JPS6182985A - 電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法 - Google Patents

電子ビ−ムの焦点位置自動調整方法

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JPS6182985A
JPS6182985A JP20203684A JP20203684A JPS6182985A JP S6182985 A JPS6182985 A JP S6182985A JP 20203684 A JP20203684 A JP 20203684A JP 20203684 A JP20203684 A JP 20203684A JP S6182985 A JPS6182985 A JP S6182985A
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electron beam
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secondary energy
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Masaharu Moriyasu
雅治 森安
Yoshio Yamane
山根 義雄
Masahiko Sakamoto
雅彦 阪本
Masatake Hiramoto
平本 誠剛
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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

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

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〕 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。
銅などのブロックに電子ビームを照射し、これによって
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
は込み形状に犬さく影響する。第7図ないし第9図VC
は、この電子ビームの焦点位置と溶−け込み形状とが示
てれている。第7図ないし第9図の(A) Kは、電子
ビームの焦点位置が各々示されており、CB)には、溶
は込み形状が各々示されている。ここで 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VC4る場合である。このときの溶は込み形状
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
(i 、 ab ) iの場合の溶は込み形状は、第8
図(Bl、第9図(B)に各々示きれているように必ず
しも好−ましいものでhqい。このように、焦点位置の
調整いかんによって溶は込み形状が犬きく変化する。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
ことが困離であり、好ましい溶は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48−639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
るかわシに、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光の電
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Kfi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
電子ビームの焦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、従考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、センサ七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った問題点
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5子ビームの焦点位置自動:A
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11!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フィ
ル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ック図
である。同図において、(1)は高電圧電源、(2)は
電子銃、(3ンは電子ビーム、(4)は被加工物、(5
)ハ電子銃(2)より発生した電子ビーム(3)を被加
工物(4)表面に集束させるだめの集束レンズ、(6)
は被加工物(4)の継目を横切るように電子ビ゛−ム″
(3)全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、(ハ)はシステム全体を制御するシステム制御装
置である。αI)はシステム制御装置(ハ)の指令にし
たがって偏向レンズ(6)の制御信号を発生する信号発
生器、叫ハ信号発生器へ■からの信号を偏向レンズ(6
) K印加するためのt流増幅器、R1およびR1H抵
抗器である。61)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ィルタ、<331−j人力信号の
最小値を検出し、これを記憶保持する最小値検出保持部
、(ハ)はこの最小値をA/D変換するためのA/D変
換器である。αGd偏向レンズ(6)を苑れる偏向レン
ズ電流の旧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03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。(ハ)はシステム制御装置(ハ)か
らの指令にしたがって集束レンズj5)をii?lI御
する集束レンズ制御装置でちる。
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i
7i:電子ビーム(3)を走査させた時、コレクタ(8
)によっ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(力
のところでは二次エネルギ量が減少し、この減少はab
値によって変化し、ab=iのときに、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。
集束レンズと焦点位置との距離 a b = 1の点を検出するために、システム制御装
置(ハ)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(ハ)からの指令にした
がって集束レンズ制御装置(1)より集束レンズ(5)
に集束レンズ電流Ic=Isi供給する。この間に、信
号発生装置α1)は第6図(〜に示すような正弦波また
は三角波を発生して、電光増幅器叫を介して偏向レンズ
(6)に偏向レンズ電N、を供給する。この電流を抵抗
R2の両端の電圧として検出しピーク検出制御部(ト)
で正・負それぞれのピークを検出し、最小値検出保持部
(至)で第3図(bl K示すような制御信号を発生す
る。最小値検出保持部(至)でHt、からt2までの間
の二次エネルギを検出する。したがって、1、で保持部
をリセットし、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
換器(ロ)でADD変換して、システム制御装置(ハ)
VC取り込む。次にシステム制御装置(ハ)より集束レ
ンズ制御部#(イ)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匝検出の動作を、集束
レンズ電流Ie= i6となるまで反復する。
このような動作によって、第4図に示すように集束レン
ズセ流値にそれぞれ対応した二次エネルギの最小(直が
システム制御装置(ハ)に蓄積され、その中で二次エネ
ルギが最小VC7に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って生ずる焦点位置のXyJJ
を補正する場合について説明する。
システム制御装置04)VC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
正データに基ついて制御信号が集束レンズ制御装置(ハ
)K出力でれる。
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)の電光を示すグラ
フであり、集束し・ンズ(5)と被加工物(4)との距
離(ワークディスタンス)毎の複数の補正データがある
。システム制御装置(ハ)では、該当するワークディス
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)の電光(IC1)l’e
対応する電子ビーム(3)の電流(IEl)は、第5図
に示す如くである。すなわち、ワークディスタンス毎に
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(
IEl)とが求められれば、これによって第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
′ぼ流(IC2)が求められる。これらのデータに基づ
いて、jijl制御信号が集束レンズ制御装置(ハ)に
出力きれ、更に集束レンズ制御装置(ハ)によって電子
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(IF2)に設定されるとともに、集
束レンズ(5)の電流が前記(I C2)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図に示す補旧データは電
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
(ハ)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
)の覗龜を(IF3)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(LFl)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(IF5)に対応する焦点距離(LF’2)が求めら
れる。これらのデータすなわち焦点距離(I、Fl)、
  (LF2)及び電子ビーム(3)の電流(IF5)
に基づいて制御信号が集束レンズ制御装置(社)に出力
される、更に、集束レンズ制御装置翰は、人力された制
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(IF
4)となるように制御され、テーブルは、焦点距離が(
LFl)から(I、F’2)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VC′rtJ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
用いることによって、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lぐなり、良質の溶接品が得られる
ようにす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ック図、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は込み形状との関係
を示す説明図である。 (3)・・・電子ビーム、(4川・・被加工物、(5)
・・集束レンズ、(7)・・・継目、(9)・・・二次
エネルギ、(至)・・・最小儂検出保持部。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁理士 木 村 三 朗 第 2図 /1′fJ−置 第 30 1為 擺啄比堰 第7図 第8図 CB)(B) ′″ 9図 牙ル (B)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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って生じる焦点
    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
    の調整によっ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. (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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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015095397A (ja) * 2013-11-13 2015-05-18 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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015095397A (ja) * 2013-11-13 2015-05-18 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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