JPH0360879A - 電子ビーム加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子ビーム加工機、特に電子銃と加工片の
少なくとも一方が移動できる場合に電子ビームと加工片
の加工線との位置間係を検出して、電子銃と加工片の加
工線との距離を一定に保てる電子ビーム加工機に関する
ものである。

［従来の技術］ 第３図は例えば従来の電子ビーム加工機としての電子ビ
ーム溶接機を示すブロック図である０図において、（り
は高電圧電源、（２）はこの高電圧電源〈１）の両端間
に接続された電子銃、（３〉はこの電子銃（２）が発生
した電子ビーム、（４）はこの電子ビーム（３）で加工
される加工片、（５）は電子ビーム（３）を加工片（４
）の表面に集束させるための集束コイル、（６）は加工
片（４）の加工線（７）例えば継目や溶接線を横切るよ
うに電子ビーム（３）を走査させるための偏向コイル、
（８）は加工片（４）からの反射電子および二次電子（
９）を捕足するコレクタ、（１０）は信号発生器、（１
２）はこの信号発生器（１０）からの信号を偏向コイル
（６）に印加するための電流増幅器、（Ｒ１）はこの電
流増幅器（１２〉と偏向コイル（６）の間に接続された
抵抗器、（Ｒ２）はコレクタ（８）とアースの間に接続
された抵抗器、（３１）はコレクタ〈８〉で捕足した反
射電子および二次電子などの二次エネルギ検出信号のノ
イズ分を除去するためのフィルタ、（３２）は外部から
の制御信号に応じてフィルタ（３１）からの二次エネル
ギ検出信号を通過またはしゃ断するゲート回路、（３３
〉は入力信号としての二次エネルギ検出信号のピークを
検出し、ピーク検出時にトリガパルス信号を発生するピ
ーク検出トリガ発生部である。また、（１５）は抵抗器
（Ｒ１）と並列に接続され、偏向コイル〈６）を流れる
偏向コイル電流の正および負のピークを検出して、正ピ
ークから負ピークまたは負ピークから正ピークまで°の
間、ゲート回路（３２）を開く上述の制御信号を出力す
るピーク検出ゲート制御部、（２０〉は抵抗器〈Ｒ１）
と並列に接続され、ピーク検出トリガ発生部（３３）か
ら出力されるトリガパルスで偏向コイル電流を計測保持
するサンプル・ホールド部、（２１）はこのサンプル・
ホールド部（２０）で検出した信号を増幅する増幅器、
（２５）はこの増幅器（２１）の増幅率を制御する増幅
率制御部、（４０）は偏差信号出力端子である。なお、
構成要素（８）　、（Ｒ１）、（Ｒ２）、（３１）〜（
３３〉、（１５）、（２０）、（２１）、（２５）、（
４０）は電子ビーム（３）と加工片（４）の継目（７〉
との位置ずれ量を検出する演算手段を構成する。

従来の電子ビーム加工機は上述したように構成されてお
り、以下にその動作を説明する。信号発生器（１０）の
出力は電流増幅器（１２〉で増幅され、偏向コイル（６
〉には第４図（＾）に示すような偏向コイル電流が流れ
る。この偏向コイル電流を抵抗器Ｒ１の両端の電圧とし
て計測し、ピーク検出ゲート制御部（１５）で正・負そ
れぞれのピークを検出して第４図（Ｂ）のように正のピ
ーク時に立ち上がりが負のピーク時に立ち下がるゲート
制御信号を発生する。また、フィルタ（３１）でノイズ
を除去した二次エネルギ信号は、ゲート回路（３２）に
よって前記ゲート制御信号に基づいて通過またはしゃ断
され、第４図（Ｃ）に示すような信号が出力される。

そして、この二次エネルギ信号波形の中で強度が低くな
る部分ｔｐが継目（７）を示し、ピーク検出トリガ発生
部（３３）でこの強度低下のピークを検出し、この検出
と同時にトリガパルスを発生する。

サンプル・ホールド回路（２０〉は偏向コイル電流値を
このトリガパルスでサンプリングして第４図（Ｄ）に示
すようにホールドする。このホールド値は、走査された
電子ビーム（３）が継目（７）上に位置した瞬間の偏向
コイル電流値であり、電子ビーム（３）を全く偏向しな
い場合の位置と継目（７〉との距離、すなわち、位置ず
れ量に比例する量である。第５図において、ビーム偏向
角度θは偏向コイル電流ｉに比例し。

