JPS6113908B2

JPS6113908B2 -

Info

Publication number: JPS6113908B2
Application number: JP55124723A
Authority: JP
Inventors: Iwanoitsuchi Pasutsushenko Yuurii; Arekusandoroitsuchi Supuinu Gurebu; Kuzumichi Nazarenko Oregu; Efuimoitsuchi Rokushin Bikutooru; Iwanoitsuchi Shahobaru Urajimiiru
Original assignee: INSUCHI EREKUTOROSUBARUKI IMENI II OO PATONA AN UKURAI SSR
Current assignee: INSUCHI EREKUTOROSUBARUKI IMENI II OO PATONA AN UKURAI SSR
Priority date: 1980-09-10
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1986-04-16
Also published as: JPS5750289A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電子ビームによる溶接の分野に関する
ものであり、更に詳しくいえば、接触している加
工物の間の継手を走査電子ビームにより検出する
ための装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the field of electron beam welding, and more particularly to an apparatus for detecting joints between contacting workpieces by means of a scanning electron beam. .

本発明は、接合すべき加工物の間の継目に溶接
電子ビームを自動的に向けるために制御装置に最
も有利に用いることができる。 The present invention can be most advantageously used in a control device to automatically direct a welding electron beam to a seam between workpieces to be joined.

その技術的な可能性のために、電子ビーム溶接
は融点が高くて化学的に安定な金属の接合と、鋼
鉄、アルミニウム合金および銅合金のような通常
の材料から物品を製作するために用途が拡がつて
きている。 Due to its technical potential, electron beam welding has applications for joining high melting point and chemically stable metals and for fabricating articles from common materials such as steel, aluminum alloys and copper alloys. It is expanding.

高品質の接合溶接は、走査電子ビームの電流パ
ラメータの要求に合致することは別にしても、走
査電子ビームを継目に対して正しく位置させるこ
とにより行うことである。それと同時に、継目に
は種々の凹凸があるために、高品質の突き合わせ
溶接を行うことは、電子ビームを継目に沿つて正
確に位置させて動かすことなしには不可能である
ことは明らかである。電子ビーム溶接の特色（物
品を処理する温度と速さが高い）のために、溶接
部分を見ながら制御することは極めて不便である
から、電子ビーム溶接の用途が拡がつているため
に電子ビームを継目に自動的に向ける装置が次第
に重要になつてきている。 A high quality joint weld is achieved by correctly positioning the scanning electron beam relative to the seam, apart from meeting the requirements of the scanning electron beam current parameters. At the same time, due to the various irregularities in the seam, it is clear that high-quality butt welding is impossible without precisely positioning and moving the electron beam along the seam. . Due to the characteristics of electron beam welding (the high temperature and speed of processing the article), it is extremely inconvenient to control the welding area while looking at it, so the use of electron beam welding is expanding. Devices that automatically orient the seam to the seam are becoming increasingly important.

形成されている継目に溶接用の電子ビームを自
動的に向ける精度は、継目を自動的に検出してた
どるために用いられる装置の確度に非常に依存す
る。従来の継目検出装置は、機械的なもの、電気
機械的なもの、光電的なもの、および電子的なも
の、の４つに主として分けられる。機械的な継目
検出装置は構造は簡単であるが確度が低いから、
用途は限られる。 The accuracy of automatically directing the welding electron beam onto the seam being formed is highly dependent on the accuracy of the equipment used to automatically detect and follow the seam. Conventional seam detection devices are mainly divided into four types: mechanical, electromechanical, photoelectric, and electronic. Mechanical seam detection devices have a simple structure but low accuracy.
Its uses are limited.

電気機械的な継目検出装置は確度と効率が高
い。たとえば、溶接される物品の間に形成されて
いる継目に溶接用の電子ビームを自動的に向ける
装置（フランスのSciaky社製）は、接合される
物品の間に形成される継目をたどるための機械的
なトレーサーと、加工物の表面の変化を示す信号
を発生する情報信号発生器とを用い、前記トレー
サーのピンが電子ビームより前方に位置するよう
にそのトレーサーは電子銃によりとりつけられ
る。この情報信号は継目に電子ビームを向ける確
度をかなり向上させ、かつたとえばコンピユータ
を用いることにより装置の機械的な可能性を拡げ
るものである。しかし、機械的な装置と電気的
（および電子的）な装置を組合わせることはかな
り困難である。また、そのような組合せのため
に、機械的なユニツトと、機械的な装置と電気回
路の間の相互作用との双方において、情報と時間
が失われることは避けられない。 Electromechanical seam detection devices are highly accurate and efficient. For example, a device (manufactured by Sciaky, France) that automatically directs a welding electron beam to a seam formed between objects to be welded can be used to trace the seam formed between objects to be joined. Using a mechanical tracer and an information signal generator that generates a signal indicative of changes in the surface of the workpiece, the tracer is mounted by an electron gun such that the pin of the tracer is located in front of the electron beam. This information signal considerably increases the accuracy of directing the electron beam to the seam and extends the mechanical possibilities of the device, for example by using a computer. However, combining mechanical and electrical (and electronic) devices is quite difficult. Also, due to such a combination, information and time are inevitably lost both in the mechanical unit and in the interaction between the mechanical device and the electrical circuit.

前記した目的のために光電式の継目検出装置を
用いた場合にも、電気機械的な装置の場合におけ
るのと同じ困難に出会う。溶接を行つている間、
レンズの必要な透明度を維持する必要があること
は光電装置のもう１つの欠点である。この欠点
は、電子ビームが加工物の表面に入射した時に生
じた金属蒸気がレンズの表面に付着して、溶接さ
れている物品の像を見えにくくすることから起る
ものである。 When using photoelectric seam detection devices for the above-mentioned purposes, the same difficulties are encountered as in the case of electromechanical devices. While welding,
The need to maintain the necessary clarity of the lens is another drawback of optoelectronic devices. This disadvantage arises from the fact that metal vapor produced when the electron beam impinges on the surface of the workpiece adheres to the surface of the lens, obscuring the image of the article being welded.

溶接電子ビームを継目に自動的に向けるための
前記した全ての装置は、溶接を行う前に各種の操
作、たとえば縁部の処理、継目に沿つて反射線を
引くことなど、を必要とする。 All of the above-described devices for automatically directing a welding electron beam onto a seam require various operations before welding, such as edge preparation, drawing a reflection line along the seam, etc.

現在のところより有望なものは、継目を追跡す
るために電子装置を利用する装置である。この装
置は従来のものよりも優れた点がいくつかある。
すなわち、接合される加工物の間の継目に対する
溶接用電子ビームの位置についての情報は、加工
物の表面に電子ビームが入射した結果としてその
表面からとび出してくる電子によつて与えられ
る。そのとび出してくる電子のことを二次電子と
呼ぶ。二次電子の量は入射した電子ビーム流と、
溶接される加工物の表面の変化とに依存する。電
子ビームが継目を横切ると、二次電子流の強さが
変化し、その変化に応じて電気的パルスが形成さ
れる。そのパルスは加工物の表面の変化を示す情
報信号と呼ばれる。走査電子ビームは特殊なトラ
ツキング電子銃または溶接電子銃により発生され
る。後者の場合には溶接電子銃は溶接動作モード
と走査動作モードの間で交互に切り換えられる。 Currently more promising are devices that utilize electronics to track seams. This device has several advantages over conventional ones.
That is, information about the position of the welding electron beam with respect to the seam between the workpieces to be joined is provided by the electrons that emerge from the surface of the workpieces as a result of the electron beam being incident on the surface of the workpieces. The electrons that jump out are called secondary electrons. The amount of secondary electrons depends on the incident electron beam flow,
It depends on the changes in the surface of the workpiece to be welded. As the electron beam traverses the seam, the strength of the secondary electron stream changes, and an electrical pulse is formed in response to that change. The pulses are called information signals indicating changes in the surface of the workpiece. The scanning electron beam is generated by a special tracking or welding electron gun. In the latter case, the welding electron gun is switched alternately between a welding mode of operation and a scanning mode of operation.

