DE2821028A1

DE2821028A1 - Verfahren und einrichtung zur strahlpositionsregelung in einem ladungstraegerstrahlgeraet

Info

Publication number: DE2821028A1
Application number: DE19782821028
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Anderl; Clauspeter Dipl Phys Moench; Wilhelm Dipl Phys Dr Scheffels; Karl Heinz Dipl Ph Steigerwald
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1978-11-16
Also published as: FR2390812B1; JPS5433754A; FR2390812A1; IT7849340A0; SE7805518L; IT1102645B

Description

PATENTANWÄLTE

. DVETER - ΒΕΖΟ'.ί) O O O 1

ING. ΓΕΤΕΚ SCHÜTZ / Ö Z I DIPL. ING. WOLFGANG HEDSLEH

MARIA-THBKKSIASTItASHK 13 POBTFArB 8βΟ·Μ

D-8OOO MUENCHEN 8β

TKLKPON Οββ/4ΤΟβΟ« 4TCS 1·

TKLKX assess TKLKORAMM SOMBIZ

12. Mai 1978 10090/Dr.v.B/Ro.

Steigerwald Strahltechnik GmbH, München

Verfahren und Einrichtung zur Strahlpositionsregelung in einem Ladungsträgerstrahlgerät.

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Regeln der Ist-Lage eines Strahlauftreffbereiches bezüglich eines Soll-Strahlauftreffbereiches und zur Regelung der Relativlage zwischen dem Ist-Strahlauftreffbereich und einer Bezugsposition oder Vorrichtung in einem Gerät zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem hochenergetischen Ladungsträgerstrahl, wie einem Elektronenstrahl-Schweißgerät, Es kann die Relativlage zu mehreren Bezugspositionen geregelt werden, die z.B. jeweils einen Punkt auf einer Zusatzmaterialzuf übungsvorrichtung, eines Strahlerzeugungssystems oder einer Schweißbadunterstützungsvorrichtung darstellen.

Unter dem Begriff "Strahllage" oder "Strahlposition" soll im Falle eines im wesentlichen stationären Strahles die mittlere Strahlachse oder im Falle eines hin- und herbewegten "gewedelten" ,Strahls die sich im zeitlichen Mittel ergebende mittlere Strahlachse oder -lage verstanden werden.

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Bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit einem hochenergetischen Ladungsträgerstrahl, wie einem Elektronen- oder Ionenstrahl muß unabhängig von Störgrößen, wie elektrischen oder magnetischen Streufeldern, die den Strahl ablenken, und unabhängig von Toleranzen der Form, Orientierung und Bewegung des Werkstücks bezüglich einer Strahlquelle gewährleistet werden, daß der Strahl auf einem gewünschten Soll-Strahlauftreffbereich auftrifft und zweitens müssen oft gewisse Hilfsvorrichtungen, wie Vorrichtungen zum Zuführen eines Zusatzmaterials, wie eines Fülldrahtes, in einer vorgegebenen Relativlage zum tatsächlichen Strahlauftreffbereich gehalten werden.

Die beiden oben erwähnten Probleme hängen eng miteinander zusammen, da bei Änderung der Position des Strahles bezüglich des Werkstückes, z.B. bei der Verfolgung einer etwas unregelmäßigen Stoßfuge zwischen zwei durch den Strahl miteinander zu verschweißenden Werkstückteilen, auch die Position der Hilfsvorrichtung geändert werden muß, um sie in der gewünschten Lage bezüglich des Strahlauftreffbereiches zu halten. Die Lösung dieses Problems wird dadurch erschwert, daß moderne technische Ladungsträgerstrahlgeräte, wie Elektronenstrahlschweißmaschinen, mit Strahlleistungen von 100 kW und mehr arbeiten, so daß in der Nähe der durch den Strahl bearbeiteten Werkstückzone stark erschwerte Umgebungsbedingungen herrschen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Einrichtungen anzugeben, in denen eine vorgegebene Lagebeziehung zwischen einem Ladungsträgerstrahl, einem durch diesen zu bearbeitenden Bereich eines Werkstückes (Soll-Strahlauf treffbereich oder kurz "Soll-Bereich") und einer Einrichtung oder Hilfsvorrichtung, die mit dem tatsächlich vom Strahl ge-r troffenen Bereich des Werkstückes (Ist-Strahlauftreffbereich oder kurz "Ist-Bereich") aufrechterhalten werden kann. Im Rahmen dieser Aufgabe sollen ferner neue und verbesserte Fühl- bzw.

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Meßverfahren und -vorrichtungen angegeben werden, die die jeweils herrschenden Lagebeziehungen genau und zuverlässig festzustellen vermögen.

Zur Lösung dieses Problems werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Feststellung der Ist-Lage des Strahls bezüglich des Soll-Strahlauftreffbereiches einerseits und der Relativlage zwischen dem Ist-Strahlauftreffbereich und einer Bezug sposition, wie einer Hilfsvorrichtung oder einem Strahlerzeugungssystem angegeben, die einzeln oder auch in Kombination verwendet werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Relativlage des Strahls bezüglich des Soll-Strahlauftreffbereiches durch elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung, bestimmt, während die Relativlage des Strahls bezüglich einer Bezugsposition, wie einer Hilfsvorrichtung (z.B. einer Zusatzmaterialzuführung svorrichtung) dadurch bestimmt wird, daß die Position des Strahls in Bezug auf eine Meßelektrodenanordnung festgestellt wird, die wiederum in einer vorgegebenen, bekannten Lagebeziehung bezüglich der Bezugsposition, z.B. einem Geräterahmen oder einer Halterung für die Hilfsvorrichtung steht.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Elektronenstrahls, wie Elektronenstrahlschweißen, und die Erfindung wird daher im folgenden am Beispiel des Elektronenstrahlschweißens mit Elektronenstrahlschweißgeräten beschrieben.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Werkstückes, das unter Zuführung eines Zusatzmaterial-

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drahtes mit einem Elektronenstrahl geschweißt wird, um eine typische Situation darzustellen, bei der die Erfindung Anwendung finden kann;

Fig. 2 eine Schnittansicht in einer Ebene II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht in einer Ebene III-III der Fig. 1, also senkrecht zu einer gerade verschweißten Stoßfuge;

Fig. 4A eine schematische Darstellung einer Elektronenstrahlschweißmaschine mit einer Regeleinrichtung, die ein Röntgenmeßsystem zur Bestimmung der Relativlage des tatsächlichen Auftreffbereiches eines Elektronenstrahls bezüglich einer durch den Strahl zu verschweißenden Stoßfuge enthält;

Fig. 4B eine mehr ins einzelne gehende Darstellung eines Meßsystems der in Fig, 4A dargestellten Art;

