JPS6289828A - Method for controlling electron beam in electron beam heating - Google Patents
Method for controlling electron beam in electron beam heatingInfo
- Publication number
- JPS6289828A JPS6289828A JP22967285A JP22967285A JPS6289828A JP S6289828 A JPS6289828 A JP S6289828A JP 22967285 A JP22967285 A JP 22967285A JP 22967285 A JP22967285 A JP 22967285A JP S6289828 A JPS6289828 A JP S6289828A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- acceleration voltage
- deflecting
- deflection
- synchroscope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
[産業上の利用分野]
本発明は、′1シ子ビーム溶解装置や電子ビームノに6
装置等を用いて被照射物を電r−ビーム加熱するにv、
たって、’、t!:f−ビームカンの出力調整に伴なう
照射領域の変化をシンクロスコープ等の監視媒体1−に
1F確に反映させつつ監視することによって、該照射領
域変化の可及的減少及び電r−ビーム;す制御の高精度
化を図ることのできる′電子ビーム制御方法に関するも
のである。
[従来の技術]
真りト技術等の進歩にCrなって゛市r−ヒーL1を利
用する応用技術か注目を集めている。電r−ビームを利
用する技術としては、電r−ビーム溶解や電子ビームノ
入71等を挙げることができるが、これらのうち゛1k
f−ヒーム溶解については第2図に示す様な装置を用い
て行なわれる。即ち、咳溶解装置lは、電r−ビームガ
ン20カソード2aから放出される電子ビー1.3を水
冷PJ型4中の被溶解物5に照射し、この時に発生する
熱によって被溶解物5を溶解しようとするものである。
またこの溶解と同時に、被溶解物5中の不純物を精錬し
たり、或は被溶解物5をノ入発させて蒸着を行なうこと
もII)能である。
こうした’、tj rビーム溶解装;δ1においては、
被溶解物5と水冷vf型4の境界表面5aを特に強力に
電r−ビーム照射してやることが盛装であるが、この為
には?A’市(ビームのIF確なコントロール、例えば
照射面積のコントロールが汝求される。
ところで電子ビームのコントロールを行なうに当たって
は、第3図に示す如くカソード2a側のフィラメント7
の加熱によって発生する熱電子8を、補助′上極9及び
7ノードリング10を通じて加速し、更にX軸偏向コイ
ル及びY軸偏向コイル(以ドX、Y偏向コイル11と記
す)のX、Y偏向電流を調節することによって平面(但
し紙面四通方向)内での偏向敬をコントロールする。そ
してこの様なx、Y偏向電流の調節は、境界表面5aの
電子ビーム照射状況を観測窓(図示せず)等から11視
等によってa察確認しつつ行なわれているというのが実
情である。
ところが被溶解物5の溶解が進行すると、蒸発物が上記
観測窓等のガラスに付着して電子ビーム照射位置が不明
瞭となったり、水冷鋳型4へのスプラッシュの堆積等に
よって水冷鋳型4の11視が不Of濠になってくる。そ
の為、電子ビームのコントロールに支障を来たす結果と
なり、更にこのコントロール不良が原因になって水冷鋳
型4を間違って照射してしまい、水冷鋳型4を破損する
といったトラブルをも生じかねない。水冷鋳型4を破損
した場合には、水と溶湯が接触して水蒸気爆発を起こし
、大iG故につながることも恐れられる。−・方こうし
た弊害を防1卜することにt点を置き過ぎると、被溶解
物5の溶解が不完全となり、歩留り低下を招くことは明
らかである。
本発明者等は、こうした事情を踏まえ、シンクロスコー
プ上に同時に表示したりサージュ波形及び照射可能領域
波形を基に偏向電流を調整する方法を完成するに至り、
別途特許出願した。
[発明が解決しようとする問題点]
ところが被加熱物(又は被照射物)の性質によっては、
電子ビームの照射出力を調整してやる必要がしばしば生
じる。電子ビームの出力を調整する方法としては、(1
)カソードの温度を変化させることによってカソードか
らの電子放出量を調節する方法、(2)カソード・7ノ
一ド間の電位勾配を変えることによって電子放出量及び
電子ビーム速度を調節する方法等を挙げることができる
。
本発明者等は、上記(2)の方法を用いて照射出力を調
節し、上述の如きシンクロスコープを用いる方法によっ
て偏向電流を調節しつつ被加熱物の溶融実験等を行なっ
ていたところ、電子ビームの速度調節に伴なって照射領
域の変化が生じ、電子ビーム制御に支障を来たすといっ
た新たな問題点を発見するに至った。
本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであって
、電子ビームの出力調整に伴なう照射領域の変化をシン
クロスコープ等監視媒体にに正確に反映させつつ監視す
ることによって、該照射領域変化を可及的に減少させ、
もって電子ビーム制御の高精度化を図ることのできる電
子ビームの制御方法を提供しようとするものである。
[問題点を解決するための手段]
本発明に係る゛電子ビームの制御方法とは、出力調整を