米国特許第3426174号には接合されている加工
物の間の継目を走査電子ビームを用いて追跡する
装置が開示されている。この装置は、電源へ接続
されて走査ビームを発生する要素と、シールドの
中に配置され、溶接中は走査電子ビーム発生要素
と溶接する加工物との間に位置させられる散乱電
子検出器とを含む。散乱電子検出器はビームを通
すための開口部とタツプを有する。タツプには抵
抗が接続され、この低抗の端子間に情報信号が形
成される。その抵抗は加工物の表面の走査ビーム
入射領域における変化とくに継目の存在を示す情
報信号発生器として機能する。それらの情報信号
は溶接電子ビームを接合されている加工物の溶接
継目に向けるために用いられる。検出器が近くの
溶接電子ビームからの散乱されたような漂遊電子
により影響されないように、検出器は遮蔽され
る。 U.S. Pat. No. 3,426,174 discloses an apparatus for tracking seams between joined workpieces using a scanning electron beam. The apparatus includes an element connected to a power source for generating a scanning beam, and a scattered electron detector disposed within the shield and positioned between the scanning electron beam generating element and the workpiece to be welded during welding. include. The scattered electron detector has an aperture and a tap for passing the beam. A resistor is connected to the tap, and an information signal is formed between the terminals of this low resistor. The resistance acts as an information signal generator indicating changes in the area of incidence of the scanning beam on the surface of the workpiece, in particular the presence of seams. These information signals are used to direct the welding electron beam to the weld seam of the workpieces being joined. The detector is shielded so that it is not affected by stray electrons such as those scattered from nearby welding electron beams.

この装置の指示誤差は、加工物の表面状態の変
化を示す信号を形成する際の誤差と、たとえば電
子ビーム偏向器などの機器誤差のようなその他の
誤差に関係する。この装置の確度は、溶接電子ビ
ームと金属蒸気との相互作用の結果発生される電
磁界と、抵抗で構成されている信号発生器の時定
数によつても影響を受ける。加工物の表面の変化
を示す信号の形は走査電子ビーム流の脈動による
影響を受ける。検出器を納めるシールドは電磁界
により装置の動作が影響を受けることをかなりの
範囲まで防ぐことが、電磁界の影響を完全になく
すには検出器をシールドで完全に囲まなければな
らない。その場合にはそのシールドは溶接されて
いる加工物に接触することがある。もちろん、完
全に遮蔽すると、装置の全体としての技術的な可
能性がかなり制限されることになる。 The indication errors of this device are related to errors in forming the signal indicative of changes in the surface condition of the workpiece, as well as other errors such as equipment errors, such as electron beam deflectors. The accuracy of this device is also affected by the electromagnetic field generated as a result of the interaction of the welding electron beam with the metal vapor, and by the time constant of the signal generator, which consists of a resistor. The shape of the signal indicating changes in the surface of the workpiece is affected by the pulsations in the scanning electron beam stream. The shield that houses the detector prevents the operation of the device from being affected by electromagnetic fields to a considerable extent, but to completely eliminate the effects of electromagnetic fields, the detector must be completely surrounded by a shield. In that case, the shield may come into contact with the workpiece being welded. Of course, complete shielding would considerably limit the overall technical possibilities of the device.

本発明の目的は、接触させられている加工物の
間の継目を走査電子ビームにより検出する装置の
確度を高くすることである。 The object of the invention is to increase the accuracy of a device for detecting seams between workpieces that are brought into contact by means of a scanning electron beam.

本発明の別の目的は、接触している加工物の継
目を走査電子ビームにより検出する装置の通過帯
域を拡げることである。 Another object of the invention is to widen the passband of a device for detecting seams of contacting workpieces by means of a scanning electron beam.

本発明の更に別の目的は、接触している加工物
の間の継目を走査電子ビームにより検出する装置
をノイズに対して強くすることである。 Yet another object of the invention is to make an apparatus for detecting seams between contacting workpieces by means of a scanning electron beam robust against noise.

これらの目的およびその他の目的、特に走査電
子ビームの脈動の影響を除去することにより継目
検出の確度を高めるという目的は、第１の発明に
係る電源に接続された電子ビーム発生器と、シー
ルドの中に納められ、溶接作業中は走査電子ビー
ム発生器と溶接すべき加工物の間に置かれる少く
とも１つの二次電子検出器とを備え、この検出器
は電子ビームを通すための開口部とタツプを有
し、このタツプには加工物の表面の変化を示す信
号を発生する情報信号発生器が接続される、接触
させられている加工物の間の継目を検出する装置
であつて、前記情報信号発生器は差動ユニツトと
して作られ、そのユニツトの１つの入力端子は検
出器のタツプへ接続され、他の入力端子は走査電
子ビーム発生器の電源へ接続される、接触させら
れている加工物の間の継目を検出する装置により
達成される。この装置の出力端子でもある差動ユ
ニツトの出力端子には、加工物の表面の変化につ
いての情報を運び、かつ電子ビームの脈動を表わ
す信号と加工物表面の電子ビーム入射領域に発生
された二次電子を表わす信号との差に対応する信
号が生ずる。 These and other objects, particularly the object of increasing the accuracy of seam detection by eliminating the effects of pulsations in the scanning electron beam, are achieved by the use of an electron beam generator connected to a power source and a shield according to the first invention. at least one secondary electron detector housed within the welding operation and placed between the scanning electron beam generator and the workpiece to be welded, the detector having an opening for passing the electron beam; An apparatus for detecting a seam between workpieces brought into contact, the apparatus having a tap and an information signal generator connected to the tap for generating a signal indicating a change in the surface of the workpiece, The information signal generator is made as a differential unit, one input terminal of which is connected to the tap of the detector and the other input terminal connected to the power supply of the scanning electron beam generator. This is accomplished by means of a device that detects seams between workpieces. The output of the differential unit, which is also the output of this device, carries a signal representing the pulsation of the electron beam and a signal that carries information about the changes in the surface of the workpiece, as well as a signal that is generated in the region of incidence of the electron beam on the surface of the workpiece. A signal is generated which corresponds to the difference with the signal representing the next electron.

差動ユニツトとしての情報信号発生器の構造に
より、走査電子ビーム脈動の妨害と、他の電子放
出源の影響とをなくすことができる。 The construction of the information signal generator as a differential unit makes it possible to eliminate disturbances of the scanning electron beam pulsations and the influence of other electron emission sources.

差動ユニツトを磁界から保護するために、前記
差動ユニツトを差動トランスとして構成すると便
利である。この差動トランスの１つの一次巻線は
検出器のタツプへ接続され、他の一次巻線は走査
電子ビーム発生器の電源へ接続される。この差動
トランスの二次巻線の出力端子はこの装置の出力
端子である。 In order to protect the differential unit from magnetic fields, it is convenient to construct the differential unit as a differential transformer. One primary winding of this differential transformer is connected to the tap of the detector, and the other primary winding is connected to the power supply of the scanning electron beam generator. The output terminal of the secondary winding of this differential transformer is the output terminal of this device.

この装置の通過帯域を拡くし、走査される表面
の変化に対する情報信号の患実度を向上させるた
めには、差動ユニツトに演算増幅器の形で作られ
た二次電子流−電圧変換器を設け、その演算増幅
器の反転入力端子を検出器のタツプへ接続し、非
反転入力端子を接地し、出力端子を、演算増幅器
の形で作られている差動増幅器の１つの入力端子
へ接続すると便利である。差動増幅器の他の入力
端子は走査電子ビーム発生器の電源へ接続され
る。この増幅器の出力端子はこの装置の出力端子
である。 In order to widen the passband of this device and to improve the susceptibility of the information signal to changes in the scanned surface, a secondary current-to-voltage converter made in the form of an operational amplifier is included in the differential unit. If the inverting input terminal of the operational amplifier is connected to the tap of the detector, the non-inverting input terminal is grounded, and the output terminal is connected to one input terminal of a differential amplifier made in the form of an operational amplifier, It's convenient. The other input terminal of the differential amplifier is connected to the power supply of the scanning electron beam generator. The output terminal of this amplifier is the output terminal of this device.