Fig. 5 eine Schrägansicht auf die Oberfläche des Werkstückes in der Blickrichtung eines Röntgenstrahlungssensors des Meßsystems gemäß Fig. 4A;

Fig. 6A einen Schnitt in einer Ebene VI-VI der Fig. 5;

Fig. 6B eine graphische Darstellung des Verlaufes eines elektrischen Referenzsignales in der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4Λ;

Fig. 6C eine Impulsfolge, durch die in der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4A die Ist-Lage des Strahls dargestellt wird;

Fig. 7A, B und C Darstellungen entsprechend Fig. 6A, B bzw. C für den Fall, daß der Strahl nicht genau auf eine zu verschweißende Stoßfuge zentriert ist;

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Ni

Fig. 8 eine Teilansicht einer Abwandlung des in Fig. 4A und 4B dargestellten Meßsystems;

Fig. 8A einen Schnitt in einer Ebene VIII-VIII der Fig. 8;

Fig. 9A und 9B Schnittansichten von Teilen einer zu verschweißenden Werkstückanordnung;

Fig. IO ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung, die bei einer Abwandlung der Regeleinrichtung gemäß Fig. 4A verwendet werden kann;

Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Abwandlung der vorher beschriebenen Röntgenmeßmethode;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung der anhand von Fig. 11 erläuterten Meßmethode;

Fig. 13 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufes von elektrischen Signalen, die in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 12 vorkommen;

Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles einer bevorzugten Meßeinrichtung zum Bestimmen der Relativlage eines Elektronenstrahls bezüglich fester Bezugskoordinaten bzw. bezüglich eines aus einer Stoßfuge bestehenden Soll-Strahlauf treffbereiches;

Fig. 15 eine schematische Draufsicht auf ein Meßsystem der in Fig. 14 dargestellten Art;

Fig. 16 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung des in Fig. 14 dargestellten Meßsystems; und

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Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung, die für die Einrichtung gemäß Fig. 16 verwendet werden kann.

Die Materialbearbeitung mit Ladungsträgerstrahlen, z.B. das Schweißen, Bohren, Fräsen, Härten, Umschmelzen usw. mit einem Ladungsträgerstrahl, insbesondere Elektronenstrahl ist bekannt und braucht daher nicht im einzelnen erläutert zu werden, Fig. 1 zeigt eine typische Situation in einer Elektronenstrahlschweißmaschine, die nicht im einzelnen dargestellt ist. Die Elektronenstrahlschweißmaschine enthält ein Strahlerzeugungssystem 30 (Elektronenkanone), welche einen Elektronenstrahl 10, z.B. mit einer Beschleunigungsspannung von 150 kV und einer Energie bis zu 100 kW und darüber liefert. Der Strahl 10 ist auf eine übertrieben breit gezeichnete Stoßfuge 12 zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Metallplatten 14 und 16 gerichtet. Der Strahl wird im allgemeinen periodisch quer zur Stoßfuge abgelenkt ("gewedelt") werden und erzeugt ein Schweißbad 18 aus geschmolzenem Werkstückmaterial und Füll- und/oder Zusatzmaterial 20, das in Form eines Drahtes oder Stabes durch eine geeignet angeordnete Düse 22 in das Schweißbad eingeführt wird. Das Werkstück 14-16 wird bezüglich des Strahls 10 längs der Stoßfuge 12 bewegt, so daß das Schweißbad 18 entlang der Stoßfuge wandert und nach dem Erstarren eine Schweißnaht 24 bildet.

Für das Entstehen einer einwandfreien Schweißnaht ist es erforderlich, daß eine vorgegebene Lagebeziehung zwischen dem Strahl 10, der Stoßfuge 12 und der das Zusatzmaterial in das Schweißbad einführenden Düse 22 aufrechterhalten wird. Insbesondere muß die von dem gewedelten Strahl getroffene Zone des Werkstücks (Ist-Strahlauftreffbereich) bezüglich der Stoßfuge 12 (Soll-Strahlauftreffbereich) zentriert gehalten werden und der Fülldraht 20 soll mit einer bestimmten Orientierung

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- r Al

bezüglich des Strahls 10 in das Schweißbad 18 eingeführt werden.

Wegen der insbesondere bei großen und dicken Werkstücken ohne übermäßigen Aufwand unvermeidbaren Ungenauigkeiten der die Stoßfuge 12 bildenden Werkstückränder und/oder magnetischen und/oder elektrischen Streufeldern, die den Strahl aus seiner normalen, geraden Bahn ablenken, ist es in der Praxis nicht möglich, einen vorgegebenen Bearbeitungsweg des Strahles bezüglich des Werkstückes durch Vorjustieren oder Vorprogrammieren der Relativbewegung zwischen dem Strahl und dem Werkstück einzuhalten. Die Lage des Strahls bezüglich des zu bearbeitenden Bereiches muß daher bestimmt und etwaige Abweichungen von einer gewünschten Lagerelation müssen auf irgendeine Weise ausgeregelt werden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die Lage des Strahls 10 bezüglich des Werkstücks 14-16 durch optische Strahlung, vorzugsweise Röntgenstrahlung, bestimmt und etwaige Abweichungen von einer Soll-Position werden durch Ablenken des Strahls kompensiert. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen werden. Die Strahlablenkung kann durch zwei Paare elektromagnetischer Ablenkspulen 26-26 und 28-28 bewirkt werden, die längs der Strahlbahn beabstandet sind, und der Strahl kann durch eine solche doppelte Ablenkung bezüglich der Stoßfuge zentriert gehalten werden, wie es in Fig. 1 gestrichelt und in Fig. 3 dargestellt ist. Bei einer solchen Strahlablenkung folgt die den Zusatzmaterialdraht 20 abgebende Düse der nicht näher dargestellten Zusatzmaterialzuführungsvorrichtung der durch die Strahlablenkung bewirkten Verlagerung des Schweißbades jedoch nicht, da die Zusatzmaterialzuführungsvorrichtung, zu der die Düse 20 gehört, im allgemeinen bezüglich einer Grundplatte 23 der Schweißmaschine ruht oder mit dem Strahlerzeugungssystem mechanisch verbunden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird daher

die Ist-Lage des Strahls 10 bezüglich einer Referenzposition

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bestimmt, z.B. bezüglich eines Punktes der Grundplatte 23 oder des Strahlerzeugungssystems 30, und damit bezüglich der Zusatzmaterialzuf ührungsvorrichtung, so daß diese nachgeführt werden kann. Vorzugsweise wird für diesen Zweck ein Lagefühler, der eine Elektrodenanordnung enthält, verwendet und eine etwaige Abweichung wird durch Nachführen der Düse 22 bzw. der ganzen Zusatzmaterialzuführungsvorrichtung verwendet. Auch das Strahlerzeugungssystem kann nachgeführt werden, wie noch erläutert werden wird.

