JPH0422676B2 - - Google Patents

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JPH0422676B2
JPH0422676B2 JP20203684A JP20203684A JPH0422676B2 JP H0422676 B2 JPH0422676 B2 JP H0422676B2 JP 20203684 A JP20203684 A JP 20203684A JP 20203684 A JP20203684 A JP 20203684A JP H0422676 B2 JPH0422676 B2 JP H0422676B2
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JP
Japan
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electron beam
current
workpiece
focusing lens
focal position
Prior art date
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JP20203684A
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English (en)
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JPS6182985A (ja
Inventor
Masaharu Moryasu
Yoshio Yamane
Masahiko Sakamoto
Masatake Hiramoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP20203684A priority Critical patent/JPS6182985A/ja
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Publication of JPH0422676B2 publication Critical patent/JPH0422676B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/02Control circuits therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子ビーム溶接装置において、被加工
物の加工前に行う電子ビームの焦点位置自動調整
方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の電子ビーム加工機の焦点位置調整方法と
しては、被加工物又はこれに代るタングステン、
銅などのブロツクに電子ビームを照射し、これに
よつて生ずる溶融池を目視するかあるいは直接電
子ビームを目視しつつ集束レンズの電流を調整す
る方法が一般的である。しかしながらこのような
方法では、作業者による焦点位置判断の個人差が
生ずるという不都合がある。
特に、溶接作業においては、電子ビームの焦点
位置が溶け込み形状に大きく影響する。第7図な
いし第9図には、この電子ビームの焦点位置と溶
け込み形状とが示されている。第7図ないし第9
図のAには、電子ビームの焦点位置が各々示され
ており、Bには、溶け込み形状が各々示されてい
る。ここで ab=集束レンズと被加工物との距離
(ワークデイスタンス)/集束レンズと焦点位置との距
離 とすると、第7図に示されている状態は、ab=
1の場合であり、電子ビーム3の焦点位置が被加
工物4の表面にある場合である。このときの溶け
込み形状は、第7図Bの如く望ましいものとな
る。第8図に示されている状態はab<1の場合
であり電子ビーム3の焦点位置が被概工物4の中
にある場合である。また、第9図に示されている
状態は、ab>1の場合であり、電子ビーム3の
焦点位置が被加工物4の表面より上部にある場合
である。これらab<1、ab>1の場合の溶け込
み形状は、第8図B、第9図Bに各々示されてい
るように必ずしも好ましいものではない。このよ
うに、焦点位置の調整いかんによつて溶け込み形
状が大きく変化する。従来の目視による方法で
は、焦点の位置調整を正確に行うことが困難であ
り、好ましい溶け込み形状が得られない。
このような不都合を改善するものとしては、例
えば特開昭48−339号公報に開示されるものがあ
る。この発明によれば電子ビーム照射によつ生ず
る溶融池を目視するかわりに、被加工物の電子ビ
ーム照射部分から発生する光を検出し、この変化
を指示計器に表示するようにして電子ビームの集
束調整が行なわれる。
しかしながらかかる方法においては、加工時よ
りも小さい電流の電子ビームを用いて電子ビーム
の集束調整を行い、調整後電子ビームの電流を増
大させて加工を行うこととしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記のように従来の方法は加工時よりも小さい
電流の電子ビームを用いて電子ビームの集束調整
を行い、調整後電子ビームの電流を増大させて加
工を行うこととしているので、電子ビームの電流
増大に伴う焦点位置の変化に対して何らの配慮が
なされておらず、必ずしも良好に電子ビームの集
束調整を行い得るものではない問題点を有してい
た。また、従来の方法は指示計器を参照しながら
集束調整を行うため、溶融池等の目視による場合
よりも精度が向上するものの作業者によるバラツ
キは生じざるを得ないうえ、センサそのものが汚
損された場合に極端に感度が低下し、検出精度が
悪くなるといつた問題点を有していた。
本発明は前記のような従来の方法のもつ問題点
を解決して、良好な電子ビームの焦点調整ができ
ると共に、個人差による焦点調整のバラツキがな
くなり、良質の溶接品が得られるようになる電子
ビームの焦点位置自動調整方法を提供することを
