DE2211597A1

DE2211597A1 - Laser beam screen - for shielding a laser or charge carrier beam from material sputtered during cutting and for its remov

Info

Publication number: DE2211597A1
Application number: DE19722211597
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl-Phys Dr Scheffels
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE2211597C3; DE2211597B2

Abstract

Screening arrangement for keeping clear the path of a laser or charge carrier beam during laser processing of materials has several superimposed strip like shutters spaced at a small distance above the workpiece surface. These are arranged so that they limit or define an appropriate cross-sectional area on several sides to form a passageway for the beam, and feed mechanisms effect advancement of the individual shutters in directions which are determined by their respective arrangement.

Description

Einrichturzum Kreihalten des Strahlwegs und der unmittelbaren Umgebung des Strahlwegs eines Strahls einer Energiestrahl-Materialbearbeitungsmaschine von störender S;lateriet! Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Freihalten des Strahlwegs, insbesondere der unmittelbaren Umgebung des Strahlwegs eines Strahls einer Energiestrahl-Materialbearbeitungsmaschine von störender Materie mit einer bewegbaren Blendenanordnung zum Auffangen der von der jeweiligen Bearbeitungs stelle losgelösten Werkstoffdämpfe und Werkstoffteilchen.Setup for keeping the beam path and the immediate surroundings in a circle of the beam path of a beam of an energy beam material processing machine of disturbing S; lateriet! The invention relates to a device for keeping clear of the beam path, in particular the immediate vicinity of the beam path of a beam an energy beam material processing machine of interfering matter with a movable diaphragm assembly to collect from the respective processing point detached material vapors and material particles.

Bei Naterialbearbeitungen, insbesondere bei abtragenden Bearbeitungen mittels eines Energiestrahls, z.B. eines Laserstrahls oder eines Ladungsträgerstrahls, wird an der Auftreffstelle des als thermisches Werkzeug dienenden Strahls auf der Oberfläche eines Werkstücks momentan Material teils aufgeschmolzen und teils verdampft und man hat festgestellt, daß sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Flächenleistunsdichte des auftreffenden Strahlquerschnitts und der Art des Werkstoffs in der Regel ein relativ hoher Dampfdruck ausbildet, der zu einem explosionsartigen Wegschleudern des im Bearbeitungsbereichs aufgeschmolzenen Materials führt.For material processing, especially for abrasive processing by means of an energy beam, e.g. a laser beam or a charge carrier beam, is at the point of impact of the beam serving as a thermal tool on the Surface of a workpiece currently material partly melted and partly evaporated and it has been found that depending on the respective area power density the impinging beam cross-section and the type of material relatively high vapor pressure, which leads to an explosive hurling away of the material melted in the processing area.

Innerhalb eines bestimmtcn Raumwinkelb'ereichs unmittelbar oberhalb der Auftreffstelle eines bearbeitenden Energiestrahls fliegen die von dieser Auftreffstelle abspratzendcn Werkstffpartikel und verdampfenden Atome mit mehr oder weniger hoher Geschwindigkeit in beliebigen Richtungen weg und können infolgedessen, insbesondere, wenn derartige Teilchen dem Strahlweg im wesentlichen entgegengesetite Flusrichtungen besitzen, innerhalb der Bearbeitungsmaschine als Ver;unreinigungen sehr störend in Erscheinung treten.Within a certain solid angle range immediately above the point of impact of a processing energy beam, the fly from this point of impact Abspratzendcn material particles and evaporating atoms with more or less higher Speed in any direction and as a result, in particular, when such particles flow directions essentially opposite to the beam path have very annoying impurities within the processing machine appear.