θ＝ａ−ｉ　　　　　　　　・・・　（１）但し、ａ；
定数 また、継目（７）と電子ビーム（３）との位置ずれ距離
ΔＸは、偏向コイル（６）の磁極と加工片（４）の表面
との距離ｌとすれば、 ΔＸ＝Ｚ−ｔａｎθ　　　　−・−（１）今、θは十分
小さいのでｔａｎθξθとおくとΔＸ＝１　・θ　　　
　　・・・　（１）すなわち ΔＸ＝ｌ−ａ−Ｌ　　　　・・・　（Ｆ）したがって、
増幅器（２１）の増幅率を増幅率制御部（２５）からの
指令によって距離ｌに比例させることによって、第４図
（Ｅ）に示すように常に実際のずれ距離に比例しかっ１
：１で対応する偏差信号が偏差信号出力端子（４０〉に
得られる。

また、第３図では、二次エネルギとして反射電子あるい
は二次電子を検出する場合について述べたが、Ｘ線をフ
ォトセンサなどで検出するようにしてもよく、増幅率が
調整可能な増幅器のかわりに、ずれ信号を直接または適
当に増輻したあとにＡ／Ｄ変換をして、前記（１）式及
び（１）式又は（１）式の演算をして位置ずれ量を求め
るようにしても良い。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電子ビーム加工機は、電子Ｍ（２）に対して加工
片（４）が正しく置かれず、継目（７）の移動に伴って
電子銃（２）と加工片（４〉の距離が変化してしまう場
合には電子ビーム（３）を加工片（４）の表面に集束さ
せる事ができず、反射電子、および二次電子（９）をコ
レクタ（８）で補足する事がむずかしくなる。また、実
際に加工片（４〉の継目（７）に沿った加工例えば溶接
を行なった場合、電子銃（２〉と加工片（４）の距離の
変化によって電子ビーム〈３〉を加工片（４）の表面に
正しく集束させる事ができない為、安定した溶接の品質
が得られなくなるという問題点があった。

また、第６図（＾）、は電子銃としてそのＸ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸およびθ軸の４軸の位置制御を行える、いわゆるム
ービングガン式電子銃（２＾〉を用いた電子ビーム加工
機の加工室内における加工片（４）およびその継目（７
〉とムービングガン式電子銃（２八）との位置関係を示
した一例である。ムービングガン式電子銃（２人）を継
目（７〉に沿って（Ａ）点から（ｂ）点へ移動させた時
、Ｚ軸方向にΔＺだけ位置ずれがあったとしても、継目
（ア〉を横切ってＺ軸方向へ電子ビーム（３）を走査し
てやる事により（すなわち電子銃位置（２人）と（２Ｖ
）で行う事により）ΔＺの値を求めることができる。し
かし、継目（７〉とムービング式電子銃（２＾）との距
ａｔがνになったとしても、ｆ−１’の値を従来の加工
片継目検出装置では検出することができない。

第６図（Ｂ）は第７図（Ａ）を矢印Ａ（上側〉より見た
図である９品質的に安定な溶接を行なおうとすれば、加
工片（４）に対して電子銃位置（２＾〉、（２Ａ’）を
知る必要があり、ムービング式電子銃（２＾）を加工片
（４〉の継目〈７）に沿って位置匡洩から［５へ移動さ
せながら、溶接を実行することが必要となるが、第６図
（Ｂ）において（ａ）点、（ｂ）点とムービング式電子
銃（２＾〉、（２＾′〉との距Ｍ１、νを求めることが
できれば、ムービング式電子銃（２＾）をｍから岡へ移
動させながら溶接を行う様、電子銃位置を制御する事は
可能となる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電子ビーム加工機の加工室内に加工片がＸ
軸方向、７輪方向、Ｚ軸方向で任意の状態に置かれた場
合でも加工片の加工線に合わせて電子銃の位置をＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向およびθ軸方向に移動させ、位
置補正を行う事により電子銃と加工片の加工線との位置
のｒＩＲ係を一定に保って安定した加工品質を提供でき
る電子ビーム加工機を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明の電子ビーム加工機は、集束コイルに流れる電
流を一定期間毎に段階的に変化させる集束コイル用電流
供給手段を付加するとともに、集束コイル電流により加
工片の加工線と電子銃の位置関係を演算する位置補正用
演算手段を設けたものである。