目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、集束コイル電流を順次変化させ、変
化するたびに被加工物の継目を横切るように電子
ビームを走査させ、走査中に検出される二次エネ
ルギの最小値を検出し、検出した最小値が最小に
なる集束コイル電流を求めることにより、焦点位
置を自動調整する方法である。
〔作用〕
本発明においては、焦点位置の調整が自動化さ
れ、個人差によるバラツキがなくなる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第1図は本発明の電子ビームの焦点位置自動
調整方法のために使用する電子ビーム溶接装置の
一例を示すブロツク図である。同図において、1
は高電圧電源、2は電子銃、3は電子ビーム、4
は被加工物、5は電子銃2より発生した電子ビー
ム3を被加工物4表面に集束させるための集束レ
ンズ、6は被加工物4の継目を横切るように電子
ビーム3を走査させるための偏向レンズである。
8は反射電子および二次電子9を補足するコレク
タ、24はシステム全体を制御するシステム制御
装置である。11はシステム制御装置24の指令
にしたがつて偏向レンズ6の制御信号を発生する
信号発生器、10は信号発生器11からの信号を
偏向レンズ6に印加するための電流増幅器、R1
およびR2は抵抗器である。31はコレクタ8で
補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イル
タ、33は入力信号の最小値を検出し、これを記
憶保持する最小値検出保持部、34はこの最小値
をA/D変換するためのA/D変換器である。1
5は偏向レンズ6を流れる偏向レンズ電流の正お
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、最小値
検出保持部33を動作させる制御信号を出力する
ピーク検出制御部である。26はシステム制御装
置24からの指令にしたがつて集束レンズ5を制
御する集束レンズ制御装置である。
次に、電子ビームの焦点位置自動調整方法につ
いて説明する。
第2図は被加工物4の継目7を横切るように電
子ビーム3を走査させた時、コレクタ8によつて
検出される反射電子および二次電子9などの二次
エネルギの変化を示したものである。継目7のと
ころでは二次エネルギ量が減少し、この減少は
ab値によつて変化し、ab=1のとき、Aは最大、
B及びCは最小になることを用いて、ab=1の
点を検出するものである。なお、ab値は次の通
りである。
ab=集束レンズと被加工物との距離
(ワークデイスタンス)/集束レンズと焦点位置との距
離 ab=1の点を検出するために、システム制御
装置24により電子銃2を制御して、ビーム電流
を設定する。システム制御装置24からの指令に
したがつて集束レンズ制御装置26より集束レン
ズ5に集束レンズ電流Ic=Isを供給する。この間
に、信号発生装置11は第3図Aに示すような正
弦波または三角波を発生して、電流増幅器10を
介して偏向レンズ6に偏向レンズ電流を供給す
る。この電流を抵抗R1の両端の電圧として検出
しピーク検出制御部15で正・負それぞれのピー
クを検出し、最小値検出保持部33で第3図bに
示すような制御信号を発生する。最小値検出保持
部33ではt1からt2までの間の二次エネルギを検
出する。したがつて、t1で保持部をリセツトし、
二次エネルギの最小値を検出して、これを保持す
る。そして、二次エネルギの最小値をA/D変換
機34でA/D変換して、システム制御装置24
に取り込む。次にシステム制御装置24より集束
レンズ制御装置26に集束レンズ電流の増加指令
をだし、集束レンズ電流を一定量増加させて、再
び、電子ビーム3の二次エネルギの最小値検出の
動作を、集束レンズ電流Ic=ieとなるまで反復す
る。
このような動作によつて、第4図に示すように
集束レンズ電流値にそれぞれ対応した二次エネル
ギの最小値がシステム制御装置24に蓄積され、
その中で二次エネルギが最小になるところに対応
した集束レンズ電流を求め、この値に集束レンズ
電流を制御してab=1が得られる。
次に、あらかじめ求めた補正データを参照する
ことにより、焦点調整時の電子ビーム電流と加工
時の電子ビーム電流とが異なることによつて生ず
る焦点位置の変動を補正する場合について説明す
る。
システム制御装置24には、第5図又は第6図
に示す補正データがあらかじめ格納されており、
これらの補正データに基づいて制御信号が集束レ
ンズ制御装置26に出力される。
まず、第5図に示す補正データに基づいて制御
を行う場合について説明する。この第5図に示す
補正データは、電子ビーム3の電流を変化させた
場合に、焦点位置をそのまま保持する集束レンズ
5の電流を示すグラフであり、集束レンズ5と被
加工物4との距離(ワークデイスタンス)毎の複
数の補正データがある。システム制御装置24で
は、該当するワークデイスタンスに対応する第5
図に示す補正データを選択する。例えば求めた集
束レンズ5の電流IC1に対応する電子ビーム3
の電流IE1は、第5図に示す如くである。すな
わち、ワークデイスタンス毎に用意された補正デ
ータのうちの該当するものの選択は、集束レンズ
5の電流と、電子ビーム3の電流IE1とが求め
られれば、これによつて第5図のグラフ上に表わ
される交点を通過するグラフを選択することによ
り行なわれる。
次に、選択された補正データから、加工時の電
子ビーム3の電流IE2に対応する集束レンズ5
の電流IC2が求められる。これらのデータに基
づいて、制御信号が集束レンズ制御装置26に出
力され、更に集束レンズ制御装置26によつて電
子銃2、集束レンズ5が制御され、電子ビーム3
の電流が前記IE2に設定されるとともに、集束
レンズ5の電流が前記IC2に再調整される。
次に、第6図に示す補正データに基づいて制御
を行う場合について説明する。この第6図に示す
補正データは電子ビーム3の電流を変化させた場
合に焦点距離がどのように変化するかを示すグラ
フであり、集束レンズ5の電流毎の複数のデータ
がある。システム制御装置24では、まず上述し