Beispielsweise ist festgestellt worden, daß die bei der Materialbearb eitung mittels Elektronenstrahlen von der Strahlauftreffstelle losgelösten Teilchen leicht in die Umgebung der Strahiquelle gelangen und etwa in das Beschleunigungsfeld zwischen Steuerelektrode und Anode des Strahlerzeugungssystems eintreten oder durch die Öffnung dieses Systems auch direkt in die Kathode eindringen, so daß letzten Endes eine mehr oder weniger starke Verschmutzung der Strahlquelle auftritt, wodurch u.U. erhebliche Störungen des Betriebs verursacht werden können, wie vor allem Inkonstanzen des Strahlstroms oder gar völlige Unterbrechungen des Elektronenstrahls infolge von Hochspannungsüberschlägen.For example, it has been found that the material processing Particles detached from the point of impact of the beam are conducted by means of electron beams easily get into the vicinity of the beam source and into the acceleration field, for example enter or through between the control electrode and anode of the beam generation system the opening of this system also penetrate directly into the cathode, so that last At the end of a more or less severe pollution of the beam source occurs, whereby Under certain circumstances, significant operational disruptions can be caused, such as inconsistencies in particular of the beam current or even complete interruptions of the electron beam as a result of high voltage flashovers.

Es hat bisher nicht an Vorschlägen und Versuchen gefehlt, um Störungen dieser Art weitestgehend Zu vermeiden. Beispielsweise hat man dem Energiestrahl einer Materialbearbeitwigsmaschine eine Blendeneinrichtung zugeordnet, die eine dem in einem gewissen Abstand oberhalb des Bearbeitungsbereichs vorhandenen Strahlquerschnitt-entsprechende mittlere Öffnung aufweist und die infolgedessen zwar solche vom Bearbeitungsbereich losgelösten Werkstoffpartikel und dgl. zurückzuhalten vermag, die in zum Strahl peripherischen Bereichen umherschwirren, die dagegen aber alle direkt im Strahlweg fliegenden Verunreinigungsteilchen nicht abschirmen kann.So far there has been no lack of suggestions and attempts to avoid interference Avoid this type as much as possible. For example, you have the energy beam an aperture device assigned to a material processing machine, which has a corresponding to the beam cross-section present at a certain distance above the processing area has central opening and, as a result, although those from the processing area detached material particles and the like. Retain the in to the beam peripheral areas buzz around, but all of them directly in the beam path cannot shield flying impurities.

Eine Reihe von weiteren, bereits bekannten Maßnahmen bezieht sich aber auch gerade auf das Protlenir das Eindringen von Verunreinigungen in den Strahlverlauf, insbesondere aber in die Strahlquelle und in deren Umgebung zu unterbinden.A number of further, already known measures are related but also especially on the protlenir the penetration of impurities into the beam path, in particular, however, to prevent the beam source and its surroundings.

Hierzu wäre vor allem eine bekannte Methode zu erwähnen, die Elektronenstrahlquelle einer Materialbearbeitungsmaschine dadurch vor Verunreinigungen zu sohiitzen, daß der Strahl mit Hilfe besonderer Ablenkeinrichtungen durch axial gegeneìnander versetzt angeordnete Blenden geleitet wird. Dabei werden dem Elektronenstrahl Jedoch Ablenkfehler aufgeprägt, die mit entsprechendem Aufwand kompensiert werden müssen, damit sich die Eigenschaften en des Arbeitsflecks auf der Werkstücksoberfläche nicht verschlechtern.A well-known method, the electron beam source, should be mentioned in particular to heat a material processing machine from contamination in that the beam is axially offset from one another by means of special deflection devices arranged diaphragms is directed. However, deflection errors occur in the electron beam imprinted, which must be compensated with a corresponding effort so that do not worsen the properties of the work spot on the workpiece surface.

