DE2937094A1

DE2937094A1 - position control for electron beam welder - uses X=rays emitted during special measurement interval by beam travelling closed path intersecting weld direction

Info

Publication number: DE2937094A1
Application number: DE19792937094
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Clauspeter 8082 Grafrath Mönch
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1979-09-13
Publication date: 1981-04-02

Abstract

The welding process is punctuated by brief measurement intervals in which the electron beam (14) is deflected and made to trace out a closed path (22) spanning the seam (12) being welded (18,20). The beam interacts with the workpiece (10) and causes X-rays (28a) to be emitted from its surface. These X-rays are detected by X-ray detectors and the result used to control the position of the electron beams. The X-ray detector's output is a function of that length of any one section of the closed path travelled by the beam that lies between a reference position and the X-ray detector's aperture limit intersecting the closed path. The detector's aperture limit (i.e. area of measurement limit) is parallel to the feed direction (X). The associated measurement area lies on the side of the measurement area limit facing the processing zone. The detector's output is proportional to the distance between a reference axis (electron gun's axis) and the point where the closed path intersects the measurement area limit.

Description

Verfahren zur Regelung der Position des Strahl fleckes und/oderMethod for controlling the position of the beam spot and / or

der Zusatzmaterialzuführung bei einer Maschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Ladungsträgerstrahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.the additional material feed in a machine for processing Workpieces by means of charge carrier beam The invention relates to a method such as it is required in the preamble of claim 1.

Bei Maschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem LadungstrJ2gerstrahl, etwa einem Elektronenstrahl, ist es erforderlich, den Strahlfleck, in welchem der Bearbeitungsstrahl auf das Werkstück auftrifft, stets in dem gewünschten Bearbeitungsbereich zu halten, damit man ein gutes Bearbeitungsergebnis erhAlt. Im Falle eines Verschweißens zweier Werkstücke wird ferner häufig Draht als Zusatzmaterial zum Füllen der Schweißfuge zugeführt, und auch die Lage dieser Zuführungsstelle soll sich gegenüber dem Strahlfleck nicht ändern. In der deutschen Patentanmeldung P 28 21 028 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Strahlpositionsregelung in einem Ladungsträgerstrahlgerät beschrieben, bei dem der Strahl während einer den eigentlichen Bearbeitungsvorgang kurzzeitig unterbrechenden Meßperiode längs eines die zu bearbeitende Zone - die beispielsweise eine Schweißfuge sein kann - kreuzenden Meßweges geführt wird und die vom Strahlfleck ausgehende Röntgenstrahlung mit Hilfe eines Sensors überwacht wird. Läuft der Strahlfleck über die Schwißfue hinweg, so verringert sich die Röntgenstrahlung und im Ausgangssignal der Sonde tritt ein entsprechender Impuls auf, dessen Dauer der Breite der Schweißfuge entspricht und dessen zeitliche Lage Informationen über die räumliche Beziehunq zwischen Schweißfuge und Strahlerzeugungssystem enthält. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel hat der Meßweg die Form eines Triangels,dessen eine Ecke im Bearbeitungsbereich (also der momentanen Schweißstelle) liegt und dessen gegenüberliegende Seite die noch offene Schweißfuge kreuzt. Mit Hilfe der für die Korrektur der Strahlposition benutzten Magnetfelder läßt sich der Strahl während der kurzzeitigen Meßperioden längs dieses triangelförmigen Meßweges führen. Durch die Messung außerhalb des eigentlichen Schweißbereiches - nämlich vor diesem an der noch offenen Schweißfuge - vermeidet man eine Verfälschunq des Meßergebnisses durch Schmutzeffekte, die bei einer Messung im Schweißbereich selbst leicht auftreten können. Die im Meßimpuls des Sondenausgangssignals enthaltenen zeitlichen Informationen erlauben die Ableitung von Regelsignalen für die Positionierung des Strahl fleckes und der Drahtzufuhrstelle auf Schweißfugenmitte sowie für die Drahtzufuhrgeschwindigkeit.For machines for processing workpieces with a charge carrier beam, such as an electron beam, it is necessary to identify the beam spot in which the The machining beam hits the workpiece, always in the desired machining area to keep so that you get a good editing result. In the case of welding two workpieces, wire is also often used as an additional material to fill the weld joint fed, and the position of this feed point should be opposite to the beam spot do not change. In the German patent application P 28 21 028 is a method and a device for beam position control in a charge carrier beam device is described, in which the beam briefly during the actual machining process interrupting measuring period lengthways one the zone to be processed - which can be, for example, a weld joint - is guided along a crossing measuring path and the X-ray radiation emanating from the beam spot is monitored with the aid of a sensor will. If the beam spot runs over the sweat foot, the X-ray radiation is reduced and a corresponding pulse appears in the output signal of the probe, its duration corresponds to the width of the weld joint and its temporal location information about contains the spatial relationship between the weld joint and the beam generation system. According to a special embodiment, the measuring path has the shape of a triangle a corner is in the processing area (i.e. the current welding point) and its opposite side crosses the still open welding joint. With the help of for the Correction of the beam position used magnetic fields can be used during the beam the short-term measuring periods along this triangular measuring path. By the measurement outside the actual welding area - namely in front of it the still open weld joint - one avoids a falsification of the measurement result due to dirt effects that easily occur when measuring in the welding area itself can. The time information contained in the measuring pulse of the probe output signal allow the derivation of control signals for the positioning of the beam spot and the wire feed point at the center of the weld joint as well as for the wire feed speed.

Eine Weiterentwicklung dieses mit einem triangelförmigen Meßweg arbeitenden Verfahrens ist in der deutschen Patentanmeldung P 29 01 148 beschrieben. Hier wird nicht nur die dem Bearbeitunqsbereich gegenüberliegende Seite des Meßweges ausgenutzt, sondern es werden auch die beiden anderen Dreieckseiten unter heranziehung eines zusätzlichen Sensors zur Ableitung weiterer Regelsignale herangezogen. Die Gesichtsfelder der beiden hier verwendeten S<#nsoren sind so geformt und ausgerichtet, daß sie sich auf der Oberfläche des Werkstückes in einer Geraden schneiden, die zwischen dem durch den Bearbeitungsbereich gebildeten einen Eckpunkt und der diesem gegenüber liegenden Seite des Meßtriangels parallel zu dieser Seite verläuft. Diese in Vorschubrichtung des Bearbeitungsvorganges hintere Meßbereichsgrenze schneidet die beiden anderen Dreieckseiten des Meßweges, und wenn der während der Meßperioden längs des Meßweges geführte Strahl durch diese Schnittpunkte in den Meßbereich eintritt, dann stellen die Sensoren - zweckmässigerweise Zähirohre oder Scintillationszähler - das Auftreten von Röntgenstrahlung fest, und in ihren Ausgangssignalen erhöht sich dementsprechend die Impulshäufigkeit. Die zeitliche Lage dieser Anderung bezogen auf die den Verlauf der den Meßweg bestimmenden Strahiablenkströme (Ablenkfunktion) ist ein Maß für die Lage des Bearbeitungsbereiches oder "Brennfleckes" gegenüber der Mittelachse des Strahlerzeuqungssystems in Richtung der Schweißfuge. Bei Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert, der durch eine gewünschte Tage der Drahtzufuhrstel]e zum Brennfleck bestimmt wird, läßt sich nun ein Regelsignal bilden, mit Hilfe dessen sich die Position des Strahlerzcugungssystems und/oder die Strahlablenkung korrigieren läßt.A further development of this working with a triangular measuring path The method is described in German patent application P 29 01 148. Here will not only the side of the measuring path opposite the processing area is used, but also the other two sides of the triangle using one additional sensors are used to derive further control signals. The fields of vision of the two sensors used here are shaped and aligned so that they intersect on the surface of the workpiece in a straight line that runs between the corner point formed by the machining area and the opposite side of the measuring triangle runs parallel to this side. This crosses the rear measuring range limit in the feed direction of the machining process the other two sides of the triangle of the measuring path, and if that during the measuring periods The beam guided along the measuring path enters the measuring area through these intersection points, then the sensors - expediently counting tubes or scintillation counters - the occurrence of X-rays fixed, and increased in their output signals the pulse frequency changes accordingly. The timing of this change is related on the course of the beam deflection currents determining the measuring path (deflection function) is a measure of the position of the processing area or "focal point" opposite the central axis of the radiation generation system in the direction of the weld joint. If there is a deviation from a predetermined target value, which is determined by a desired day of the wire feed point is determined to the focal spot, a control signal can now be formed with the help of this correct the position of the lamp generation system and / or the beam deflection leaves.

