DE2153695B2

DE2153695B2 - Verfahren und Einrichtung zur Re gelung des Strahlstroms in technischen Ladungstragerstrahlgeraten, insb Elek tronenstrahl Materialbearbeitungsma schinen

Info

Publication number: DE2153695B2
Application number: DE2153695A
Authority: DE
Inventors: Alfred Von Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Walter
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2153695A1; GB1371114A; FR2158320B1; FR2158320A1; US3875366A; DE2153695C3

Description

t_K = ^ls (max» wenn t„ > t_{K (max)}

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Impulsbreiten (lg) der Tastimpulse automatisch erfolgt.

8. Verfahren zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse die in unmittelbarer Umgebung der Elektronenstrahlimpulse auftretenden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Strahlstroms in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Während des Betriebs von Geräten, in denen ein Ladungsträgerstrahl hoher Beschleunigungsspannung erzeugt wird, ist es in vielen Fällen erforderlich, den Strahlstrom des Ladungsträgerstrahls dauernd auf

einen vorgebenen, konstanten Wert einzuregeln, d.h. zu stabilisieren. Eine solche Aufgabe tritt beispielsweise bei einem Elektronenstrahl-Erzcugungssystem für eine Materialbearbeitungsmaschine auf. bei der die Energie des beschleunigten Elektronenstrahls zur thermischen Behandlung bzw. Bearbeitung von Werkstücken od. dgl. ausgenutzt wird, etwa zum Schweißen. Bohren, Fräsen, Perforieren, Härten usw.. und bei der das Bearbeitungsergebnis in quantitativer und oder qualitativer Hinsicht wesentlich \or der Konstanz der Energieeinspeisung an die Bearbeitungsstelle abhängig ist.

Das Elektronensirahl-Erzeugungssystem besteht hierbei hauptsächlich aus c ner Glühelektronen-Emissionskathode, einer Steuerelektrode (Wehnelt-Elektrode) und einer Anode, wobei Kathode und Wehnelt-Elektrode auf Hochspannungspotential und die Anode auf Erdpotential liegen.

Für den Fall eines Dauerstrahlbetriebs eines ein Strahlerzeugungssystem der vorerwähnten Art aufweisenden Geräts ist beieits vorgeschlagen worden, die Strahlstromregelung in der Weise vorzunehmen, daß der an einem zwischen den Fußpunkt der Hochspannungsversorgung und Masse gelegten Widerstand feststellbare Spannungsabfall als dem Ist-Weit des Strahlstroms proportionales Signal in einen Regelkreis eingegeben wird, über den die Wehneltelektroden-Gleichspannung und damit auch der Strahlstrom auf einen vorgegebenen Sollwert regelbar ist. Dieses Verfahren besitzt jedoch insbesondere den Nachteil, daß die hierbei vorgesehene Art der Ist-Wert-Ermittlung die Stärke des tatsächlich auf das Werkstück od. dgl. auftreffenden Strahlstroms nicht berücksichtigt, da der Ist-Wert ausschließlich dem unmittelbar im Bereich des Strahlerzeugungssystems vorhandenen Strahlstrom entspricht und irgendwelche im weiteren Verlauf des Strahlwegs auftretende, Leispielsweise durch Blendenanordnungen od. dgl. bedingte Energieverluste nicht in die Messung mit eingehen. Bei dem bereits vorgeschlagenen Regelverfahren wird somit der Wirkungsgrad des Strahls im Bereich der Bearbeitungsstelle vernachlässigt, so daß der letztlich eingeregelte Strahlstrom unterhalb des tatsächlich erforderlichen Wertes liegen kann. Darüber hinaus ist das bereits vorgeschlagene Regelverfahren im Falle impulsförmig erzeugter Ladungsträgerstrahlen praktisch nicht brauchbar, da es nur eine Stabilisierung auf einen Mittelwert des Strahlstroms erlauber, würde und dieser Mittelwert z.B. bei geringen Impulsbreiten und niedriger Impulsfrequenz im übrigen so klein wäre, daß er noch unterhalb des Störpegels der Hochspannungsversorgung des Elektronenstrahl-Generators liegen würde, so daß eine Istwert-Messung auf die weiter oben beschriebene Weise nicht mehr möglich ist. Bei gewissen Bearbeitungsproblemen ist es ferner erforderlich, daß die Auslösung der Strahlimpulse in Abhängigkeit von der Werkstückslagc relativ zum Elektronenstrahl erfolgt, so daß die Impulsfrequenz nicht konstant ist. In derartigen Fällen ergibt sich eine Schwankung des Strahlstrommittelwerts pro Zeiteinheit, und eine StrahlstiOmrege'ung über den Mittelwert kann daher nicht in Frage kommen.