また、前記目的のうち特に他の電子源の妨害を
なくすことにより継目検出の確度を高めるという
目的は、第２の発明に係る２つの二次電子検出器
を備えた装置により達成される。これらの二次電
子検出器は筒形のシールドの中に配置され、それ
らの検出器の二次電子検出領域が等しくて互いに
隣接するように位置させられ、一方の検出器の検
出領域が走査電子ビーム入射領域に一致させられ
る。この場合には、差動ユニツトに２つの二次電
子流−電圧変換器を設け、各変換器の入力端子を
それぞれ一方の検出器へ接続すべきである。この
装置をこのように構成することにより、他の電子
源からの電子の妨害作用をなくすことができる。 Further, among the above objects, the object of increasing the accuracy of seam detection by eliminating interference from other electron sources is achieved by a device including two secondary electron detectors according to the second invention. These secondary electron detectors are arranged in a cylindrical shield and are positioned such that the secondary electron detection areas of the detectors are equal and adjacent to each other, and the detection area of one detector is located in the scanning electron Coincident with the beam incidence area. In this case, the differential unit should be provided with two secondary current-to-voltage converters, with the input terminals of each converter connected to one detector respectively. By configuring the device in this manner, interference with electrons from other electron sources can be eliminated.

更に、前記目的のうち特に接触されている加工
物の位置の狂いの量を検出することにより継目検
出の確度を高めるという目的は、第３の発明に係
る前記筒形のシールドの中に２つの検出器を入
れ、それらの検出器の検出領域が走査電子ビーム
の入射領域に一致するように、それらの検出器を
位置させた装置により達成される。この場合に
は、差動ユニツトに２つの二次電子流−電圧変換
器を設け、各変換器の入力端子を１つの検出器へ
それぞれ接続し、各変換器の出力端子を差動増幅
器のそれぞれの入力端子へ接続する。この装置は
加算増幅器も含むべきである。この加算増幅器は
演算増幅器を用いて構成され、その入力端子は二
次電子流−電圧変換器の出力端子へ接続され、演
算増幅器の非反転入力端子は接地される。 Furthermore, among the above objects, the object of increasing the accuracy of seam detection by detecting the amount of misalignment of the workpiece being in contact is achieved by providing two parts in the cylindrical shield according to the third invention. This is accomplished by a device containing detectors positioned such that their detection area coincides with the incident area of the scanning electron beam. In this case, the differential unit is provided with two secondary electron current-to-voltage converters, the input terminals of each converter are respectively connected to one detector, and the output terminals of each converter are connected respectively to one of the differential amplifiers. Connect to the input terminal of This device should also include a summing amplifier. This summing amplifier is constructed using an operational amplifier, the input terminal of which is connected to the output terminal of the secondary electron current-to-voltage converter, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier is grounded.

差動増幅器と加算増幅器の出力端子はこの装置
の出力端子である。加工物の表面の変化を示す情
報信号は加算増幅器の出力端子に生ずる。また、
接触している加工物の縁部の間の位置の狂いの量
を表わす信号は差動増幅器の出力端子に生ずる。 The output terminals of the differential amplifier and the summing amplifier are the output terminals of this device. An information signal indicating changes in the surface of the workpiece is provided at the output of the summing amplifier. Also,
A signal representing the amount of misalignment between the edges of the workpieces in contact is developed at the output terminals of the differential amplifier.

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

まず第１図を参照して、第１の発明に係る加工
物の接触させられている縁部の間の継目を検出す
る装置の一実施例を説明する。本実施例は、電源
２へ接続された走査電子ビーム発生器１と、筒形
シールド４の中に納められて二次電子を収集する
二次電子検出器３とを有する。二次電子検出器３
のタツプ５には、加工物の表面の変化を示す情報
信号発生器が接続される。この二次電子検出器３
は差動ユニツト６として構成され、入力端子７，
８を有する。差動ユニツト６の出力端子はこの装
置の出力端子でもあり、接合されている加工物の
縁部の間の継目に溶接電子ビーム自動的に向ける
ための装置を接続するものである。電子ビーム発
生器１の電源２がタツプ１０を介して差動ユニツ
ト６へ接続される。 First, with reference to FIG. 1, an embodiment of a device for detecting a seam between contacting edges of a workpiece according to the first invention will be described. This embodiment comprises a scanning electron beam generator 1 connected to a power source 2 and a secondary electron detector 3 housed within a cylindrical shield 4 for collecting secondary electrons. Secondary electron detector 3
An information signal generator indicating changes in the surface of the workpiece is connected to the tap 5. This secondary electron detector 3
is configured as a differential unit 6, with input terminals 7,
It has 8. The output of the differential unit 6 is also the output of this device and is used to connect a device for automatically directing the welding electron beam onto the seam between the edges of the workpieces being joined. The power supply 2 of the electron beam generator 1 is connected to the differential unit 6 via a tap 10.

第２図には本発明の装置の別の実施例が示され
ている。この実施例では、差動ユニツト６は差動
トランスとして作られ、この差動トランスの一次
巻線１１，１２は互いに平行で、差動ユニツト６
の入力端子７，８へ接続され、二次巻線１３は差
動ユニツト６の出力端子９へ接続される。本発明
を良く理解できるように、第２図には走査電子ビ
ーム発生器１と、二次電子流（矢印で示されてい
る）と、往復台１７の上にのせられている加工物
１６とが示されている。電子ビーム発生器１は加
熱フイラメント１８と、電子を放出する陰極１９
と、制御電極２０と、陽極２１と、集束電磁装置
２２と、偏向電磁装置２３とで構成される。第２
図には電子ビーム入射領域ABと、溶接されてい
る加工物の縁部の間の継目CDも示されている。 FIG. 2 shows another embodiment of the device according to the invention. In this embodiment, the differential unit 6 is made as a differential transformer, the primary windings 11, 12 of which are parallel to each other, and the differential unit 6
The secondary winding 13 is connected to the output terminal 9 of the differential unit 6. For a better understanding of the invention, FIG. It is shown. The electron beam generator 1 includes a heating filament 18 and a cathode 19 that emits electrons.
, a control electrode 20 , an anode 21 , a focusing electromagnetic device 22 , and a deflection electromagnetic device 23 . Second
The figure also shows the seam CD between the electron beam entrance area AB and the edge of the workpiece being welded.

次に、第３図を参照する。差動ユニツト６は、
演算増幅器２５で構成された二次電子流−電圧変
換器２４を有する。増幅器２５の反転入力端子へ
は帰還抵抗２６と検出器３のタツプ５が接続され
る。差動ユニツト６は演算増幅器２８より成る差
動増幅器２７も有する。増幅器２８の動作モード
は抵抗２９，３０と帰還抵抗３１により設定され
る。増幅器２５の出力端子は抵抗３０を介して増
幅器２８の非反転入力端子へ接続され、増幅器２
８の第２の入力端子は抵抗２９を介して電源２の
出力端子１０へ接続される。差動増幅器２７の出
力端子は差動ユニツト６の出力端子である。 Next, reference is made to FIG. The differential unit 6 is
It has a secondary electron current-to-voltage converter 24 configured with an operational amplifier 25. A feedback resistor 26 and the tap 5 of the detector 3 are connected to the inverting input terminal of the amplifier 25. The differential unit 6 also has a differential amplifier 27 consisting of an operational amplifier 28. The operating mode of amplifier 28 is set by resistors 29 and 30 and feedback resistor 31. The output terminal of the amplifier 25 is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier 28 via a resistor 30.
A second input terminal of 8 is connected to an output terminal 10 of power supply 2 via a resistor 29 . The output terminal of the differential amplifier 27 is the output terminal of the differential unit 6.