Die Kombination eines Röntgensensors zur Bestimmung
der Relativlage des Strahls bezüglich des zu bearbeitenden
Werkstückbereiches mit einem "mechanischen" Sensor, der eine Fühl- oder Meßelektrodenanordnung enthält, zum Bestimmen der Ist-Lage des Strahlauftreffbereiches bezüglich fester Maschinenkoordinaten oder bezüglich einer Zusatzvorrichtung oder des
Strahlerzeugungssystems, ergibt ein außerordentlich zuverlässiges System, das auch untor den erschwerten Umgebungsbedingungen einwandfrei funktioniert, die herrschen, wenn ein Werkstück mit einem Elektronenstrahl bearbeitet wird, dessen Leistung in der Größenordnung von 100 kW und darüber liegt.

Im folgenden werden bevorzugte Verfahren und Einrichtungen zur Ermittlung der Ist-Lage des Strahls bezüglich einer durch einen Elektronenstrahl zu verschweißenden Stoßfuge zwischen zwei Werkstückteilen beschrieben. Die Erfindung läßt sich jedoch selbstverständlich auch auf andere Arten der Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Ladungsträgerstrahl anwenden, z.B. Härten, Fräsen, Umschmelzen, Reparaturschmelzen, Gravieren usw., wenn die zu bearbeitende Zone des Werkstücks von den angrenzenden Bereichen unterschieden werden kann. Dies läßt sich notfalls dadurch erreichen, daß man das Werkstück an der betreffenden Stelle mit einer Nut versieht oder ein Material aufbringt, dessen durch den Strahl verursachte Röntgenemission von der der Umgebung unterschieden werden kann.

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/3Γ

Fig. 4A zeigt stark vereinfacht eine bevorzugte Ausführungsform eines Teilsystems, das dazu dient, einen Elektronenstrahl 10 bezüglich einer Stoßfuge 12 zwischen zwei miteinander zu verschweißenden Metallplatten 14 und 16 zu zentrieren. Der Sensorteil dieses Systems ist in Fig. 4B genauer dargestellt. Das Teilsystem enthält einen Röntgensensor 32 mit einem Abschirmgehäuse 34 aus Blei, in dem sich ein Röntgenstrahlungsdetektor 36, z.B. ein Geiger-Müller-Zählrohr befindet. Das Gehäuse 34 ist mit einem Kollimatorteil 38 versehen, der einen Eintrittskanal für die Röntgenstrahlung bildet, der einen schlitzförmigen Querschnitt hat und dementsprechend ein streifenförmiges Gesichtsfeld 42 (Fig. 5) begrenzt. Der Röntgensensor ist mit der Grundplatte 23 oder dem Strahlerzeugungssystem 30 fest verbunden.

Das Ausgangssignal des Röntgenstrahlungsdetektors 36 wird einer Regelschaltung 44 zugeführt, die ferner über eine Leitung 46 eine Wechselspannung erhält, die in einer festen Beziehung zu der Spannung steht, die während des Schweißens das Wedeln des Strahles 10 quer zur Stoßfuge 12 steuert. Die Regelschaltung 44 erzeugt auf einer Leitung 48 eine Fehlerspannung, die einer ersten Ablenkvorrichtung 26 direkt und einer zweiten Ablenkvorrichtung 28 über einen Inverter zugeführt wird. Die Ablenkvorrichtungen enthalten jeweils ein Paar von Ablenkspulen, die den Strahl quer zur Stoßfuge 12 abzulenken gestatten, so daß das in der beschriebenen Weise zugeführte Fehlersignal die in Fig. 1 dargestellte Parallelversetzung des Strahles bewirken kann. Eine der Ablenkvorrichtungen kann auch zur Erzeugung der Wedelbewegung des Strahls 10 verwendet werden.

Im Betrieb wird der Kanal 40 des Kollimatorteils 38 vorzugsweise auf einen Punkt 52 (Fig. 4A) des Schweißbades 18 gerichtet, der sich innerhalb der Stoßfuge 12 befindet, die in diesem Falle eine gewisse Mindestbreite haben muß, die notfalls

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4b

durch Abstandshalter oder dgl. aufrechterhalten werden kann. Die Wände der Platten 14, 16, die die Stoßfuge 12 begrenzen, bilden in diesem Falle dann einen seitlichen Kollimator für die Röntgenstrahlung, die durch den das geschmolzene Metall treffenden Elektronenstrahl 10 erzeugt wird. Alternativ kann der Röntgenstrahlungssensor 32 auch auf einen Punkt 52' am unteren Ende des Schweißbades 18 gerichtet werden. Schließlich ist es auch möglich, daß Gesichtsfeld 42 (Fig. 5) direkt auf den Strahlauftreffbereich 58 zu legen.

Im Falle, daß der Röntgenstrahlungssensor auf einen Punkt innerhalb der Trennfuge 12 gerichtet wird, kann eine Röntgenstrahlungsabschirmung 54 (Fig. 4B) vorgesehen sein, die die an der Strahleintrittsfläche 56 des Werkstücks erzeugte Röntgenstrahlung vom Röntgenstrahlungssensor fernhält und diesen außerdem etwas gegen Verschmutzung schützt. Wieder eine andere Möglichkeit besteht darin, den Röntgenstrahlungssensor oder einen zusätzlichen Röntgenstrahlungssensor 32' auf der Strahlaustrittsseite des Werkstücks anzuordnen, wie in Fig. 4A gestrichelt dargestellt ist.

