SU1696222A1 - Устройство дл автоматической фокусировки электронного луча - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  автоматизации электронно-лучевой сварки и термообработки . Целью изобретени   вл етс  повышение точности наведени  и поддержани  тока фокусировки электронного луча. Устройство содержит датчик отраженных электронов , к которому подключен фильтр высокой частоты, выход которого соединен с амплитудным детектором. Между его выходом и сумматором включены две параллельные цепи. Перва  состоит из последовательно включенных триггера, имеющего петлю гистерезиса , первого элемента коммутации, счетчика и первого цифроаналоювого преобразовател . Втора  цепь содержит компаратор напр жени , второй триггер, второй элемент коммутации, реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь , тактовый генератор и блок задержки . Выход сумматора через усилитель св зан с катушкой фокусиоовки. Перва  цепь выполн ет функцию незамкнутого сканировани  тока магнитной линзы,втора  - адаптивной поисковой самонастраивающейс  системы. Изобретение позвол ет повысить воспроизводимость и качество сварного соединени  путем стабилизации тока фокусировки. 1 ил (Л С

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  автоматизации технологических процессов электронно-лучевой сварки и термообработки.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности наведени  и поддержании то- ка фокусировки электронного луча.

На чертеже изображена функциональна  схема устройства дл  автоматической фокусировки.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 с фильтром высокой частоты, амплитудный детектор 2, первый триггер 3, имеющий петлю гистерезиса, первый блок 4 коммутации, первый реверсивный счетчик 5, первыр цифроаналоговый преобразователь 6, а также последовательно соединенные компаратор 7, второй т риг- гер 8, второй блок 9 коммутации, второй реверсивный счетчик 10, второй цифроаналоговый преобразователь 11, блок 12 задержки , аналоговый сумматор 13, источник 14 тока, управл емый напр жением, катушку 15 фокусировки и генератор 16 тактовых импульсов. Выход датчика 1 с фильтром высокой частоты подключен к входу амплитудного детектора 2.

Аналоговый сумматор 13, источник 14 тока, управл емый напр жением, и катушка 15 фокусировки соединены последовательно . Между выходом амплитудного детектора 2 и входами сумматора введены две параллельно включенные цепи. Одна цепь состоит из последовательно включенных первого триггера 3, имеющего петлю гистерезиса , первого блока 4 коммутации, первого реверсивного счетчика 5, первого цифрбаналогового преобразовател  6, аналоговый выход которого подсоединен первому входу аналогового сумматора 13, Втора  цепь состоит из последовательно включенных- компаратора 7 напр жени , второго триггера 8, второго блока 9 коммутации , второго реверсивного счетчика 10, второго цюфроаналогового преобразовател  11, аналоговый выход которого подсоединен к второму входу аналогового сумматора 13. Между выходом амплитудного детектора 2 и вторым входом компаратора 7 включен блока 12 задержки. Один из выходов первого блока 4 коммутации подсоединен к входу второго блока 9 коммутации. Выход генератора 16 тактовых импульсов подсоединен к входам блока 12 задержки, первого 4 и второго 9 блоков коммутации,

Устройство работает следующим образом .

Фильтр высокой частоты выдел ет переменную составл ющую информационного сигнала в диапазоне выше 2 кГц, воспринимающего сигнал сдатчика 1,  вл ющегос  коллектором электронов. Датчик имеет форму кольца, располагаетс  на торце электронно-оптической системы и имеет положительный потенциал относительно издели . Используетс  потенциал 20 В от обычного стабилизированного источника питани , плюс которого подсоединен к коллектору , а минус через низкоомное сопротивление - на землю. Сигнал из фильтр высокой частоты снимаетс  с сопротивлени . Работа устройства одинакова дл  мощности луча до 9 кВт, именно в этом диапазоне проходило испытание устройства , заключающеес  в сварке наклонных и горизонтальных образцов из различных сталей и алюминиевых сплавов.