［作　用］ この発明では電子ビームを加工片の加工線を横切って走
査した時、反射電子又は二次電子の変化が焦点位置と対
応して変化する事を利用して加工片の加工線と電子銃の
位置関係を知るようにしたものである。また、溶接時の
ビーム電流と焦点調整時のビーム電流が異なる場合には
、ビーム電流の変化に伴う焦点位置の変化も合わせて補
正するようにした。

［実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明に係る電子ビーム加工機の一実施例を示す
ブロック図であり、図において（２＾）は上述したムー
ビングガン式電子銃、（１１）は集束コイル（５）を流
れる集束コイル電流を段階的に変化させる信号を発生す
る集束コイル用信号発土器、（１３）はこの集束コイル
用信号発生器（１１）と集束コイル（５〉の間に接続さ
れた集束コイル用電流増幅器、（１４）は高電圧電源（
１）からの電子ビーム電流値信号、集束コイル用信号発
生器（１１）からの集束コイル電流信号、偏向コイル用
信号発生器〈ｉｏ）からの偏向コイル電流信号および出
力端子（４０）からの位置ずれ量の偏差信号により、ム
ービング電子銃〈２＾〉と加工片（４〉の継目（７）と
の位置関係の演算を行う電子銃位置補正用演算回路、そ
して〈１６）はこの演算回路（１４）の演算結果に基づ
いてムービングガン式電子銃（２＾）の位置を制御する
電子銃位置制御回路である。尚、第３図と同一部分は同
一符号を付けて説明を省略する。

次にこの発明の電子ビーム加工機の動作について説明す
れば、集束コイル用信号発生器（１１）によって集束コ
イル〈５）に流れる集束コイル電流を第２図（Ｂ）の様
に段階的に変化させながら、集束コイル電流値が一定の
期間（Δｔ）中に、第２図〈＾）で示す様に偏向コイル
用信号発生器（１０）からの偏向コイル電流を変化させ
る事によって加工片（４〉の継目（７）を横切る様に電
子ビーム（３）を走査させ、その時の反射電子や二次電
子（９）のエネルギを検出し、第３図の従来例において
説明したと同じ回路により二次エネルギが最小となる値
をサンプルホールドする。第７図に示す通り電子ビーム
（３）の焦点位置が変化すれば、反射電子や二次電子の
エネルギは（八〉、（Ｂ）、（Ｃ）の様に変化する。し
たがって、集束コイル（５）に流れる集束コイル電流を
第２図（Ｂ）の様に変化させると、第３図の従来例にお
いて説明したサンプルホールド部（２０）により第２図
（Ｃ）の様な反射電子や二次電子のエネルギ最小値が得
られる。第２図（Ｃ）の反射電子や二次電子のエネルギ
が最小値である時の集束コイル電流値が分かれば、ムー
ビングガン式電子銃（２＾）と加工片（４）の継目（７
）との間の距離が測定できることとなる。実際には電流
ビーム（３）が大きくなれば、電子ビーム（３〉を集束
コイル（５）で−点に集束させる焦点距離は長くなるた
め、溶接時のビーム電流と焦点調整時のビーム電流が異
なる場合にはビーム電流の変化に伴う、焦点位置の変化
も合わせて補正する回路となってお、す、電子銃位置補
正用演算回路（１４〉での演算結果をもとに電子銃位置
制御回路例えばＮＣ制御回路（１６）により電子銃位置
をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸の４軸にて制御する。