Bei der nun folgenden Beschreibung der Arbeitsweise des Röntgenmeßsystems wird auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen. Beim Schweißen der Schweißnaht 24 wird der Elektronenstrahl periodisch quer über die Stoßfuge 12 abgelenkt (gewedelt), wie in Fig. 6A durch einen Doppelpfeil 58 angedeutet ist. Der Elektronenstrahl 10 erzeugt beim Auftreffen auf das Metall des Werkstückes sowie des Schweißbades 18 Röntgenstrahlung. Da das Gesichtsfeld des Röntgenstrahlungssensors 32 durch den Kanal (der einen Querschnitt von 0,6 χ 10 mm haben kann) auf ein dünnes, bandförmiges Volumen beschränkt ist, dessen Schnitt mit der Werkstückoberfläche durch die gestrichelte Linie 42 in Fig. dargestellt ist, empfängt der Rontgenstrahlungsdetektor 36 nur dann Röntgenstrahlung, wenn der Elektronenstrahl 10 über die

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Stoßfuge 12 streicht, in den durch sie gebildeten Spalt eindringt und den Punkt 52 des Schweißbades trifft. Wenn die Mittelachse 60 des Strahls bezüglich der Stoßfuge 12 zentriert ist, wie es Fig. 6A zeigt, wird der Röntgenstrahlungsdetektor 36 genau dann einen Ausgangsimpuls 62 liefern, wenn der in der Ablenkvorrichtung 26 oder 28 zum Wedeln des Strahles verwendete Ablenkstrom 64 (Fig. 6B) durch Null geht. Die Regelschaltung kann eine als Transistor dargestellte Torschaltung enthalten, die einen Signaleingang und einen Steuereingang aufweist. Dem Signaleingang wird ein Signal entsprechend dem Ablenkstrom 64 zugeführt während der Steuereingang ein Signal entsprechend den Ausgangsimpulsen 62 erhält. Am Ausgang der Torschaltung entsteht dann eine Signalspannung, die denjenigen Teilen des sinusförmigen Eingangssignals entspricht, die durch die Impulse 62 durchgeschleust werden. Im Falle der in Fig. 6A dargestellten Situation ist die mittlere Ausgangsspannung gleich Null.

Wenn jedoch die mittlere Strahlachse 60 bezüglich der Stoßfuge 12 dezentriert ist, liefert der Röntgenstrahlungsdetektor 36 Ausgangsimpulse 62' (Fig. 7C) die nicht mit den Null-Durchgängen des Ablenkstromes 64 zusammenfallen. Die Torschaltung liefert dann eine von Null verschiedene Fehlerspannung, die zur Erzeugung eines zusätzlichen Stromes in den Ablenkspulen verwendet werden kann, die den Strahl dann wieder auf die Stoßfuge zentrieren.

Es war bereits erwähnt worden, daß der Röntgenstrahlungssensor 32 auch auf einen in Fig. 8 dargestellten Fleck 52" gerichtet werden kann, wo der Elektronenstrahl in die Stoßfuge und das Schmelzbad 18 eintritt. Dies ist dann vorzuziehen, wenn die Werkstücke gut zusammenpassen und die Stoßfuge 12 eine sehr kleine oder verschwindende Breite hat. Im allgemeinen ist die Röntgeneinissionsfähigkeit des festen Werkstückmaterials angrenzend an das Schweißbad 18 größer als die der Schmelze im Schweißbad

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und das Ausgangssignal des Röntgenstrahlungsdetektors hat in diesem Falle eine verhältnismäßig hoho Amplitude bis auf Minima, die auftreten, wenn der Strahl das Schweißbad 18 trifft. Dieses "negative" Impulssignal kann invertiert, geformt und dann in der gleichen Weise verwendet werden, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 erläutert worden ist. Man kann außerdem eine Schulter begrenzter Tiefe an den zusammengefügten Rändern der Werkstückteile 14 und 16 vorsehen, wie es in Fig. 9A und 9B dargestellt ist, so daß in der Strahleintrittsseite des Werkstücks eine Nut 66 begrenzter Tiefe d gebildet wird, die durch den Röntgensensor 32 wahrgenommen werden kann. Auch in diesem Falle wird die Ermittlung der Nut oder Stoßstelle durch eine gewisse Versetzung der Werkstückränder in Richtung der Strahlachse, wie es in Fig. 9B dargestellt ist, nicht wesentlich beeinträchtigt.

Anstelle des Röntgenstrahlungsdetektors mit dem streifenförmigen Gesichtsfeld kann auch ein Röntgenstrahlungsdetektor mit einem punktförmigen Gesichtsfeld verwendet werden, dessen Kollimator und damit Erfassungsbereich hin- und herbewegt wird, so daß der Detektor einen gewissen streifenförmigen Bereich abtastet. Das streifenförmige Gesichtsfeld 42 ist also einem periodisch hin- unü herbewegten punktförmigen Gesichtsfeld äquivalent.

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Bei einer praktischen Ausführungsform gemäß Figur 4B war die schlitzförmige vordere Eintrittsöffnung des KoIlimatorteiles in einem Abstand D von etwa 165 mm von dem Punkt 52' entfernt, von dem die wahrzunehmenden Röntgenstrahlen emittiert werden. Dieser Punkt 52' liegt in diesem Falle tief in der überall eine gewisse Mindestbreite aufweisenden Trennfuge 12, und die Achse des Eintritts kanales des Kollimators bildete einen Winkel von etwa 37,5° mit den Oberflächen der Platten 14 und 16.

Wie in den Figuren 8 und 8A dargestellt ist, kann der Kollimatorteil 38 des Röntgensensors 32 ein dickwandiges Rohr 38 aus Blei und mindestens zwei Blendensysteme 70,72 enthalten, die in den Enden des Rohres angeordnet sind, wie Fig. 8 zeigt. Jedes Blendensystem enthält mindestens zwei Bleikörper 74 und 76, die eine D-förmige Gestalt haben und eine schlitzförmige Durchtrittsöffnung für die wahrzunehmende Röntgenstrahlung 78 begrenzen. Die schlitzförmige Durchtrittsöffnung kann mit einem flachen, streifenförmigen Körper 80 aus einem Material, wie Aluminium, ausgefüllt sein, das die betreffende Röntgenstrahlung nur wenig absorbiert.

Unter gewissen Umständen kann der Röntgenstrahlungsdetektor 36 nicht in der Lage sein, einen "Positions"-Impuls 62 (Fig. 6C) zu erzeugen, z.B. wenn das Gesichtsfeld durch eine in Fig. 4B schematisch daigestellte Heftschweißung 82 blockiert ist. Einer solchen Situation kann durch Verwendung einer Schaltungsanordnung Rechnung getragen werden, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. Diese Schaltungsanordnung kann einen Teil der Regelschaltung 44 (Fig. 4A) bilden. Der Ausgang des Röntgenstrahlungsdetektors 36 ist mit dem Eingang einer Integrierschaltung 84 gekoppelt, die die Positionsimpulse 62 integriert. Der Ausgang der Integrierschaltung 84 ist mit dem Eingang einer Schwellenwertschaltung 86 gekoppelt, deren Schwellenwert so eingestellt ist, daß sie ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Röntgenstrahlungs-

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«Ο

detektor 36 keine Positionsimpulse mehr liefert. Der das Regelsignal führenden Leitung 48 ist ein Schalter 88 in Reihe geschaltet, der durch das Augangssignal der Schwellenwertschaltung 86 geöffnet wird. Zwischen den Schalter 88 und die Ablenkvorrichtung 26 sowie den Inverter 50 ist ein Verstärker 90 mit hoher Eingangsimpedanz geschaltet, und der Eingang dieses Verstärkers ist mit einem Speicherkondensator 92 gekoppelt. Der andere Anschluß des Schalters ist an den Kollektor eines Transistors 94 angeschlossen, der die Torschaltung der Regelschaltung 44 (Fig. 4A) bildet. Diese Verbindung ist ferner über einen Arbeitswiderstand 96 mit einer Betriebsspannung B verbunden.

