DE3033523C2

DE3033523C2 - Device for displaying the weld joint formed by the workpiece edges to be welded with the aid of a scanning electron beam

Info

Publication number: DE3033523C2
Application number: DE19803033523
Authority: DE
Inventors: Vladimir I. Kiev &Scaron;apowal; Viktor E. Lok&scaron;in; Oleg K. Nasarenko; Jurij I. Pastu&scaron;enko; Gleb A. Spynu
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1980-09-05
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3033523A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige der von zu verschweißenden Werkstücken gebildeten Schweißfuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DE-AS 25 04 864 bekannten Art.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Erfindung in automatischen Systemen zur Ausrichtung eines Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge von zu verschweißen Werkstückkanten.The invention relates to a device for displaying the weld joint formed by workpieces to be welded of the type described in the preamble of claim 1 and known from DE-AS 25 04 864.
The use of the invention in automatic systems for directing an electron welding beam onto the welding joint of workpiece edges to be welded is particularly advantageous.

Die Elektronenstrahlschwcißung findet in der letzten Zeit dank ihren technologischen Vorteilen in verschiedenen Industriezweigen zum Zusammenfügen von hochschmelzbaren und chemisch aktiven Metallen sowie bei der Herstellung von Er/.eugnissen aus üblichen, weit verbreiteten Stählen, Aluminiumlegierungen sowie Legierungen auf Kupferbasis immer breitere Verwendung. Electron beam welding is taking place in various recent times thanks to its technological advantages Industries for joining refractory and chemically active metals together as well in the production of products from common, widely used steels, aluminum alloys and Copper-based alloys are becoming more widespread.

Eine Qualitätsschweißverbindung kann nur unter der Voraussetzung erhalten werden, daß bei eingehaltenen cnergietechnischen Betriebsdaten des Elektronenschweißslrahls auch eine sachgemäße Strahlpositionierung bezüglich der Schweißfuge gesichert wird. Offensichtlich ist die zuverlässige Verbindung ohne genaue Elcktror.enschweißstrahleinstellung und -Verlagerung an der Schweißfuge wegen der gewöhnlich vorhandenen Krummlinigkeit der Fuge nicht herstellbar. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Elektronenstrahlschweißung, wie z. B. hohe Temperaturen und Bearbeitungsgeschwindigkeiten, wodurch die unmittelbare Überwachung des Ablaufs des Schweißvorganges erheblich erschwert wird, sowie der immer breiteren Verwcndung dieses Verfahrens ist zu betonen, daß die Entwicklung automatischer Systeme zur Ausrichtung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge der zu verschweißenden Kanten in den Vordergrund tritt.
Die Genauigkeit der automatischen Systeme zur Aus-A quality welded joint can only be obtained on the condition that, if the technical operating data of the electron welding beam are complied with, proper beam positioning with respect to the weld joint is ensured. Obviously, the reliable connection cannot be made without precise electrical adjustment and displacement of the welding beam at the welding joint because of the curvature of the joint that is usually present. Taking into account the special features of electron beam welding, such as B. high temperatures and processing speeds, which makes the direct monitoring of the welding process considerably more difficult, as well as the ever-widespread use of this process, it should be emphasized that the development of automatic systems for aligning the electron beam to the weld joint of the edges to be welded comes to the fore .
The accuracy of the automatic systems for

5^r> richtung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge der zu verschweißenden Kanten hängt im wesentlichen von der Genauigkeit der zu diesen Systemen gehörenden Vorrichtungen zur Anzeige der von den zu verschweißenden Kanten gebildeten Schweißfuge ab. Bekannte5 ^r> direction of the electron beam to weld the edges to be welded depends essentially on the accuracy of belonging to these systems, devices for displaying the formed edges to be welded weld. Acquaintance

bo Vorrichtungen zur Anzeige der Schweißfuge können in mechanische, mechanisch-elektrische, lichtelektrische und elektronische eingeteilt werden. Neben der Einfachheit mechanischer Vorrichtungen darf ihre geringe Genauigkeit nicht übersehen werden, wodurch der Ein-bo Devices for displaying the weld joint can be mechanical, mechanical-electrical, photoelectric and electronic. In addition to the simplicity of mechanical devices, their low Accuracy cannot be overlooked, which

(T) satzbcrcich dieser Vorrichtungen eingeschränkt wird.(T) the range of these devices is restricted.

Eine bessere Genauigkeit ermöglichen elektrisch-mechanische Vorrichtungen zur Anzeige der Schweißfuge. Bei von der Firma Sciaky (Frankreich) entwickeltenElectro-mechanical devices for displaying the weld joint enable better accuracy. Developed by Sciaky (France)

bekannten automatischen Systemen zur Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge werden beispielsweise ein an einer Kanone befestigter und an der Schweißfuge vor dem Elektronenstrahl angeordneter mechanischer Fühler sowie eine mit diesem verbundene Einheit zur Erzeugung eines die Information über das Oberflächenrelief des Schweißstückes tragenden elektrischen Signals als Vorrichtung zur Anzeige der Schweißfuge verwendet. Durch dieses elektrische Signal wird die Genauigkeit der Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge erheblich erhöht sowie die Einsatzmöglichkeit der mit diesem Signal betriebenen Systeme, beispielsweise mit Hilfe von elektronischen Rechenmaschinen zur Lösung verschiedenartiger technologischer Aufgaben, erweitert, wie dies die Firma Sciaky erfolgreich praktiziert. Allerdings verursacht die Kopplung mechanischer und elektrischer (um so mehr elektronischer) Einrichtungen zu einem System bekanntlich erhebliche SchwierigVeiten und zwangsläufig Informations- und Zeitverluste sowohl unmittelbar in den mechanischen Baugruppen dieser Systeme als auch am Obergang von der Mechanik zu dem elektrischen Teil.known automatic systems for aligning the electron welding beam on the weld joint for example one attached to a cannon and arranged at the weld joint in front of the electron beam mechanical sensor as well as a unit connected to this for generating the information via the surface relief of the welding piece carrying electrical signal as a device for display the weld joint is used. This electrical signal increases the accuracy of the alignment of the electron welding beam on the weld joint significantly increased as well as the possibility of using this signal operated systems, for example with the help of electronic calculating machines to solve different types of technological tasks, as successfully practiced by the Sciaky company. However caused the coupling of mechanical and electrical (all the more electronic) devices into one The system is known to have considerable difficulties and inevitably loss of information and time, both immediately in the mechanical assemblies of these systems as well as in the transition from the mechanics to the electrical part.

Ähnliche Schwierigkeiten bereitet auch die Verwendung der bekannten lichlelektrischen Vorrichtungen zur Anzeige der Schweißfuge. Der Einsatz optischer Geräte in den genannten Vorrichtungen hat darüberhinaus weitere, zusätzliche Schwierigkeiten zur Folge. So ist zum Beispiel die Beibehaltung der erforderlichen Durchsichtigkeit der optischen Linsen während des Schweißens äußerst kompliziert, weil sich die von der Oberfläche des Schweißstückes unter Einwirkung des Elektronenstrahls verdunstenden Teilchen auf den Linsen absetzen und das Bild des Schweißobjektes schnell verdunkeln.The use also presents similar difficulties the known light electrical devices for displaying the weld joint. The use of optical Devices in the devices mentioned also result in further, additional difficulties. For example, maintaining the required transparency of the optical lenses during the Welding is extremely complicated because the from the surface of the workpiece under the action of Electron beam evaporating particles settle on the lenses and the image of the welding object quickly darken.

Den oben beschriebenen automatischen Systemen zur Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge ist es gemein, daß vor dem Schweißen die Ausführung zusätzlicher technologischer Arbeitsgänge wie vorläufige Schweißfugenvorbereitung, Auftragen einer vollreflektierenden Linie entlang der Schweißfuge und dergleichen erforderlich ist.The automatic systems described above for aiming the electron welding beam at the It is common to weld joint that additional technological operations are carried out before welding like preliminary welding joint preparation, application of a fully reflective line along the welding joint and the like is required.