Andere bekannte Maßnahmen zur Vermeidung der oben geschilderten Störungen bestehen in der Verwendung prismatischer Beschleunigungsstrecken, z.B. mit elektrostatischen Feldern mit gebogener oder gekippter Rotationsachse, oder von rotationssymmetrischen elektro statischen Linsen, die den störenden Strom von Verunreinigungen aus dem bearbeitenden Elektronenstrahl herausfiltern sollen. Auch bei derartigen Anordnungen treten jedoch entscheidende Nachteile in Erscheinung. Bei prismati schen Beschleunigungsfeldern wird wohl die Kathode geschützt, nicht aber verhindert, daß Verunreinigungen in die Beschleunigungsstrecke eindringen. Elektrostatische Linsenanordnungen wirken nur auf geladene Teilchen, und da der Ionisierungsgrad infolge der bei Elektronenstrahl-Bearbeitungsmaschinen sehr hohen Elektronengeschwindigkeit ziemlich gering ist, wird der größte Teil der neutralen Teilchen nicht herausgefiltert. Darüberbinaus kennt man bereits eine Vorrichtung zur Freihaltung des Strahlwegs des arbeitsstrahls einer Elektronenstrahl-Materialbearbeitungsmaschine von Verunreinigungen, bei der eine im Bereich des Strahiwegs wirksame Ionisier;tigs-Einrichtung und eine Ablenkeinrichtung zur Erzeugung eiiis im Bereich des Strahlweges wirksamen Ablenkfeldes für el cktri cli geladene Teilchen vorgesehen sind, wobei die lonisierungseinrichtung so ausgelegt ist, daß sie mit einer im Vergleich zum Arbeitsstrahl größeren Ionisierungswahrscheinlichkeit ionisierend auf atomare oder größere Teilchen einwirkt, und wobei die Ablenkeinrichtung so ausgelegt ist, daß sie auf elektrisch geladene Teilchen, die sich im Bereich thermischer Geschwindigkeiten bewegen, eine zur Entfernung dieser Teilchen aus dem Strahlweg des Arbeitsstrahls ausreichende Ablenkwirkung ausübt und den Elektronenstrahl praktisch unbeeinflußt läßt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird also durch die Verwendung einer besonderen Ionisierungseinrichtung mit hoher Ionisierungsrate erreicht, daß ein großer Anteil der zunächst nicht geladenen Verunreinigung steil cb en ionisiert wird.Other known measures to avoid the disturbances outlined above consist in the use of prismatic acceleration sections, e.g. with electrostatic ones Fields with a curved or tilted axis of rotation, or of rotationally symmetrical ones electrostatic lenses that remove the disruptive stream of contaminants from the to filter out the processing electron beam. Even with such arrangements however, there are decisive disadvantages. With prismatic acceleration fields the cathode is protected, but not prevented from getting in penetrate the acceleration distance. Electrostatic lens arrangements work only to charged particles, and there the degree of ionization as a result of the electron beam processing machines very high electron velocity is quite low, most of the will be neutral particles are not filtered out. You know about that already a device for keeping the beam path of the working beam clear Electron beam material processing machine of impurities in which a Ionizing device effective in the area of the jet path and a deflecting device to generate a deflection field effective in the area of the beam path for el cktri cli charged particles are provided, the ionization device being so designed is that they have a greater probability of ionization compared to the working beam acts ionizing on atomic or larger particles, and wherein the deflector is designed to act on electrically charged particles that are in the area moving thermal velocities, one used to remove these particles from the Beam path of the working beam exerts sufficient deflection and the electron beam leaves practically unaffected. In this known device is so by the Use of a special ionization device with a high ionization rate achieved, that a large proportion of the initially uncharged impurity steeply ionizes cb en will.

Diese ionisierten Teilchen können dann infolge ihrer relativ niedrigen, im wesentlichen thermischen Geschwindigkeiten leicht durch verhältnismäßig schwache Ablenkeinrichtungen, die auf die im Verhältnis schnellen Elektronen des Arbeitsstrabls keine merkliche Ablenkwirkung ausüben, wirksam aus dem Strahlweg des Arbeitsstrahls herauslenkt und sodann von einer oder mehreren Blendeneinrichtungen zurückgehalten werden.These ionized particles can then, due to their relatively low, essentially thermal speeds easily due to relatively weak ones Deflectors, which act on the relatively fast electrons of the working rod exert no noticeable deflecting effect, effectively out of the beam path of the working beam steers out and then held back by one or more diaphragm devices will.