Ein Verfahren zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl, bei dem der Ladungsträgerstrahl während des Bearbeitens einer zusammenhängenden Bearbeitungsstelle in einer Folge von relativ zur Bearbeitungszeit kurzen Strahlimpulsen zur Wirkung gebracht wird, ist bereits bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren kann auch während des Bearbeitungsvorgangs die Dauer der Bearbeitungsimpulse oder die Dauer der Impulspausen verändert werden (deutsche Auslegeschrift 1 185 305).

Es ist ferner ein Verfahren zur automatischen Regelung des elektrischen Betriebszustandes einer thermischen Elektronenstrahlanlage bereits bekannt, bei dem gleichzeitig die Gesamtleistung, die von einer

ίο Speisequelle der Elektronenstrahlanlage verbraucht wird, und die Leistungsverluste im Elektronenstrahlgenerator. im Strahlführungssystem und in der Arbeitskammer der Anlage gemessen werden, wobei die durch die Messungen erhaltenen Signale miteinander verglichen und von diesem Vergleich Signale abgeleitet werden, die der zur unmittelbaren Erwärmung eines Werkstücks verbrauchten Leistung proportional s''nd und zur Regelung des elektrischen Betriebszustands der Anlage benutz' /erden. Hierbei handelt es sich jedoch um ein Regt'iVPrfahren für eine im Dauerstrahlbetrieb arbeitende Elektronenstrahlanlage (deutsche Offenlegungsschrift 1 929 446).

Demgegenüber geht die Erfindung von einem Verfahren der eingangs genannten Art aus und die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Maßnahmen anzugeben, durch die unter Vermeidung einer Stabilisierung lediglich auf einen Mittelwert des Strahlstroms auch bei beliebiger Impulsform des Ladungsträgerstrahls, ζ. B. im Falle einer Impulsmodulalion des Ladungsträgerstrahls, eine Strahlstromstabilisierung in optimaler Weise ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechende Istwert-Signale gebildet werden, aus denen von der Maximalamplitude dei Strahlstromimpulse abhängige Sekundä^rsignale abgeleitet werden, daß diese Sekundärsignale nach Maßgabe der Impulsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespeichert und die gespeicherten Sekundärsignale nach Ablauf der Speiclierzeit mit Sollwert-Signalen verglichen werden, wobei die zur Regelung des Strahlstroms erforderlichen Stellgrößen erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einei Reihe von Vorteilen. Während einerseits eine derr Effektivwert des Strahlstroms der Ladungsträgerstrahlimpulse entsprechende Istwert-Ermittlung gewährleistet wird, sind andererseits die aus den Istwert-Signaler, abgeleiteten Sekundärsignale auch absolut unabhängig von der jeweiligen Impulsforrr

eines Ladungsträgerstrahls, insbesondere von der jeweiligen Impulsbreite, da diese Sekundärsignale stets genau der maximalen Amplitude eines Strahlimpulses entsprechen. Hinzu kommt nocn, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Anpassung des Regel-Vorgangs an das jeweilige Tastverhältnis der Strahlimpulse erl. ubt, da die Sekundärsignale jeweils nacl· Maßgabe des Impulsabstands gespeichert werden. Jedes Sekundärsignal wird also vor der Bildung dei eigentlichen, zur Strahlstromrege'ung dienenden analogen Regelgröße so lange gespeichert, bis das jeweils nachfolgende Sekundärsignal eintrifft.