Отфильтрованна  переменна  составл юща  поступает на вход амплитудного де- гектора 2. Преобразованна  амплитудным детектором высокочастотна  переменна  составл юща  в измен ющуюс  по амплитуде посто нную составл ющую поступает на вход первого триггера 3, имеющего петлю гистерезиса, блок 12 задержки и компаратора 7 напр жени . В качестве первого три(гера 3 используетс  триггер Шмитта, имеющий петлю гистерезиса, благодар  чему он менее чувствителен к помехам и поэтому не происходит его срабатывани  в

достаточном диапазоне изменени  информационного сигнала.

В режиме поиска области фокусировки, когда отсутствует команда с первого триггера 3, первый блок коммутации 4, который выполнен на трехвходовом элементе И-НЕ и D-триггере, пропускает тактовые импульсы с тактового генератора 16 на счетный вход реверсивного счетчика 5 и переключа0 ет второй блок 9 коммутации, выполненный на элементах И-НЕ, в состо ние ожидани . По мере счета импульсов счетчиком 5 измен етс  его состо ние - возрастает значение выходного сигнала в цифровом коде, Этот

5 сигнал поступает на вход первого цифроа- налогового преобразовател  6, который на своем аналоговом выходе вырабатывает квантованный, линейно возрастающий по амплитуде сигнал, непрерывно управл ю0 щий током катушки фокусировки через ана- лотовый сумматор 13 и источника 14 тока, управл емый напр жением. В этом врем  ток фокусировки линейно возрастает от минимального значени . Така  реализаци 

5 сканировани  тока фокусировки обеспечивает возможность простой перестройки минимальных и максимальных значений сканировани , поэтому возможно использование его дл  любых существующих элект0 ронно-опгических систем.

Измен   ток фокусировки мен ют удельную мощность луча в месте его взаимодействи  с материалом, При достижении удельной мощности, достаточной дл  плав5 лени  и испарени  металла, по вл етс  сигнал , регистрируемый датчиком, в результате первый триггер 3 срабатывает и подает команду в первый блок 4 коммутации , который снимает режим ожидани  с

0 второго блока 9 коммутации и запрещает прохождение тактовых импульсов на вход первого счетчика Б. Счетчик 5 перестает счи тывать импульсы, цифроаналоговый преобразователь 6 на своем входе запоминает

5 установившийс  цифровой код, н выходе выдает соответствующее ему аналоговое напр жение, которое, в свою очередь, пропорционально току фокусировки. Эта часть устройства незамкнутой цепи сканировани 

0 тока катушки магнитной линзы реализует предварительную установку фокальной плоскости луча, наход  удельную мощность, при которой существует испарение материала .

5 По сигналу с первого блока 4 коммутации вступает в работу втора  цепь устройства , в функцию которой входит уточнение и поддержание тока фокусировки на экстремальном уровне, что соответствует максимальной глубине проплавлени  на данном

режиме. Информационный сигнал после амплитудного детектора 2 приходит на вход блока 12 задержки и один из входов компаратора 7 напр жени . Функции блока 12 задержки выполн ет аналого-цифровой преобразователь последовательного приближени  с циклом преобразовани  A t, производит квантование информационного сигнала через промежуток времени A t и задержку его на это же врем . Врем  At выбираетс  меньше на один-два пор дка по сравнению с изменением продетектирован- ной переменной составл ющей информационного сигнала и составл ет 1010 с. Таким образом, на входах компаратора 7 осущест- вл етс  сравнение информационного сигнала в моменты времени п At и (n-1) At, где п(N. На выходе компаратора 7 по вл етс  сигнал, показывающий знак приращени  сигнала за врем  A t, который управл ет вторым триггером 8. Второй триггер 8 предназначен дл  управлени  работой второго блока 9 хс «мутации, который в данный момент по сигналу с первого блока 4 коммутации готов к работе и в зависимости от знака приращени  информационного сигнала пропускает тактовые импульсы на пр мой или обратный входы второго реверсивного счетчика 10. Цифровую информацию второго реверсивного счетчика 10 второй цифро- аналоговый преобразователь 11 преобразует в аналоговый сигнал, который управл ет через аналоговый сумматор 13 и источник 14 тока током катушки 15 фокусировки . Сигналы с первого 6 и второго 11 цифроаналоговых преобразователей относ тс  как 10 и 1.