Is hat sich nungezei(t, daß die Cenauqigkeit der Bestimmung des Zeiti)unktes , wo der Strahl die Sensormeßbereichsgrenzen durchläuft, von einer Reihe Parametern, u.a. der Strahlstromstärke und der Strahlfokussierung (also dem Strahldurchmesser an der Werkst£ickoberfläche) abhängt. Iliermit ändert sich nämlich die Anstiegszeit der fläufigkeitsfunktion für die vom Sensor gelieferten Impulse bei Veränderungen deL Strahlungsintensität und damit der Zeitpunkt, zu dem eine Zählwertschwelle (also eine bestimmte Impulszahl pro Zeiteinheit oder Impulshäufigkeit) erreicht wird, über welche die Uberschreitung der Meßbereichsgrenze definiert wird. Mit zunehmendem Strahlfleckdurchmesser und bei abnehmender StralulstromstArkc sinkt die Steilheit des Anstiegs bzw. Abfalls der EINuEigkeitsfunktion des Sensorausgangssignals, auch können statistisch bedingte zeitliche Verschiebungen dieser Anstiegs-und Abfallvorgänge auftreten, und damit wird der Zeitpunkt, zu dem der als Überschreitung der Meßbereichsgrenze gewertete Zählwert erreicht wird, unsicherer. Da aus der Lage dieses Zeitpunktes zu einem Bezugszeitpunkt (Beginn der Meßperiode) aber die Größe des Meßsignals bestimmt wird, weiches dann zur Poiitionskorrektur benutzt wird, hängt die Genauigkeit dieser Korrektur von der Exaktheit der Bestimmung des meßebenden Zeitpunktes ab.It is not known that the accuracy of the determination of the time point , where the beam passes the sensor measuring range limits, of a number of parameters, among other things the beam current strength and the beam focusing (i.e. the beam diameter on the workpiece surface). This is because the rise time changes the fluidity function for the impulses supplied by the sensor in the event of changes deL radiation intensity and thus the point in time at which a count value threshold (i.e. a certain number of pulses per unit of time or pulse frequency) is achieved, via which the exceeding of the measuring range limit is defined. With increasing The beam spot diameter and the slope decreases as the current intensity decreases the rise or fall of the unity function of the sensor output signal, too can be statistically determined temporal shifts of these rise and fall processes occur, and thus the point in time at which the as exceeding the measuring range limit evaluated count value is achieved, more uncertain. As from the location of this Point in time at a reference point in time (start of the measurement period) but the size of the Measurement signal is determined, which is then used for position correction, depends the accuracy of this correction depends on the accuracy of the determination of the measurement Point in time.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Angabe von Mal3-nahmen, welche eine genauere Bestimmung des für die Ableitung des Korrektursignals maßgeblichen Zeitnunktes erlauben, so daß eine bessere Positionskorrektur möglich wird. Außerdem soll diese höhere Genauigkeit mit einem geringeren Sensoraufwand erreicht werden.The object of the invention now consists in specifying mal3-measures, which a more precise determination of the decisive factor for the derivation of the correction signal Allow time points so that a better position correction is possible. aside from that this higher accuracy is to be achieved with less sensor expenditure.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out by the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Durch die Ausbildung des Sensormeßbereiches mit parallelen Begrenzungen lassen sich relativ einfach zwei um ein genau defini#rbares Zeitintervall - nämlich die Ausdehnung des Meßbereichs in Richtung des Meßweges - auseinanderliegende Meßpunkte erhält ten, an denen hinsichtlich des Signal verlaufs in der Umgebung des Zählwerts gleiche Verhältnisse herrschen, so daß unter Bildung des Mittelwertes aus den beiden Ansprechzeitpunkeen für die Zustandsänderungen der Schwellwertschaltung beim Ein- bzw. Austreten des Strahles in den bzw. aus dem Meßbereich Einflüsse kompensiert werden, welche normalerweise die Genauigkeit der Zeitpunktbestimmung beeinträchtigen würden. Ein Meßbereich mit paarweise parallelen Begrenzungen läßt sich auch relativ einfach mit nur einem einzigen Sensor realisieren und erlaubt je nach Richtung des Meßweges die Bestimmung von Zeitpunkten für die Ableitung verschiedener Regelsignale für unterschiedliche Korrekturvorgänge.Due to the design of the sensor measuring range with parallel boundaries can be relatively easily two by a precisely definable time interval - namely the extension of the measuring range in the direction of the measuring path - spaced measuring points received th, on which the signal progression in the vicinity of the count value the same conditions prevail, so that taking the mean of the two Response times for the state changes of the threshold value circuit when switching on or the exit of the beam into or out of the measuring area compensates for influences which normally affect the accuracy of the time determination would. A measuring range with boundaries parallel in pairs can also be relatively can be easily implemented with just a single sensor and, depending on the direction of the Measurement path the determination of times for the derivation of various control signals for different correction processes.

Will man beispielsweise die Position des Strahlfleckes bezüglich der Drahtzufuhrstelle in Vorschubrichtung des Bearbeitungsvorgangs regeln, damit der Draht immer im gleichen Abstand hinter dem Brennfleck in das Schweißbad eintau#ht, was für eine gleichmäßige Schweißnaht von Bedeutung ist, dann kann man den Meßweg so legen, daß er die beiden quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Meßbereichsgrenzen längs je eines zur Vorschubrichtung parallen Hinlauf- und Rücklauf-Abschnittes kreuzt, so daß sich für jeden dieser Abschnitte zwei Meßpunkte ergeben, nämlich wenn der Strahl in den Meßbereich eintritt und wenn er ihn wieder verläßt.For example, if you want the position of the beam spot with respect to the Regulate the wire feed point in the feed direction of the machining process so that the Always thaws the wire into the weld pool at the same distance behind the focal point, what an even Weld is important then can the measuring path is laid so that it extends both transversely to the direction of advance Measuring range limits along one forward and one return section each parallel to the feed direction crosses, so that there are two measuring points for each of these sections, namely when the beam enters the measurement area and when it leaves it again.

Während sich diese Zeitpunkte selbst - wie erläutert - nur mit einer gewissen Unsicherheit bestimmen lassen, stellt der aus ihnen gebildeten Mittelwert einen wesentlich genauer bestimmten Zeitpunkt dar, weil sich bei der Mittelung die Verfälschungseffekte gegenseitig hompensieren. Der gemittelte Zeitpunkt erlaubt daher wegen der räumlich festen, bekannten Beziehung zwischen Meßweg und Drahtzufuhrstelle (üblicherweise sind sowohl der Sensor als auch der Zuführmechanismus an einer gemeinsamen Halterung mit dem Strahlerzeugungssystem befestigt) eine wesentlich genauere Feststellung eventueller Abweichungen des gewünschten Abstandes zwischen Brennfleck und Drahtzufuhrstelle und damit eine entsprechend genauere Korrektur.While these points in time - as explained - only with one determine a certain uncertainty, is the mean value formed from them a much more precisely determined point in time, because the averaging the Compensate for adulteration effects. The averaged point in time allows therefore because of the spatially fixed, known relationship between the measuring path and the wire feed point (Usually both the sensor and the feed mechanism are on a common Bracket attached to the beam generation system) a much more accurate determination possible deviations in the desired distance between the focal point and the wire feed point and thus a correspondingly more precise correction.