電子速度の変化によって実行すると共に2軸偏向機能を
有する電子ビームガンによって加熱するに当たり、基準
の加速電圧対実際印加される加速電圧で与えられる比の
項を含む関数を偏向電流検出値に乗じ、得られた信号を
監視媒体へ入力して表示するところにその要旨が存在す
るものである。
[作用1
本発明者等は、まず゛電子ビームの速度と照射領域の関
係を明確にする為、以下の様な考察を行なった。第4図
に示す様に偏向コイルXを流れる電流をIx、偏向コイ
ルYを流れる電流IVとし、電子ビーム通過空間12に
おける中心付近の磁束密度Bx 、Byが一様で11つ
IX、IYに夫々比例するものとすると、中心付近の電
子ビームは、フレミングの左fの法則に従いつつ、曲’
u半径をド記(1)及び(2)式とする様に偏向してい
き、磁界の影響がほとんど及ばなくなった箇所から接線
方向へと飛行し被溶解物等に達する。
但し、■=電電工速度1m:電子質に、e:電子電荷、
B−磁束密度、r・曲−tz :t’−径とし。
X、Yのサフィックスは夫々X力向、Y方向を示すもの
とする。
この様な偏向による位置の変化ΔLxを第5図によって
求めると以ドの通りである。
5゛、ΔLX=Lxtan OX + rx rコア
ここでOが十分小さい範囲では「!2)) l x2で
あるから
同様に
ここで以ドの取り扱いを筒中にする為、サフィックスX
及びYを取り除いた式
として表現することにする。
次いで」二足(5)&を加速゛電圧Uを用いて現わすと
以ドの通りである。電子は、カソードとアノードの間に
印加されている加速電圧Uによって加速されて速度Vを
得ている。
e U = −m V 2− (fl)上記(5)式に
(7)式を代入すると、ΔLと加速電圧Uの関係は次式
(8)で表わされる。
未発II渚等は、磁束重度Bを一定としたまま即ち偏向
電流を−・定としたまま加速’+i、圧をUoからUに
変化させた場合について上記(8)式を変化したところ
、ド記(9)式を得た。
本発明者等はこうした変形を通じて様々な考察をめぐら
し、[加速電圧Uが変化する場合は、上記(9)式から
分かる様に、偏向賃のシンクロスコープ〜の入力信号を
J正コフπ倍してやればよいことになる。この結果溶解
面にに表れている変化か偏向電流の大きさで判定できシ
ンクロスコープ上で監視できる。」ということを知った
。
本発明者等は、こうした知見を基に鋭意研究を・T−ね
た結果本発明を完成するに至った。即ち本発明は、基僧
の加速′電圧をUo、実際印加される加速電圧Uとした
場合、U、/Uを含む関数を偏向電流検出値1dに乗じ
得られた信号を監視媒体例えばンンクロスコープへ入力
して表示するところに最大の特徴を看するものである。
以ド実施例を挙げることによって本発明を旦体的に説明
する。
[実施例コ
第1図は本発明の・実施例を、バす回路説明図である。
’1i、 f−ビームカン13は、図示の如くカソード
14、アノード15.偏向コイル(X偏向コイル16及
びY偏向コイル17)等より構成されており、カソード
14とアノード15の間には高電圧発生装置1日から高
゛市圧(3〜30KVの可変電圧)が印加される。カソ
ード14とアノード15の間を通過して加速された′屯
了−ビーム19は偏向114.流によって+iii述の
如く偏向される。
今ここで加速°電圧がUOからUに変化した場合、加速
型J[検出器(抵抗窓によって構成されている)20は
、このUを受けてこれを分圧し加速電圧検出信号Uとし
て出力する。この加速電圧検出(4号Uは、補正関数演
算器21によってマout=5なる変換を受け、補[Industrial Application Field] The present invention is applicable to
To heat the object to be irradiated with an electric r-beam using a device etc.,
Tate,',t! : By monitoring changes in the irradiation area due to output adjustment of the f-beam can while accurately reflecting them on the monitoring medium 1- such as a synchroscope, the changes in the irradiation area can be reduced as much as possible and the electric r-beam This invention relates to an electron beam control method that allows for highly accurate control. [Prior Art] Due to the progress of metal cutting technology, applied technology using Cr-Heat L1 is attracting attention. Techniques using electric r-beams include electric r-beam melting and electron beam injection71, among which 1k