Die ionisierten Verunreinigungsteilchen sind somit zwar aus dem Strahlweg entfernbar, müssen aber im Anschluß an den Ablenkvorgang entweder von den Ablenkelektroden der Ablenkreinrichtung selbst oder aber von zusätzlichen, außerhalb des Strahlwegs angeordneten Blenden aufgefangen werden. Die Ablenkelektroden b zw. die Blendeneinrichtungen sind daher nach einer gewissen Betrieb szeit der Elektronenstrahlbearbeitungsmaschine von Schichten sich dort nach und flach absetsender ionisierter Werkstoffpartikel bedeckt, wodurch ebenfalls Störungen auftreten können' so daß diese Bauteile der Maschine ausgebaut und gereinigt bzw. ausgewechselt werden müssen, womit aber von Zeit zu Zeit eine Untrbrechung des Betriebs verbunden ist.The ionized contaminant particles are thus out of the beam path removable, but must either be removed from the deflection electrodes after the deflection process the deflection device itself or of additional ones outside the beam path arranged diaphragms are collected. The deflection electrodes b between the diaphragm devices are therefore after a certain operating time of the electron beam processing machine layers of ionized material particles settling there gradually and flat covered, which can also malfunction 'so that these components of the The machine has to be removed and cleaned or replaced, which, however, has to do with From time to time there is an interruption in operations.

Es ist weiterhin ein Korpuskularstrahl-Erzeugungssystem zur Erzeugung eines zunächst keilförmig geformten, mittels geeigneter elektronenoptischer Maßnahmen in einem linienförmigen Bearbeitngsbereich auf der Oberfläche des Werkstücks fokussierbaren Hohlstrahls bekannt, für den eine streifenförmige, als bewegliches Band ausgebildete Blende zum Auffangen von Verunreinigungsteilchen vorgesehen ist, wobei dieses Band durch die offenen, seitlichen Flanken des keilförmigen Hohlstrahls hindurch und quer zum Strahlverlauf kontinuierlich oder absatzweise hindllrchführbar ist. Infolgedessen können die von der bandförmigen Blende aufgefangenen Verunreinigungsteilchen laufend aus dem Strahlweg und somit aus dem Bearbeitungsbereich herausgebracht werden. Die Mittel zur Erzeugung eines solchen keilförmig verlaufenden Hohl strahls und zu dessen elektronenoptischer Beeinflussung erfordern jedoch einen verhältnismäßig hohen Auflçand.It is also a particle beam generation system for generation an initially wedge-shaped, using suitable electron-optical measures focusable in a linear machining area on the surface of the workpiece Known hollow jet, for which a strip-shaped, designed as a movable band Aperture for collecting contaminant particles is provided, this tape through the open, lateral flanks of the wedge-shaped hollow jet and can be guided continuously or intermittently transversely to the beam path. Consequently the impurity particles caught by the band-shaped diaphragm can run continuously be brought out of the beam path and thus out of the processing area. the Means for generating such a wedge-shaped hollow beam and its electron-optical influence, however, require a relatively high resolution.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen und diese Einrichtung in der Weise auszubilden, daß sie auch bei in üblicher Weise geformtem Strahlquerschnitt des Arbeitsstrahls einer Energiestrahl-Materialbearbeitungsmaschine und insbesondere auch bei längerem, ununterbrochenem Betrieb einer solchen Maschine eine andauernd wirksame und sehr gute Abschirmung des Strahlwegs, vorallem aber dessen unmittelbarer Umgebung, gegen ein Eindrigen störender Matcrie und eine gleichzeitige Entfernung aller aufgefanenen Verullrcilligungsteilchen aus dem Bearbeitungsbereich des Enert,iestratjls gewährleistet.The present invention is based on the object of a device of the type mentioned at the beginning and to train this facility in such a way that that they even with a conventionally shaped beam cross-section of the working beam an energy beam material processing machine and especially for longer, uninterrupted operation of such a machine is a consistently effective and very good shielding the beam path, but above all its more immediate Environment, against an intrusion of disturbing matrix and a simultaneous removal of all trapped pollution particles from the processing area of the Enert, iestratjls guaranteed.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die insgesamt in einem relativ geringen Abstand über der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks befindliche Blendenanordaus aus mehreren, jeweils bandförmig ausgebildeten Blenden besteht, die in übereinanderliegenden Ebenen in der Weise angeordnet sind, daß sie eine Strahldurchtrittsöffnung geeigneter Querschnittsfläche an entsprechend mehreren Seiten begrenzen, wobei Mittel zur Erzeugung von Vorschubbewegungen der einzelnen bandförmigen Blenden in durch ihre jeweilige Anordnung bestimmte Richtungen vorgesehen sind.This is achieved according to the invention in that the total at a relatively small distance above the surface of a workpiece to be machined located diaphragm arrangement of several, each band-shaped diaphragms consists, which are arranged in superimposed planes in such a way that they a beam passage opening of suitable cross-sectional area on a corresponding number of Limiting sides, with means for generating feed movements of the individual band-shaped diaphragms provided in certain directions by their respective arrangement are.