Bei dem hier beschriebenen Meßverfahren sorqt man dafür, daß sich die Jiöhenlage der Oberfläche des Werkstückes nicht ändert, damit sich der Meßbereich des Scnsors auf der Werkstückoberfläche nicht verschiebt. Stimmen nun aber zwei miteinander zu verschweissende Bleche in ihrer Dicke nicht überein, dann liegt die Oberflache des einen Bleches in einer anderen Höhenlage als diejenige des anderen. Verläuft die Achse des Gesichtsfeldes des Sensors schräg zur Werkstückoberfläche, dann verschieben sich nach den Regeln der Strahlenoptik die beiden Teile des Meßbereichs auf den Oberflächen der beiden Bleche beiderseits der Schweißfuge gegeneinander, so daß die Bereichsgrenzen an der Fuge nicht mehr ineinander übergehen, sondern parallel gegeneinander versetzt sind. Dadurch tritt eine entsprechende zeitliche Versetzung der Uberschreitungszeitpunkte für die Meßbereichsgrenzen im Hinlaufabschnitt gegenüber dem Rücklaufabschnitt des Meßweges auf, so daß man bei der Mittelwertsbildung aus den Uberschreitungszeitpunkten für den Hinlaufabschnitt einen anderen mittleren Zeitpunkt als für den Rücklaufabschnitt erhält, und diese beiden unterschiedlichen Zeitpunkte beziehen sich auf die ine bzw. auf die andere Oberfläche der beiden Werkstückteile. Da durch den Elektronenstrahl aber die beiden unterschiedlich hohen Kanten der beiden Bleche miteinander verschweißt werden solllen, müssen die Schweißbedingungen beiden Kanten bzw. Blechstärken gerecht werden, und es ist zweckmäßig, hier einen Kompromiß u wählen, der zwischen den beiden Optimalverhältnissen filr die unterschiedlichen Blechstärken liegt. Eine zweckmässige usgestaltung der Erfindung besteht daher darin, aus allen vier unterschied lichen Zeitpunkten, zu denen der Strahl auf dem Meßweg die Meßbereichsgrenzen überschreitet, einen zeitlichen Mittelwert zu bilden, aufgrund dessen dann das Regelsignal abgeleitet und die Korrektur durchgeführt wird.With the measuring method described here one ensures that the Jiöhenlage of the surface of the workpiece does not change, so that the measuring range of the scanner does not move on the workpiece surface. But two votes now sheets to be welded to one another do not match in thickness, then the Surface of one sheet at a different altitude than that of the other. If the axis of the field of view of the sensor runs at an angle to the workpiece surface, then the two parts of the measuring range shift according to the rules of ray optics on the surfaces of the two sheets on both sides of the weld joint against each other, so that the area boundaries at the joint no longer merge into one another, but rather are offset from one another in parallel. This results in a corresponding temporal Displacement of the exceeding times for the measuring range limits in the trailing section compared to the return section of the measuring path, so that you can calculate the mean value from the crossing times for the outgoing section a different middle one time than for the return section, and these two different times relate to one or the other surface of the two workpiece parts. Because of the electron beam, however, the two are different high edges of the two sheets are to be welded together, the Welding conditions meet the requirements of both edges and sheet thicknesses, and it is advisable to choose here a compromise between the two optimum ratios the different sheet thicknesses lies. An expedient design of the invention therefore consists of all four different points in time at which the Beam on the measuring path exceeds the measuring range limits, a time average to form, based on which the control signal is then derived and the correction carried out will.

Da wie erwähnt die räumliche Beziehung zwischen dem auch als Strahlkanone bezeichneten Strahlerzeugungssystem der Drahtzufuhreinrichtung - und damit der Drahteintauchstlic in das Schweißbad - und dem Sensor - und damit deln auf die Werkstücksoberfläche projizierten Meßbereich - Bekannt ist, kann nian relativ einfach die r.aae des Meßbereiches gegenüber (3ç.r 13rahteintauchstelle konstanthalten. Da andererseits der Meßweg vom momentanen Brennfleck ausgeht, der nicht notwendigerweise nit der Mittelachse der Strahlkanone zusammenfällt, sondern zur Kompensation äußerer Einflüsse auf den qewünsehten Bearbeitungsbereich geregelt werden muß, hängt die Tage des Meßweges zu den Meßbereichsgrenzen von solchen äußeren Finflüssen ab, und die Zeitpunkte der Uberschreitung der Meßbereichsgrenzen durch den den Meßweg durchlaufenden Strahl beinhalten daher Informationen über die lageabweichungen zwischen Brennfleck und Strahlkanonenachse bzw. den damit in bekannter räumlicher Beziehung stehenden Maschinenteilen und Positionen, wie beispielsweise der Eintauchstelle des als Zusatzmaterial für die Schweißfuqe zugeführten Drahtes. Bezeichnet man die Vorschubrichtung des Bearbeitungsvorganges als x-Richtung, dann lassen sich in der zuvor beschriebenen Weise Abweichungen A x vom gewünschten Abstand zwischen Brennfleck und Drahteintauchstelle bestimmen und ausregeln.Since as mentioned the spatial relationship between the also as a jet cannon designated beam generation system of the wire feed device - and thus the wire immersion into the weld pool - and the sensor - and thus onto the workpiece surface projected measuring range - as is known, nian can relatively easily determine the r.aae of the measuring range opposite (3 r 13 wire immersion point constant. On the other hand, the measuring path starts from the current focal point, which does not necessarily coincide with the central axis the jet gun collapses, but to compensate for external influences on the The desired processing area must be regulated, depends on the days of the measuring path to the measuring range limits of such external fin flows, and the points in time the exceeding of the measuring range limits by the beam passing through the measuring path therefore contain information about the positional deviations between the focal point and Beam cannon axis or the machine parts that are related to it in a known spatial relationship and positions such as the immersion point of the as additional material for the welded wire. The direction of feed of the machining process is called as the x-direction, then deviations A x from the desired distance between the focal point and the wire immersion point determine and adjust.

Das erfindungsgemäßeverfahren erlaubt aber auch die genauere Messung von Abweichungen des Brennfleckes von der Kanonenachse in der quer zur Vorschubrichtung verlaufenden y-Richtung, also seitliche Auswanderungen ty des Brennfleckes gegenüber der Kanonenachse. Hierzu läßt man den Strahl einen Meßwegabschnitt durchlaufen, der die beiden anderen, parallel zur Schweißfuge verlaufenden Meßbereichsgrenzen überquert, und bildet aus diesen beiden Uberquerungszeitpunkten den Mittelwert, der bei symmetrischen bzw. ungestörten Verhältnissen mit der y-Position der Kanonenachse zusammenfällt. Ist dies nicht der Fall, dann ist der Brennfleck, z.B. infolge von Störmagnetfeldern, aus dieser y-Sollage herausgewandert, d.h. seine y-Position stimmt nicht mehr mit derjenigen der Zusatzmaterialzufuhrdüse überein und muß durch eine entsprechende Korrektur in diese Sollage zurückgebracht werden. Dazu kann man je nach Fehlerursache das 5trahlerzeugunqssystem verschieben (bei mechanisch bedingten Fehlern) und/oder den Strahl magnetisch ablenken (bei magnetisch bedingten Fehler).However, the method according to the invention also allows more precise measurement of deviations of the focal point from the gun axis in the direction transverse to the feed direction running y-direction, i.e. lateral migrations ty of the focal point opposite the cannon axis. For this purpose, the beam is allowed to run through a section of the measuring path, the other two measuring range limits running parallel to the weld joint crossed, and forms the mean value from these two crossing times, that in symmetrical or undisturbed conditions with the y-position of the gun axis coincides. If this is not the case, then the focal point is, e.g. due to Interfering magnetic fields, migrated out of this y-nominal position, i.e. its y-position is correct no longer matches that of the additive feed nozzle and must pass through a corresponding correction must be brought back into this target position. You can ever do that move the jet generation system according to the cause of the error (in the case of mechanically caused Errors) and / or deflect the beam magnetically (in the case of magnetically caused errors).