Bei normalem Betrieb xst der Schalter 88 geschlossen, wie in Fig. 10 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, so daß am Speicherkondensator 92 eine Fehlerspannung auftritt, die die Ablenkung des Strahls steuert und diesen bezüglich der Trennfuge 12 zentriert hält. Die Ladung des Kondensators 92 folgt etwaigen Schwankungen der Fehlerspannung ohne Verzögerung, da die RC-Zeitkonstante, die durch den Arbeitswiderstand 96 und den Speicherkondensator 92 gebildet wird, verhältnismäßig klein ist. Wenn jedoch der Röntgenstrahlungsdetektor 36 keine Positionsimpulse mehr liefert, spricht die Schaltungsanordnung 84-86 an und das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung 86 öffnet den Schalter 88. Die nun wirksame RC-Zeitkonstante wird durch die hohe Eingangsimpeanz des Verstärkers 90 in Verbindung mit dem Speicherkondensator 92 bestimmt und der letzte Wert der Fehlerspannung wird dadurch im Kondensator 92 gespeichert gehalten, so daß der Verstärker 90 fortfährt, ein Signal zu liefern, das den Strahl in der Stellung hält, die er vor dem Ausfall der Positionsimpulse hatte.

Die beschriebene Schaltungsanordnung ist auch dann wirksam, wenn das Gesichtsfeld z.B. durch Abstandshalter in der Trennfuge, durch Zunder, verspritztes Werkstückmaterial und -dergl. blockiert ist.

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Die Abstandshalter oder Heftschweißungen können vor dem Schweißen von Hand mit einer kleinen Kerbe oder Nut versehen werden, ähnlich der Nut 66 gemäß Fig. 9, so daß dann gegebenenfalls keine solche Halteschaltung nötig wird oder deren Arbeit erleichtert wird.

Die oben beschriebenen Verfahren und Einrichtungen gewährleisten ein fortlaufendes Verfolgen der Trennfuge 12 oder eines anderen Soll-Strahlauftreffbereiches durch den Ist-Auftreffbereich. Dieses Konzept kann jedoch abgewandelt werden, z.B. so, wie es unter Bezugnahme auf die Figuren 11 und 12 erläutert ist. Auch hier wird wieder auf das Elektronenstrahlschweißen Bezug genommen, obwohl das im folgenden beschriebene Verfahren mit der zugehörigen Vorrichtung auch für andere Strahlbearbeitungsverfahren verwendet werden kann.

Bei dem abgewandelten Verfahren wird der Schweißprozess in Abständen, vorzugsweise periodisch, für eine kurze Zeitspanne unterbrochen, während der die Relativlage des Strahls bezüglich des Werkstückes bestimmt wird. Die Zeitspannen, während der der Bearbeitungsvorgang kurzzeitig unterbrochen wird, können beispielsweise eine Dauer von 1 bis 2 Millisekunden

haben und die einzelnen Unterbrechungen können mit einem j

Abstand von beispielsweise einer oder mehreren Sekunden auf- [ einander folgen. Die Unterbrechungen sind so kurz, daß der Bearbeitungsprozeß, also zum Beispiel das Schweißen

nicht nennenswert beeinträchtigt wird. j

Während der kurzen Zeitspanne oder dem"Meßintervall" wird das normale Wedeln des Strahls unterbrochen und der Strahl wird längs eines dreieckigen Weges 100 (Fig. 11) über einen vor dem augenblicklichen Schweißbereich 18 liegenden Teil der Werkstückoberfläche abgelenkt. Der Strahl kreuzt dabei die noch nicht vom Strahl bearbeitete Trennfuge 12 (oder Nut 66, Fig. 9) in einem gewissen Abstand, zum Beispiel 5 oder 10 mm vor der Schweißstelle mit genügender Geschwindigkeit um ein Schmelzen oder anderweitiges Beeinträchtigen des Werkstückmaterials zu vermeiden. Gegebenenfalls kann die Strahlstärke

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während dieser Ablenkung reduziert werden. Die Erfassung der Röntgenstrahlung kann durch einen Detektor der anhand der Figur 4A und 4B beschriebenen Art erfolgen und die Detektorschaltung kann getastet werden, um die eigentliche Messung auf den quer zur Stoßfuge 12 verlaufenden Teil 100a des dreieckigen Weges 100 zu beschränken.

Fig. 12 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung, mit der die anhand von Fig. 11 beschriebene Strahlablenkung durchgeführt werden kann. Die Einrichtung enthält zwei Paare magnetischer Ablenkspulen 102, 104, mit denen der Strahl in Quer- bzw. Längsrichtung bezüglich der Stoßfuge 12 abgelenkt werden kann. Die Ablenkspulen 102 sind mit einem Wedelstromgenerator 106, der ein sinusförmiges Ausgangssignal liefert, und dem Ausgang einer Schaltung 108 verbunden, die eine im wesentlichen symmetrische Sägezahnschwingung 110 (Fig. 13) zu erzeugen gestattet. Die Ablenkspulen 104 sind mit dem Ausgang einer Schaltungsanordnung 112 verbunden, welche eine dreieckige Schwingung 114 erzeugt. Das Arbeiten der Schaltungsanordnungen 106,108 und 112 werden durch eine Programmsteuerschaltung 116 gesteuert, die den Wedelstromgenerator 106 periodisch blockiert und gleichzeitig die Schaltungsanordnungen 108 bzw. 106 freigibt, so daß diese eine Sägezahnschwingung bzw. eine Dreieckschwingung erzeugen. Schaltungsanordnungen, die die beschriebenen Signale liefern, sind bekannt, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Das durch die beschriebenen Röntgenmeßsysteme erzeugte Lagefehlersignal kann über mehrere Meßzyklen integriert werden, um unerwünscht schnelle Schwankungen der Fehlerspannung und der Nachregelung der Strahlposition infolge von unwesentlichen Unregelmäßigkeiten der Stoßfuge oder von Zunderteilchen oder dergl. zu vermeiden. Diese Integration kann beispielsweise durch geeignete Wahl der Zeitkonstante des Arbeitswiderstandes 96 und des Speicherkondensators 92 (Fig. 10) 'erreicht werden.