また、上記実施例では、加工片（４）の位置はそのまま
で電子銃位置をＸ軸、ＹＩｔｈ、Ｚ軸、θ軸の位置制御
を行うムービングガン式電子銃について述べたが、逆に
電子銃はそのままあるいは１軸のみの移動で加工片（４
）をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸テーブルにより移動させる方式に
しても上記実施例と同様の効果を奏する。更に、この発
明を、溶接機ではなく、切断機のような他の加工機にも
適用できる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、この発明は、電子ビームを発生
する電子銃と前記電子ビームで加工される加工片との少
なくとも一方が移動式のものであり；前記電子ビームの
照射経路に配設され、前記電子ビームを前記加工片の表
面に集束させる集束コイルおよび前記電子ビームが前記
加工片の加工線を横切って走査するように前記電子ビー
ムを偏向させる偏向コイルと：前記集束コイルに一定期
間毎に段階的に変化する電流を供給する集束コイル用電
流供給手段および前記偏向コイルに交流電流を供給する
偏向コイル用電流供給手段と；この偏向コイルと前記加
工片の間に設けられ、前記電子ビームの前記加工片への
衝突により生ずる反射電子、二次電子などの二次エネル
ギを検出するためのコレクタと；前記集束コイル電流を
段階的に変化させながら前記一定期間中に前記コレクタ
で検出した二次エネルギが最小値になる点の、前記偏向
コイルに流れる交流電流瞬時値を検出してホールドする
サンプル・ホールド手段と；前記交流電流瞬時値により
前記電子ビームの中心と前記加工片の加工線との位置ず
れ量を演算して偏差信号として出力する演算手段と；前
記電子ビームの電流値信号、前記集束コイルの電流信号
、前記偏向コイルの電流信号および前記偏差信号から前
記電子銃と前記加工片の加工線との距離を演算する位Ｗ
１補正用演算手段と；前記位置補正用演算手段の出力に
より前記電子銃または前記加工片の位置を補正する手段
とを備えているので、加工片の加工線と電子ビームとの
位置ずれ量を精度よく検出できるのみならず、加工線と
電子銃の￥ｒ！離までも精度よく検出する事ができる為
、そのため加工線における溶接の品質が従来のものに比
べて向上した。

また、加工片を電子銃に対して加工室内にて任意の位置
に置いたとしても加工線と電子銃の正確な位置決めがで
きる様になったことで、加工片の位置決めの治具が不要
となり、また作業時間の短縮も期待できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図に示した実施例の動作を説明するための波形図
、第３図は従来の電子ビーム溶接機を示すブロック図、
第４図は第３図に示した電子ビーム溶接機の動作を説明
するための波形図、第５図は位置ずれ量の検出原理の説
明図、第６図は電子ビームと継目の位置ずれ、電子銃と
継目の距離の関係の説明図、第７図は電子ビームの焦点
位置による反射電子、二次電子のエネルギ状態の説明図
である。 図において、（１）は高電圧電源、（２＾）はムービン
グガン式電子銃、（３）は電子ビーム、（４〉は加工片
、（５ンは集束コイル、（６）は偏向コイル、（７）は
継目、（８）はコレクタ、（９〉は反射電子、二次電子
等の二次エネルギ、（１０）は偏向コイル用信号発生器
、（１１）は集束コイル用信号発生器、（１２）、（１
３）は演算増幅器、（１４〉は電子銃位置補正用演算回
路、（１５）はピーク検出ゲート制御部、（１６）は電
子銃位置制御回路、（２０）はサンプル・ホールド部、
（２１）は増幅部、　（２５）は増幅率制御部、（３１
）はフィルタ、（３２）はゲート回路部、（３３）はピ
ーク検出トリガ発生部、（４０〉は偏差信号出力端子、
（Ｒ１）、（Ｒ２〉は抵抗器である。 尚図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームを発生する電子銃と前記電子ビームで
   加工される加工片との少なくとも一方が移動式のもので
   あり；前記電子ビームの照射経路に配設され、前記電子
   ビームを前記加工片の表面に集束させる集束コイルおよ
   び前記電子ビームが前記加工片の加工線を横切って走査
   するように前記電子ビームを偏向させる偏向コイルと；
   前記集束コイルに一定期間毎に段階的に変化する電流を
   供給する集束コイル用電流供給手段および前記偏向コイ
   ルに交流電流を供給する偏向コイル用電流供給手段と；
   この偏向コイルと前記加工片の間に設けられ、前記電子
   ビームの前記加工片への衝突により生ずる反射電子、二
   次電子などの二次エネルギを検出するためのコレクタと
   ；前記集束コイル電流を段階的に変化させながら前記一
   定期間中に前記コレクタで検出した二次エネルギが最小
   値になる点の、前記偏向コイルに流れる交流電流瞬時値
   を検出してホールドするサンプル・ホールド手段と；前
   記交流電流瞬時値により前記電子ビームの中心と前記加
   工片の加工線との位置ずれ量を演算して偏差信号として
   出力する演算手段と；前記電子ビームの電流値信号、前
   記集束コイルの電流信号、前記偏向コイルの電流信号お
   よび前記偏差信号から前記電子銃と前記加工片の加工線
   との距離を演算する位置補正用演算手段と；前記位置補
   正用演算手段の出力により前記電子銃または前記加工片
   の位置を補正する手段とを備えたことを特徴とする電子
   ビーム加工機。