情報信号発生器（ユニツト６）（第２，３図）
は以上のように構成されているから、真空室の中
で溶接する時に、電子ビームと金属蒸気との相互
作用により発生される電磁界を除去できる。これ
が可能となつたのは、差動トランスと演算増幅器
が直線的であり、それらの通過帯域が、電子ビー
ムの焦点を囲む空間内に発生されるプラズマの電
磁振動の周波数より低い周波数のためのものだか
らである。差動トランスと影算増幅器との入力抵
抗が低いから、この装置は高速で動作できる。こ
れと同時に、この装置は電源へ接続されているか
ら、走査電子ビームの脈動が、加工物の走査され
る表面の変化を示す信号の品質に影響を及ぼすこ
とが阻止される。 Information signal generator (unit 6) (Figures 2 and 3)
Since it is constructed as described above, it is possible to remove the electromagnetic field generated by the interaction between the electron beam and metal vapor when welding in a vacuum chamber. This is possible because the differential transformer and operational amplifier are linear and their passband is for frequencies lower than the frequency of the electromagnetic oscillations of the plasma generated in the space surrounding the focus of the electron beam. This is because it is a thing. The low input resistance of the differential transformer and shadow amplifier allows this device to operate at high speeds. At the same time, since the device is connected to a power supply, pulsations in the scanning electron beam are prevented from affecting the quality of the signal indicative of changes in the scanned surface of the workpiece.

第４図には、筒形シールド４，３３の中に納め
られる２つの二次電子検出器３，３２と、２つの
二次電子流−電圧変換器２４，３４を有する第２
の発明に係る装置の一実施例が示されている。検
出器３，３２は等しい検出領域を有し、かつそれ
らの検出領域が互いに隣接するように位置させら
れる。検出器３の検出領域は走査電子ビーム入射
領域ABに一致する。差動ユニツト６は差動増幅
器２７も含む。変換器３４の構造は変換器２４の
構造に類似するから第４図に示していない。検出
器３，３２には変換器２４，３４の増幅器の反転
入力端子がそれぞれ接続され、それらの演算増幅
器の非反転入力端子は接地され、出力端子は差動
増幅器２７の異なる入力端子へ接続される。増幅
器２７の出力端子は装置の出力端子１０である。 FIG. 4 shows a secondary electron current-to-voltage converter 24, 34 having two secondary electron detectors 3, 32 housed in a cylindrical shield 4, 33 and two secondary electron current-to-voltage converters 24, 34.
An embodiment of the device according to the invention is shown. The detectors 3, 32 have equal detection areas and are positioned such that their detection areas are adjacent to each other. The detection area of the detector 3 coincides with the scanning electron beam incident area AB. Differential unit 6 also includes a differential amplifier 27. The structure of transducer 34 is not shown in FIG. 4 because it is similar to the structure of transducer 24. The inverting input terminals of the amplifiers of the converters 24 and 34 are connected to the detectors 3 and 32, respectively, the non-inverting input terminals of these operational amplifiers are grounded, and the output terminals are connected to different input terminals of the differential amplifier 27. Ru. The output terminal of the amplifier 27 is the output terminal 10 of the device.

本発明の装置のこのような構造のために、他の
電子源からの漂遊電子が、走査電子ビーム１４に
より走査される加工物１６の表面の変化を示す信
号の形成に影響することが阻止される。 Due to this construction of the device of the invention, stray electrons from other electron sources are prevented from influencing the formation of signals indicative of changes in the surface of the workpiece 16 scanned by the scanning electron beam 14. Ru.

尚、本発明においても、第２図に示された第１
の発明の一実施例と同様に、差動ユニツト６を差
動トランスとして構成することができる。 In addition, in the present invention, the first
Similarly to one embodiment of the invention, the differential unit 6 can be configured as a differential transformer.

第５図は、加工物の突き合わされている縁部の
位置の狂いを検出できるようにした、第３の発明
に係る装置の一実施例を示す。この図からわかる
ように、筒形シールド、４，３３の中に納められ
ている検出器３，３２は、それらの検出領域の寸
法が、走査電子ビーム入射領域ABの寸法に等し
いように位置させられる。差動ユニツト６は変換
器２４，３４と差動増幅器２７を含む。この装置
は加算増幅器３５も含み、この加算増幅器３５は
演算増幅器３６と、抵抗３７，３８，３９で構成
される。この図には、加工物の縁部の位置が互い
にずれている場合の可能な相対位置も示されてい
る。 FIG. 5 shows an embodiment of a device according to the third invention, which is capable of detecting misalignment of edges of workpieces that are butted against each other. As can be seen from this figure, the detectors 3, 32 housed in the cylindrical shields 4, 33 are positioned such that the dimensions of their detection areas are equal to the dimensions of the scanning electron beam incident area AB. It will be done. Differential unit 6 includes converters 24, 34 and differential amplifier 27. The device also includes a summing amplifier 35, which is comprised of an operational amplifier 36 and resistors 37, 38, 39. This figure also shows the possible relative positions of the edges of the workpieces if they are offset from each other.

検出器３，３２のタツプは二次電子流−電圧変
換器を介して差動増幅器２７と加算増幅器３５と
の入力端子へ接続される。増幅器３５は演算増幅
器３６を含み、その動作モードはその反転入力端
子に接続されている抵抗３７，３８と、帰還抵抗
３９により設定される。増幅器２７，３５の出力
端子４０，４１はこの装置の出力端子である。 The taps of the detectors 3, 32 are connected to the input terminals of a differential amplifier 27 and a summing amplifier 35 via a secondary electron current-to-voltage converter. Amplifier 35 includes an operational amplifier 36 whose operating mode is set by resistors 37 and 38 connected to its inverting input terminal and by feedback resistor 39. Output terminals 40, 41 of amplifiers 27, 35 are the output terminals of this device.

この実施例により、走査される加工物表面の変
化を示す信号と、それらの加工物の縁部の位置の
ずれの量を示す信号を発生できる。 This embodiment makes it possible to generate signals indicative of changes in the surface of the workpieces being scanned and signals indicative of the amount of displacement of the edges of those workpieces.

たとえば数台の電子ビーム溶接装置を同時に用
いている場合に、加工物の縁部の位置のずれの大
きさを測定している時に、他の電子源からの電子
の妨害を阻止するためには、継目検出電子ビーム
装置を第６図に示すように作ると便利である。こ
の実施例は、第１から第３までの全発明を総合的
に適用したものであつて本装置は４個の二次電子
検出器３，３２，４２，４３を筒形シールドの中
に納めて有する。検出器３，４２の検出領域は走
査電子ビーム入射領域ABに一致し、検出器３
２，４２の検出領域は検出器３，４２の検出領域
したがつて領域ABに近接する。検出器３と３２
および４２と４３は対としてまとめられて、同じ
差動ユニツト６，４４へ接続される。これらのユ
ニツトの出力電子は加算増幅器３５と差動増幅器
４５との入力端子へそれぞれ接続される。差動ユ
ニツト１６，４４（第４，５，６図）は二次電子
流−電圧変換器４６，４７と、差動増幅器４８を
含む。増幅器３５，４５の出力端子はこの装置の
増幅器である。 For example, when using several electron beam welding devices at the same time and measuring the magnitude of misalignment of the edge of the workpiece, it is necessary to prevent interference of electrons from other electron sources. It is convenient to construct a seam detection electron beam device as shown in FIG. This embodiment is a comprehensive application of all the inventions from the first to third inventions, and this device has four secondary electron detectors 3, 32, 42, 43 housed in a cylindrical shield. have it. The detection areas of detectors 3 and 42 coincide with the scanning electron beam incident area AB, and
The detection areas 2 and 42 are close to the detection areas of detectors 3 and 42, and therefore to area AB. Detectors 3 and 32
and 42 and 43 are combined as a pair and connected to the same differential unit 6,44. The output electrons of these units are connected to the input terminals of a summing amplifier 35 and a differential amplifier 45, respectively. The differential units 16, 44 (FIGS. 4, 5, 6) include secondary electron current-to-voltage converters 46, 47 and a differential amplifier 48. The output terminals of amplifiers 35, 45 are the amplifiers of this device.