Infolge dieser Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung erhält man eine mittlere, durch die dem Strahlweg jeweils zugewendeten Ränder der bandförmigen Blenden vorzugsweise relativ eng begrenzte Strahl durchgangsöffnung und während der Vorschubbewegung der Blendenbänder werden laufend frische, saubere Blendenflächen au diese Strahldurchgangsöffnung herangeführt und damit in die nächste Umgebung des Strahlwegs und in die Nähe des Bearbeitungsbereichs gebracht. Die der Werkstücksoberfläche jeweils zugewendeten, sich bewegenden Blendenflächen fangen die von der Bearbeitungsstelle ausgehenden Werkstoffdämpfe in Form von sogenanntem Abtragkondensat und weitere Arterie in Form von anbackenden Werkstoffteilchen kontinuierlich auf und transportieren diese störende Materie aus der-unmittelbaren Umgebung des Strahlwegs und aus dem Bearbeitungsbereich heraus.As a result of this training the device according to the invention is obtained a middle one, through the edges of the band-shaped ones facing the beam path Aperture preferably relatively narrow beam through opening and during The feed movement of the aperture strips continuously produces fresh, clean aperture surfaces brought up to this beam passage opening and thus into the immediate vicinity of the beam path and brought close to the processing area. That of the workpiece surface each facing, moving panel surfaces catch those from the processing point outgoing material vapors in the form of so-called erosion condensate and others The artery in the form of caked-on material particles is continuously opened up and transported this disturbing matter from the immediate vicinity of the beam path and from the Machining area out.

Anstelle von kon tiiiuierii chen Vorschubbewegungen dor bandförlaigcn Blenden können natürlich im Bedarfsfalle auch diskontinuierliche Bewegungen vorgesehen sein.Instead of continuous feed movements in the conveyor belt Orifices can of course also provide discontinuous movements if necessary be.

Ferner besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, in geeigneten Abständen vom Bearbeitungsbereich des energie strahls jeweils Reinigungsvorrichtungen für die durch Auffangen störender Materie verunreinigten Oberflächen der bandförmigen Bs enden anzuordnen.Furthermore, within the scope of the invention, there is also the possibility of using suitable Distances from the processing area of the energy jet in each case cleaning devices for the surfaces of the strip-shaped surfaces contaminated by the collection of interfering matter Bs ends to be arranged.

Hierbei könnten z.B. die Blendenbänder mit ihren verunreinigten Oberflächen jeweils aus dem Bearbeitungsbereich herausgeführt und mittels Umlenkrollen oder dgl. durch entsprechende Reinigungsvorrichtungen geleitet werden, durch welche die ver unreinigten Blendeuflächen auf mechanischem Wege, z.B. durch Abstreifen oder Abschaben, oder auf chemischem Wege, z.B.In this case, for example, the cover strips with their contaminated surfaces could each led out of the processing area and by means of pulleys or Like. Are passed through appropriate cleaning devices through which the contaminated faceplate surfaces by mechanical means, e.g. by wiping or Scraping, or by chemical means, e.g.