Besonders /ukunftsorientiert sind automatische Systeme zur Ausrichtung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge, bei denen elektronische Vorrichtungen zur Anzeige der Schweißfuge verwendet werden. Derartige Vorrichtungen bieten bestimmte Vorteile im Vergleich zu den oben beschriebenen Vorrichtungen. In den elektronischen Vorrichtungen zur Ermittlung der IZIcktronenstrahllage bezüglich der Schweißfuge werden die von der Oberfläche des Schweißstückes unter der Wirkung des Elektronenstrahls reflektierten Elektronen benutzt, die im weiteren als Sekundärelektronen (SE) bezeichnet werden. Bekanntlich wird der Sekundärclektronenfluß durch den Strahlstrom sowie das Oberflächenrelief des bestrahlten Objektes bestimmt. In den elektronischen Vorrichtungen wird zur Abbildung des Oberflächenreliefs der Schweißstückc ein Abtastelektronenstrahl verwendet. Schneidet der Abtaststrahl die Schweißfuge so, wird die Sckundärelektronenflußstärke sofort verändert, was in der Vorrichtung, beispielsweise durch die Erzeugung eines elektrischen Impulses registriert wird, der als ein die Information über das Oberflächenrelief der Schweißsiückc tragendes An/.eigesignal dient. In den beschriebenen Vorrichtungen wird ein Abtastelektronenstrahl verwendet, den eine spezielle Elektronenkanone bzw. eine Arbeitskanone emittiert, die in gleichmäßigen Zeitabständen auf den Kontrollbctrieb umgeschaltet wird.Automatic systems are particularly future-oriented to align the electron beam to the Weld joint that uses electronic devices to indicate the weld joint. Such Devices offer certain advantages over the devices described above. In the electronic devices for determining the position of the electron beam with regard to the weld joint, those from the surface of the weldment are under the effect The electrons reflected from the electron beam are used, hereinafter referred to as secondary electrons (SE) will. As is known, the secondary electron flux determined by the beam current and the surface relief of the irradiated object. In the electronic devices, a scanning electron beam is used to image the surface relief of the weldments used. If the scanning beam cuts the weld joint in this way, the secondary electron flux strength becomes immediately changes what is registered in the device, for example by generating an electrical pulse as an on / .eigesignal carrying the information about the surface relief of the weld backs serves. In the devices described, a scanning electron beam is used, which is a special Electron gun or a working gun emitted, which at regular time intervals on the control drive is switched.

Es ist z. B. eine Vorrichtung zur Anzeige der Schweißfuge mit Hilfe eines Abtastelektronenstrahls nach der US-PS 34 26 174 bekannt.It is Z. B. a device for displaying the weld joint with the aid of a scanning electron beam according to US-PS 34 26 174 known.

Diefc Vorrichtung sichert die Aufnahme des Oberflächenreliefs der Schweißteile mit einem Fehler, der durch einen bei der Erzeugung des die Information über das Oberflächenrelief der Schweißstücke tragenden Signals entstehenden Fehler sowie sonstige, ieliefunabhängigeThe fc device ensures the recording of the surface relief of the welded parts with an error caused by a generation of the information about the Surface relief of the signal carrying the weldments, resulting errors as well as other, ieliefindependent

ίο Fehler (beispielsweise durch die Abweichung im telektromägnetischen Ablenksystem des Strahlers des Elektronenabtastsirahls) bestimmt wird. Außerdem wirken sich elektromagnetische Felder, die beim Zusammenwirken des Elektronenstrahls mit Metalldämpfen entstehen, sowie die hohe Zeitkonstante des mit einem Widerstand ausgeführten Signalformers auf die Arbeitsgenauigkeit dieser Vorrichtung störend aus. Ein Schutz gegen den Einfluß der Stromschwankungen des Abtastelektronenstrahls auf die Form des die Information über das Oberflächenrelief der Schweißstücke tragenden Signals ist nicht vorhanden. Durch die Anordnung der Auffangelektrode in einem Schirm, z. B. im Rohrschirm, wird die Vorrichtung im bedeutenden Maße gegenden Einfluß der elektromagnetischen Felder abgeschirmt.ίο Errors (for example due to the deviation in the telektromagnnetic Deflection system of the emitter of the electron scanning beam) is determined. In addition, electromagnetic fields have an effect when they interact of the electron beam with metal vapors arise, as well as the high time constant of the with a resistor executed signal conditioner interferes with the accuracy of this device. A protection against the influence of the current fluctuations of the scanning electron beam on the shape of the information about the surface relief of the signal carrying the weldments is absent. The arrangement of the Collecting electrode in a screen, e.g. B. in the pipe umbrella, the device is to a significant extent against Shielded against the influence of electromagnetic fields.

Allerdings ist zum vollständigen Schutz gegen elektromagnetische Felder eine derartige Ausführung des Schirmes erforderlich, bei welcher die Auffangelektrode ven allen Seiten abgeschirmt ist, d. h. daß der Schirm am Schweißstück anliegt. Eine derartige Schirmausführung schränkt die technologischen Vorteile der Vorrichtung wesentlich ein.However, such a design of the A shield is required in which the collecting electrode is shielded on all sides, i.e. H. that the screen on Welded piece. Such a shield design limits the technological advantages of the device essential one.

Ferner ist aus der eingangs erwähnten DE-AS 25 04 864 eine Einrichtung zur Einstellung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge von Werkstücken beim Elektronenstrahl-Schweißen bekannt, die ein Sekundäremissionssignal von der mit einem pendelnden Elektronenstrahl bestrahlte Werkstückschweißfuge her ausnutzt. Zur Beseitigung von Phasenverschiebungen zwischen Strom- und Magnetfluß wird ein Transformator vorgeschlagen, der mit einem Schaltspannungsformer und einem Zweipunktschalter in Verbindung steht.Furthermore, from the aforementioned DE-AS 25 04 864 a device for adjusting the electron beam known on the weld joint of workpieces in electron beam welding, which has a secondary emission signal exploited by the workpiece welding joint irradiated with a pendulum electron beam. A transformer is used to eliminate phase shifts between current and magnetic flux proposed, which is connected to a switching voltage shaper and a two-point switch.

Mit Hilfe dieser Einrichtung ist es zwar möglich, diesen Phasenverschiebungen vorzubeugen, jedoch bestehen weiterhin insoweit Probleme, als bereits das von der Sckundärcleklronenauffangelektrode stammende Signal mit Fehlern behaftet ist. Diese Fehler werden durch Schwankungen bzw. Instabilitäten des Primärelektronenflusses des Abtastelektronenstrahls hervorgerufen. Ferner erzeugt der in der Vakuumkammer arbeitende Elektronenstrahl einen durch Sekundärelektronen hervorgerufenen Signalpegel, der erheblich größer ist als der Signalpegel von Sekundärelektronen infolge des Überschreitens der Schweißfuge während des Schweißvorganges eines Erzeugnisses.With the help of this device it is possible to prevent these phase shifts, but they do exist further problems insofar as the signal originating from the secondary clone collecting electrode is flawed. These errors are caused by fluctuations or instabilities in the primary electron flow of the scanning electron beam. Furthermore, the working in the vacuum chamber generates Electron beam has a signal level caused by secondary electrons that is considerably greater than the signal level of secondary electrons as a result of crossing the welding joint during the welding process of a product.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzeige der von zu verschweißenden Werkstücken gebildeten Schweißfuge vorzuschlagen, mit der eine Neutralisation des Störeinflusses der Schwankungen des Primärelektronenflusses des Elektronenabtast-It is therefore the object of the invention to provide a device for displaying the workpieces to be welded to propose formed weld joint, with which a neutralization of the disturbing influence of the fluctuations of the primary electron flow of the electron scanning

bo Strahls ermöglicht sowie eine größere Zuverlässigkeit der Information über den Oberflächenverlauf der zu verschweißenden Werkstücke erzielt werden kann.bo beam enables greater reliability as well the information about the surface profile of the workpieces to be welded can be obtained.