次にこの装置の動作を説明する。走査電子ビー
ム発生器１（第２図）は、加熱フイラメント１８
の作用の下に陰極１９により放出される電子の流
れを形成する。電子ビーム流１４の大きさは制御
電極２０と陽極２１により制御され、その寸法、
直径および焦点の位置は集束装置２２の磁界によ
り決定される。電子ビーム１４の焦点の溶接され
る加工物の表面上の座標は、図示していない装置
により制御される電磁偏向器２３の磁界により制
御される。 Next, the operation of this device will be explained. The scanning electron beam generator 1 (FIG. 2) includes a heating filament 18
forms a stream of electrons emitted by the cathode 19 under the action of . The size of the electron beam stream 14 is controlled by a control electrode 20 and an anode 21, and its dimensions,
The diameter and focus position are determined by the magnetic field of the focusing device 22. The coordinates of the focus of the electron beam 14 on the surface of the workpiece to be welded are controlled by the magnetic field of the electromagnetic deflector 23, which is controlled by a device not shown.

加熱フイラメント１８と、陰極１９と、制御電
極２０と、陽極２１と、集束装置２２は走査電子
ビーム１４を発生する装置１の電源へ接続され
る。 The heating filament 18 , the cathode 19 , the control electrode 20 , the anode 21 and the focusing device 22 are connected to the power supply of the device 1 which generates the scanning electron beam 14 .

走査電子ビームは加工物の表面の領域ABに入
射する。そのビームの電子は反射されて二次電子
流１５を形成する。それらの二次電子筒形シール
ド４の中に納められている検出器３により集めら
れる。シールド４は検出器３が電磁界により影響
を受けることを阻止して、その検出領域を溶接さ
れている加工物の表面に形成する（その領域から
検出器３は二次電子流１５を受ける）。加工物１
６の表面の領域ABに凹凸などがあると二次電子
流が変化するから、それらの凹凸の程度に応じた
二次電子流が検出器３を流れる。電子ビーム１４
が継目を横切つた時に二次電子流１５の強さが急
に低下する。二次電子流１５により再現される領
域ABの表面のコントラストは加工物の反射率
と、（たとえば継目）凹凸の比と、加工物の表面
における走査電子ビームの焦点・直径と、たとえ
ば脈動のようなその他の妨害とに関係する。二次
電子流１５の脈動の強さは電子ビーム１４の流れ
の安定度に関係し、この安定度は電源２の電圧安
定度に関係する。二次電子流１５の脈動したがつ
て検出器３のタツプ１５における二次電子流の脈
動は加工物表面の変化を示す信号をひずませる
が、その脈動は差動ユニツト６により平滑にされ
る。 The scanning electron beam is incident on area AB of the workpiece surface. The electrons of the beam are reflected to form a secondary electron stream 15. These secondary electrons are collected by a detector 3 housed within a cylindrical shield 4. The shield 4 prevents the detector 3 from being influenced by the electromagnetic field and forms its detection area on the surface of the workpiece being welded (from which area the detector 3 receives the secondary electron current 15). . Workpiece 1
Since the secondary electron flow changes if there are irregularities in the region AB of the surface of the detector 3, a secondary electron current flows through the detector 3 according to the degree of the irregularities. electron beam 14
When the secondary electron flow 15 crosses the seam, the intensity of the secondary electron flow 15 suddenly decreases. The contrast of the surface of area AB reproduced by the secondary electron stream 15 depends on the reflectance of the workpiece, the ratio of irregularities (for example, seams), the focus/diameter of the scanning electron beam on the workpiece surface, and the and other disturbances. The strength of the pulsations of the secondary electron stream 15 is related to the stability of the flow of the electron beam 14, which in turn is related to the voltage stability of the power source 2. The pulsations of the secondary electron stream 15 and therefore the pulsations of the secondary electron stream at the tap 15 of the detector 3 distort the signal indicative of changes in the workpiece surface, but the pulsations are smoothed out by the differential unit 6.

第１図からわかるように、差動ユニツト６の入
力端子７へは電源２から電流が供給され、入力端
子８へは検出器３のタツプ５から二次電子流が供
給される。差動ユニツト６においては、電源２か
らの電流が検出器３の電流から差し引かれて、そ
れらの電流から等しい脈動が除去されるように
し、それにより加工物の表面についての情報信号
により選ばれる情報の信頼度を高くし、加工物表
面の不規則さに対する装置の感度を高くし、とく
に溶接されている加工物の間隙CDの寸法に対す
る感度を高くする。それにより電子ビーム溶接の
制御が容易になる。 As can be seen from FIG. 1, the input terminal 7 of the differential unit 6 is supplied with current from the power supply 2, and the input terminal 8 is supplied with a secondary electron current from the tap 5 of the detector 3. In the differential unit 6, the current from the power supply 2 is subtracted from the current of the detector 3, so that equal pulsations are removed from these currents, so that the information selected by the information signal about the surface of the workpiece is and increase the sensitivity of the device to irregularities in the workpiece surface, especially to the dimensions of the gap CD in the workpiece being welded. This facilitates control of electron beam welding.

差動ユニツト６は差動トランス（第２図）とし
て作ることができる。この差動トランスの一次巻
線１１，１２は互いに逆極性で、電源２の出力端
子１０と検出器３のタツプ５へそれぞれ接続され
る。差動トランスの二次巻線１３の端子は差動ユ
ニツト６の出力端子９である。この場合には、こ
の差動トランスは、走査ビーム１４の脈動に応じ
て、検出器３からの電流を微分し、ユニツト６の
出力端子９における信号は加工物表面の変化に応
じて変化してその表面の変化を示すことになる。
そのような構成のために、本発明の装置は従来の
同種の装置と比較してノイズに対して強い。ま
た、継目に溶接ビームを向ける装置において間隙
CDの中心線の決定も簡単となる。電子ビーム走
査の振幅（領域AB）が間隙の幅よりもかなり大
きい時は、差動トランスの二次巻線１３をダイオ
ードでシヤントして差動ユニツト６と装置全体の
通過帯域を拡げる。 The differential unit 6 can be constructed as a differential transformer (FIG. 2). The primary windings 11 and 12 of this differential transformer have opposite polarities and are connected to the output terminal 10 of the power source 2 and the tap 5 of the detector 3, respectively. The terminal of the secondary winding 13 of the differential transformer is the output terminal 9 of the differential unit 6. In this case, this differential transformer differentiates the current from the detector 3 according to the pulsations of the scanning beam 14, and the signal at the output terminal 9 of the unit 6 changes according to changes in the workpiece surface. This will show the changes on the surface.
Due to such a configuration, the device of the present invention is more resistant to noise than similar devices of the prior art. Also, the gap in the equipment that directs the welding beam to the seam is
Determination of the center line of CD also becomes easy. When the electron beam scanning amplitude (area AB) is considerably larger than the width of the gap, the secondary winding 13 of the differential transformer is shunted with a diode to widen the pass band of the differential unit 6 and the entire device.