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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden Positionsfehler des Strahls durch eine entsprechende Strahlablenkung ausgeregelt; stattdessen oder zusätzlich kann auch die Lage des Strahlerzeugungssystems 30 bezüglich des Werkstücks 14-16 geändert werden.

Die Breite der Positionsimpulse 62 (Fig. 6) kann bestimmt und zur Steuerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge des Zusatzmaterials 20 verwendet werden.

Gemäß einem zweiten, wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Position des Strahls bezüglich eines Koordinatensysstems ermittelt, das in einer festen Beziehung zum Rahmen der Strahlbearbeitungsmaschine oder dem Strahlerzeugungssystem oder einer Zusatzvorrichtung, z.B. der Zusatzmaterialzufübungsvorrichtung steht. Hierzu wird die Position des Strahls in der Nähe der Werkstückoberfläche durch ein zweites Meß- oder Sensorsystem ermittelt, das eine körperliche Elektrodenanordnung enthält, deren Elektrode oder Elektroden vorzugsweise nadel- oder drahtförmig sind.

Ein erstes Ausführunsbeispiel dieser Art ist in Fig. 14 dargestellt. Das Sensorsystem 14 enthält eine Welle 140, die um eine senkrechte Achse 142 drehbar oder schwenkbar ist. Die Welle 142 ist mit einer nichtdargestellen Halterungs- und Antriebsvorrichtung versehen, welch=eine feste Lage bezüglich der Grundplatte oder des Strahlerzeugungssystems 30 hat. An der Welle ist eine vorspringende Sensorelektrode 142 in Form einer Nadel oder eines dünnen Stabes aus einem hitzebeständigen Material, wie Kohlenstoff oder Wolfram elektrisch isoliert angebracht. Die Welle 140 kann ferner mit einem Winkelpositionsgeber versehen sein, der zum Beispiel gleichmäßig beabstandete Markierungen 146 auf der Welle und einen mit diesen zusammenarbeitenden Sensor 148 enthält. Außerdem ist an der Welle 142 eine Sensorspule 150 angebracht, wie es in Fig. 14 dargestellt ist. Die Sensorspule 150 hat einen gewissen Abstand von der Achse 142 der Welle 146 und fluchtet mit der Sensorelektrode 144 oder

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vorzugsweise ist sie um einen vorgegebenen Winkel bezüglich dieser versetzt. Die Sensorspule 150 bildet einen Teil eines magnetischen Sensorsystems, das einen Ausgangsimpuls liefert, wenn die Spule über die Stoßfuge 12, d.h. den Sollstrahlauf treff bereich wandert.

Im Betrieb wird die Welle 140 gedreht oder geschwenkt, so daß die nadeiförmige Sensorelektrode 144 periodisch durch den Strahl 10 wandert und ein im wesentlichen impulsförmiges Ausgangssignal erzeugt, wenn sie vom Strahl getroffen wird. Dieses Ausgangssignal und das Ausgangssignal der Sensorspule 150 werden zur Erzeugung eines Fehlersignals verwendet, das die Abweichung des Ist-Strahlauftreffbereiches vom Soll-Strahlauftreffbereich des Strahls darstellt, und zwar gemessen in einer Richtung senkrecht zur Trennfuge Dieses Fehlersignal kann durch Phasenvergleich erzeugt werden, oder durch eine Torschaltung ähnlich wie sie in Verbindung mit Fig. 4A beschrieben wurde, der dann die Steuerimpulse von der Elektrode 144 und ein sinusförmiges Eingangssignal zugeführt werden, welches vom Sensor 148 erzeugt und durch das Ausgangssignal der Sensorspule 150 synchronisiert werden kann. Das Fehlersignal wird in diesem Falle zur Änderung der Relativlage einer Hilfseinrichtung, wie einer in Fig. 14 nicht dargestellten Fülldrahtzuführungsdüse 22 (Fig. 1), bezüglich des Werkstücks verwendet oder zur Regelung der Relativlage des Werkstücks bezüglich des Strahlerzeugungssystems 30 und einer Hilfsvorrichtung, um eine gewünschte Lagebeziehung zur Schweißzone, also dem Ist-Strahlauftreffbereich herzustellen und aufrechtzuerhalten.

Störmagnetfelder infolge eines remanenten Magnetismus des Werkstücks oder anderer Herkunft und andere Störinflüsse können auch eine unerwünschte Versetzung des Strahls in Längsrichtung der Stoßfuge 12 zur Folge haben. Um Störungen dieses Typs kompensieren zu können, wird gemäß· eine,r Weiterbildung der Erfindung ein zweites Meßsystem vorgesehen, das eine drehbare oder schwenkbare Welle 140" enthält, die eine weitere nadeiförmige Elektrode 144" enthält, wie es beispiels-

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weise in Fig. 15 dargestellt ist. Das Meßsystem kann also, wie die Draufsicht in Fig. 15 zeigt, eine erste Welle 140' mit einer nadeiförmigen Elektrode 144¹ enthalten, um wie in Verbindung mit Fig. 14 beschrieben wurde, ein Signal zum Einregeln des Strahlerzeugungssystems und/oder einer Hilfsvorrichtung in einer senkrecht zur Stoßfuge 12 oder Schweißrichtung verlaufenden Richtung zu bewirken während das zweite System mit der Welle 140" und der nadeiförmigen Elektrode 144" in entsprechender Weise dazu verwendet wird, die Hilfseinrichtung oder das Strahlerzeugungssystem in einer Richtung parallel zur Stoßfuge 12 (Längsrichtung) zu verstellen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die in den Figuren 16 und dargestell ist, können an einer Welle 140a zwei nadeiförmige Meßelektroden 144a und 144b angeordnet sein, die in Richtung der Achse 60 des unabgelenkten Strahles einen vorgegebenen Abstand voneinander haben und mit einem Doppelablenksystem zusammenwirken, das zwei Paare von Ablenkspulen 26,28 enthält, die im Abstand voneinander längs der Strahlachse 60 angeordnet sind, und den Strahl derart abzulenken gestatten, daß er ±n wesentlichen senkrecht auf die Werkstücksoberfläche auftrifft, trotzdem er vor der Werkstücksoberfläche durch ein Störmagnetfeld 162 abgelenkt wird. Fig. 16 zeigt, um die Zeichnung übersichtlicher zu machen, nicht die tatsächliche Lage der Welle 140 bezüglich der Strahlachse 60, in Wirklichkeit muß die Welle 140a in Fig. vor oder hinter der Strahlachse 60 liegen, wie es in Fig. dargestellt ist.