F-heam melting is carried out using an apparatus as shown in FIG. That is, the cough melting device 1 irradiates the object 5 to be melted in the water-cooled PJ type 4 with electron beams 1.3 emitted from the cathode 2a of the electric r-beam gun 20, and the object 5 to be melted is heated by the heat generated at this time. It is something that is trying to dissolve. Further, simultaneously with this melting, it is also possible to refine impurities in the material 5 to be melted or to perform vapor deposition by injecting the material 5 to be melted. In such a 'tj r-beam melting device; δ1,
The trick is to irradiate the boundary surface 5a between the material to be melted 5 and the water-cooled VF mold 4 with a particularly strong electric r-beam, but what is the purpose of this? A' (Precise control of the IF of the beam, for example, control of the irradiation area is required.) By the way, when controlling the electron beam, the filament 7 on the cathode 2a side as shown in FIG.
Thermionic electrons 8 generated by heating are accelerated through the auxiliary upper pole 9 and the 7-node ring 10, and are further By adjusting the deflection current, the deflection within the plane (in the direction of the paper) is controlled. The reality is that such adjustment of the x and Y deflection currents is carried out while observing and confirming the electron beam irradiation situation on the boundary surface 5a through an observation window (not shown) or the like. . However, as the melting of the material to be melted 5 progresses, the evaporated matter may adhere to the glass of the observation window, etc., making the electron beam irradiation position unclear, or the deposition of splash on the water-cooled mold 4 may cause the 11 My vision becomes blurry. This results in problems with the control of the electron beam, and furthermore, this poor control may cause problems such as erroneous irradiation of the water-cooled mold 4 and damage to the water-cooled mold 4. If the water-cooled mold 4 is damaged, water and molten metal may come into contact and cause a steam explosion, which may lead to a large iG failure. -However, it is clear that if too much emphasis is placed on preventing such disadvantages, the melting of the material 5 to be melted will be incomplete, leading to a decrease in yield. In view of these circumstances, the present inventors have completed a method of simultaneously displaying on a synchroscope and adjusting the deflection current based on the surge waveform and the irradiation area waveform.