mittels geeigneter Flüssigkeitsbäder, kontinuierlich von der aufgefangenen störenden Materie befreit werden. Die gesäuberten Blendenhänder können dann auf nachfolgend angeordneten Rollensystemen aufgespult werden, solange bis die Blendenbänder von ihren jeweiligen, abspulseitig angeordneten Vorratsrollen nahezu vollständig abgewickelt sind. im Anschluß daran können die Vorschubrichtungen der Blendenbänder jeweils von Hand oder automatisch umgekehrt werden, so daß also die Blende denbänder nunmehr in entgegengesetzten Richtungen abgespult und auf diese Weise jeweils wieder gesäuberte Blendenflächen an die Strahldurchgangsöffnung herangenführt bzw. an dieser vorbeigeführt werden können. Es ist selbstverständlich zweckmäßig, entsprechend diesen neuen1 entgegengesetzten Vorschubrichtungen die Blendenbänder wiederum durch Reinigungsvorrichtungen zu leiten, die in geeigneten Abständen vom Bearbeitungsbereich des Energiestrahls vorgesehen sind, so daß die Oberflächen der Blendenbänder abermals von der auf;efangenen störenden materie gesäubert werden, bevor sie allf ihre zugehörigen Vorratsrollen erneut aufgespult werden.by means of suitable liquid baths, continuously from the collected disturbing matter are released. The cleaned aperture hand can then open subsequently arranged roller systems are wound up until the cover strips of their respective supply rolls arranged on the unwinding side almost completely are settled. following this, the feed directions of the diaphragm bands are reversed by hand or automatically, so that the diaphragm denbands now unwound in opposite directions and in this way again cleaned diaphragm surfaces are brought up to the beam passage opening or on this can be passed by. It is of course expedient to do so accordingly In turn, the diaphragm bands pass through these new1 opposite feed directions Conduct cleaning equipment at appropriate distances from the processing area of the energy beam are provided so that the Surfaces of the cover strips are again cleaned of the interfering matter caught before they all their associated supply rolls are rewound.

Schließlich besteht noch die Möglichkeit, sämtliche Blendenbänder der erfindungsgemäßen Einrichtung als Fndlosbander auszubilden, die mittels entsprechender Systeme mit Umlenkrollen oder dgl. stets in jeweils gleichen zu i chen Vorschubrichtungen weiterbevegt und hierbei kontinuierlich oder ggf. auch diskontinuierlich an die Strahldurchgangsöffnung Jlerangei'ührt bzw. an dieser vorbeigeführt werden, wobei die Blendenbänder jeweils periodisch einer Reinigung von der aufgefangenen störenden Materie mittels entsprechender, in geeigneten Abständen vom Bearbeitungshereich des Energiestrahls angeordneter Reinigungsvorrichtungen unterzogen werden.Finally, there is also the option of using all of the cover strips to train the device according to the invention as a Fndlosbander, which by means of corresponding Systems with pulleys or the like. Always in the same feed directions moved further and here continuously or possibly also discontinuously to the Beam passage opening Jlerangei'gt or guided past this, wherein the diaphragm strips are each periodically cleaned from the interfering Matter by means of appropriate, at suitable distances from the processing area of the energy beam arranged cleaning devices are subjected.

Zur näheren Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung und ihrer Weiterbildungen dienen die Zeichnungen.For a more detailed explanation of the device according to the invention and its The drawings are used for further training.

Im Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des üblichen Bearbeitungsvorgangs durch einen auf eine Werkstücksoberfläche gerichteten Energie strahl und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Blendenanordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung.In the context of exemplary embodiments: FIG. 1 shows a schematic Representation of the usual machining process on a workpiece surface Directed energy beam and Fig. 2 is a plan view of the aperture assembly of a device according to the invention.