Fig. 17 zeigt eine Schaltungsanordnung, die in Kombination mit dem anhand von Fig. 16 beschriebenen Regelsystem verwendet werden kann. Durch einen Winkelgeber 148 wird ein die Winkellage der rotierenden Welle 140a darstellendes Signal erzeugt, das durch eine Frequenzteiler-und Schwingungsformungsschaltung 162 in ein sinusförmiges Positionsreferenzsignal umgewandelt wird.

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Das Referenzsignal wird einem ersten Eingang einer ersten Fehlerschaltung 164 zugeführt, an deren zweiten Eingang die Ausgangsimpulse von der Elektrode 144a liegen. Die Fehlerschaltung 164 kann eine Torschaltung enthalten, wie sie in Verbindung mit Fig. 4A erläutert wurde, und liefert an einem Ausgang 166 ein Fehlersignal, das etwaige Abweichungen des Strahls von einer Referenzlage darstellt, welche der Position der Achse 60 des unabgelenkten Strahls in der Drehebene der Elektrode 144a entsprechen kann. Dieses Fehlersignal beeinflußt den Ablenkstrom in den Ablenkspulen 26 derart, daß der Fehler so weit als möglich kompensiert wird. Ferner werden die Impulse von der zweiten Meßelektrode 144b und das Referenzsignal einer zweiten Fehlerschaltung 168 zugeführt, die ein zweites Fehlersignal zur Regelung des Ablenkstromes in den Ablenkspulen 28 erzeugt. Die Fehlerschaltungen 164 und 168 erzeugen die jeweiligen Fehlersignale mit unterschiedlichen Zeitkonstanten, so daß keine Regelschwingungen auftreten können und sich ein Kompromiß der Lagefehler in den Drehebenen der beiden Elektroden 144a und 144b einstellt und der Strahl dementsprechend im wesentlichen senkrecht auf die Werkstückoberfläche auftrifft. Auch hier kann ähnlich wie in Verbindungntt Fig. beschrieben wurde,eine Regelung in zwei Koordinaten vorgesehen sein.

Die beschriebene Nadelmeßmethode kann ähnlich abgewandelt werden, wie es in Verbindung mit den Figuren 11 bis 13 erläutert wurde. In diesem Falle werden dann die Nadelelektroden stationär bezüglich des Maschinenrahmens oder des Strahlerzeugungssystems montiert und zur Messung wird der Strahl längs eines dreieckigen Weges abgelenkt, wie es oben erläutert wurde.

Die Meßelektroden sollen auf alle Fälle so nah wie möglich bei der Werkstückoberfläche angeordnet werden, vorzugsweise in einem Abstand von nicht mehr als etwa 5 bis 15 mm, damit

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keine großen Abweichungen zwischen der Strahlposition an der Meßstelle und der Strahlposition an der Werkstückoberfläche auftreten können.

Die Elektroden 144a und 144b (Fig. 17) können in Richtung senkrecht zur Achse der Welle gegeneinander versetzt sein, damit der unabgelenkte gerade Strahl keinen zu starken Schatten der oberen Elektrode 144a auf die untere Elektrode wirft. Alternativ können die Elektroden 144a und 144b in Umfangsrichtung der Welle versetzt sein, zum Beispiel sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, wobei dann die Versetzung durch eine entsprechende Phasenverschiebung kompensiert wird, indem zum Beispiel die Fehlerschaltungen 164 und 168 mit entsprechend phasenverschobenen Versionen des Referenzsignals versorgt werden.

Um RegelSchwingungen zu vermeiden, hat das Regelsystem, das Abweichungen von Ist- und Soll-Position des Strahlauftreffbereiches regelt, eine kürzere Zeitkonstante, vorzugsweise um mindestens eine Größenordnung kürzere Zeitkonstante als das Regelsystem, welches die Position der Hilfsvorrichtung oder des Strahlerzeugungssystems bezüglich der Bearbeitungsstelle (Schweißbad 28) regelt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Fehlersignal, das aus dem Ausgangssignal des auf elektromagnetische Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung ansprechenden Detektors 32 gewonnen wird, sowohl für die Regelung der Ist-Lage bezüglich der Soll-Lage des Strahlauf treffbereiches auf dem Werkstück als auch zur Regelung der Lage einer Zusatzvorrichtung oder des Strahlerzeugungssystems u.a.m. bezüglich des Ist-Strahlauftreffbereiches verwendet werden. Mann kann also zum Beispiel, wie es in Flg. 4A gestrichelt dargestellt ist, das Fehlersignal auf der Leitung 46, das Abweichungen zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage des Strahlauftreffbereiches in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Stoßfuge 12 darstellt, über eine Leitung

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as-

180 (Fig. 4A) einem Servomotor 182 zuführen, der über einen Spindelantrieb mit dem Strahlerzeugungssystem 30 verbunden ist, das seinerseits verschiebbar an einem stationären Träger 184 gelagert ist.

Im Betrieb hält das erste Regelsystem, welches die Ablenkvorrichtungen 26 und 28 enthält und eine kleine Zeitkonstante hat, den tatsächlichen Strahlauftreffbereich bezüglich des Soll-Strahlauftreffbe reiches zentriert, wie es oben beschrieben wurde.

Gleichzeitig steuert das Fehlersignal auf der Leitung 180 den Servomotor 184 derart, daß das Strahlerzeugungssystem 30 um eine solche Strecke senkrecht zur Stoßfuge 12 verschoben wird, daß eine vorgegebene Lagebeziehung zwischen dem Strahlerzeugungssystem und dem Ist-Strahlauf treff bereich hergestellt oder aufrechterhalten wird. Hierdurch wird eine Überschreitung des Ablenkbereiches der Ablenk-Vorrichtungen 26 und 28 vermieden und, wenn das Strahlerzeugungssystem mit der Fülldrahtzuführungsdüse 22 verbunden ist, gleichzeitig eine einwandfreie Fülldrahtzuführung gewährleistet.

Das Fehlersignal auf der Leitung 180 kann zusätzlich oder anstelle des Servomotors 182 auch einem entsprechenden Stellglied für die Zusatzmaterial-Zuführungsvorrichtung zugeführt werden.

Andere Hilfsvorrichtungen, auf deren Positionsregelung die vorliegende Erfindung anwendbar ist, sind Schweißbadoder Stützungsvorrichtungen, d.h. Vorrichtungen, die an der Strahlaustrittsseite und ggfs. an der Strahleintrittsseite des Werkstücks angeordnet werden, und dazu bestimmt sind, das Ausfließen aus der Schmelze zu verhindern. Diese Schweißbadoder Stützungsvorrichtungen können mit dem Strahl mitgeführt werden und dann in der Position durch die beschriebene Regeleinrichtung geregelt werden.