A separate patent application has been filed. [Problems to be solved by the invention] However, depending on the nature of the object to be heated (or the object to be irradiated),
It is often necessary to adjust the irradiation power of the electron beam. As a method to adjust the output of the electron beam, (1
) A method of adjusting the amount of electrons emitted from the cathode by changing the temperature of the cathode, (2) A method of adjusting the amount of electrons emitted and the electron beam speed by changing the potential gradient between the cathode and the seventh node, etc. can be mentioned. The present inventors adjusted the irradiation output using the method (2) above, and while conducting a melting experiment of a heated object while adjusting the deflection current using the method using a synchroscope as described above, they found that A new problem was discovered: the irradiation area changes as the beam speed is adjusted, causing problems with electron beam control. The present invention has been made in view of these circumstances, and by monitoring changes in the irradiation area due to adjustment of the output of an electron beam while accurately reflecting the changes in the irradiation area on a monitoring medium such as a synchroscope. Reduce changes as much as possible,
The present invention aims to provide an electron beam control method that can improve the accuracy of electron beam control. [Means for Solving the Problems] The electron beam control method according to the present invention performs output adjustment by changing the electron velocity, and when heating is performed by an electron beam gun having a two-axis deflection function, a standard acceleration The gist is that the detected deflection current value is multiplied by a function including a ratio term given by the voltage versus the actually applied accelerating voltage, and the obtained signal is input to the monitoring medium and displayed. [Effect 1] The present inventors first conducted the following considerations in order to clarify the relationship between the speed of the electron beam and the irradiation area. As shown in Fig. 4, the current flowing through the deflection coil X is Ix, and the current flowing through the deflection coil Y is IV. Assuming that the electron beam is proportional, the electron beam near the center follows Fleming's left f law and curves '
It is deflected so that the u radius is expressed by equations (1) and (2), and from a point where the influence of the magnetic field is almost gone, it flies in the tangential direction and reaches the object to be melted. However, ■ = electrician speed 1 m: electronic quality, e: electronic charge,
B-magnetic flux density, r/curve-tz: t'-diameter. The X and Y suffixes indicate the X force direction and Y direction, respectively. The change in position ΔLx due to such deflection is determined as follows using FIG. 5゛, ΔLX=Lxtan OX + rx r core Here, in a sufficiently small range of O, ``!2)) Since l x2, similarly here, in order to handle the following in the cylinder, the suffix X
Let us express it as an expression with and Y removed. Next, the acceleration voltage U is expressed as follows. The electrons are accelerated to a velocity V by an accelerating voltage U applied between the cathode and the anode. e U = -m V 2- (fl) When equation (7) is substituted into equation (5) above, the relationship between ΔL and acceleration voltage U is expressed by equation (8) below. For the unreleased II Nagisa, etc., when the above equation (8) is changed for the case where the magnetic flux severity B is kept constant, that is, the deflection current is kept - constant, the acceleration '+i is changed, and the pressure is changed from Uo to U. Equation (9) was obtained. The inventors of the present invention have made various considerations through these modifications, and found that [When the acceleration voltage U changes, as can be seen from the above equation (9), the input signal of the deflection rate synchroscope ~ should be multiplied by J positive coefficient π. It's a good thing. As a result, changes appearing on the melting surface can be determined by the magnitude of the deflection current and can be monitored on a synchroscope. ” I learned that. The present