Wie sich aus Fig. i. entnehmen läßt, wird ein aus einem nicht gezeigten Generator kommender, fokussierter Energiestrahl 2, z.B. ein Elektronenstrahl, auf die Oberfläche eines Werkstücks 1 geschickt, mit der Aufgabe, dort durch Ab tragen des Materials eines Werkstückbereichs 5 eine entsprechende Bohrung zu erzeugen. Setzt man voraus daß es sich um einen Elektronenstrahl handelt, so erfolgt die ßearbeitung zwecksnäSigerweise innerhalb einer evakuierbaren Arbeitskammer.. Der bearbeitende Strahl 2 dringt in die Oberfläche und in das Material des Werkstücks 1 ein, wodurch das Material im Bearbeitungsbereich teils aufgeschmolzen, teils verdampft wird, derart, daß Materie in Form von verdampfenden Atomen, Ionen und anderen Teilchen mit relativ hoher Geschwindigkeit den Bearbeitungsbe reich innerhalb eines Kegels mit einem maximalen Öffnungswin kel von etwa 90° verläßt. Die Flugrichtungen dieser Teilchen usw. sind durch Pfeile angedeutet.As can be seen from Fig. I. can be seen, becomes one of a not shown Generator coming, focused energy beam 2, e.g. an electron beam sent the surface of a workpiece 1, with the task of wearing there by Ab of the material a workpiece area 5 a corresponding hole to create. Assuming that it is an electron beam, so the processing takes place in an evacuable working chamber. The machining beam 2 penetrates the surface and the material of the workpiece 1, whereby the material in the processing area partly melted and partly evaporated becomes, so that matter in the form of evaporating atoms, ions and other particles at a relatively high speed the machining area rich within a cone leaves with a maximum opening angle of about 90 °. The flight directions of these Particles etc. are indicated by arrows.

Bringt man nun in einem gewissen Abstand über dem Werkstück 1 eine übliche, eine mittlere Öffnung für den Strahldurchtritt aufweisende, feststehende Blende 3 an, so setzt sich die Materie 4 nach und nach auf der Vberfläche der Blende ab und bildet eine Schicht 6, die sich teilweise bis zur Innenfläche der Blendenöffnung fortsetzt. Diejenigen Werkstoffteilchen, die sich direkt im Strahlverlauf bewegen, können auch durch die Blendenöffnung hindurchtreten und letztlich in die Strahlquelle gelangen und dort störend in Erscheinung treten.If you now bring a at a certain distance above the workpiece 1 usual, fixed, one having a central opening for the beam passage If the aperture 3 is on, the matter 4 gradually settles on the surface of the aperture and forms a layer 6, which extends partially to the inner surface of the aperture continues. Those material particles that move directly in the beam path, can also pass through the aperture and ultimately into the beam source arrive and appear disturbing there.

Andererseits kann sich die Öffnung der Blende 3 nach einiger Bearbeitungszeit durch sich an ihrer Innenfläche niederschlagende Verunreinigungsteilchen verengen, wodurch ebenfalls Störungen des Bearbeitungsablaufs bedingt sein können.On the other hand, the aperture 3 can open after some processing time narrow due to impurity particles precipitating on their inner surface, which can also cause disruptions in the processing sequence.

Fig. 2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgegemäßen Einrichtung, deren Blendenanordnung durch insgesamt vier, jeweils paarweise in zwei verschiedenen, im wesentlichen unmittelbar übereinanderliegenden Ebenen und sich gegenseitig, überkrenzend angeordnete Blendenbänder 7, 8, 9 und 10 gebil det ist. Diese den Strahlweg z.l3. eines El<-ktronenstrahl.' 19 umgebenden Bänder 7 bis 10 sind hierbei in Draufsicht dargestellt, wobei an%'enommen sei, der Stralllweg des Elektronenstrahls 19 verlartfe senkrecht zur Zeichenebene. Jeweils zwei der Blendenbänder 7 und 8 bzw. 9 und 10 sind mit vorgegebenem gegenseitigen Abstand und jeweils mit vorgegebenen seitlichen Abständen zur geome trisch-op tischen Achse des Elektronenstrahls 19 parallel zueinander angeordnet. Die beiden Bander 7 und 8 sind sich als in einer unteren, werkstücksnäheren Ebene angeordnet vorzustellen, während sich die beiden Bänder 9 und 10 in einer um weniges darüberliegenden, werkstücksferneren Ebene befinden sollen. Die Überkreuzungsrichtungen der beiden Bänderpaare 7 und 8 bzw 9 und 10 stehen in einem Winkel von 90° zueinander. Zuni Vorschub bzw. zum Ab- und Aufspulen der Bänder-Paare in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen sind jeweils Rollensysteme 11, 12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17, 18 vorgesehen.Fig. 2 now shows an embodiment of one according to the invention Device, the aperture arrangement by a total of four, each in pairs in two different, essentially immediately superimposed levels and themselves each other, Bezel bands 7, 8, 9 and arranged overlaid 10 is formed. This the beam path z.l3. of an electron beam. ' 19 surrounding Bands 7 to 10 are shown here in plan view, with% 'being assumed that the The path of the electron beam 19 is perpendicular to the plane of the drawing. Respectively two of the diaphragm bands 7 and 8 or 9 and 10 are with a predetermined mutual Distance and in each case with specified lateral distances to the geometric-optical tables Axis of the electron beam 19 arranged parallel to each other. The two bands 7 and 8 are to be imagined as being arranged in a lower level closer to the workpiece, while the two belts 9 and 10 are in a slightly overlying, workpiece remote Should be on the level. The crossing directions of the two pairs of bands 7 and 8 or 9 and 10 are at an angle of 90 ° to each other. Zuni feed or to Unwind and rewind the pairs of tapes in the directions indicated by arrows roller systems 11, 12, 13, 14 or 15, 16, 17, 18 are provided.