Das Verfanren zur Regelung des Strahlstroms von Ladungsträgerstrahlimpulsen kann gemäß der Erfindung aber auch dadurch gekennzeichnet sein, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechende Istwert-Signale gebildet werden, die zur Erzeugung von Differcnzsignalen mit SoJlwert-Signalen verglichen werden, daß aus diesen Differenz-

Signalen von der Maximalamplitude der Strahlstromimpulse abhängige Sekundärsignale abgeleitet werden, daß die Sekundärsignale nach Maßgabe der Impulsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespeichert werden und daß aus den gespeicherten Sekundärsignalen nach Ablauf dei Speicherzeit Stellgrößen zur Regelung des Strahlstroms abgeleitet werden.

Bei der zuletzt genannten Verfahrensweise wird also bereits vor der Bildung der zu speichernden Sekundärsignale ein Soll-Istwertvergleich hinsichtlich der Impulsamplituden des Strahlstroms durchgeführt, und die Regelgröße wird unmittelbar nach Ablauf der Speicherzeit gebildet.

Je nachdem, welches der beiden erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gelangt, werden gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Ableitung der von der Maximalamplitude der Impulse abhängigen Sekundärsignale entweder die Istwert-Signale unmittelbar oder aber erst die Differenzsignale in an sich bekannter Weise abgetastet. Da derartige Methoden zur Abtastung hochfrequenter Signale (Sampling-Technik) als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt werden dürfen, kann auf eine Einzelerörterung des Abtastverfahrens verzichtet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Erzeugung der Tastimpulse für die jeweilige Signalabtastung mit der Erzeugung der Ladungsträgerstrahlimpulse synchronisiert. Hierbei kann es ferner zweckmäßig sein, wenn die Impulsbreite t_g eines jeden Tastimpulses in bezug auf die Impulsbreite t_n eines Ladungsträgerstrahlimpulses nach Maßgabe folgender Beziehung eingestellt wird:

⁼ '<; (max)i Wenn t_p S> t_{g (maxl}

'g = '<» ^wenn Ή <

* 'max) ■

Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der Impulsbreiten der Tastimpulse automatisch. Hierdurch wird der Möglichkeit Rechnung getragen, daß bei bestimmten Impulsformen die Impulsbreite t_p des Ladungsträgerstrahls kürzer als die maximale Tastimpulsbreite f,,_moil sein kann und daher ein Tastimpuls geringerer Breite erforderlich ist, zweckmäßigerweise mit einer Impulsbreite, die gleich derjenigen des Ladungsträgerstrahlimpulses ist. Im allgemeinen wird aber die Breite der Ladungsträgerstrahlimpulse größer sein als die maximale Tastimpulsbreite, so daß dieser vorgegebene Tastimpuls t_tlmaxl verwendet werden kann, der im übrigen in Abhängigkeit von dem zulässigen Meßfehler des gewählten Systems zur direkten Anmessung des Ladungsträgerstrahls festgelegt wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorzugsweise eine Einrichtung dienen, die einen im Regelkreis angeordneten, getasteten Regler aufweist, der eine Signalabtastschaltung mit Momentanwertspeicher zur Erzeugung und Speicherung der nur vom Spitzenwert der Impulsamplituden abhängigen Sekundärsignale enthält und der durch von einem Impulsgenerator für das Ladungsträgerstrahl-Erzeugungsstem gelieferte Tastimpulse ansteuerbar ist Dieser getastete Regler kann für den Fall, daß die Sekundärsignale jeweils nach Ablauf der Speicherzeit einem Soll-Istwertvergleich hinsichtlich der Impulsamplituden zugeführt werden, getrennte Eingänge aufweisen, und zwar einen ersten Eingang für pine unmittelbare Sollwerteingabe und einen zweiten Eingang für eine unmittelbare Eingabe der durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signale.
Wenn der Soll-Istwertvergleich hinsichtlich der Impulsamplituden des Strahlstroms vor der Bildung der zu speichernden Sekundärsignale durchgeführt werden soll, kann an Stelle der vorerwähnten Schaltungsanordnung dem getasteten Regler ein Differenzverstärker für einen Soll-Istwertvergleich vorgeschaltet sein, wobei der Differenzverstärker dann je einen Eingang für die Sollwerteingabe und für die Eingabe der durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signale aufweisen muß.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. Im Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer zur Stabilisierung des Strahlstroms einer Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschine dienende Einrichtung,

F i g. 2 ein zugehöriges Impulsdiagramm und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren zur Strahlstromstabilisierung geeigneten Einrichtung.