Hat man es gleichzeitig mit einer mechanischen Abweichung der zu verschweißenden F#uge von der anfänglich eingestellten y-Sollposition (Kanonenachse) und einer - wie oben angenommenen - magnetisch bedingten Abweichung des Brennflecks in y-Richtung zu tun, so kann man insbesondere den über die beiden fugenparallelen Meßbereichsgrenzen und daher auch über die Fuge führenden Meßweg des Strahls über die in der eingangs bereits erwähnten Patentanmeldung P 28 21 028 beschriebene Messung des aus mechanischen und magnetischen Fehlern zusammengesetzten Gesamtversatzes der y-Relativposition zwischen Brennfleck und Fuge hinaus auch dazu benutzen, in der oben beschriebenen Weise den allein störmagnetisch bedingten y-Fehler des Strahles, bezogen auf die Kanonenachse bzw auf die damit fest verbundene Drahtzufuhrdüse zu bestimmen. Bezüglich der Ausregelung des Gesamtfehlers kann man dann so vorgehen, daß die Differenz aus beiden Messungen gebildet wird, die dann nach dem bisher Gesagten allein den mechanischen y-Fehler der Fugenposition zur Kanonenachse repräsentiert. Diesen ersten Fehlerbetrag kann man durch eine entsprechende mechaniselac y-Bewegung des gesamten Strahlerzeugungssystems ausgleichen, -rend der zweite in der erläuterten Weise bestimmte rein störma9-netische y-Fehler zwischen Brennfleck und Kanonenachse durch eine entsprechende Korrektur mit Hilfe des y-Strahlablenksystemri bcseitigt wird. Nach Ausführung beider Korrekturen ist dann erstens die Drahtzuführdüse in y-Richtung auf die Fuge und im Anschluß daran der Brennfleck in y-Richtung auf die Drahtzuführdüse und damit auch auf die Fuge justiert. Die Bestimmung des y-Pehlers des Brennfleckes gegenüber der Kanonenachse erfolgt in gleicher Weise wie es für den x-Fehler im einzelnen erläutert worden ist, indem man den Mittelwert aus den Ansprechzeitpunkten beii Uberschreiten der fugenparallelen Meßbereichsgrenzen bildet.If you have it at the same time with a mechanical deviation of the to be welded Add from the initially set y target position (cannon axis) and a - as assumed above - magnetically induced deviation of the focal spot in the y-direction To do so, one can in particular use the measurement range limits that are parallel to each other and therefore also over the joint leading measurement path of the beam over the in the entrance already mentioned patent application P 28 21 028 described measurement of the mechanical and total composite displacement magnetic errors of the y relative position between the focal point and the joint also use it in the above-described Way, the y-error of the beam, which is solely caused by magnetic interference, based on the To determine the cannon axis or the wire feed nozzle firmly connected to it. In terms of the adjustment of the total error can then be proceeded as follows: that the difference is formed from the two measurements, which is then based on what has been said so far represents only the mechanical y-error of the joint position to the gun axis. This first amount of error can be detected by a corresponding mechaniselac y movement of the entire beam generation system, -rend the second in the explained There are certain purely perturbing y-errors between the focal point and the gun axis corrected with the help of the y-beam deflection system will. After performing both corrections, the wire feed nozzle is first in y-direction on the joint and then the focal point in y-direction on the Wire feed nozzle and thus also adjusted to the joint. The determination of the y-error of the focal point opposite the gun axis is done in the same way as for the x-error has been explained in detail by taking the mean value from the Forms response times when the joint-parallel measuring range limits are exceeded.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand der beiliegenden Zeicijnunqen im einzelnen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung des Zusammenschweißcns zweier Bleche mit Hilfe eines Elektronenstrahls; Figur 2 eine schematische Darstellung des Meßprinzips, bei dem der Elektronenstrahl während einer Meßperiode die Grenze des Meßbereichs des Sensors überschreitet; Figur 3 eine weitere Darstellung zur Er#ä.uterung dieses Me#prii:-zips; Figuren 4a und b Skizzen zur Erläuterung der Bestimmung des Zeitpunktes der Überschreitung der Meßbereichsgrenzen unter verschiedenen auf den Bearbeitungsstrahl. einwirkenden Einflußgrößen, Figur 5 eine Darstellung der Häufigkeitsfunktion oder Impulsetate des Sondenausgangssignals zur Veranschaulichung der Verhältnisse beim Eintreten und Verlassen des Meßbereici#s durch den Strahl während der Meßperiode, Figuren 6a-c Prinzipskizzen zur Erläuterung der Ermittlung verschiedener Meßparameter, und Figur 7 eine schematische Darstellung einer - digital arbeitenden - Anordnung zur Ableitung der Fehlersignale gemäß der Erfindung.The invention is based on the accompanying drawings explained in detail. The figures show: FIG. 1 a schematic representation of the welding together two sheets with the help of an electron beam; Figure 2 is a schematic representation of the measuring principle, in which the electron beam is the limit during a measuring period exceeds the measuring range of the sensor; Figure 3 shows a further representation for Explanation of this me # prii: -zips; Figures 4a and b sketches to explain the Determination of the point in time at which the measuring range limits are exceeded under different conditions on the machining beam. influencing variables, FIG. 5 shows a representation the frequency function or pulse rate of the probe output signal for illustration the conditions when entering and leaving the measuring area through the beam during the measurement period, Figures 6a-c schematic sketches for explanation the determination of various measurement parameters, and FIG. 7 shows a schematic representation a - digitally working - arrangement for deriving the error signals according to the Invention.

In Figur 1 ist als Veranschaulichungsbeispiel für einen Bearbeitungsvorgang das Verschweißen zweier Bleche 14 und 16 mit Hilfe eines Elektronenstrahls dargestellt, welcher von einem Strahlerzeugungssystem oder einer Strahlkanone 30 geliefert wird. Die Position der Strahlkanone wird so eingestellt, daß der Strahl 10 die Schweißfuge 12 zwischen den Blechen 14 und 16 trifft und dort eine so hohe Energiedichte erzeugt, daß ein Brennfleck 18 entsteht, in dem das Material schmilzt. Um die Fuge 12 aufzufü#len, führt man zusätzliches Material z.B. in Form eines Drahtes 20, aus einer Düse 21 hinter dem Brennfleck 18 zu. Der Brennfleck bildet die Bearbeitungsstelle und wandert in Vorschubrichtung x längs der Fuge 12. Die fertige Schweißnaht ist mit 24 bezeichnet.In Figure 1 is an illustrative example of a machining process the welding of two sheets 14 and 16 with the help of an electron beam is shown, which is supplied by a beam generating system or a beam cannon 30. The position of the jet gun is adjusted so that the jet 10 covers the weld joint 12 hits between the sheets 14 and 16 and generates such a high energy density there, that a focal point 18 is created in which the material melts. To fill in the joint 12, additional material, e.g. in the form of a wire 20, is fed out of a nozzle 21 behind the focal point 18 to. The focal point forms the processing point and moves in the feed direction x along the joint 12. The finished weld seam is denoted by 24.