Ditje Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.This task is achieved by the in claim 1 described measures solved.

t>5 Aufgrund des vorgeschlagenen Differenzgliedes ist es möglich, elektromagnetische Induktionseinflüsse zu beseitigen, die während des Schweißens im Vakuumraum unter Zusammcnwirkung des Elektronenstrahls mit Me-t> 5 Due to the proposed differential term, it is possible to eliminate electromagnetic induction influences that occur during welding in the vacuum space with the interaction of the electron beam with

5 65 6

talldämpfen entstehen. Ferner kann durch einen niedri- Eingänge 7 und 8 des Differenzglieds 6 angeschlossen gen Eingangswiderstand des Differenzgliedes eine hohe sind, während eine Sekundärwicklung 13 an den AusArbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung erzielt werden. gang 9 des Differenzglieds 6 angeschlossen ist. Aus Ferner wird durch den Anschluß an die Stromversor- Gründender Anschaulichkeit sind in F ig. 2 schematisch , gung der Einfluß der Instabilität des Abtastelektronen- 5 der konstruktive Aufbau der Einrichtung zur Erzeugung Strahls auf die Abbildung des Werkstückoberflächen- des Abtastelektronenstrahls 14, der, wie auch ein Sekunverlaufes in der Wirkungszone des Strahls beseitigt. därelektroncnfluß 15 mit Pfeilen veranschaulicht ist, so-tall fumes arise. Furthermore, inputs 7 and 8 of the differential element 6 can be connected through a low input The input resistance of the differential element is high, while a secondary winding 13 can be achieved at the output speed of the device. gear 9 of the differential element 6 is connected. the end Furthermore, through the connection to the power supply, reasons of clarity are shown in F ig. 2 schematically, the influence of the instability of the scanning electron- 5 the structural design of the device for generating Beam on the image of the workpiece surface of the scanning electron beam 14, which, as well as a second course eliminated in the zone of action of the beam. the electron flow 15 is illustrated with arrows, so-

Preferred developments and configurations such as a welding machine set up on a chassis 17

der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand stück 16 dargestellt. Die Einrichtung 1 enthält einenthe device according to the invention are subject piece 16 shown. The device 1 includes a

der Patentansprüche 2 bis 5. 10 Glühfaden 18, eine Elektronen emittierende Kathode \of claims 2 to 5. 10 filament 18, an electron-emitting cathode \

By the embodiment according to claim 2, a 19, a control electrode 20, an anode 21 and elek-;: Magnetic bundling and deflection systems achieve protection against magnetic fields for $ 22 The measure according to claim 3 is one or 23. In Fig. 2, the action zone AB ff 'are also Expansion of the pass band width of the device and the scanning back beam as well as the welding joint CD ||

wie Erhöhung der Abbiidungsgenauigkeit des Oberfiä- 15 gezeigi. π how to increase the accuracy of the images on the surface. π

chenreliefs der Schweißstückes ermöglicht. Nach Fig. 3 enthält das Differenzglied 6 einen SE-surface reliefs of the welding piece. According to Fig. 3, the differential element 6 contains an SE

Durch die Ausführung der Vorrichtung gemäß An- Strom-Spannungswandler 24, der mit einem Operaspruch 4 kann eine Entstörung gegenüber sonstigen tionsverslärker 25 ausgeführt ist, an dessen invertieren-Elektronenquellen erzielt werden. den Eingang ein Rückkopplungswiderstand 26 und eineBy designing the device in accordance with the on-current-voltage converter 24, the one with an opera claim 4, interference suppression can be performed with respect to other tion amplifiers 25, at its inverting electron sources be achieved. the input a feedback resistor 26 and a

Due to the design according to claim 5, a 20 current drain 5 of the collecting electrode 3 is connected. Illustration of the excess amount to be blackened. The differential element 6 also contains a

ßenden Werkstückkanten möglich. Differenzverstärker 27, der aus einem Operationsver-edging workpiece edges possible. Differential amplifier 27, which consists of an operational

In the following, the invention is based on a few implementers 28, the operating mode of which is based on

rungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen Eingängen geschalteten Widerständen 29 und 30 sowieexamples explained in more detail. In the drawings inputs switched resistors 29 and 30 as well

zeigt: 25 einem Rückkopplungswiderstand 31 vorgegeben wird.shows: 25 is given to a feedback resistor 31.

Fig. 1 is a block diagram of the invention. The output of the operational amplifier 25 is via the Device for displaying the weld joint; Resistor 30 to the inverting input of the op- F i g. 2 a first embodiment of the inventive generation amplifier 28 is connected, the second of which

mäßen Vorrichtung, bei der das Differenzglied als Diffe- Eingang über den Widerstand 29 an den Meßausgang 10 ,moderate device in which the differential element is used as a differential input via the resistor 29 to the measurement output 10,

rentialübertrager ausgeführt ist; 30 der Stromversorgungsanlage 2 angeschlossen ist Alsrentialtransfer is executed; 30 of the power supply system 2 is connected as

F i g. 3 a second embodiment of the invention output 9 of the differential element 6 is the output of the

gemäßen Vorrichtung, bei der das Differenzglied einen Differenzverstärkers 27.according to the device, in which the differential element is a differential amplifier 27.

SE current-voltage converter contains; Such designs of the differential element 6, such as F i g. < a third embodiment of the invention shown in FIG. 2 and 3 show, make it possible to

mäöen Vorrichtung, die zwei Auffangelektroden zur 35 gnetische Induktionseinflüsse zu beseitigen, die wäh-mäöen device, the two collecting electrodes to remove magnetic induction influences, the

Has absorption of secondary electrons, during the welding in the vacuum space with

das Differenzglied zwei SE-Strom-Spannnungswandler mcnwirkung des Elektronenstrahls mit Metalldämpfenthe difference element two SE current-voltage converters interacting with the electron beam with metal vapors

enthält; entstehen. Dies wird dadurch möglich, daß der Differen-contains; develop. This is made possible by the fact that the

5 shows a fourth embodiment of the inventive transformer or the operational amplifiers are linear

gemäßen Vorrichtung, bei der zwei Auffangelektroden 40 und einen Frequenzdurchlaßbereich aufweisen, der klei-according to device, in which two collecting electrodes 40 and have a frequency pass band that is small

zur Aufnahme von Sekundärelektronen und ein sum- ner ist als die Frequenz der elektromagnetischenfor the absorption of secondary electrons and a buzzer is than the frequency of the electromagnetic

mierender Verstärker vorgesehen sind: Schwingungen des Plasmas, welches in dem den Brenn-vibrating amplifiers are provided: oscillations of the plasma, which in the combustion

F i g. 6 eine fünfte Ausführungsform der erfindungs- punkt des Elektronenstrahls umgebenden Raum entgemäßen Vorrichtung, die vier Auffangelektroden zur steht.F i g. 6 shows a fifth embodiment of the space surrounding the invention point of the electron beam Device with four collecting electrodes.