Eine Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschine, wie sie in F i g. 1 schematisch dargestellt ist,

besteht hauptsächlich aus einem Elektronenstrahl-Generator 1 und einer Arbeitskammer 3, in der ein zu bearbeitendes Werkstück 12 angeordnet ist. Sowohl das Gehäuse des Elektronenstrahl-Generators ί als auch die Arbeitskammer 3 sind mittels nicht dargestellter Vakuumpumpeinrichtungen evakuierbar, um das für die thermische Bearbeitung des Werkstücks 12 mit dem Elektronenstrahl 2 erforderliche Hochvakuum, etwa in der Größenordnung von 10~⁴Torr, dauernd aufrechterhalten zu können.

Im oberen Teil des Gehäuses des Elektronenstrahl-Generators 1 ist das eigentliche Strahlerzeugungssystem untergebracht. Es besteht im wesentlichen aus einer Glühelektronen-Emissionskathode 4, einem Wehnelt-Zylinder 5 und einer geerdeten Anode 6. Die Kathode 4 erhält ihre Heizspannung über Klemmen 4« und 4 ü, wobei die Kathode 4 gleichzeitig mit einer Hochspannungsversorgung 15 verbunden ist und somit auf negativem Hochspannungspotential liegt. Dem ebenfalls auf negativem Hochspannungspotential liegenden Wehnelt-Zylinder 5 ist ein Stellglied 14 für die Regelung der Wehnelt-Gleichspannung vorgeschaltet. Dieses Su'lglied 14 wird über einen Digital-Kanal 20 durch die Steuerimpulse eines Impulsgenerators 17 beauf-

schlagt, so daß ein impulsfönniger Elektronenstrahl 2 erzeugt wird, der anschließend im Beschleunigungsfeld zwischen Wehnelt-Zylinder 5 und Anode 6 ein< hohe Beschleunigung erfährt und durch eine mittlere Bohrung der Anode 6 aus dem eigentlichen Strahler zeugungssystem heraustritt.

Unterhalb der Anode 6 ist eine Blende 7 vorgese hen, der eine Ringspule 8 zur Messung des Strahl strom-Istwerts unmittelbar folgt. Das Gehäuse de Elektronenstrahl-Generators enthält ferner eine elek tromagnetische Linse 9 zur Fokussierung der Strahl impulse in einem auf der Oberfläche des Werkstück: 12 liegenden Brennpunkt 11. Ferner sind unterhall der Linse 9 noch Ablenkspulen 20 angeordnet, dii zur Strahlablenkung dienen. Das in der Arbeitskam

mer3 befindliche Werkstück 12 liegt auf eine Transportvorrichtung 13, mittels dere- das Werk stück 12 relativ zum bearbeitenden Elektronenstrah bewegt werden kann, wenn z, B. bei bestimmten Bear

7 8

bcilungsproblcmen derartige Werkstücksbewegungen Fig. 3 zeigt noch im Rahmen eines Ausführungs-

während der Bearbeitung erforderlich sind. beispicls eine Schaltungsvariante einer zur Strahl-

Dic Stabilisierung des Strahlstroms des impulsför- stromstabilisieriing bei Elektronenstrahl-Materialbe-

mig erzeugten Elektronenstrahls wird nun im einzel- arbeitungsmaschinen dienenden Einrichtung, die

nen "'ic folgt vorgenommen: 5 dann zweckmäßig ist, wenn der Soll-Jstwertvergleich