Da die Fuge 12 zwischen den beiden Blechen nicht immer exakt geradlinig verläuft, muß man dafür sorgen, daß der Brennfleck 18 dem Fugenverlauf nachgeführt wird. Zu diesem Zweck läßt sich der Strahl 10 - bequemerweise mit Hilfe geeigneter Magnetfelder -ablenken. Ein solcher Fall ist strichpunktiert in die Zeichnung eingetragen. Ohne Ablenkung würde der Strahl 10' neben der Fuge 12 auf die Blechoberfläche auftreffen. Mit Hilfe zweier Magneten 26 und 28 werden Magnetfelder solcher Stärke erzeugt, daß der Strahl genau in die Fuge 12 trifft und den Brennfleck 18' erzeugt. Auch bei geradlinigem Verlauf der Fuge 12 kann eine solche Brennfleckkorrektur erforderlich sein, wenn nämlich der Strahl durch Störfelder aus seinem normalen Verlauf abgelenkt wird oder die Strahlkanone 30 nicht exakt positioniert ist.Since the joint 12 between the two sheets is not always exactly straight runs, one must ensure that the focal point 18 follows the course of the joint will. For this purpose, the beam 10 - conveniently with the help of suitable Deflect magnetic fields. Such a case is shown in dash-dotted lines in the drawing. Without deflection, the beam 10 'would strike the sheet metal surface next to the joint 12. With the help of two magnets 26 and 28, magnetic fields of such strength are generated that the beam hits exactly in the joint 12 and produces the focal point 18 '. Even If the joint 12 runs in a straight line, such a focal point correction may be necessary when the beam is deflected from its normal course by interference fields or the jet cannon 30 is not positioned exactly.

Außer der genauen Strahlausricht#ung auf die Fuge 12 ist es für eine einwandfreie Verschweißung der beiden Bleche erforderlich, daß ein optimaler Abstand in x-Richtung zwischen dem Strahlauftrefffleck und dem Zuführungspunkt des Zusatzdrahtes 20 eingehalten wird und weiterhin die Drahtzufuhrgeschwindigkeit dem Bedarf an Zusatzmaterial angepasst wird. Die hierzu erforderlichen Regelsignale werden aufgrund von Messungen der Abweichungen von gewünschten Sollzuständen gebildet.In addition to the precise alignment of the beam on the joint 12, it is for one Perfect welding of the two sheets required that an optimal distance in the x-direction between the beam impact spot and the feed point of the additional wire 20 is observed and the wire feed speed continues is adapted to the need for additional material. The control signals required for this are formed on the basis of measurements of the deviations from the desired target states.

Figur 2 zeigt nun schematisch eine Anordnung, welche solche Mcssungen erlaubt. Der Strahl 10, der in dieser Darstellung mit der Mittelachse 31 der Strahlkanone 30 zusammenfällt und in z-Richtung verläuft, landet im Brennfleck 18, der hier in der Blechoberfläche 34 gezeichnet ist. Für den Meßvorgang, welcher den eigentlichen Schweißvorgang periodisch kurzzeitig unterbricht, wird der Strahl 10 vom Brennfleck 18 weg längs eines Meßweyes ausgelenkt, dessen Verlauf im einzelnen noch erläutert werden wird, und kehrt dann zur weiteren Bearbeitung zum Brennfleck 18 zurück. Mit hilfe einer Strahlungssonde 27, die durch geeignete Kollimatoren ein Gesichtsfeld 25 hat, wird auf der Oberläche 34 ein vor der Bearbeitungsstelle (Brennfleck 18) liegender Meßbereich mit paarweise parallelen Begrenzungslinien oder Bereichsgrenzen festgelegt, von denen die beiden quer zur Fuge 12 verlaufenden Bereichsgrenzen 34a und 34b in Figur 2 drgestcllt sind, während die beiden anderen Bereichsgrenzen vor und hinter der Papierebene verlaufen. Auf dem Meßweg überschreitet der in x-Richtung ausgelenkte Strahl 10 nun beim Eintreten in den Me2-bereich die Grenze 34a, worauf der Sensor 27 eine infolge des Auftreffens des Strahles 10 auf der Materialoberfläche 34 entstehende Röntgenstrahlung feststellt und dementsprechend mehr Impulse pro Zeiteinheit liefert, also die Impulsrate vom Ruhewert auf einen Strahlungserkennungswert ändert. Verläßt der Strahl 10 den Meßbereich über die Grenze 34b wieder, dann nimmt der Sensor 27 keine Strahlung mehr wahr, und die Impulsrate fällL auf den Ruhewert zurück. Anhand der Fig.5 und 6 werden diese Vehältnisse noch im einzelnen erläutert werden. Zur Ausbildung eines rechtwinkligen Meßbereiches, wie er aus den Figuren 3 und 6 ersichtlich ist, genügt ein einziger Sensor 27.Figure 2 now shows schematically an arrangement which such Mcssungen permitted. The beam 10, which in this illustration coincides with the central axis 31 of the beam gun 30 coincides and runs in the z-direction, lands in the focal spot 18, which is shown here in the sheet metal surface 34 is drawn. For the measuring process, which is the actual If the welding process is briefly interrupted periodically, the beam 10 is removed from the focal point 18 deflected away along a Meßweyes, the course of which will be explained in detail and then returns to the focal point 18 for further processing. With with the aid of a radiation probe 27, which uses suitable collimators to create a field of view 25 has, on the surface 34 a front of the processing point (focal point 18) Horizontal measuring range with parallel boundary lines or range limits in pairs set, of which the two transversely to the joint 12 area boundaries 34a and 34b are shown in FIG. 2, while the other two range limits are in front and run behind the plane of the paper. On the measuring path it exceeds in the x-direction deflected beam 10 now, when entering the Me2 area, the boundary 34a, whereupon the sensor 27 is a result of the impingement of the beam 10 on the material surface 34 established X-ray radiation and accordingly more impulses per Time unit delivers, i.e. the pulse rate from the rest value to a radiation detection value changes. If the beam 10 leaves the measuring range again via the limit 34b, then it increases the sensor 27 no longer perceives radiation, and the pulse rate falls to the resting value return. These proportions will be explained in detail with reference to FIGS will. To form a right-angled measuring range, as shown in the figures 3 and 6, a single sensor 27 is sufficient.