Acceptance of secondary electrons, two differential elements 45 The low input resistance of the transformer

der sowie zwei summierende Verstärker aufweist. bzw. der Operationsverstärker bestimmt eine hohe Ar-which has as well as two summing amplifiers. or the operational amplifier determines a high

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 enthält eine an eine bcitsgcschwindigkeit der Vorrichtung. Durch den AnStromversorgung 2 angeschlossene Elektronenstrahlcr- Schluß an die Stromversorgung wird der Einfluß der zeugungseinrichtung 1 zur Erzeugung des Abtastelek- Schwankungen (Instabilität) des Abtastelektronentronenstrahls sowie eine in einem Rohrschirm 4 ange- 50 strahlsauf die Abbildung des Reliefs in der Wirkungszoordnete Auflangelektrode 3 zur Aufnahme von Sekun- ne des Strahls beseitigtThe device according to FIG. 1 includes a speed of the device. Through the power supply 2 electron beam connected to the power supply, the influence of the generating device 1 for generating the scanning electron fluctuations (instability) of the scanning electron beam as well as one in a tube screen 4 which is beamed onto the image of the relief in the zone of action Pick-up electrode 3 for picking up seconds of the beam eliminated

därelektronen. An die Stromabführung 5 der Auffang- In F i g. 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsge-därelectrons. To the power outlet 5 of the collecting In F i g. 4 is an embodiment of the invention

elektrode 3 ist ein als ein Differenzglied 6 ausgeführter mäßen Vorrichtung mit zwei in Rohrschirmen 4 und 33Electrode 3 is a device designed as a differential element 6 with two in tubular shields 4 and 33

sowie Eingänge 7 und 8 aufweisender Former eines die angeordneten Auffangelektroden 3 und 32 sowie zweias well as formers having inputs 7 and 8 one of the arranged collecting electrodes 3 and 32 as well as two

Information about the surface relief of the welding 55 SE current-voltage converters 24 and 34 is shown Piece of carrying display signal connected. The collecting electrodes 3 and 32 have the same scanning fields The output 9 of the differential element 6 serves as the output of the and are set up in such a way that they are connected to one another Device and is for connection to the automat *! The scanning field of the collecting electro- \ -

sche System zur Ausrichtung des Elektronenstrahls auf de 3 mit der Wirkungszone AB des Abtastelektronen-cal system for aligning the electron beam on de 3 with the zone of action AB of the scanning electron

die Schweißfuge bestimmt Die Stromversorgung 2 der m> Strahls 14 zusammen. Außerdem gehört zum Differenz-the weld joint determines the power supply 2 of the m> beam 14 together. In addition, the difference

Electron beam generating device 1 has a member 6, a differential amplifier 27. The structure of the Measurement output 10 for coupling to the differential element 6 converter 34 is not shown in FIG. 4 because this is denoted by ■ ″ ■

auf. Der Meßausgang 10 gibt ein der Größe des Abtast- dem Wandler 24 (s. F i g. 3) identisch ist Es muß darauf ton. The measurement output 10 is the size of the scanning transducer 24 (see FIG. 3) is identical

elektronenstrahls entsprechendes Signal ab. hingewiesen werden, daß an die Auffangelektroden 3 Velectron beam corresponding signal. it should be noted that 3 volts

In FIG. 2, an embodiment of the device b5 and 32 is the inverting inputs of the operational ratio

gezeigt bei der das Diffcrcnzglied 6 erfindungsgemäß stärker der Wandler 24 und 34 angeschlossen sind. Die L|shown in which the differential element 6 according to the invention is more closely connected to the transducers 24 and 34. The L |

als Differentialübertrager ausgeführt ist, dessen Primär- nichiinvcrticrendcn Eingänge der Operationsverstärker |Jis designed as a differential transformer, the primary nichiinvcrticrendcn inputs of the operational amplifier | J

wicklungen 11 und 12 gegensinnig geschaltet und an die der Wandler 24 und 34 sind geerdet Die Ausgänge der jhwindings 11 and 12 connected in opposite directions and to which the transducers 24 and 34 are grounded

7 87 8

Operational amplifiers of converters 24 and 34 are connected to direction 1 (Fig. 2) for generating the scanning electrical

vcrschiedenen Eingänge des Differenzverstärkers 27 ncnslrahls 14 erzeugt einen F.lektroncnfluß aus einer anDifferent inputs of the differential amplifier 27 generates an electron flow from a beam 14

angeschlossen, dessen Ausgang als der Ausgang 19 der der Kathode 19 unter der Wirkung der Heizung desconnected, the output of which as the output 19 of the cathode 19 under the action of the heating of the

Device is used. Filament 18 resulting electron cloud. the Such an embodiment of the device enables the current intensity of the electron beam 14 to be provided by the

licht es. den Einfluß der Sekundärelektronenflüsse von Steuerpotentialen der Steuerelektrode 20 und der Ano-light it. the influence of the secondary electron flows of control potentials of the control electrode 20 and the ano-

sonstigcn Elektronenquellcn zu beseitigen, die gleich- de 2t vorgegeben, während die Dimensionierung desEliminate other electron sources that are equal to 2t, while the dimensioning of the

zeitig mit der Elektronenstrahler/.eugungscinrichtung 1 Elektronenstrahls 14 (Sirahldurchmcsser, Brennpunkt-at the same time as the electron beam / diffraction device 1 electron beam 14 (diameter of the beam, focal point

des Abtaststrahls 14 zur Erzeugung eines die Informa- entfernung) vom Magnetfeld des Bündelungssystems 22of the scanning beam 14 for generating the information removal) from the magnetic field of the focusing system 22

tion über das Oberflächenrelief des Schweißstückes 16 io und die Koordinaten der Brennpunktlage des Elektro-tion on the surface relief of the welding piece 16 io and the coordinates of the focal point of the electrical

tragenden Anzeigesignals funktionieren. ncnabtaststrahls 14 an der Oberfläche des Schweißstük-carrying display signal work. ncnabtaststrahls 14 on the surface of the weldment

In Fig. 5 is an embodiment of the invention kes 16 from the magnetic field of the one in the drawings

mäßcn Vorrichtung gezeigt, die die Abbildung der gen nicht gezeigten Einrichtung gesteuerten elektroma-shown according to the device, which the image of the device, not shown, controlled electroma-

Exceeding height of the edges to be welded depend on the magnetic deflection system 23,

ermöglicht. 15 Der Glühfaden 18, die Katode 19, die Steuerelektrodeenables. 15 The filament 18, the cathode 19, the control electrode

Nach F i g. 5 sind die in Rohrschirmen 4 und 33 ange- 20, die Anode 21 sowie das Bündeiungssystem 2 sind an ordneten Auffangelektroden 3 und 32 derart gerichtet, die Stromversorgung 2 der Elektronenstrahlerzeudaß ihre gleich großen Abtastfelder mit der Wirkungs- gungseinrichtung 1 angeschlossen,
zone AB des Abtastelektronenstrahls 14 zusammenfal- Während der Abtastung der Oberfläche des Schweißlen. Das Differenzglied 6 weist Wandler 24 und 34 sowie 20 Stückes 16 in der Zone AB mit dem Elektronenstrahl 14 einen Differenzverstärker 27 auf, welche wie im oben- werden die Elektronen reflektiert und ein Sekundärbeschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt sind. Die elcktroncnfluß 15 gebildet, der von einer im Rohrschirm Vorrichtung enthält weiterhin einen summierenden 4 angeordneten Auffangelektrode 3 aufgenommen wird. Verstärker 35 mit einem Operationsverstärker 36 mit Der Rohrschirm 4 schützt die Auffangelektrode 3 gegen Widerständen 37, 38 und 39. In F i g. 5a sind außerdem 25 den Störeinfluß elektromagnetischer Felder und beBeispiele der gegenseitigen Lage der Kanten gezeigt, stimmt sein Abtastfeld an der Oberfläche des Schweißbei der die Kantenüberschreitung entsteht. Stückes (d. h. die Zone, aus welcher an der Auffangelek-According to FIG. 5 are arranged in tubular shields 4 and 33 20, the anode 21 and the bundling system 2 are directed to arranged collecting electrodes 3 and 32 in such a way that the power supply 2 of the electron beam emitters is connected to their equally large scanning fields with the action device 1,
zone AB of the scanning electron beam 14 collapses during the scanning of the surface of the weld. The differential element 6 has transducers 24 and 34 as well as 20 pieces 16 in the zone AB with the electron beam 14 on a differential amplifier 27 which, as in the above, the electrons are reflected and a secondary described embodiment is executed. The electron flow 15 is formed, which is picked up by a collecting electrode 3 arranged in the tube shield device furthermore containing a totalizing 4. Amplifier 35 with an operational amplifier 36 with the tube shield 4 protects the collecting electrode 3 against resistors 37, 38 and 39. In FIG. 5a also shows the interference of electromagnetic fields and examples of the mutual position of the edges, its scanning field is correct on the surface of the weld where the edge is exceeded. Piece (i.e. the zone from which the collecting elec-