Таким образом, система движетс  к экстремуму информационного сигнала, управл   током фокусировки. Достигнув экстремума, она способна проводить сварку на установившемс  токе фокусировки, отрабатывать любые изменени  сигнала, мен   ток фокусировки , и производить динамическую фокусировку.

Устройство способно наводить и поддерживать ток фокусировки импульсного процесса обработки, если его работу синхронизировать частотой импульсного воздействи  луча на материал. .

Устройство предна начено дл  использовани  в установках дл  электронно-лучевой обработки металлов в качестве источника питани  фокусирующей катушки магнитной линзы. Наведение и поддержание тока фокусировки в процессе сварки производитс  автоматически (без помощи оператора) по сигналу обратной св зи от

процесса. В качестве информационного сигнала служит проводимость плазмы над зоной обработки. Датчиком служит кольцевой коллектор, расположенный коаксиально электронному лучу над зоной обработки.

Диапазон изменени  тока фокусировки в режимах наведени  и поддержани  определ етс  используемой электронно-оптической системой. Работоспособность прибора сохран етс  при изменении мощности электронного луча в диапазоне 0,8-9 кВт. Стабильность тока фокусировки в режиме поддержани  не хуже 0,05%. Воем  поиска тока фокусировки менее с. Возможно применение устройства в технологии электронно-лучевой сварки и термообработки различных металлов и сплавов. Прибор отличаетс  простотой изготовлени  и наладки . Используемый информационный сигнал и схема построени  прибора позвол ют с достаточной точностью и быстротой устанавливать единую степень фокусировки при обработке партии деталей на одном режиме и производить соответствующую корректировку тока фокусировки при смене режима. Существует возможность сглаживани  пульсаций в корне шва.

Использование устройства наведени  и поддержани  тока фокусировки электронного луча увеличивает точность наведени  и поддержани  тока фокусировки, а следовательно , воспроизводимость и качество сварного соединени , а также повышает быстродействие регулировани  за счет получени  детерминированного критери  качества , представл ющего собой экстремум информационного сигнала и реализации адаптивной системы управлени , гарантирующей точность управлени  при минимальном объеме информации по процессу, а также введени  незамкнутой цепи сканировани  тока фокусировки, при этом обеспечивает правильный аппаратный алгоритм работы всего устройства и может наводить и поддерживать без помощи оператора ток фокусировки как непрерывного, так и импульсного воздействи  электронного луча на обрабатываемую деталь.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  автоматической фокусировки электронного луча, содержащее датчик информационного сигнала, амплитудный детектор, последовательно соединенные аналоговый сумматор, источник тока, фокусирующую катушку, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности наведени  и поддержани  тока фокусировки , оно снабжено фильтром высокой частоты, первым и вторым триггерами, первым и вторым блоками коммутации, блоком

   задержки, компаратором, тактовым генератором , первым и вторым реверсивными счетчиками, первым и вторым цифроанало- говыми преобразовател ми, причем фильтр высокой частоты установлен между выходом датчика информационного сигнала и входом амплитудного детектора, выход которого соединен через последовательно соединенные первый триггер, первый блок коммутации, первый реверсивный счетчик, первый цифроаналоговый преобразователь с первым входом аналогового сумматора, а через последовательно соединенные ком0

   паратор, второй триггер, второй блок коммутации , второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь - с вторым входом аналогового сумматора , выход тактового генератора соединен с вторыми входами первого и второго блоков коммутации и первым входом блока задержки, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора , выход - с вторым входом компаратора , а второй выход первого блока коммутации подключен к третьему входу второго блока коммутации.