengebiets des Schmelzbads während die Tiefe oder das Eindringen verringert werden. Somit kann durch Erfassen des durch das Amperemeter 26 fließenden Stroms und des Strahlenstroms die Änderung der Breite oder des Oberflächengebiets des Schmelzbads des Werkstücks festgestellt werden. Ferner kann die Änderung der Tiefe abgeschätzt werden. ·

Der Strom I.., der durch das mit dem Werkstück 1 verbundene Amperemeter 15 fließt, ist die Differenz zwisehen dem

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.Strahlstrom I_ß der infolge des Beschüsses des Werkstücks 1 durch den Elektronenstrahl erfolgt und dem Strom Ι_Λ9

. Ά-tL j

der durch das Amperemeter 26 fließt, der auf den Elektronen "beruht, die vom Schmelzbad imitiert und von den Erfassungselementen 25 und 25' gesammelt wird, d. h. I.. ist gleich

¹E ¹A2··

Daher kann die Änderung der Breite des Sciiinclzbadr- des Werkstücks durch die Änderung des durch das .Amperemeter 26 fließenden Stroms I.„ erfaßt werden.Wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Ströme I,. und I.„ im wesentlichen gleich ist, wird offenbar die Änderung der Breite oder des Qborflächongebiets des Schmelzbads durch die Änderung des Durchmessers des Elektronenstrahls verursacht, so daß die Erfassung der Tiefe des Scbmelzbads möglich wird.

Die Elektronenstrahlerfassungselemente 25 und 25' müssen vom zu bearbeitenden Fleck einen geeigneten Abstand haben, damit die Erfassungseiemente nicht direkt dem Elektronenstrahl ausgesetzt sind. Jedoch bestehen um die fokussierten Elektronenstrahlen herum einige unfokussierte Elektronen, so daß diese von den Erfassungselementen 25 und 25' gesamnnelt werden, wobei ein gewisser Strom durch das Amperemeter 26 fließt. Doch ist dieser Strom ohne Rücksicht auf die Breite oder das Oberflächengebiet des Schmelzbads konstant, so daß der Strom zur Eichung vorher gemessen werden kann.

Aus dom oben Gesagten ergibt sich, daß die Bedingungen für das Bearbeiten, das Schneiden und das Schmelzen durch

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Elektronenstrahlen durch die Erfindung genau und sofort erfaßt werden, können.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.J Verfahren. zum Erfassen von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Elektronenerfassungselement elektrisch von einem Werkstück isoliert in der liähe eines zu bearbeitenden Flecks eines Werkstücks angeordnet wird, das das Erfassungselement mit der positiven Klemme einer Stromversorgung zur Elektronenstrahlerzeugung verbunden wird, daß die durch das Element fließenden Strahlströme gemessen werden und daß der Elektronenstrahl und die Lage des Elektronenstrahls zum Werkstück erfaßt wird.

   2. Verfahren zur Erfassung von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Elektronenerfassungselement elektrisch zum Werkstück isoliert in der Mähe eines Flecks des zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet wird, daß eine Gleichstromquelle zwischen das Element und der positiven Klemme einer Stromversorgung zur Elektronenstrahlerzeugung geschaltet wird, so daß ein Potential des Elements positiv zu der positiven Klemme sein kann, daß ein Strom, der durch das Element während der Bearbeitung fließt gemessen wird und daß eine Abmessung eines Schmelzbads des Werkstücks erfaßt wird«

   3. Verfahren zum Erfassen von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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   das Erfassrnigselement hinten am Werkstück und entlang eines zu bearbeitenden Flecks des Werkstücks angeordnet wird,_

   '!.Verfahren zum Erfassen von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Erfassungselemente über isolierende Teile am "Werkstück und an einer Lage auf beiden Seiten des imitierten Elektronenstrahls angeordnet v/erden, wobei die zusätzlichen Elemente mit entsprechenden Amperemetern verbünden sind«

   5. Verfahren zum Erfassen von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingunr;en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Erfassungselemente an der Rückseite des Werkstücks angeordnet werden, wobei eines der Elemente j)arallel zu der einen Elektrode an gegenüberliegenden Seiten angeordnet werden.

   6» Verfahren zur Erfassung von Elektronenstrahlbearbeitungsbedingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück eine Gleichstromquelle aufweist, um-das Werkstück vorzuspannen.

   7t, Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sie wenigstens aus einem Elektronenstrahlerfassungselement besteht, das elektrisch gegen das in einer Vacuumkammer angeordnete Werkstück isoliert ist und ihm benachbart ist, wobei das Element mit einer positiven Klemme einer Stromversorgung zur

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   Elektronenstrahlerzeugung verbunden ist und ein Mittel zv/ischen das Element und die positive Klemme geschaltet ist, um d_en Elektronenstrahl zu erfassen und das erfaßte Ergebnis anzuzeigen.

   8. Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement auf der Rückseite des- Werkstücks und entlang eines zu bearbeitenden Flecks des Werkstücks angeordnet ist.

   9. Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung· nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Erfassungselemente auf der Rückseite des Werkstücks angeordnet sind, wobei eines dieser Elemente entlang eines zu bearbeitenden Flecks des Werkstücks angeordnet ist und die restlichen Elemente parallel zu dem einen Element an dessen gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

   10. Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungselement auf dem Werkstück und entlang eines zu bearbeitenden Flecks des Werkstücks angeordnet ist.

   11» Elektronenstrahlbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 7, • dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Elektronenerfassungselement elektrisch von einem Werkstück in einer Vacuumkammer isoliert ist und in seiner Nähe angeordnet ist, daß eine Gleichstromquelle zwischen das Element und eine positive Klemme einer Stromversorgung geschaltet ist und daß ein Mittel mit dem Element verbunden ist, um eine

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   Abmessung eines Schmelzbads des Werkstücks zu erfassen und das erfaßte Ergebnis anzuzeigen.

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