The current leads of the collecting electrodes 3 and trode 3 of the secondary electron flow 15). the

32 sind über die SE-Stromwandler 24 und 34 an die Rauheit der Oberfläche des Schweißstückes 16 in der32 are via the SE current transformers 24 and 34 to the roughness of the surface of the welding piece 16 in the

Inputs of the differential amplifier 27 and the sum 30 zone AB affects the secondary electron flow .15

mierenden Verstärkers 35 angeschlossen, der den Ope- aus und moduliert den über die Auffangelektrode 3mating amplifier 35 is connected, which the op- and modulates the via the collecting electrode 3

rationsverstärker 36 enthält, dessen Betriebsart von den durchfließenden Sekundärelektronenstrom in Abhän-ration amplifier 36, the operating mode of which depends on the secondary electron current flowing through it.

am invertierenden Eingang angeschlossenen Wider- gigkeit vom Relief des Schweißstückes in der Zone AB. reflection connected to the inverting input of the relief of the welding piece in zone AB.

ständen 37 und 38 sowie dem Rückkoppiungswider- Falls die Schweißfuge CD des Schweißstückes 16 in derstands 37 and 38 as well as the Rückkoppiungswider- If the weld joint CD of the welding piece 16 in the

stand 39 vorgegeben wird, wobei die Ausgänge 40 und 35 Zone A B liegt, nimmt der der vom Strahl 14 abgeleitetestand 39 is specified, with the exits 40 and 35 being zone AB , the one derived from the beam 14 takes

41 des Differenzverstärkers 27 des summierenden Ver- Sekundärelektronenfluß 15 beim Überschneiden der41 of the differential amplifier 27 of the summing secondary electron flux 15 when the

stärkers 35 als Ausgang der Vorrichtung dienen. Schweißfuge stark ab. Der Kontrast der Oberflächenre-more powerful 35 serve as the output of the device. Weld joint strongly. The contrast of the surface

Diese Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrich- liefs in der Zone AB im Sekundärelektronenfluß 15 tung ermöglicht es, ein die Information über das Ober- hängt von den reflektierenden Eigenschaften des Mateflächenrelief des Schweißstückes tragendes Anzcigesig- 40 rials des Schweißstücks, dem Verhältnis zwischen der nal sowie ein die Information über die Überschrcitungs- Rauheitsgröße (beispielsweise der Schweißfuge) und höhe der zu verschweißenden Kanten tragendes Signal dem Durchmesser des Brennpunktes des Abtastelektrozu erzeugen. nenstrahls 14 an der Oberfläche des SchweißstückesThis embodiment of the device according to the invention in zone AB in the secondary electron flow makes it possible to display information about the surface of the welded piece, the ratio between the nal and the Information about the overshoot roughness size (for example the weld joint) and the height of the edges to be welded to generate a signal carrying the diameter of the focal point of the scanning electro. nenstrahls 14 on the surface of the workpiece

Zur Entstörung gegenüber sonstigen Elektroncnquel- sowie von den unterschiedlichen Störungen (beispielslen, zum Beispiel beim gleichzeitigen Schweißen mit 45 weise Schwankungen) ab. Die Schwankungsintensität mehreren Elektronenstrahlen wird zur Messung der des Sekundärelektronenflusses 15 wird von der Instabi-Überschreitung der zu verschweißenden Werkstück- lität der Spannungen der Stromversorgung 2 bestimmt, kanten die in Fig.6 gezeigten Ausführungsform der Die Neutralisation der Schwankungen des Sekundärerfindungsgemäßen Vorrichtung empfohlen, elcktroncnflusses 15, d.h. der Schwankungen des vonTo suppress interference from other electron sources as well as from the various interferences (for example, for example, when welding at the same time with 45 wise fluctuations). The fluctuation intensity several electron beams are used to measure the secondary electron flux 15 is exceeded by the instabi the workpiece quality to be welded determines the voltages of the power supply 2, edge the embodiment shown in FIG. 6 The neutralization of the fluctuations of the secondary according to the invention Apparatus recommended, electrical flow 15, i.e. the fluctuations of the

In this embodiment, the device 50 contains the current discharge 5 of the collecting electrode 3

vier in Rohrschirmen angeordnete Auffangelektroden 3, nommenen Sekundärelektronenstroms, welche einefour collecting electrodes 3, arranged in tube screens, took the secondary electron flow, which one

32,42 und 43. Die Abtastfeider der Auffangeiektroden 3 Verzerrung des die Information über das Oberflächen-32, 42 and 43. The scanning fields of the collecting electrodes 3 Distortion of the information about the surface

und 42 fallen mit der Wirkungszone AB des Abtastelck- relief des Schweißstückes tragenden Signals verursa-and 42 coincide with the zone of action AB of the scanning back relief of the signal carrying the workpiece.

tronenstrahls 14 zusammen, während die Abtastfelder chcn kann, erfolgt durch das Differenzglied 6.electron beam 14, while the scanning fields can chcn, takes place through the difference element 6.

der Auffangelektroden 32 und 43 gleich groß wie die 55 Wie in Fig. 1 und anderen Figuren gezeigt ist, weistof the collecting electrodes 32 and 43 the same size as the 55. As shown in Fig. 1 and other figures, has

Scanning fields of the collecting electrodes 3 and 42 and the differential element 6 have two inputs 7 and 8. At the

an diese und somit an die Zone AB grenzen. Die Auf- Eingang 8 gelangt über die Stromabführung 5 der Se-border on this and thus on Zone AB . The up input 8 arrives via the current lead 5 of the se-

fangelektroden 3, 32 und 42, 43 sind paarweise an kundärelektronenstrom von der Auffangelektrode 3Trapping electrodes 3, 32 and 42, 43 are connected in pairs to the secondary electron flow from the collecting electrode 3

gleichartige Differenzglieder 6 und 44 angeschlossen, und am Eingang 7 der Strom von der Stromversorgung deren Ausgänge mit den Eingängen des summierenden 60 2 der Einrichtung 1. In dem Differenzglied 6 wird dersimilar differential elements 6 and 44 connected, and at input 7 the current from the power supply whose outputs with the inputs of the summing 60 2 of the device 1. In the differential element 6 is the

Amplifier 35 and the differential amplifier 45 coupled from the power supply 2 incoming current from

pelt sind. Wie das Differenzglied 6 (s. F i g. 4.5 und 6), dem von der Stromabführung 5 ankommenden Stromare pelt. Like the difference element 6 (see Fig. 4.5 and 6), the incoming current from the current discharge 5

enthält das Differenzglied 44 zwei SE-Strom-Span- »substrahiert«, wodurch die gleich großen Schwankun-If the difference element 44 contains two SE current-span- "subtracted", whereby the equally large fluctuations

nungswandler 46 und 47 und einen Differenzverstärker gen dieser Ströme unterdrückt werden. Somit wird die 48. Die Ausgänge der Verstärker 35 und 45 dienen als 65 Zuverlässigkeit der vom Anzeigesignal übermitteltenVoltage converter 46 and 47 and a differential amplifier gene of these currents are suppressed. Thus the 48. The outputs of the amplifiers 35 and 45 serve as 65 reliability of the transmitted by the display signal

Outputs of the device according to FIG. 6. Information about the surface relief of the welding The mode of operation of the device described is increased to a certain extent, whereby the sensitivity of the device

liegt im folgenden. Die Elektronenstrahlerzeugungsein- tung gegenüber der Rauheit der Schweißstuckoberflä-lies in the following. The electron beam generating device compared to the roughness of the weld stump surface

ehe sowie dem Fugenabstand der Schweißfuge CD des Schweißstückes erhöht wird. Infolgedessen wird die Qualität der Steuerung der Elektronenstrahlschwcißung erhöht.before as well as the joint spacing of the welding joint CD of the welding piece is increased. As a result, the quality of electron beam welding control is increased.