Figur 3 zeigt perspektivisch die in Fig. 2 von der Seite dargestellten Verhältnisse. Hier sind auch die drei Koordinatenrichtungen,x für die Vorschubrichtung des Bearbeitungsvorgangs, y für die Querrichtung dazu und z für die Senkrechte (Richtung der Strahlkanonenachse 31), eingezeichnet. Während des Schweißvorgangs wird der Strahl 10 in Richtung des Doppelpfeiles W hin und her abgelenkt (gewedelt), so daß er die beiderseitigen Blechkanten für die Bearbeitung erfaßt. Auf der Oberfläche 34 der Bleche 14 und 16 ergibt sich ein rechteckiger Meßbereich mit den Bereichsgrenzen 34a - 34d aus dem unter dem Winkel a schräg zur Oberfläche 34 gerichteten Gesichtsfeld 25 des Sensors 27 (in Figur 3 ist durch die Strahlen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die dem Strahl zugewandte Grenze des Gesichtsfeldes 25 veranschaulicht, welche die Bereichsgrenze 34a auf der Oberfläche 34 ergibt). Für die Messung wird der Bearbeitungsvorgang so kurzzeitig unterbrochen, daß der Schweißvorgang nicht gestört wird, und während der Meßperiode wird der Strahl 10 durch entsprechende Ablenkung längs eines den Meßbereich durchlaufenden Meßweges 22 geführt, der vom Brennfleck 18 ausgeht und wieder zu ihm zurückkehrt.Bei diesem Vorgang können alle sonstigen Parameter des Strahles, wie z.B. Strahlstrom und Fokussierung, in vorteilhafter Weise konstant gelassen werden. Der Meßweg 22 ist in der Darstellung der Figur 3 so gewählt, daß er in einem schrägen Abschnitt 22a vom Brennfleck 18 aus der Schweißfuge 12 herausluft, dann einen Abschnitt 22b parallel zur SchweieEe-ge -;erläuft1 wobei er an der Stelle 40a die Meßbereichsgrenze 34a i rochreitet und in den Meßbereich eintritt. An der Stelle 40b verläßt er den Meßbereich wieder und ändert anschließend seine Richtung, um einem Abschnitt 22c zu folgen, während dessen er die Nut 12 überquert. Nach abermaliger Umlenkung folgt er einem Abschnitt 2?d, wobei er wiederum bei 40c in den Meßbereich eintritt und diesen bei 40b verläßt. Anschließend kehrt er auf einem Abschnitt 22e zum Brennfleck 18 zurück.FIG. 3 shows in perspective the one shown in FIG. 2 from the side Conditions. Here are also the three coordinate directions, x for the feed direction of the machining process, y for the transverse direction and z for the perpendicular (direction the jet gun axis 31), shown. During the welding process, the Beam 10 deflected back and forth (wagged) in the direction of the double arrow W, so that he grips the sheet metal edges on both sides for processing. On the surface 34 of the sheets 14 and 16 results in a rectangular measuring area with the range limits 34a - 34d from the field of view directed at the angle α obliquely to the surface 34 25 of the sensor 27 (in Figure 3 is through the rays for the sake of clarity only illustrates the boundary of the field of view 25 facing the beam, which yields area boundary 34a on surface 34). The machining process is used for the measurement interrupted so briefly that the welding process is not disturbed, and during the measuring period is the beam 10 by appropriate deflection along one of the Out of the measuring range traversing measuring path 22, which starts from the focal point 18 and returns to it. During this process, all other parameters of the Beam, such as beam current and focusing, advantageously constant be left. The measuring path 22 is selected in the representation of Figure 3 so that it blows out of the weld joint 12 in an inclined section 22a from the focal point 18, then a section 22b runs parallel to the weld, where it runs at the point 40a rochides the measuring range limit 34a i and enters the measuring range. At the At point 40b it leaves the measuring range again and then changes its direction, to follow a section 22c during which it traverses the groove 12. After again By deflecting it, it follows a section 2? D, where it again enters the measuring range at 40c enters and leaves it at 40b. He then returns to a section 22e back to the focal point 18.

An den Uberschreitunyspunkten 40a bis 40d ändert sich das Ausganclssiqnal des Sensors 27, da dieser nur die Hintergründstrahlung wahrnimmt, so lange der Strahl 10 sich außerhalb des von den Grenzen 34a bis 34d eingeschlossenen Meßbereiche: befindet. Die Röntgenstrahlung, welche von außerhalb des Neßbereichs liegenden Stellen der Oberfläche 34 beim Auftreffen des Strahles 10 entsteht, wird vom Sensor nicht wahrgenommen. Tritt der Strahlauftreffpunkt dagegen in den Meßbereich ein, so gelangt die von diesem Auftreffpunkt ausgehende Röntgenstrahlung zum Sensor, der sie durch ein sprungartiges Anwachsen seiner Ausgangsimpulsrate oder der iiäufigkeitsfunktion registrierl:. Solange also der Strahl 10 innerhalb des Meßbereiches mit den Grenzen 34a bis 34d auf die Materialoberfläche 34 auftrifft, ist die Impulse rate des Sensors 27 höher als bei Strahlauftreffpunkten dueerhalb des Meßbereiches.The output signal changes at the crossing points 40a to 40d of the sensor 27, since this only provides the background radiation perceives as long as the beam 10 is outside that enclosed by the boundaries 34a to 34d Measuring ranges: is located. The X-rays coming from outside the wet area lying points of the surface 34 when the beam 10 strikes, is not perceived by the sensor. If, on the other hand, the point of impact of the beam enters the measuring range on, the X-ray radiation emanating from this point of impact reaches the sensor, by a sudden increase in its output pulse rate or the frequency function registrierl :. As long as the beam 10 is within the measuring range with the limits 34a to 34d impinges on the material surface 34 is the pulse rate of the sensor 27 higher than at jet impact points outside the measuring range.

Die Verhältnisse bei derartigen Anderungen des Sondenausgllngssignals seien nun anhand der Figuren 4 und 5 betrachtet, welche die im Meßbereich festgestellte Strahlungsintensität, und damit die Größe der Impulsrate J, über der Zeit zeigen. Bei optimaler Fokussierung tritt gemäß Figur 4a ein relativ steiler Sprung auf, wenn der Strahl z.B. die Grenze 34a des Meßbereiches in Punkt 40 überschreitet und in den Meßbereich eintritt. Da die Impulsrate vor und hinter dem Sprung nicht absolut konstant verläuft, sind der untere und der obere Mittelwert in die Figur eingetragen.The conditions for such changes in the probe compensation signal are now considered with reference to Figures 4 and 5, which are determined in the measuring range Show the radiation intensity, and thus the magnitude of the pulse rate J, over time. With optimal focusing, a relatively steep jump occurs according to FIG. 4a, if, for example, the beam exceeds the limit 34a of the measuring range at point 40 and enters the measuring range. Since the pulse rate before and after the jump is not absolute runs constant, the lower and upper mean values are entered in the figure.

Diese Werte können für bestimmte Bearbeitungsfälle praktisch als konstant angesehen werden, und daher kann ein zwischen ihnen licgender Schwellwert für die Impulsrate festgelegt werden, bei dem eine Auswertschaltung, welcher das Sensorausgangssignal zugeführt wird, ansprechen soll und auf diese Weise den Zeitpunkt der Uberschreitung der Meßbereichsgrenze durch den Strahl signalisieren soll. Nun läßt sich aber der Zeitpunkt des Auftretens einer bestimmten Impulsrate wegen statischer Schwankungen nur inner halb eines gewissen Toleranzbereiches At definieren, innerhalb dessen dann die Auswertschaltung, irgendwann anspricht.These values can practically be considered constant for certain machining cases can be considered, and therefore a threshold value between them for the Pulse rate can be set in which an evaluation circuit, which the sensor output signal is supplied, should respond and in this way the time of exceeding the measuring range limit is to be signaled by the beam. But now the Time of occurrence of a certain pulse rate due to static fluctuations define only within a certain tolerance range At, within which then the evaluation circuit responds at some point.

Gegenüber Figur 4a zeigt Figur 4b einen Fall größeren Strahldurchmessers (Defokussierung), der dazu führt, daß die Änderung der Mäufigkeitsfunktion langsamer als in Figur 4a vor sich geht und der Zeitbereich At, innerhalb dessen die Auswertschaltung anspricht, entsprechend größer wird, so daß der Uberschreitungszeitpunkt noch weniger genau bestimmbar, also unschärfer wird.Compared to FIG. 4a, FIG. 4b shows a case with a larger beam diameter (Defocusing), which leads to the fact that the change in the frequency function is slower than in Figure 4a and the time range At, within which the evaluation circuit responds, is correspondingly larger, so that the time of exceeding even less precisely determinable, that is, becomes less clear.

Eine ähnliche Wirkung tritt bei zu kleinem Strahl strom auf, wo die Strahlungsintensität nicht so stark ist und daher die obere Impulsrate niedriger liegt, so daß der Zählwert bei dem die Auswertschaltung anspricht, eher in dem flacher verlaufenden oberen Teil der Häufigkeitskurve auftritt. Auch hierdurch wird der Unschärfebereicii At größer als im Falle der Fig.4a.A similar effect occurs if the jet current is too small, where the Radiation intensity is not as strong and therefore the upper pulse rate is lower lies, so that the count value at which the evaluation circuit responds, rather in the shallower running upper part of the frequency curve occurs. This also makes the Unschärfebereicii At larger than in the case of Fig.4a.