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Claims

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DR. DIETER V. BEZOLD A 0 £ I

DIPL. ING. PETEH SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

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Steigerwald Strahltechnik GmbH München

Verfahren und Einrichtung zur Strahlpositionsregelung in einem Ladungsträgerstrahl gerät

Ansprüche

LJVerfahren zum Regeln der I st-La ge eines Strahl auftreffbereiches bezüglich eines Soll-Strahlauftreffbereiches in einem Gerät zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem hochenergetischen Ladungsträgerstrahl 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Lage des Strahlauftreffbereiches aufgrund einer unterschiedlichen Röntgenemission des Soll-Strahlauftreffbereiches und einem diesem benachbarten Bereich bestimmt und ein einer etwaigen Abweichung zwischen Ist- und Sollstrahl auf treff bereich entsprechendes Fehlersignal zur Ausregelung der Abweichung erzeugt wird.
2. Verfahren zum Regeln der Ist-Lage eines Strahlauftreffbereiches bezüglich eines Soll-Strahlauftreffbereiches in einem Gerät zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem hochenergetischen Ladungsträger-

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strahl, und zum Regeln der Lage des Ist-Strahl auftreffbereiches auf dem Werkstück bezüglich einer Bezugsposition, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Lage des Strahles (10) bezüglich des Soll-Strahlauftreffbereiches (12) bestimmt und ein erstes Fehlersignal entsprechend einer etwaigen Abweichung zwischen Ist- und Sol!strahl auftreffbereich erzeugt wird; daß ferner die Lage des Ist-Strahlauftreffbereiches bezüglich der Referenzposition bestimmt und mindestens ein einer etwaigen Abweichung von einer gewünschten Lagerelation entsprechendes zweites Fehlersignal erzeugt wird; daß das erste Fehlersignal zur Kompensation einer etwaigen Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Lage des Strahl auftreffbereiches verwendet wird und daß das zweite Fehlersignal zur Kompensation einer etwaigen Abweichung zwischen der Ist-Lage des Strahl auftreffbereiches und der Referenzposition verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposition auf eine Hilfseinrichtung bezogen ist, die mit dem Ist-Strahlauftreffbereich des Strahls auf dem Eerkstück zusammenwirkt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fehlersignal dazu verwendet wird, eine bestimmte Lagebeziehung zwischen der Hilfseinrichtung und dem Ist-Strahlauftreff bereich einzuhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abweichungen zwischen dem Ist-Strahl auftreffbe reich und dem Soll-strahlauftreffbereich durch elektromagnetische Strahlung

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einschließlich optischer Strahlung und Röntgenstrahlung ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Lage des Strahls nahebei dem Ist-Strahlauftreffbereich und dadurch die Lage des Ist-Strahlauftreffbereiches bezüglich der Referenzposition durch mindestens eine körperliche Elektrode (144) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlung, die auf einem Spalt (12; 66) zwischen zwei Werkstückteilen austritt, wahrgenommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Strahls während einer Meßperiode längs eines vorgegebenen Weges (100) derart geändert wird, daß der Strahl den Soll-Strahlauftreffbereich (12', 66) an einer vom Strahl noch nicht bearbeiteten Stelle kreuzt; daß die Relativlage des Strahls bezüglich des Soll-Strahlauftreffbereiches während dieses Kreuzens (100a) bestimmt und ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt wird, und daß die Meßperiode zu kurz ist, daß der normale Bearbeitungsvorgang des Strahles durch die Unterbrechung während der Meßperiode nicht beeinträchtigt wird.
9. Regeleinrichtung für ein technisches Ladungsträgerstrahlgerät zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem hochenergetischen Ladungsträgerstrahl, der von einer Strahl kanone erzeugt und auf das Werkstück gerichtet wird, gekennzeichnet durch ein Meßsystem zur Ermittlung einer etwaigen Abweichung zwischen einem Ist-Strahl aufteff-

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bereich auf dem Werkstück und einem Soll-Strahlauftreffbereich auf dem Werkstück, und zwischen dem Ist-Strahl auftreffbereich und einer von der Lage des Werkstücks unabhängigen Referenzposition und durch eine vom Meßsystem gesteuerte Stelleinrichtung zur Änderung der Relativlage zwischen dem Ist-Strahlauftreffbereich und dem Soll-Strahlauftreffbereich sowie dem Ist-Strahl auftreffbereich und der Referenzposition.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposition auf eine mit dem Iststrahl auftreffbereich zusammenwirkende Hilfseinrichtung bezog ist.
11. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Strahlauftreffbereich eine Fuge zwischen zwei durch Strahl schweißen zu verbindenden Werkstückteilen ist und daß die Referenzposition auf eine Einrichtung zum Zuführen von Zusatzmaterial in eine durch den Strahl während des Schweißens erzeugte Schweißzone 1st.
12. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gelten nze i chnet, daß das Meßsystem einen Röntgensensor enthält, der auf Unterschiede zwischen der vom So11-Strahlauftreffbereich empfangenen Röntgenstrahlung und der von einem dem Soll-Auftreffbereich benachbarten Bereich empfangenen Röntenstrahlung enthält.
13. Regeleinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgensensor einen Kollimator enthält,

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der den Ansprechbereich des Sensors auf ein bandförmiges Volumen beschränkt, und daß der Sensor so angeordnet ist, daß das bandförmige Volumgen durch den Soll-Strahlauftreffbereich geht.
14. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung ein Ablenksystem zur Ablenkung des Strahls im Sinne einer Verringerung einer etwaigen Abweichung zwischen Soll- und Ist-Strahlauftreffbereich enthält.
15. Regeleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung die den Strahl liefernde Strahl kanone im Sinne einer Verringerung einer Ablenkung verstellt.
16. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung ein Stellglied zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Lagebeziehung zwischen einer Zusatzmaterialzuführungsvorrichtung und dem Ist-Strahlauftreffbereich enthält.
17. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, d adurch gekennzeichnet, daß das Gerät ein Elektronenstrahl schweißgerät ist.
18. Regeleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine Elektrodenanordnung zur Bestimmung von Abweichungen zwischen der Ist-Lage des Strahl auftreff- bereiches und einer Soll-Lage in Längsrichtung einer zu verschweißenden

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Trennfuge enthält und daß die Stelleinrichtung ein Stellglied zum Verstellen der Strahl kanone im Sinne einer Verringerung der Abweichung enthält.
19. Regeleinrichtung nach Anspruch 9 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem eine Elektrodenanordnung zur Messung der Orientierung des Strahles kurz vor dem Strahlauftreffbereich enthält und daß die Stelleinrichtung ein Ablenksystem zur Kompensation etwaiger Abweichungen von einer Soll-Orientierung enthält.

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