Die jeweiligen, dem Strahlweg zugewendeten Randbereiche der Blendenbänder 7 bis 10 begrenzen entsprechend ihrer Anordnungen in den ihnen zugeordneten Ebenen eine mittlere, in Draufsicht quadratisch geformte Öffnung 20 für den Strahlweg des Elektronenstrahls 19. Die Blendenbänder bestehen vorzugsweise aus nichtferromagnetischem Naterial, z.B. aus Kupfer.The respective edge areas of the diaphragm strips facing the beam path 7 to 10 limit according to their arrangements in the levels assigned to them a central, square-shaped opening 20 in plan view for the beam path of the Electron beam 19. The aperture bands are preferably made of non-ferromagnetic Material, e.g. made of copper.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung mit ihrer Blendenanordnung besteht darin, daß mit ihrer Hilfe praktisch die im ganzen Raumwinkelbereich oberhalb einer Auftreffstelle des Energiestrahls auf einer Werkstüeksoberfläche und in der unmittelbaren, peripherischen Umgebung des Strahl wegs anzutreffenden Werkstoffdämpfe und Werkstoffteilchen nicht nur kontinuierlich aufgefangen, sondern gleichzeitig auch kontinuierlich aus dem Strahlweg bzw. aus dessen unmittelbarer Umgebung entfernt werden.The main advantage of the device according to the invention with their Aperture arrangement is that with their help practically in the entire solid angle range above a point of impact of the energy beam on a workpiece surface and those found in the immediate, peripheral area of the beam path Material vapors and material particles are not only continuously captured, but at the same time too continuously from the beam path or from its in the immediate vicinity.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Device to keep the beam path clear, in particular the immediate vicinity of the beam path of a beam of an energy beam material processing machine of interfering matter with a movable diaphragm arrangement for collecting the from material vapors and material particles detached from the respective processing point, d u r c h e k e n n n z e i c h -net that the overall in a relatively low Distance above the surface of a work piece to be machined consists of several, each band-shaped diaphragms, d: i e in one above the other Levels are arranged in such a way that they a beam passage opening suitable Limit cross-sectional area on several sides accordingly, with means for generating of feed movements of the individual band-shaped 131 end in by their respective Arrangement in certain directions are given.

2. Device according to claim 1, characterized in that the diaphragm arrangement by a total of four, each in pairs in two different, essentially immediate superimposed levels and mutually crossing strips (7, 8, 9, 10) is formed, of which two each (7 and 8 or 9 and 10) with a predetermined mutual distance and in each case with predetermined lateral distances to the geometrical-optical Axis of the energy beam (19) are arranged in parallel.

Device according to Claim 2, d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the crossing directions dex two pairs of bands e (7 ulld 8 or 9 and 10) run essentially at right angles to one another.

4. Device according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e - Indicates that at suitable intervals voil the processing area of the energy beam cleaning devices for the contaminated surfaces of the band-shaped xi Apertures are arranged.

L e r s e i t e