Anhand von Figur 5 sei nun erklärt, wie sich vermeiden läßt, daß diese Unschärfe der Zeitpunktsbestimmung in das zu erzeugende Regel- bzw. Korrektursignal eingeht. Der festgestellte Zeitpunkt des Uberschreitens der Meßbereichsgrenze durch den Strahl tritt irgendwann im Unschärfebereich At auf, der für das Eintreten des Strahles in den Meßbereich mit At E und für das Austreten des Strahles aus dem Meßbereich mit AtA bezeichnet ist. Da nun für die beiden Meßbereichsüberschreitungen praktisch dieselben Verhältnisse vorliegen, ergibt eine Mittelung der tatsächlichen Ansprechzeitpunkte einen genauer definierten Zeitpunkt TM, dessen Jage hinsichtlich eines geeignet gewählten Bezugszeitpunktes ein Maß für die Bildung des Regelsignals ist. Ein aufgrund dieses Zeitpunktes TM abgeleitetes Regelsignal erlaubt somit eine wesentlich genauere Positionskorrektur als ein Regelsignal, das aufgrund irgendeines innerhalb des Unschärfeintervalls At nicht näher definierten Schaltzeitpunktes abgeleitet wird.With reference to Figure 5 will now be explained how it can be avoided that this Unclear point in time determination in the control or correction signal to be generated comes in. The determined point in time when the measuring range limit was exceeded the ray occurs sometime in the unsharp area At, which is responsible for the occurrence of the Beam into the measuring range with At E and for the exit of the beam from the measuring range is labeled AtA. Since it is now practical for the two exceeding of the measuring range the same conditions exist, results in an averaging of the actual response times a more precisely defined point in time TM, the hunting of which is suitable for a selected reference time is a measure for the formation of the control signal. A due The control signal derived from this point in time TM thus allows a much more precise one Position correction as a control signal due to any within the uncertainty interval At switching time not defined in more detail is derived.

Figur 6 veranschaulicht nun einige Meßwegformen für die Ableitung verschiedener Regelsignale. Gemäß Figur 6a wird der rechteckige Meßbereich mit den Grenzen 34a bis 34d von einem in Vorschubrichtung x langgestreckten Meßweg 22 mit den Abschnitten 22a bis 22e durchlaufen. Auf dem Hinlaufabschnitt 22b kreuzt der Meßweg die Meßbereichsgrenzen 34a und 34b an den Punkten 40a und 40b, und im Verlaufe dieses Meßwegabschnittes sieht das Sensorausgangssignal etwa so aus wie es in Figur 5 dargestellt ist.FIG. 6 now illustrates some forms of measurement paths for the derivation various control signals. According to Figure 6a, the rectangular measurement area with the Boundaries 34a to 34d of a measuring path 22 which is elongated in the feed direction x pass through sections 22a to 22e. The crosses on the run-out section 22b Measuring path the measuring range limits 34a and 34b at points 40a and 40b, and in the course of this Measuring path section, the sensor output signal looks something like that shown in FIG is.

Anstatt sich auf einen Einzelschaltzeitpunkt, etwa bei 40a oder bei 40b mit dem Unschärfebereich At zu verlassen, wird also bei dem hier beschriebenen Verfahren der wesentlich exaktere zeitliche Mittelwert TM zwischen den tatsächliche Schaltzeitpunkte an den Punkten 40a und 40b bestimmt, der die genaue Mitte des Meßbereichs längs dessen Grenzen 34c und 34d definiert. In der Figur sind zur Veranschaulichung die Unschärfebereiche At und E ttA sowie der exakte mittlere Zeitpunkt TM angedeutet. Nach Überschreiten der Meßbereichsgrenze 34b überquert der Meßweg mit seinem Abschnitt 23c die Fuge 12 und kehrt dann auf den spiegelbildlichen Abschnitten 22d und 22e zum Brennfleck 18 zurück.Instead of referring to an individual switching time, for example at 40a or at To leave 40b with the unsharp area At is thus described here Method of the much more exact time mean value TM between the actual Switching times at points 40a and 40b determines the exact center of the measuring range defined along its boundaries 34c and 34d. In the figure are for illustrative purposes the fuzzy areas At and E ttA and the exact mean point in time TM are indicated. After the measuring range limit 34b has been exceeded, the measuring path crosses its section 23c the joint 12 and then returns to the mirror image sections 22d and 22e back to the focal point 18.

Liegen die Oberflächen der beiden zu verschweißenden Bleche 14 und 16 nicht in derselben Ebene Z, so verschieben sich die beiden Meßbereichshälften wegen der unter dem Winkel a schrägen Projektion des Gesichtsfeldes 25 der Sonde 27 auf die unterschiedlichen Oberflächenebenen in der in Figur 6b dargestellten Weise. Bei einer solchen Verschiebung der Meßbereichshälften erhält man vier verschiedene Zeitpunkte für die Überschreitung der Meßbereichsgrenzen, da die Überschreitungspunkte 40a und 40d ebenso wie die Überschreitungspunkte 40b und 40c nicht mehr spiegelbildlich zueinander liegen. Bildet man nun den zeitlichen Mittelwert aus den den Punkten 40a und 40b entsprecllenden Zeitpunkten, so erhält man einen anderen Mittelwert TM als für die Punkte Oc und 40d. Da man aber andererseits den Bearbeitungsvorgang nicht gleichzeitig auf zwei in unterschiedliciien Höhen liegende Werkstückoberflächen optimieren kann, muß man in einem solchen Falle einen Kompromiß eingehen und die Parameter auf einen Mittelwert zwischen den beiden Obrfchcnöen einstellen. Als maßgebenden Wert für die Ableitung eines entsprechenden Regelsignals kann man zweckmässigerweise den Mittelwert zwischen den beiden zum Hinlaufabschnitt 22b und zum Rücklaufabschnitt 22d gehörigen Mittelwerten TM nehmen, welcher den Mittelwert aus allen vier Zeitpunkten für die Bereichsüberscheitungsstellen 40a bis 40d darstellt. Die zeitliche Lage dieses Mittelwertes zu einem in geeigneter Weise wählbaren Bezugzeitpunkt dient dann als Grundlage für die Bildung des gewünschten Regelsignales.Are the surfaces of the two sheets to be welded 14 and 16 is not in the same plane Z, the two halves of the measuring range shift because of the oblique projection of the field of view 25 of the probe at the angle α 27 to the different surface planes in that shown in Figure 6b Way. With such a shift in the halves of the measuring range, four different ones are obtained Times for exceeding the measuring range limits, as the exceeding points 40a and 40d as well as the crossing points 40b and 40c are no longer mirror images lie to each other. If one now forms the mean value over time from the points 40a and 40b correspond to points in time, a different mean value is obtained TM than for points Oc and 40d. But on the other hand, the machining process not simultaneously on two workpiece surfaces lying at different heights can optimize, one has to make a compromise in such a case and the Set the parameter to an average value between the two functions. As authoritative Value for the derivation of a corresponding control signal can be expediently the mean value between the two to the inflow section 22b and to the return section 22d take corresponding mean values TM, which the mean represents all four times for the range crossing points 40a to 40d. The temporal position of this mean value at a reference point in time that can be selected in a suitable manner then serves as the basis for generating the desired control signal.

Mit Meßwegformen, bei welchen der Meßbereich auf einer definierten Strecke durchlaufen wird, auf der quer zur Vorschubrichtung x verlaufende Meßbereichsgrenzen, wie die Grenzen 34a und 34, überkreuzt werden, wofür Beispiele in den Figuren 6a und 6b gegeben sind, läßt sich die Tage des Brennfleckes 18 hinsichtlich eines Maschinenbezugspunktes - etwa der Strahlkanonenachse - in x-Richtung bestimmen und in einer gewünschten Weise regeln, so daß beispielsweise der Abstand zwischen Brennfleck 18 und l:intauchstellc des Zusatzdrahtes 20 in das Schweißbad in x-Pichtung auf einen Optimalwert gehalten werden kann.With measuring path shapes in which the measuring range is on a defined The path is traversed on which the measuring range limits are transverse to the feed direction x, how the boundaries 34a and 34 are crossed, for which examples in Figures 6a and 6b are given, the days of the focal point 18 with respect to a machine reference point - about the beam gun axis - determine in the x-direction and in a desired one Way regulate, so that, for example, the distance between focal point 18 and l: intauchstellc of the additional wire 20 in the weld pool in x-direction is kept at an optimum value can be.