二次電子流−電圧変換器２４と差動増幅器２７
（第３図）を含ませることによつても、差動ユニ
ツト６の通過帯域を拡げることができる。変換器
２４は演算増幅器２５を有し、この増幅器の反転
入力端子は検出器３のタツプが接続されるととも
に、抵抗２６を介して増幅器２５は増幅度が極め
て大きい（100dB以上）ので、その出力信号は二
次電子検出器３からの二次電子流I₁と帰還ループ
の抵抗２６の抵抗値R₂₆との積I₁・R₂₆で定まる。
従つて、二次電子流の測定は検出器３の容量には
依存しない。本装置は、溶接の最中に動作させる
必要がある。溶接中は、電子ビームが金属蒸気に
作用することによりプラズマが生成される。この
プラズマは広い周波数帯域に亘る振動周波数を有
する磁界を形成する。二次電子検出器３はこの磁
界からノイズを受ける。しかし、二次電子流−電
圧変換器２４の通過帯域はプラズマの磁界の振動
周波数より低い周波数であるため、磁界によるノ
イズは除去され二次電子の測定の独立が確保され
る。 Secondary electron current-voltage converter 24 and differential amplifier 27
(FIG. 3) also allows the pass band of the differential unit 6 to be expanded. The converter 24 has an operational amplifier 25, and the inverting input terminal of this amplifier is connected to the tap of the detector 3, and the output of the amplifier 25 is connected via a resistor 26 because the amplification degree is extremely large (more than 100 dB). The signal is determined by the product I 1 ·R ₂₆ of the secondary electron flow I ₁ from the secondary electron detector 3 and the resistance value R ₂₆ of the resistor ₂₆ of the feedback loop.
Therefore, the measurement of the secondary electron current does not depend on the capacity of the detector 3. This device must be operated during welding. During welding, plasma is generated by the action of an electron beam on metal vapor. This plasma creates a magnetic field with oscillating frequencies over a wide frequency band. The secondary electron detector 3 receives noise from this magnetic field. However, since the passband of the secondary electron current-to-voltage converter 24 has a frequency lower than the oscillation frequency of the magnetic field of the plasma, noise due to the magnetic field is removed and independence of secondary electron measurements is ensured.

差動増幅器２７は負帰還演算増幅器２８も含
む。この増幅器２８の入力端子は抵抗２９，３０
をそれぞれ介して電源２の出力端子１０と、二次
電子流−電圧変換器２４の出力端子が接続され
る。差動増幅器２７の出力端子はユニツト６の出
力端子９である。 Differential amplifier 27 also includes a negative feedback operational amplifier 28 . The input terminals of this amplifier 28 are resistors 29 and 30.
The output terminal 10 of the power supply 2 and the output terminal of the secondary electron current-voltage converter 24 are connected through the respective terminals. The output terminal of the differential amplifier 27 is the output terminal 9 of the unit 6.

二次電子流−電圧変換器２４の出力信号はＩ・
R₂₆にほぼ等しい。この出力信号は差動増幅器２
７を構成する演算増幅器２８の反転入力端子に抵
抗３０を介して入力される。また、演算増幅器２
８の非反転入力端子には、電子ビーム１４に比例
する信号U₂が電源２のタツプ１０から抵抗２９
を介して入力される。差動増幅器２７の増幅度は
フイールドバツクループの抵抗３１の抵抗値R₃₁
と反転入力端子の抵抗２９の抵抗値R₂₉との比
R₃₁／R₂₉で定まるから、差動増幅器２７の出力端
子に形成される出力情報信号Ｕは、次式で与えら
れる。 The output signal of the secondary electron current-voltage converter 24 is I.
Approximately equal to R ₂₆ . This output signal is sent to the differential amplifier 2
The signal is input via a resistor 30 to an inverting input terminal of an operational amplifier 28 composing the circuit 7. Also, operational amplifier 2
A signal U ₂ proportional to the electron beam 14 is connected to the non-inverting input terminal of 8 from the tap 10 of the power supply 2 to the resistor 29.
Input via . The amplification degree of the differential amplifier 27 is determined by the resistance value R ₃₁ of the resistor 31 in the field back loop.
and the resistance value R ₂₉ of the resistor 29 of the inverting input terminal
Since R ₃₁ /R ₂₉ is determined, the output information signal U formed at the output terminal of the differential amplifier 27 is given by the following equation.

Ｕ＝（I₁・R₂₆−U₂）・Ｒ_３１／Ｒ_２９電子ビーム溶接装置にいくつかの電子ビーム発
生器を用いる場合、または継目を追跡するために
補助電子ビーム発生器の低電力電子ビーム１４を
用いる場合は、電子ビームが加工物の表面の領域
ABに入射することにより生ずる二次電子放出ノ
イズのレベルは、加工物表面の変化を表わす二次
電子信号のレベルをかなりこえる。この欠点を直
すために、第２の検出器３２が用いられる。この
第２の検出器３２は筒形のシールド３３の中に入
れられ、走査電子ビーム１４が入射する領域AB
における表面の変化を示す信号を発生する。検出
器３，３２の検出領域は等しく、互いに隣接す
る。検出器３の検出領域は走査電子ビーム１４の
入射領域ABに一致する。検出器３２は二次放出
漂遊電子のみから成るスプリアス二次電子流１５
を受け、検出器３は走査電子ビーム１４のうち加
工物の表面から反射された電子と二次放射漂遊電
子とから成る二次電子流を受ける。検出器３，３
２が受けた電子流は変換器２４，３４により電圧
に変えられる。差動増幅器２７においては、検出
器３２の電圧は検出器３の電圧から差し引かれて
脈動をなくす。増幅器２７の出力端子はこの装置
の出力端子９である。U = (I ₁ · R ₂₆ - U ₂ ) · R ₃₁ /R ₂₉ When using several electron beam generators in an electron beam welding device, or in order to track seams, the low power electrons of an auxiliary electron beam generator When beam 14 is used, the electron beam covers an area of the surface of the workpiece.
The level of secondary electron emission noise caused by the incident on AB considerably exceeds the level of the secondary electron signal representing changes in the workpiece surface. To remedy this drawback, a second detector 32 is used. This second detector 32 is placed in a cylindrical shield 33 and is located in an area AB where the scanning electron beam 14 is incident.
generates a signal indicative of surface changes at . The detection areas of the detectors 3 and 32 are equal and adjacent to each other. The detection area of the detector 3 coincides with the incident area AB of the scanning electron beam 14. The detector 32 detects a spurious secondary electron flow 15 consisting only of secondary emitted stray electrons.
In response, the detector 3 receives a secondary electron stream of the scanning electron beam 14 consisting of electrons reflected from the surface of the workpiece and secondary radiation stray electrons. Detector 3, 3
The electron current received by 2 is converted into a voltage by converters 24, 34. In differential amplifier 27, the voltage of detector 32 is subtracted from the voltage of detector 3 to eliminate pulsations. The output terminal of amplifier 27 is output terminal 9 of the device.

また、電子ビーム発生器１からの低電力電子ビ
ーム１４の走査領域ABに隣接する領域に二次電
子検出領域が設定されている二次電子検出器３２
と、これに接続される二次電子流−電圧変換器２
４とを利用して、第１の発明において電源２から
得ていた電子ビーム１４の脈動に比例した信号を
本発明においては二次電子流から得ることも可能
である。 Further, a secondary electron detector 32 has a secondary electron detection area set in an area adjacent to the scanning area AB of the low-power electron beam 14 from the electron beam generator 1.
and a secondary electron current-voltage converter 2 connected to this
4, it is also possible to obtain a signal proportional to the pulsation of the electron beam 14 obtained from the power supply 2 in the first invention from the secondary electron flow in the present invention.