Das Differenzglied 6 kann als Differentialübertrager (F i g. 2) ausgeführt werden, dessen Primärwicklungen 11 und 12 gegensinnig geschaltet und an den Ausgang 10 der Stromversorgung 2 sowie die Stromabführung 5 der Auffangelektrode 3 angeschlossen sind, während die Sekundärwicklungsanschlüsse als Ausgang 9 des Diffcrenzglieds 6 dienen. In diesem Fall wird der Strom der Auffangelektrode 3 mit den Schwankungen des Abtaslelektronenstrahls 14 vom Differentialübertrager verglichen, so daß das am Ausgang 9 des Diffcrcnzglicds 6 anstehende Signal das Obcrflächenrclief des Schweißstückes 16 wiedergibt, d. h. als ein die Information über das Oberflächenrelief des Schweißstückes 16 tragendes Anzeigesignal dient. Eine derartige Vorrichtung ist störungsunempfindlicher als bekannte Vorrichtungen. Außerdem wird die Aufgabe vereinfacht, die Fugcnniitte der Schweißfuge CD nach dem Anzcigesignal der Vorrichtung im automatischen System zur Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge zu bestimmen. The differential element 6 can be designed as a differential transformer (Fig. 2), the primary windings 11 and 12 of which are connected in opposite directions and are connected to the output 10 of the power supply 2 and the current drain 5 of the collecting electrode 3, while the secondary winding connections are used as output 9 of the differential element 6 to serve. In this case the current of the collecting electrode 3 is compared with the fluctuations of the scanning electron beam 14 from the differential transformer, so that the signal present at the output 9 of the differential 6 reproduces the surface profile of the welding piece 16, i.e. as a display signal carrying information about the surface relief of the welding piece 16 serves. Such a device is less sensitive to interference than known devices. In addition, the task of determining the joint size of the welding joint CD according to the display signal of the device in the automatic system for aligning the electron welding beam on the welding joint is simplified.

Falls die Abtastamplitude (Zone A B) des Elektronenstrahls 14 den Fugenabstand der Schweißfuge wesentlich überschreitet, kann die Sekundärwicklung 13 durch eine Diode überbrückt werden, wodurch die Durchlaßbandbreite des Differenzglieds 6 und der ganzen Vorrichtung gedehnt wird.If the scanning amplitude (zone AB) of the electron beam 14 significantly exceeds the joint spacing of the welding joint, the secondary winding 13 can be bridged by a diode, whereby the bandwidth of the differential element 6 and the entire device is expanded.

Die Durchlaßbandbreite des Differenzglieds 6 kann außerdem gedehnt werden, indem man den SE-Strom-Spannungswandler 24 und den Differenzverstärker 27 (Fig.3) einsetzt. Der Wandler 24 enthält den Operationsverstärker 25 mit Gegenkopplung (Widersland 26), an dessen invertierenden Eingang die Stromabführung 5 der Auffangeleketrode 3 angeschlossen ist. Da der liingangswiderstand -]jr des Operationsverstärkers 25 gering ist (K₂₆-Widerstand des Bauelements 26, K-Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 25. K> 100 000), ist das Differenzglicd 6 gegen den Einfluß der unter Zusammenwirkung des Elektronenstrahls mit Metalldämpfen während des Schweißens entstehenden Magnetstörungen geschützt und sichert die Durchführung der von der Kapazität der Auffangelektrode 3 im wesentlichen unabhängigen Messungen des Sekundärelcktronenstroms. Dadurch wird die Arbeitsgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht.The pass bandwidth of the differential element 6 can also be expanded by using the SE current-voltage converter 24 and the differential amplifier 27 (FIG. 3). The converter 24 contains the operational amplifier 25 with negative feedback (contradiction 26), to whose inverting input the current drain 5 of the collecting electrode 3 is connected. Since the input resistance -] jr of the operational amplifier 25 is low (K ₂₆ resistance of the component 26, K gain factor of the operational amplifier 25. K> 100,000), the difference is 6 against the influence of the interaction of the electron beam with metal vapors during welding Magnetic disturbances arising are protected and ensures that the measurements of the secondary leakage current, which are essentially independent of the capacitance of the collecting electrode 3, are carried out. This increases the operating speed of the device according to the invention.

Außerdem enthält der Differenzverstärker 27 einen Operationsverstärker 28 mit Gegenkopplunn (Widerstand 31). An die Eingänge des Verstärkers 28~sind über Widerstände 29 und 30 der Ausgang 10 der Stromversorgung 2 sowie der Ausgang des SE-Strom-Spannungswandlers 24 angeschlossen, wobei als Ausgang 9 des Differenzglieds 6 der des Differenzverstärkers 27 dient.In addition, the differential amplifier 27 contains an operational amplifier 28 with negative feedback (resistance 31). At the inputs of the amplifier 28 ~ are about Resistors 29 and 30 of the output 10 of the power supply 2 and the output of the SE current-voltage converter 24 connected, the output 9 of the differential element 6 being that of the differential amplifier 27 serves.

Das Ausgangsanzeigesignal der Vorrichtung wird aus der FormelThe output display signal of the device is obtained from the formula

abgeleitet, darin bedeuten:derived, therein mean:

/i Sekundärelektronenstrom der Auffangelek-/ i secondary electron flow of the collecting elec-

trodc3,
Ui vom Ausgang 10 der Stromversorgung 2 an-trodc3,
Ui from output 10 of power supply 2

kommendes Signal, das dem Strom des Abtastelektronenstrahls 14 proportional ist,
«2», Ri\ Werte der Widerstände 29 und 31.incoming signal which is proportional to the current of the scanning electron beam 14,
«2», Ri \ values of resistors 29 and 31.

Falls in einer Elektronenstrahlschweißanlage mit mehreren Elcktronenstrahlqucllen geschweißt bzw. zur Anzeige der Schweißfuge ein leistungsschwacher Ab· tastclektroncnstrahl 14 eines Hilfssrahlers benutzt wird, ist der Energieterm des Störhintergrundes des Sckundärclektroncnflusses 15 in der Wirkungszonc AB des Elektronenabtaststrahls 14 erheblich größer als der Pegel des die Information über das Oberflächenrelief des Schwcißstückcs tragenden Sekundärclektronenflusscs 15 (Informationsflusses). In diesem Fall wird zur Auf-If welding is carried out in an electron beam welding system with several electron beam sources or a low-powered scanning electron beam 14 from an auxiliary emitter is used to display the weld joint, the energy term of the background interference of the secondary electron beam 15 in the zone of action AB of the electron scanning beam 14 is considerably greater than the level of the information about the information about the scanning electron beam 14 Surface relief of the Schwcißstückcs carrying secondary electron flux 15 (information flux). In this case, the

ι? nähme der die Information über das Oberflächenrelief des Schwcißslückes (in der Wirkungszone AS des Elektronenabtaststrahls 14) tragendun Anzeigesignalc eine zweite Auffangelektrode 32 (F i g. 4) in die Vorrichtung eingebaut, die in einem Rohrschirm 33 angeordnet ist.ι? would take the information about the surface relief of the Schwcißslückes (in the zone of action AS of the electron scanning beam 14) The display signal carries a second collection electrode 32 (Fig. 4) into the device installed, which is arranged in a tube screen 33.