ü die Lagebestimmung in y-Richtung eignet sich ein Meßweg, z.ie er in Figur 6c als Dreieck dargesteJlt ist, dessen einer Eckpunkt im Brennfleck 18 liegt und dessen gegenüberliegende Seite 22c' die Meßbereichsgrenzen 34c und 34d sowie dazwischen die fuge 12 überquert. Die Hin- und Rücklaufabsehnitte des Meßwe<jes sind mit 22a' und 22e' bezeichnet. Beim Überschreiten der Meßbereichsgrenzen 34c und 34d entsteht wiederum ein Sensorausqanyssignal mit einer Häufigkeitskurve der in Figur 5 veranschaulichten Art. Durch Mittelung der Schaltzeitsunkte, welche dem Uberschreiten der Grenzen 34c und 34d entsprechen, erhält man wieder einen genauen Zeitwert für die Ableitung eines Regelsignals für eine #y-Positionsregelung, etwa zur Spurregelung der Drahtzufuhrstelle bezüglich des Brennfleckes.ü The determination of the position in the y-direction is a measuring path, z.ie he is shown as a triangle in FIG. 6c, one corner point of which is in the focal point 18 and its opposite side 22c 'the measuring range limits 34c and 34d as well as the joint 12 crossed in between. The back and forth section of the measurement are denoted by 22a 'and 22e'. When the measuring range limits 34c and 34d, in turn, a sensor output signal with a frequency curve of FIG in Figure 5 illustrated type. By averaging the switching times which the If the limits 34c and 34d are exceeded, an exact one is obtained again Time value for the derivation of a control signal for a #y position control, for example for tracking the wire feed point with respect to the focal point.

in figur 7 ist schematisch eine Anordnung veranschaulicht, mit Hilfe deren die Sensorsignale zur Bildung der gewünschten Regelsignale ausgewertet werden können. Auf Grund der im Meßbereich festgestellten Röntgenstrahlung gibt der Sensor 27 Impulse ab, deren FItiufigkeit der Strahlungsintensität entspricht. Diese Impulse werden einer Normierungsschaltung 41 zugeführt, in weicher die Impulse einer Impuisformung unterworfen werden. Ferner wird festgestellt, wieviel Impulse pro Zeiteinheit auftreten, und die entsprechenden Zählwerte werden dann in einen Zwischen speicher 42, etwa in Form eines RAM-Speichers, abgespeicllert.in FIG. 7 an arrangement is schematically illustrated with the aid whose sensor signals are evaluated to form the desired control signals can. The sensor emits on the basis of the x-ray radiation detected in the measuring range 27 pulses, the frequency of which corresponds to the radiation intensity. These impulses will a normalization circuit 41 is supplied, in which the pulses of a pulse shaping be subjected. It is also determined how many pulses occur per unit of time, and the corresponding counts are then stored in an intermediate memory 42, for example in the form of a RAM memory.

Aus diesem Zwischenspeicher werden die Zählwerte aus den abcJerufenen Speicherplätzen in einen Rechner 43 überführt; hierzu kann eine Taktschaltung 44 dienen, welche die ON-I.INE in den Zwischenspeicher 42 eingegebenen Zählwerte im Rechnertakt aus speichern läßt.The counter values from the called up are taken from this buffer memory Storage locations transferred to a computer 43; a clock circuit 44 serve, which the ON-I.INE in the buffer 42 entered count values in Can save the computer clock.

Der Rechner 43 steht auch in verbindung mit der Strahlablenkschaltung 47 und berechnet aufgrund der den Meßweg bestimmenden Strahlablenksignale und der dem Zwischenspeicher 42 entnommenen Zählwerte die maßgeblichen Zeitpunkte, einschließlich des Mittelwirtes TM, und rechnet schließlich auch die gewiinschten Regelsignale aus. Die entsprechenden Ausgangssignale des Rechnet 43 werden mit Hilfe eines Informationswandlers 45, der ilbliche3-weise auch als Interface bezeichnet wird, in solche Regelsignale umgewandelt, die sich zur Zuführung an das jeweilige Stellglied 46 eignen, welches dann die gewünschte Korrektur der Position der Strahlkanone oder Strahlablenkung hewilkt.The computer 43 is also in communication with the beam deflection circuit 47 and calculated on the basis of the beam deflection signals and the the counting values taken from the buffer memory 42, including the relevant points in time des Mittelwirtes TM, and finally also calculates the desired control signals the end. The corresponding output signals from the computer 43 are transmitted with the aid of an information converter 45, which is usually also referred to as an interface, into such control signals converted, which are suitable for feeding to the respective actuator 46, which then the desired correction of the position of the beam cannon or beam deflection hewilkt.

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Claims

Method for regulating the position of the beam spot and / or the supply of additional material in a machine for processing workpieces by means of a charge carrier beam, in which the machining process is carried out by short measuring periods is interrupted, in which the beam from the processing area along a measuring path that is above at least one limit of the area in front of the machining area Measuring range of a radiation sensor runs, and when this limit is exceeded a change in the sensor output signal causes the temporal occurrence of a The measure for the derivation of the control signal is d a -d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that a sensor (27) is used, which on the workpiece (14,16) a Measuring range (34a to 34b) with pairwise parallel range limits (34a, c or 34b, d) forms, and the measuring path (22) is placed so that the beam (10) two parallel Exceeds range limits, and that from the two times at which the corresponding changes in the sensor output signal (Fig. 5) are determined, the temporal mean value TM is formed as a measure for the derivation of the control signal.

2.) The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the measuring area (34a to 34d) is symmetrical in the form of an (x-z plane) to a plane which the central axis (31) of the beam generating system (30) and the feed direction (x) of the along the zone to be machined (joint 12) Machining process includes, lying rectangle is formed.

3.) The method of claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z It is clear that the measuring path (22) starts from the processing area (focal point 181) first leaves the feed direction (x) laterally (section 22a), then parallel runs towards this until it reaches the two measuring range limits running transversely to the feed direction (34a, 34b) has exceeded (section 22b), and then changing direction the Zone to be processed (joint 12) crossed (section 22c) and symmetrical to this leads back to the processing area (sections 22d, 22e) (Fig. 6a, b) 4.) Method according to claim 3, that is the time average (TM) from the total of four points in time of the exceedance (points 40a to 40dl the parallel measuring range limits (34a, 34b) in the outward and return sections (22b, 22e) of the measuring path (22) is formed.

5.) The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t that the measuring path (22) starts from the processing area (focal point 18) the direction of advance (x) laterally without exceeding the transverse. to the feed direction running measuring range limits (34c, 34d) so far leaves (section 22a ') that after changing his direction to the one to be worked on Zone (fugue 12) the two measuring range limits running parallel to the feed direction (34c, 34d) and in between the zone to be machined (joint 12) crosses (section 22c ') and then runs back to the machining area symmetrically to this (Section 22e ') (Fig.6c) 6.) Device for carrying out the method according to a of claims 1 to 5, that the sensor (27) an X-ray sensor, e.g. a counter tube, scintillator counter, etc. is, which emits pulses as output signal, the frequency of which depends on the within the Measurement range (34a-d) occurring X-rays depending on that the sensor over a normalization circuit (41) is connected to a buffer (42), in the count values which correspond to the number of pulses occurring per unit of time, are stored that a computer (43) is also provided in which the stored Count values - if necessary under clock control - accepted one after the other for evaluation and which is programmed in such a way that it calculates the mean value from the times when the values are exceeded the measuring range limits and the calculation of the required control signals, and that the computer information converter (information converter 45) for conversion the computer output signals in the control organs (Stellgiled 46) to be fed control signals are downstream.