電子ビーム溶接の場合には、走査される表面に
ついての他の種類の情報、たとえば加工物の縁部
の位置のずれの大きさと種類についての情報をと
る必要が生ずる。加工物の縁部の位置の狂いは溶
接完了後の接合部の品質に影響を及ぼす溶接作業
中に起ることがある。その理由は、縁部の位置の
ずれは溶接電子ビームを継目に向きに確度に影響
を及ぼす。この欠点は本発明の装置の別の実施例
により解消できる。この別の実施例では加算増幅
器（第５図）が設けられる。この実施例は筒形シ
ールド４，３３の中にそれぞれ納められる２つの
検出器３，３２を含む。これらの検出器３，３２
の検出領域は加工物表面への走査電子ビームの入
射領域ABに一致する。縁部相互間の位置のずれ
（第４ａ図−Z₁、第４ｂ図Z₂）は二次電子流１５を
変化させ、それにより検出器３，３２の二次電子
放射電流を変調する。第４ａ図に示されるよう
に、加工物１６の図面に向かつて左側の領域Ａの
縁部が右側領域Ｂの縁部よりも低い場合には、そ
の位置ずれZ₁の大きさに対応して右側の検出器３
に検出される２次電子流１５が左側の検出器３２
に検出される２次電子流１５よりも小さくなる。
これは、左側領域Ａから右側検出器３へ向けて庖
出される２次電子流のうち一部は出つ張つた右側
領域Ｂの縁部で阻止されてしまうためで、阻止さ
れる２次電子流の割合は位置ずれZ₁の大きさによ
り決まるからである。その逆に、第４ｂ図に示さ
れるように、左側領域Ａの縁部が右側領域Ｂの縁
部よりも高い場合には、その位置ずれZ₂の大きさ
に対応して検出器３２に検出される２次電子流１
５の方が検出器３に検出される２次電子流１５よ
りも小さくなる。その結果として、検出器３，３
２の電流の大きさが異なることになる。それらの
電流の大きさの違いを基にすると、加工物の縁部
相互間の位置のずれの大きさが決定される。検出
器３，３２の二次電子流の和は加工物表面の変
化、とくに領域ABに継目が存在することを示
す。第５図には検出器３，３２と差動増幅器２７
および加算増幅器３５との接続が示されている。
加算増幅器３５は演算増幅器３６と抵抗３７，３
８，３９で構成される。出力端子４０，４１はこ
の装置の出力端子である。出力端子４０には加工
物の縁部相互間の位置のずれの大きさを表わす信
号が現われ、出力端子４１には加工物の表面の変
化を表わす信号が現われる。出力端子４０にその
ような信号が現われない時はZERO信号が現われ
る。 In the case of electron beam welding, it becomes necessary to obtain other types of information about the scanned surface, such as the magnitude and type of displacement of the edge of the workpiece. Misalignment of the edges of the workpieces can occur during welding operations that can affect the quality of the joint after the weld is complete. The reason is that misalignment of the edges affects the accuracy with which the welding electron beam is directed to the seam. This drawback can be overcome by another embodiment of the device according to the invention. In this alternative embodiment, a summing amplifier (FIG. 5) is provided. This embodiment includes two detectors 3, 32 housed in cylindrical shields 4, 33, respectively. These detectors 3, 32
The detection area coincides with the incident area AB of the scanning electron beam on the workpiece surface. The displacement between the edges (FIG. 4a-Z ₁ , FIG. 4b Z ₂ ) changes the secondary electron current 15 and thereby modulates the secondary electron emission current of the detectors 3 , 32 . As shown in FIG. 4a, if the edge of area A on the left side of the drawing of the workpiece 16 is lower than the edge of area B on the right side, corresponding to the magnitude of the positional deviation _Z1 , Detector 3 on the right
The secondary electron flow 15 detected by the detector 32 on the left
It is smaller than the secondary electron flow 15 detected in .
This is because a part of the secondary electron flow pushed out from the left side area A toward the right side detector 3 is blocked by the protruding edge of the right side area B, and the blocked secondary electrons This is because the flow rate is determined by the magnitude of the positional deviation Z ₁ . On the other hand, as shown in FIG. 4b, if the edge of the left area A is higher than the edge of the right area B, the detector 32 detects a difference corresponding to the magnitude of the positional deviation _Z2. secondary electron flow 1
5 is smaller than the secondary electron flow 15 detected by the detector 3. As a result, the detectors 3, 3
This means that the magnitude of the two currents is different. Based on the difference in magnitude of these currents, the magnitude of the displacement between the edges of the workpiece is determined. The sum of the secondary electron currents of detectors 3 and 32 indicates changes in the workpiece surface, particularly the presence of a seam in area AB. FIG. 5 shows the detectors 3, 32 and the differential amplifier 27.
and connection with summing amplifier 35 are shown.
The summing amplifier 35 includes an operational amplifier 36 and resistors 37,3.
It consists of 8,39. Output terminals 40 and 41 are the output terminals of this device. A signal appears at the output terminal 40 representing the magnitude of the displacement between the edges of the workpiece, and a signal appears at the output terminal 41 representing the change in the surface of the workpiece. When no such signal appears at output terminal 40, a ZERO signal appears.

本発明の装置の以上説明した実施例は、溶接さ
れている加工物の間の継目に電子ビームを自動的
に向ける各種の装置に応用できる。第２，３，５
図に示す実施例は、電子銃を１つ用いて行われる
電子ビーム溶接を制御するために用いるとよい。
２つかそれ以上の電子ビーム発生器を用いる場合
には第４図に示す実施例、または第３，４，５図
を組合わせて第６図に示すように構成したものを
用いるとよい。この組合わせは筒形シールドの中
に４つの検出器３，３２，４２，４３を入れて用
いる。検出器３，３２の検出領域は加工物表面上
の電子ビーム入射領域ABに一致し、検出器３
２，４３の検出領域は領域ABに隣接し、かつ大
きさが検出器３，４２の検出領域したがつて領域
ABの大きさに等しい。 The above-described embodiments of the apparatus of the invention can be applied to a variety of apparatus for automatically directing an electron beam to a seam between workpieces being welded. 2nd, 3rd, 5th
The illustrated embodiment may be used to control electron beam welding performed using a single electron gun.
When two or more electron beam generators are used, it is preferable to use the embodiment shown in FIG. 4, or the combination of FIGS. 3, 4, and 5 as shown in FIG. 6. This combination uses four detectors 3, 32, 42, 43 placed inside a cylindrical shield. The detection areas of detectors 3 and 32 correspond to the electron beam incident area AB on the workpiece surface, and
The detection areas of detectors 3 and 43 are adjacent to area AB and have a size equal to that of the detection areas of detectors 3 and 42.
equal to the size of AB.

検出器３，３２，４２，４３は抵抗２４，３
４，４６，４７をそれぞれ介して差動増幅器２
７，４８の入力端子へそれぞれ接続される。これ
らの増幅器２７，４８の別の入力端子へは電源２
の出力端子１０が接続される。増幅器２７，４８
は、電子ビーム発生器１の近くに配置されている
他の電子ビーム発生器（図示せず）が同時に動作
する場合は、電子ビーム入射領域ABの表面の変
化についての情報を伝える信号を発生する。加算
増幅器３５は増幅器２７，４８から与えられた信
号を加え合わせて、溶接されている加工物の表面
の変化を示す信号を発生し、差動増幅器４５は増
幅器２７，４８から与えられた信号の差をとつ
て、加工物の接触縁部の位置のずれの大きさを示
す信号を発生する。 Detectors 3, 32, 42, 43 are resistors 24, 3
differential amplifier 2 via 4, 46, and 47, respectively.
It is connected to input terminals 7 and 48, respectively. Another input terminal of these amplifiers 27, 48 is connected to the power supply 2.
The output terminal 10 of is connected. Amplifier 27, 48
If other electron beam generators (not shown) located near the electron beam generator 1 operate simultaneously, they will generate a signal conveying information about the changes in the surface of the electron beam incident area AB. . A summing amplifier 35 adds together the signals provided by amplifiers 27 and 48 to generate a signal indicative of changes in the surface of the workpiece being welded, and a differential amplifier 45 adds together the signals provided by amplifiers 27 and 48 to generate a signal indicative of changes in the surface of the workpiece being welded. The difference is taken to generate a signal indicative of the magnitude of the displacement of the contact edge of the workpiece.

以上の説明から、本発明の装置は従来の同種装
置よりも優れた点をいくつか有することがわか
る。この利点は電子ビームの脈動の影響をなくし
たこと、他の電子発生源および電磁界による妨害
をなくしたこと、装置の通過帯域を広くしたこ
と、加工物表面の変化の指示確度を高くしたこ
と、溶接される縁部の位置のずれの大きさを測定
できることなどである。これら全ての利点により
継目に溶接電子ビームを当てる確度が向上し、そ
のために溶接継目の品質が高くなり、電子ビーム
溶接による物品の製作に際しての金属の消費量が
減少するようになつた。 From the above description, it can be seen that the device of the present invention has several advantages over conventional similar devices. The advantages of this are that it eliminates the effects of electron beam pulsation, eliminates interference from other electron sources and electromagnetic fields, widens the passband of the device, and increases the accuracy of indicating changes on the workpiece surface. , being able to measure the magnitude of the displacement of the edges to be welded, etc. All these advantages result in increased accuracy of the welding electron beam application to the seam, which results in higher quality welded seams and lower metal consumption in the fabrication of articles by electron beam welding.