た手順で焦点が調整されたときの集束レンズ5の
電流が求められる。次に、この集束レンズ5の電
流に対応する第6図に示す補正データが選択され
る。この補正データにおいて、焦点調整時の電子
ビーム3の電流をIE3とすると、焦点調整時の
被加工物4の位置すなわち焦点距離はLF1とな
る。次にこの補正データから、加工時の電子ビー
ム3の電流IE4に対応する焦点距離LF2が求め
られる。これらのデータすなわち焦点距離LF1,
LF2及び電子ビーム3の電流IE4に基づいて制
御信号が集束レンズ制御装置26に出力される。
更に、集束レンズ制御装置26は、入力された制
御信号に基づいて電子銃2及び被加工物4が載置
されているテーブル(図示せず)を制御する。す
なわち、電子銃2は、電子ビーム3の電流がIE
4となるように制御され、テーブルは、焦点距離
がLF1からLF2となるように調整される。な
お、明らかなように、第5図に示す補正データを
使用する場合には、集束レンズ5の電流が調整さ
れ被加工物4の位置はそのままであるのに対し、
第6図に示す補正データを使用する場合には、集
束レンズ5の電流はそのままとされ被加工物4の
位置が調整される。
なお、上述した実施例においては、いずれの場
合にも直接被加工物に電子ビームを照射すること
により焦点調整を行うこととしたが適宜の焦点位
置調整用部材を被加工物の位置に配置するように
してもよい。これを用いることによつて、被加工
物に継目がない場合や、溶接以外の熱処理の時に
も使用できる。
また、上記実施例においては、二次エネルギの
最小値(第2図に示すB)を検出する場合につい
て示したが、第2図に示したAやCの値を検出し
てもよい。
〔発明の効果〕
本発明は、焦点位置の調整が自動化されるの
で、良好な電子ビームの焦点調整ができると共
に、個人差による焦点調整のバラツキがなくな
り、良質の溶接品が得られるようになる効果を有
している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の方法のために使用す
る電子ビーム溶接装置を示すブロツク図、第2図
は被加工物の継目を横切るように電子ビームを走
査させた時の二次エネルギの変化を示した説明
図、第3図は動作説明図、第4図は集束レンズ電
流値とそれに対応した二次エネルギの最小値との
関係を示す説明図、第5図は電子ビーム電流と集
束レンズ電流との関係を示す説明図、第6図は電
子ビーム電流と焦点距離との関係を示す説明図、
第7図〜第9図は電子ビームの焦点位置と溶け込
み形状との関係を示す説明図である。 3……電子ビーム、4……被加工物、5……集
束レンズ、7……継目、9……二次エネルギ、3
3……最小値検出保持部。なお、図中、同一符号
は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 集束コイル電流を順次変化させ、変化するた
    びに被加工物の継目を横切るように電子ビームを
    走査させ、走査中に検出される二次エネルギの最
    小値を検出し、検出した最小値が最小になる集束
    コイル電流を求めることにより、溶接前に焦点位
    置を自動調整する電子ビームの焦点位置自動調整
    方法。 2 焦点調整時のビーム電流と溶接加工時のビー
    ム電流とが異なる場合、ビーム電流変化によつて
    生じる焦点位置の変動の補正を補正データに基づ
    く集束コイル電流の調整によつてなすことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電子ビームの
    焦点位置自動調整方法。 3 焦点調整時のビーム電流と溶接加工時のビー
    ム電流とが異なる場合、ビーム電流変化によつて
    生じる焦点位置の変動の補正を補正データに基づ
    く被加工物の位置の調整によつてなすことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電子ビームの
    焦点位置自動調整方法。
JP20203684A 1984-09-28 1984-09-28 電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法 Granted JPS6182985A (ja)

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JP20203684A JPS6182985A (ja) 1984-09-28 1984-09-28 電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法

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JP20203684A JPS6182985A (ja) 1984-09-28 1984-09-28 電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法

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JPS6182985A JPS6182985A (ja) 1986-04-26
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JP20203684A Granted JPS6182985A (ja) 1984-09-28 1984-09-28 電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6266312B2 (ja) * 2013-11-13 2018-01-24 日本電子株式会社 集束イオンビーム装置及びイオンビームの焦点調整方法

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JPS6182985A (ja) 1986-04-26

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