Zunächst wird durch Ausnutzung der in unmittel- hinsichtlich der Impulsamplitude des Strahlstroms barer Umgebung der Elcktronenstrahlimpulse auftre- bereits vor der Bildung des Sekundärsignals durchgelenden zeitlichen Änderungen des magnetischen In- führt werden soll. In diesem Falle läßt sich die Schalduktionsflusses mittels der Ringspule8 eine entspre- tungsanordnung gemäß Fig. 1 links der in Fig. 1 chende elektrische Spannung erzeugt, deren Verlauf io eingezeichneten, gestrichelten Linie durch die Schalaus dem Impulsdiagramm gemäß Fig. 2 ersichtlich tungsanordnung nach Fig. 3 ersetzen. Letztere unist und die als Istwert-Signal für die nachfolgende tcrschcidct sich gegenüber der aus Fig. 1 ersichtli-Rcgelcinrichtung dient. Dieses impulsförmige Ist- chen Regeleinrichtung im wesentlichen dadurch, daß wert-Signal wird dann durch einen der Ringspule einem getasteten Regler 25, der nunmehr keine Mitnachgeschalteten Verstärker 18 verstärkt und auf 15 tel zum Soll-Istwertvergleich enthält, ein Differenzeinen getasteten Regler 16 gegeben, mittels dessen verstärker 24 für den Soll-Istwertvergleich vorgenur vom Spitzenwert der jeweiligen Impulsamplitude schaltet ist. Dieser Differenzverstärker 24 wei3t je abhängige Sekundärsignale erzeugt werden. Zu die- einen Eingang für die Sollwert-Eingabe mittels eines scm Zweck enthält der Regler 16 eine Signalabtast- Potentiometers 23 und für die Eingabe eines impulsschaltung, die ihre Tastimpulse vom Impulsgenerator ao förmigen Istwert-Signals auf, das wiederum in der an 17 bezieht, und einen Momentanwertspeicher zur Hand der Fig. 1 beschriebenen Weise erhalten wer-Spcichcrung der Sekundärsignale jeweils nach Maß- den kann. Dem Differenzverstärker 24 ist daher ein gäbe eines Impulsabstandes der Elektronenstrahlim- Vorverstärker 22 vorgeschaltet, der seinerseits mit pulse. der den Elektronenstrahl umgebenden und mit des-

Da die Tastimpulsc (/„, F i g. 2) die gleiche Fre- 25 sen Achse 2 zentrierten Ringspule 8 gemäß F i g. 1 quenz wie die Steuerimpulse für den Wehnelt-Zylin- gekoppelt ist und somit die in der Ringspule 8 induder 5 besitzen und ferner mittels eines im Regler 16 zierten Spannungsimpulse verstärkt. Zur Bildung enthaltenen Zeitglieds hinsichtlich ihrer maximalen eines Differenzsignals wird das impulsförmige Ist-Impulsbrcitc i_e,„_ini) so bemessen werden, daß letztere wert-Signal im Differenzverstärker 24 mit dem Sollwesentlich kürzer ist als die Impulsbreite t„ der Elek- 30 wert verglichen, und dieses Differenzsignal wird dann tronenstrahlimpulse bzw. des mittels der Ringspule 8 dem getasteten Regler 25 angeboten, in dem es zur erzeugten Istwert-Signals gemäß F i g. 2, trifft jeder Feststellung des der Maximalamplitude eines jeden Tastimpuls zu einem Zeitpunkt ein, zu dein jeder Im- Impulses des Istwert-Signals entsprechenden Werts puls des Istwert-Signals seine Maximalamplitude be- des Diffcrenzsignals bzw. zur Bildung des von diesitzt. Es wird also hierbei stets nur die Spannung im 35 scm Wert abhängigen Sekundärsignals mittels einer Bereich der Vorderflanke jedes Impulses der das Ist- Signalabtastschaltung abgelastet wird. Der Regler 25 wert-Signa! darstellenden Impulsfolge gemessen und ist auch hierbei entsprechend der Schaltungsanordhierdurch ein Sekundärsignal gebildet, das lediglich nung gemäß Fig. 1 durch vom Impulsgenerator 17 von den maximalen Impulsamplituden abhängig ist gelieferte Tastimpulse ansteuerbar, und es lassen sich und somit dem tatsächlichen Strahlstrom-lstwert ent- 40 damit wiederum Sekundärsignale erzeugen, die nur spricht. Durch eine derartige Impulsdauerbegrenzung vom Spitzenwert der Impulsamplituden der Elektroder Tastimpulse läßt sich ferner auch ein durch die nenstrahlimpulse abhängig sind. Nach der Zwischenbegrenzte Bandbreite des zur Strahlstrommessung speicherung der Sekundärsignale im Momentanwertvenvendeten Meßsystems bedingter Meßfehler aus- speicher des Reglers 25 kann dann die Strahlstromschalten, insbesondere dann, wenn — abweichend 45 Stabilisierung in der bereits weiter oben beschriebevom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 — Elektro- nen Weise durch Beaufschlagung des Stellglieds 14 nenstrahlimpulse beliebiger Impulsformen erzeugt mittels analoger Regelgrößen über den Kanal 21 des werden. Regelkreises erfolgen, während dem Stellglied 14