Die Abiasifeider der Auffangeiekirode 3 und 32 sind gleich und grenzen aneinander, wobei das Abtastfeld der Auffangclcktrodc 3 mit der Wirkungszone AB des Abtastclcktronenstrahls 14 zusammenfällt. Die Auffangelcktrode 32 nimmt den ausschließlich aus gestreut reflektierten Elektronen im Hintergrund gebildeten Störfluß der Sekundärelektronen 15 auf, während an der Auffangelektrode 3 ein Sekundärelektronenfluß 15 ankommt, welcher sich aus von der Oberfläche des Schweißstückes 16 reflektierten Elektronen des Strahls 14 sowie gestreut reflektierten Elektronen zusammensetzt. The Abiasifider of the Auffangeiekirode 3 and 32 are the same and adjoin one another, the scanning field of the collecting drum 3 coincides with the zone AB of the scanning electron beam 14. The collecting electrode 32 picks up the interference flux of the secondary electrons 15 formed exclusively from scattered reflected electrons in the background, while a secondary electron flux 15 arrives at the collecting electrode 3, which is composed of electrons of the beam 14 reflected from the surface of the welding piece 16 as well as scattered electrons.

Die Ströme der Auffangclektrode 3 und 32 werden von den Wandlern 24 und 34 in Spannungen umgeformt. Darauf wird die Spannung der Auffangelcktrode 32 von derjenigen der Auffangelektrode 3 substrahiert und die Schwingungen unterdrückt. Als Ausgang 9 der Vorrichtung dient der Ausgang des Verstärkers 27.The currents of the collecting electrode 3 and 32 are converted into voltages by the transducers 24 and 34. Thereupon the voltage of the collecting electrode 32 is from that of the collecting electrode 3 is subtracted and the vibrations are suppressed. As output 9 of the device the output of amplifier 27 is used.

Bei der Steuerung der Elcktronenstrahlschweißung wird des öfteren auch eine weitere Information über das Obcrflächenrclief des Schweißstückes, zum Beispiel über die Größe und Art der während des Schweißens oft auftretenden Überschreitung der zu verschweißenden Kanten benötigt, die sich sehr negativ auf die Schweißnahtgüte auswirkt, weil wegen der Kanten-Überschreitung die Genauigkeit der Ausrichtung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge sinkt.When controlling electron beam welding, additional information about the Surface of the welded piece, for example on the size and type of during welding often occurring exceeding of the edges to be welded required, which has a very negative effect on the The quality of the weld seam has an impact, because because the edge is exceeded, the accuracy of the alignment of the Electron beam on the weld joint drops.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die Schweißfuge kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem summierenden Verstärker (F i g. 5) ausgeführt werden. Diese Vorrichtung weist zwei in Rohrschirmen 4 und 33 angeordnete Auffangelektroden 3 und 32 auf. Die Abtastfelder der Auffangclektroden 3 und 32 fallen mit der Wirkungszonc AB des Abtastclcktronenstrahls 14 zusammen. Bei der Überschreitung der Kanten (s. F i g. 5a— Zi, 5b—Z2) wird der Sckundärclektronenfluß 15 geändert und der an den Auffangclektroden 3 und 32 ankommende Sekundärelektronenstrom moduliert. Bei der Überschreitung Z\ (F i g. 5a) ist der durch die Auffang· elektrode 3 aufgenommene Sekundärelektronenfluß 15 kleiner als der an der Auffangelektrode 32 ankommende Sekundärelektronenfluß 15. Sinngemäß ist bei der Überschreitung Zi (F i g. 5b) der durch die Auffangelektrode 32 aufgenommene Fluß 15 kleiner als der an der Auffangelektrodc 3 ankommende Fluß 15. Dementsprechend sind auch die von den Auffangelektroden 3 und 32 abgenommenen Sekundärelcktronenströme verschieden. Aus der Differenz dieser Ströme kann die Über-To increase the accuracy of the alignment of the electron welding beam on the welding joint, the device according to the invention can be designed with a summing amplifier (FIG. 5). This device has two collecting electrodes 3 and 32 arranged in tube screens 4 and 33. The scanning fields of the collecting electrodes 3 and 32 coincide with the zone AB of the scanning electron beam 14. When the edges are exceeded (see FIGS. 5a-Zi, 5b-Z2) the secondary electron flux 15 is changed and the secondary electron flux arriving at the collecting electrodes 3 and 32 is modulated. (G F i. 5a) when exceeding Z \ is defined by the collecting · electrode 3 taken Sekundärelektronenfluß 15 is smaller than the incoming to the collecting electrode 32 Sekundärelektronenfluß 15. Correspondingly, in the overrun Zi (g F i. 5b) by the The flux 15 picked up by the collecting electrode 32 is smaller than the flux 15 arriving at the collecting electrode 3. Accordingly, the secondary electron currents picked up by the collecting electrodes 3 and 32 are also different. From the difference between these currents, the excess

schreitungshöhe der zu verschweißenden Kanten abgeleitet werden. Die Summe der von den Auffangelcklroden 3 und 32 abgenommenen Sekundärelektroncnslröme beinhaltet die Information über das Oberflächenrelief des Schweißstückes, insbesondere darüber, ob sich die Schweißfuge in der Zone AB befindet. In F i g. 5 sind die Kopplungen der Auffangelcktroden 3 und 32 mit dem Differenzverstärker 27 und dem summierenden Verstärker 35 gezeigt. Der summierende Verstärker 35 ist mit einem Operationsverstärker 36 und Widerständen 37, 38 und 39 ausgeführt. Die Ausgänge 40 und 41 dienen als Ausgänge der Vorrichtung, wobei vom Ausgang 40 das die Information über die Höhe der Überschreitung der zu verschweißenden Kanten tragende Signal und vom Ausgang 41 das die Information über das Oberflächep.reüef des Schweißstückes tragende Anzeigesignal abgenommen wird. Bei der fehlenden Überschreitung der zu verschweißenden Kanten liegt am Ausgang 40 ein Nullsignal.step height of the edges to be welded can be derived. The sum of the secondary electron currents taken from the collecting electrodes 3 and 32 contains the information about the surface relief of the welding piece, in particular about whether the welding joint is in zone AB . In Fig. 5 shows the coupling of the collecting electrodes 3 and 32 to the differential amplifier 27 and the summing amplifier 35. The summing amplifier 35 is implemented with an operational amplifier 36 and resistors 37, 38 and 39. The outputs 40 and 41 serve as outputs of the device, the signal carrying the information about the amount of excess of the edges to be welded being taken from the output 40 and the display signal carrying the information about the surface level of the welding piece being taken from the output 41. If the edges to be welded are not exceeded, there is a zero signal at output 40.

Die beschriebenen Ausführungen der Vorrichtung werden in verschiedenartigen automatischen Systemen zur Ausrichtung des Elektronenstrahls auf die Schweißfuge eingesetzt.The described embodiments of the device are used in various automatic systems used to align the electron beam on the weld joint.