inventors have completed the present invention as a result of intensive research based on such knowledge. That is, the present invention multiplies the detected deflection current value 1d by a function including U, /U, where the basic acceleration voltage is Uo, and the actually applied acceleration voltage U. Its greatest feature lies in the way it is input and displayed in the co-op. The present invention will now be explained in detail by giving examples. [Example 1] FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an example of the present invention. '1i, the f-beam can 13 has a cathode 14, an anode 15 . It is composed of deflection coils (X deflection coil 16 and Y deflection coil 17), etc., and high street pressure (variable voltage of 3 to 30 KV) is applied between the cathode 14 and the anode 15 from the first day of the high voltage generator. be done. The accelerated beam 19 passing between the cathode 14 and the anode 15 is deflected 114. It is deflected by the current as described in +iii. If the acceleration voltage changes from UO to U at this moment, the acceleration type J[detector (consisting of a resistive window) 20 receives this U, divides it, and outputs it as an acceleration voltage detection signal U. . This acceleration voltage detection (No. 4 U is subjected to a conversion of ma out = 5 by the correction function calculator 21,
【I
E演算信りマoutとして出力される。該補+lE f
lit算信−J−マoutは、X偏向コイル内のX偏向
電流IOが偏向゛上流検出器(例えば分流器)22によ
って変換された偏向電流検出(Ha i dと共に1乗
算器23に入力される。そして該乗算器23から出力さ
れた乗算値Xinとなってシンクロスコープ26のX端
子へ入力される。
Y端子側についても同様にYinとして入力される。
従ってオペレーターは、シンクロスコープ26】二に表
示されたりサージュ波形を基準として電子ビームの偏向
状況を監視することができる。尚偏向コイル16は、偏
向用増幅器24からの電流によって偏向磁場を生じるも
のであり、偏向コイルのりアクタンス分の影響により、
高周波領域においてコイルの励磁゛−ヒ流が減少するの
を避ける為、偏向電流のフィードバック25が施され偏
向電流指令値id” と共に上記励磁電流を調節してい
る。
尚上記加速電圧検出信号Uは、高°心圧発生装置18内
で加速電圧指令値としてフィードバックされているとい
うのが一般的であるから、補正信号指令値として該加速
電圧指令値を使用しても良い。
また加速電圧は、通常その最大(triがl+M小(+
iの10倍以ドであるから、補止関数がl算器21にお
ける変換に当たって必ずしも〜!なる係数を用いる心安
はなく、第6図に示す如<ua+in〜u rsaxc
uwinはUの最小値、ufAaXはUの最大値)間
を2〜5分割し、夫々の分;1曲線をαU+βなる1次
関数で近似してもよい、この様にすることによって回路
が筒中になるばかりか、CPUを用いたソフトウェア処
理において著効を奏する。
[発明の効果]
本発明は以りの様に構成されているので、電子ビームの
出力調整に伴なう照射領域の変化をシンクロスコープ等
の監視媒体にに正確に反映させつつ監視することができ
、これによって該照射領域変化をηf及的に減少させる
ことができ、もって電子ビーム制御の高精度化を図るこ
とができた。[I
The E calculation result is output as out. The complement +lE f
lit calculation-J-maout is the X deflection current IO in the Then, the multiplication value Xin output from the multiplier 23 is inputted to the X terminal of the synchroscope 26.The Y terminal side is similarly inputted as Yin.Therefore, the operator The deflection status of the electron beam can be monitored using the surge waveform as a reference.The deflection coil 16 generates a deflection magnetic field by the current from the deflection amplifier 24, and the effect of the actance on the deflection coil is According to
In order to avoid a decrease in the excitation current of the coil in the high frequency region, feedback 25 of the deflection current is applied to adjust the excitation current together with the deflection current command value id''.The acceleration voltage detection signal U is Since the acceleration voltage command value is generally fed back as an acceleration voltage command value within the high degree cardiac pressure generator 18, the acceleration voltage command value may be used as the correction signal command value. Usually its maximum (tri is l + M small (+
Since it is more than 10 times i, the complementary function does not necessarily affect the conversion in l calculator 21! There is no need to worry about using a coefficient such as <ua+in~ursaxc as shown in Figure 6.
(uwin is the minimum value of U, ufAaX is the maximum value of U) can be divided into 2 to 5 parts, and one curve can be approximated by a linear function αU + β. By doing this, the circuit can be Not only this, but it is also very effective in software processing using the CPU. [Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, it is possible to monitor changes in the irradiation area due to adjustment of the output of the electron beam while accurately reflecting them on a monitoring medium such as a synchroscope. This made it possible to reduce the change in the irradiation area as much as ηf, thereby making it possible to improve the accuracy of electron beam control.