Der getastete Regler 16 weist im übrigen getrennte gleichzeitig die Steuerimpulse des Impulsgenerators

Eingänge für eine unmittelbare Eingabe dss Strahl- 5° 17 über den Digital-Kanal 20 zugeführt werden.

strom-Sollwerts mittels eines Potentiometers 19 ei- Im Rahmen der oben erläuterten Ausführungsbei-

nerseits und für die Eingabe der Istwert-Signa'e an- spiele wurde speziell die Möglichkeit berücksichtigt,

dererseits auf. daß die Impulsbreite /„ der Elektronenstrahlimpulse

Die durch den Momentanwertspeicher des Reglers größer ist als die Impulsbreite t_t,_mas) der Tastimpulse 16 kurzzeitig gespeicherten Sekundärsignale werden 55 für den Regler 16 bzw. 25, so daß jeder Tastimpt'ls nach Ablauf der Speicherzeit, die gleich dem Impuls- die Breite t_t(max) besitzen kann. Es sind aber andererabstand der Elektronenstrahlimpulse ist, einem Soll- seits auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die Istwertvergleich im Regler 16 zugeführt. Hierdurch Impulsbreite t_p der Elektronenstrahl-Impulse kürzer können nunmehr die für die Strahlstromregelung ist als t_f,„_axi. In solchen Fällen kann die effektive bzw. -Stabilisierung erforderlichen analogen Regel- 60 Impulsbreite t_g der Tastimpulse automatisch so eingrößen gebildet werden, mit denen anschließend das gestellt werden, daß sie gleich der Impulsbreite t_p der im Regelkreis hinter dem getasteten Regler 16 an- Elektronen Strahl-Impulse ist.

geordnete Stellglied 14 über den Analog-Kanal 21 Das enindungsgemäße Verfahren zur Stabilisiebeaufschlagt wird, so daß eine entsprechende Rege- rung des Strahlstroms läßt sich mit Vorteil bei sollung der Gleichspannung des Wehnelt-Zylinders 5 er- 65 chen Ladungsträgerstrahl-Geräten anwenden, bei defolgen und damit der Strahlstrom der Elektronen- nen von vornherein ein Impulsbetrieb vorgesehen ist. strahlimpulse auf den gewünschten Sollwert stabili- Es ist aber auch in solchen Fällen geeignet, in denen siert werden kann. das Gerät an sich im Dauerstrahlbetrieb arheiten

soll, jedoch die Möglichkeit besteht, den Strahl periodisch so kurzzeitig abzuschalten, daß keine merkliche Intensitätsminderung gegenüber dem tatsächlichen Dauerstrahlbetrieb auftritt. So könnte z. B. bei einer an sich mH Dauerstrahl arbeitenden Elektronenstrahl-Schweißmaschine eine Art Impulsstrahl in der Weise erzeugt werden, daß der Elektronenstrahl