Die in F i g. 2, 3 und 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung werden zweckmäßigerweise in Steucrungssystemen für mit einer Elektronenstrahlqucllc durchgeführten Elektronenstrahlschweißungen verwendet. Es wird empfohlen, zur Steuerung der Elektronenstrahlschweißung mit zwei und mehr Elektronenstrahlquellen die in Fig.4 gezeigte Vorrichtung bzw. das in F i g. 3, 4 und 5 gezeigte System der Vorrichtungen einzusetzen, welches nach F i g. 6 ausgeführt werden kann. Diese Vorrichtung weist vier in getrennten Rohrschirmen angeordnete Auffangelektroden 3,32,42 und 43 auf. Die Abtastfelder der Auffangelektroden 3 und 42 fallen mit der Wirkungszone AB des Elektronenstrahls 14 an der Oberfläche des Schweißstückes 16 zusammen, während die Abtastfelder der Auffangelektroden 32 und 43 an die Zone AB grenzen und mit den Abtastfeldern der Auffangelektroden 3 und 42 und somit der Zone AB g\e\ch sind.The in F i g. The embodiments of the device shown in FIGS. 2, 3 and 5 are expediently used in control systems for electron beam welds carried out with an electron beam source. It is recommended to use the device shown in FIG. 4 or the device shown in FIG. 4 to control electron beam welding with two or more electron beam sources. 3, 4 and 5 to use the system of devices shown, which according to F i g. 6 can be executed. This device has four collecting electrodes 3, 32, 42 and 43 arranged in separate tube screens. The scanning fields of the collecting electrodes 3 and 42 coincide with the effective zone AB of the electron beam 14 on the surface of the welding piece 16, while the scanning fields of the collecting electrodes 32 and 43 border on the zone AB and with the scanning fields of the collecting electrodes 3 and 42 and thus the zone AB g \ e \ ch are.

Die Auffangelektroden 3 und 32 sowie 42 und 43 sind über die Wandler 24 und 34 sowie 46 und 47 an die Eingänge der Differenzverstärker 27 bzw. 48 angeschlossen, deren Zusatzeingänge mit dem Meßausgang 10 der Stromversorgung 2 der Elektronenslrahlerzeugungseinrichtung 1 gekoppelt sind. An den Ausgängen der Differenzverstärker 27 und 48 liegen die die Information über das Oberflächenrelief der Wirkungszone AB des Abtastelektronenstrahls 14 tragenden Signale beim gleichzeitigen Betrieb fremder Elektronenstrahl-Einfluß der Schwankungen des Priniärelektronenflusses des Abtastelektronenstrahls sowie die Störeinwirkung sonstiger Elektronenquellen und elektromagnetischer Felder wird beseitigt, die Durchlaßbandbreite der Vorrichtung gedehnt und die Abbildungsgenauigkeit des Oberflächenreliefs des Schweißstückes erhöht. Es sind Ausführungsformen der Vorrichtung beschrieben, die die Messung der Überschreitungshöhe der zu verschweißenden Kanten ermöglichen. Die aufgezähltenThe collecting electrodes 3 and 32 as well as 42 and 43 are connected via the converters 24 and 34 as well as 46 and 47 to the inputs of the differential amplifiers 27 and 48, the additional inputs of which are coupled to the measuring output 10 of the power supply 2 of the electron beam generating device 1. At the outputs of the differential amplifiers 27 and 48 are the information about the surface relief of the zone of action AB of the scanning electron beam 14 carrying signals during simultaneous operation Device stretched and the mapping accuracy of the surface relief of the welding piece increased. Embodiments of the device are described which enable the measurement of the excess height of the edges to be welded. The listed

κι Vorteile ermöglichen es, die Genauigkeit der automatischen Systeme zur Ausrichtung des Elektronenschweißstrahls auf die von zu verschweißenden Werkstücken gebildete SchweilJfuge zu erhöhen. Infolgedessen wird die Schweißnahtgüte erhöht sowie der Ausschuß und Metallverbrauch bei der Herstellung von Erzeugnissen beim Elektronenstrahlschweißverfahren gesenkt.κι advantages allow the accuracy of the automatic Systems for directing the electron welding beam onto the workpieces to be welded to increase the weld joint formed. As a result, will the weld seam quality increases as well as the scrap and metal consumption in the manufacture of products reduced with electron beam welding.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Strahlerzeugungseinrichtung 1 angeordnet sind (in F i g. 6 nicht gezeigt). Der summierende Verstärker 35 summiert die von den Ausgängen der Differenzverstärker 27 und 48 ankommenden Signale und von seinem Ausgang wird das die Information über das Oberflächenrelief des Schweißstückes tragende Anzeigesignal abgenommen, während vom Ausgang des Differenzverstärkers 45 das die Information über die Oberschrei- eo tungshöhe der zu verschweißenden Kanten tragende Signal ankommt das der Differenz der Signale der Verstärker 27 und 48 gleich istBeam generating device 1 are arranged (not shown in FIG. 6). The summing amplifier 35 sums the signals arriving from the outputs of the differential amplifiers 27 and 48 and from his The output is the display signal carrying the information about the surface relief of the welding piece removed, while from the output of the differential amplifier 45 the information about the Oberschrei- eo The height of the signal carrying the edges to be welded is the difference between the signals from the amplifiers 27 and 48 is the same

Wie aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anzeige der Schweißfuge mit einem Elektronenabtaststrahl hervorgeht bietet die Vorrichtung eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten zu diesem Zweck verwandten Vorrichtungen. DerAs from the description of the device according to the invention for displaying the weld joint with a As can be seen from the electron scanning beam, the device offers a number of advantages over the known ones devices used for this purpose. Of the

Claims

Patent claims:

1. Device for displaying the number of items to be welded Workpieces formed weld joint with a connected to a power supply Electron beam generating device for generating a scanning electron beam and a secondary electron collecting electrode, that between the workpieces to be welded and the electron beam generating device is arranged and its current discharge to a signal device for generating a surface profile of the to the corresponding signal is connected to the welding workpieces, characterized in that that the signal generating device is designed as a differential element (6), the first of which Input (8) to the current lead (S) of the secondary electron collecting electrode (3) and its second input (7) to the power supply (2) of the electron beam generating device (1) is connected, whereby a signal can be taken at the output of the differential element (6) which corresponds to the respective difference between the primary electron flux of the scanning electron beam (14) and that from the effective zone of the scanning electron beam (14) arriving at the secondary electron collecting electrode (3) Secondary electron flux corresponds.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the differential element (6) as a differential transformer is executed, the first primary winding (12) to the current drain (5) of the secondary electron collecting electrode (3) and the second primary winding (11) to the power supply of the electron gun (I) is connected, the secondary winding (13) as the output the device is used.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the differential element (6) is an SE current-voltage converter (24) which includes an operational amplifier (25), its inverting Input connected to the current lead (5) of the collecting electrode (3), its non-inverting Give the input with constant potential and its output with the first input one of a second operational amplifier (28) formed differential amplifier (27) is coupled, the second Input to the power supply of the electron gun (1) is connected, the output of the differential amplifier (27) serves as the output (9) of the device.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the differential element (6) includes two SE current-voltage converters (24, 34), the inputs of which each have a separate collecting electrode (3 or 32) for receiving secondary electrons in tubular shields (4 , 33) and the outputs of which are connected to different inputs of a differential amplifier (27), the output (9) of which serves as the output of the device, the two collecting electrodes (3, 32) being arranged in such a way that the two scanning fields have the same dimensions and adjoin one another and furthermore the scanning field of one of the collecting electrodes (3 or 32) coincides with the zone of action (A, B) of the electron beam (14) generated by the electron beam generating device (1).

5. Apparatus according to claim 4.

shows that the scanning fields of the collecting electrodes (3 and 32) coincide with the effective zone (A, B) of the scanning electron beam (14) and that the outputs of the two SE current voltage converters (24, 34) are connected to an inverting input of an operational amplifier (36) formed summing amplifier (35) are connected, the noninvertiereitde input of the amplifier being grounded and the output (41) of which supplies a display signal bearing the information about the surface relief of the welded piece and the output (40) of the differential amplifier (27) showing the level of the exceedance of the The signal carrying the edges to be welded is present