第1図はA:55明の一実施例を示す回路説明図、第2
図及び第3図は電子ビーム溶解装置の原理を示す説11
図、第4IAは偏向コイルによって゛電子ビームが偏向
するときの状況を示す説明図、第5図は′電子ビームの
偏向距離を求める為の説明図。
第6図は補正関数指令演算器における演算指令の他の態
様を示すグラフである。
4・・・鋳型 13・・・電子ビームガンU
O・・・基準の加速電圧
U・・・実際印加される加速電圧
id・・・偏向電流検出イ^Fig. 1 is a circuit explanatory diagram showing an embodiment of A:55 light;
Figures 11 and 3 show the principle of electron beam melting equipment.
FIG. 4IA is an explanatory diagram showing the situation when an electron beam is deflected by a deflection coil, and FIG. 5 is an explanatory diagram for determining the deflection distance of an electron beam. FIG. 6 is a graph showing another aspect of the calculation command in the correction function command calculation unit. 4... Mold 13... Electron beam gun U
O...Reference acceleration voltage U...Actually applied acceleration voltage id...Deflection current detection I^
Claims (1)
偏向機能を有する電子ビームガンによって加熱するに当
たり、基準の加速電圧対実際印加される加速電圧で与え
られる比の項を含む関数を偏向電流検出値に乗じ、得ら
れた信号を監視媒体へ入力して表示することを含むこと
を特徴とする電子ビームの制御方法。When performing output adjustment by changing the electron speed and heating with an electron beam gun having a two-axis deflection function, a function containing a term of the ratio given by the standard acceleration voltage and the actually applied acceleration voltage is used as the deflection current detection value. 1. A method for controlling an electron beam, the method comprising multiplying and inputting the obtained signal to a monitoring medium and displaying the signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22967285A JPS6289828A (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for controlling electron beam in electron beam heating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22967285A JPS6289828A (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for controlling electron beam in electron beam heating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6289828A true JPS6289828A (en) | 1987-04-24 |
Family
ID=16895870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22967285A Pending JPS6289828A (en) | 1985-10-14 | 1985-10-14 | Method for controlling electron beam in electron beam heating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6289828A (en) |
-
1985
- 1985-10-14 JP JP22967285A patent/JPS6289828A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10879039B2 (en) | Additive layer manufacture using charged particle beams | |
JP5214859B2 (en) | Output control method for consumable electrode arc welding power supply | |
US6214408B1 (en) | Method for the operation of an electron beam | |
US3146335A (en) | Focusing device for electron beams | |
US3875366A (en) | Method and apparatus for regulating the beam current in industrial charge carrier beam apparatus | |
US4021636A (en) | Beam current control device for a technical corpuscular beam apparatus | |
US3278796A (en) | Magnetically controllable plasma flame generator | |
JPS6289828A (en) | Method for controlling electron beam in electron beam heating | |
US3244855A (en) | System for correcting the shift of an electron-gun beam from the desired region of impingement | |
JPH04196708A (en) | Frequency adjustment device and method for piezoelectric element | |
JPS6289827A (en) | Method for controlling electron beam in electron beam heating | |
JPH0255154B2 (en) | ||
RU2721244C1 (en) | Method of controlling laser metal processing | |
GB1183751A (en) | Charged Particle Generator with Electromagnetic Current Control. | |
US2968715A (en) | Fusion welding method and apparatus | |
KR890005194B1 (en) | Control system for a charged particle beam apparatus | |
JP2020087701A (en) | Charged particle beam device and control method thereof | |
US3381158A (en) | Apparatus for reducing the extent to which a metal electrode is consumed in an apparatus which operates with an electric arc | |
US2258129A (en) | Diaphragm for electronic-optical phase lenses | |
JP3031043B2 (en) | Ion irradiation apparatus and control method thereof | |
JP3469404B2 (en) | Field emission type charged particle gun and charged particle beam irradiation device | |
JPH0234414B2 (en) | ||
Maskrey et al. | Performance of a glow discharge microbeam electron gun | |
SU107653A1 (en) | A new method of extruding single-crystal ingots | |
JPH01241744A (en) | Electron beam generating device |