[Brief explanation of the drawing]

第１図は第１の発明に係る接触している加工物
の間の継目を走査電子ビームで追跡する装置のブ
ロツク図、第２図は差動ユニツトを差動トランス
として構成した第１の発明の装置の別の実施例の
略図、第３図は差動ユニツトが二次電子流−電圧
変換器を含む第１の発明の装置の別の実施例の略
図、第４図は二次電子を集めるために２つの二次
電子検出器を用い、かつ差動ユニツトが２つの二
次電子流−電圧変換器を含む第２の発明の装置の
一実施例の略図、第５図は２つの二次電子検出器
と加算増幅器を含む第３の発明の装置の一実施例
の略図、第６図は二次電子を集めるための２つの
二次電子検出器と、２つの差動増幅器および２つ
の加算器を含む第１から第３までの全発明を適用
した装置の一実施例の略図である。１……走査電子ビーム発生器、２……電源、
３，３２……二次電子検出器、４，３３……筒形
シールド、５……検出器のタツプ、６……差動ユ
ニツト、２４，３４……二次電子流−電圧変換
器、２５……変換器の演算増幅器、２７……差動
増幅器、２８，３６……演算増幅器、３５……加
算増幅器。 Fig. 1 is a block diagram of a device for tracking the seam between contacting workpieces with a scanning electron beam according to the first invention, and Fig. 2 is the first invention in which the differential unit is configured as a differential transformer. FIG. 3 is a schematic diagram of an alternative embodiment of the device of the first invention, in which the differential unit includes a secondary electron current-to-voltage converter; FIG. A schematic diagram of an embodiment of the device of the second invention, which uses two secondary electron detectors for collecting and in which the differential unit includes two secondary electron current-to-voltage converters, FIG. A schematic diagram of an embodiment of the apparatus of the third invention including secondary electron detectors and a summing amplifier, FIG. 6 shows two secondary electron detectors for collecting secondary electrons, two differential amplifiers and two 1 is a schematic diagram of an embodiment of a device to which all the first to third inventions including an adder are applied. 1... Scanning electron beam generator, 2... Power supply,
3, 32... Secondary electron detector, 4, 33... Cylindrical shield, 5... Detector tap, 6... Differential unit, 24, 34... Secondary electron current-voltage converter, 25 ... operational amplifier of converter, 27 ... differential amplifier, 28, 36 ... operational amplifier, 35 ... summing amplifier.

Claims

Claims: 1. A scanning electron beam generator 1, a power supply 2 for the scanning electron beam generator 1, and a workpiece 16 housed in a shield 4 and welded to the scanning electron beam generator 1. at least one secondary electron detector 3 disposed between the two, the secondary electron detector 3 having an opening for passing the electron beam 14, and the tap 5 of the secondary electron detector 3 It is connected to one input terminal 8 of the information signal generator constructed as a differential unit 6 and to the other input terminal 7 of the differential unit 6.
is connected to the power supply 2 of the scanning electron beam generator 1,
An information signal indicative of changes in the surface of the workpiece 16 is formed at the output terminal 9 of the differential unit 6, which information signal is combined with a signal representing the pulsations of the electron beam 14 and of the scanning electron beam 14 on the surface of the workpiece 16. incidence area
The seam formed between the contacting workpieces is covered by an electron beam, characterized in that the signal corresponding to the signal representative of the secondary electron current generated at AB and received by the secondary electron detector 3 is Device to detect. 2. The device according to claim 1, in which the differential unit 6 is configured as a differential transformer, and one primary winding 12 of the differential transformer is connected to the secondary electron detector 3. 5, the other primary winding 11 is connected to the power source 2 of the electron beam generator 1, and the terminal of the secondary winding 13 is the output terminal 9 of the differential unit 6. 3. The device according to claim 1, wherein the differential unit 6 includes a secondary electron current-to-voltage converter 24 formed as an operational amplifier 25, the inverting input terminal of which It is connected to the tap 5 of the detector 3, the non-inverting input terminal of the amplifier 25 is grounded, and the output terminal of the amplifier 25 is connected to the operational amplifier 28.
The other input terminal of the differential amplifier 27 is connected to the power supply 2 of the scanning electron beam generator 1, and the output terminal of the differential amplifier 27 is connected to one of the input terminals of a differential amplifier 27 made of A device characterized in that it is an output terminal 9 of a differential unit 6. 4 A scanning electron beam generator 1 and two secondary electron detectors 3 and 32 are provided, and the secondary electron detection areas of these secondary electron detectors 3 and 32 have the same area and are adjacent to each other. The detection area of one of the secondary electron detectors 3 or 32 coincides with the incident area AB of the electron beam 14, so that each secondary electron The taps of the detectors 3, 32 are respectively connected to one of the two input terminals 7, 8 of an information signal generator constructed as a differential unit 6, so that the information signals indicating changes in the surface of the workpiece 16 are This information signal is formed at the output terminal 9 of the moving unit 6, and this information signal is transmitted to the incident area AB of the electron beam 14 on the surface of the workpiece 16.
A secondary electron stream consisting of electrons of the electron beam 14 reflected in response to changes in the surface of the workpiece 16 and secondary radiation stray electrons received by one secondary electron detector 3 having a secondary electron detection area at of the contacting workpiece, characterized in that it is formed as the difference between a signal representative of A device that uses an electron beam to detect the seams formed between them. 5. The device according to claim 4, wherein the differential unit 6 is configured as a differential transformer, and the two primary windings of the differential transformer are connected to the secondary electron detectors 3, 32. device, characterized in that the terminals of the secondary windings are the output terminals 9 of the differential unit 6. 6. The device according to claim 4, wherein the differential unit 6 includes two secondary electron current-to-voltage converters 24, 34, and the input terminal of each converter is connected to a secondary electron detector. 3 and 32, respectively, and the output terminal of each converter is connected to a differential amplifier 27.
A device characterized in that the output terminal of the differential amplifier 27 is the output terminal 9 of the differential unit 6. 7. A scanning electron beam generator 1 and two secondary electron detectors 3, 32 are provided, and these secondary electron detectors 3, 32 are arranged in a cylindrical shield 4, 33. The secondary electron detection area is arranged so as to coincide with the incident area AB of the scanning electron beam on the surface of the workpiece, and the tap of each secondary electron detector 3, 32 is connected to the two input terminals 7, 7 of the differential unit 6. 8, the differential unit 6 has two secondary electron current-to-voltage converters 24, 34 whose input terminals are connected to respective input terminals 7, 8 of the differential unit. 8, the output terminal of each converter 24, 34 is connected to each one of the two input terminals of a differential amplifier 27, the output terminal of the differential amplifier 27 is the output terminal of the differential unit 6, The output terminals of the summing amplifiers 24, 34 are also connected to each one of the two input terminals of a summing amplifier 35, so that an information signal indicating changes in the surface of the workpiece is formed at the output terminal of the summing amplifier 35 and the welded contacts A device for detecting a seam formed between contacting workpieces by means of an electron beam, characterized in that a signal indicating the amount of edge deviation is formed at the output terminal of the differential unit 6. 8. The device according to claim 7, wherein the differential unit 6 has two secondary electron current-to-voltage converters 24, 34, and the input terminals of these converters are connected to one of the detectors 3, 32;
The output terminals of the converters 24 and 34 are connected to the differential amplifier 2.
7 different input terminals, and a differential amplifier 27
The output terminal 40 of the differential unit 6 is the output terminal of the differential unit 6, and the summing amplifier 35 has an operational amplifier 36 whose inverting input terminal is connected to the secondary electron current.
A device connected to the output terminals of the voltage converters 24, 34, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 36 being grounded, and the output terminal 41 of the operational amplifier 36 being the output terminal of the summing amplifier 35.