10

mit einer Frequenz von 100 μβ für etwa 10 μ8 abgeschaltet wird. Auf Grund dieser Maßnahme würde sich eine Intensitätsminderung von 1 °/n ergeben, die leicht in Kauf genommen werden kann, da etwa bei einet Schweißgeschwindigkeit von 100 mm/s ein Werkstück in 10 μs gerade eine Weglänge von 1 μΐη zurückgelegt hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung des Strahlstroms in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechende Istwert-Si- ;o gnale gebildet werden, aus denen von der Maximalamplitude der Strahlstromimpulse abhängige Sekundärsignale abgeleitet werden, daß diese Sekundärsignale nach Maßgabe der Impiilsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespeichert und die gespeicherten Sekundärsignale nach Ablauf der Speicherzeit mit SolKvertsignalen verglichen werden, wob-'^; die zur Regelung des Strahlstroms erforderlichen Stellgrößen erzeugt werden.

2. Verfahren zur Regelung des Strahlstromes in technischen Ladungsträgerstrahlgeräten, insbesondere Elektronenstrahl - Materialbeai beitungsmaschinen, in denen mit Ladungsträgerstrahlimpulsen gearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messung der Istwerte der Strahlstromimpulse entsprechend Istwert-Signale gebildet werden, die zur Erzeugung von Differenzsignalen mit Sollwert-Signalen verglichen werden, daß aus diesen Differe isignalen von der Maximalamplitude der Strahlstromimpulse abhängige Sekundärsignale abgeleitet werden, daß die Sekundärsignale nach Maßgabe der Imulsabstände der Ladungsträgerstrahlimpulse gespeichert werden und daß aus den gespeicherten Sekundärsignalen nach Ablauf der Speicherzeit Stellgrößen zur Regelling des Strahlstromes abgeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Sekundärsignale die Istwert-Signale in an sich bekannter Weise abgetastet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Sekundärsignale die Differenzsignale in an sich bekannter Weise abgetastet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Tastimpulse für die Signalabtastung mit der Erzeugung der Ladungsträgerstrahlimpulse synchronisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreiten (/,,) der Tastimpulse in bezug auf die Impulsbreiten (/„) eines Ladungsträgerstrahlimpulses nach Maßgabe folgender Beziehung eingestellt werden:

55 t_g = t„, wenn t„ < i_? _(max).

zeitlichen Änderungen des magnetischen Induktionsflusses ausgenutzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Änderungen des magnetischen Induktionsflusses mittels einer Ringspule festgestellt werden und eine entsprechende elektrische Spannung erzeugt wird, die zur Bildung der Istwert-Signale dient.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen im Regelkreis angeordneten, getasteten Regler (¹O; 25),^εΓ eine Signalabtastschaltung mit Momentanwertspeicher zur Erzeugung und Speicherung der nur vom Spitzenwert der Impulsamplituden abhängigen Sekundärsignale enthält und der durch vom Impuls-Generator (17) für das Ladungsträgerstrahl-Erzeugungssystem gelieferte Tastimpulse ansteuerbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der getastete Regler (16) getrennte Eingänge für eine unmittelbare Sollwert-Eingabe einerseits und für eine unmittelbare Eingabe des durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signals andererseits aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem getasteten Regler (25) ein Differenzverstärker (24) für einen Soll-Istwertvergleich vorgeschaltet ist, wobei der Differenzverstärker je einen Eingang für die Sollwerteingabe und für die Eingabe des durch Anmessen des Ladungsträgerstrahls gebildeten Istwert-Signals aufweist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem getasteten Regler (16) bzw. dem Differenzverstärker (24) vorgeschalteter und mit einer den Elektronenstrahl (2) umgebenden, mit dessen Achse zentrierten Ringspule (8) gekoppelter Vorverstärker (18; 22) zur Verstärkung der in der Ringspule (8) induzierten Spannung vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Regelung des Strahlstroms eines impulsförmig erzeugten Elektronenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelkreis hinter dem getasteten Regler (16; 25) ein Steilglied (14) für die Regelung der Gleichspannung einer Wehnelt-Elektrode (5) des Strahlerzeugungssystems angeordnet ist.