SU877801A1 - Устройство дл управлени током луча электронно-лучевой термической установки - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к устройствам , предназначенным дл  ав томатического управлени  процессом электроннолучевого нагрева материалов, их испарени  дл  получени , например, оптических покрытий.

Известно устройство, осуществл ющее автематическое регулирование температурного пол  на поверхности металла, нагреваемого в электронновакуумной печи, содержащее задатчик температуры, блок сравнени  заданной и измер емой температуры, сканит рующий пирометр с системой развертки, соединенной с системой развертки электронного луча и подключенной к генератору отклон ющих напр жений и блок логики, посредством которого осуществл етс  изменение координаты п тна воздействи  луча. В качестве датчика сигнала , сравниваемого суставкой , используетс  сканирующий пирометр, управление которым осущег ствл етс  от общего генератора

клон ющих напр жений с использованием блока задержки

В устройствах такого типа регулирование температурного пол  осуществл етс  за счет изменени  скорости сканировани  электронного луча.

Такие схемы сложны и не обеспечивают достаточного быстродействи , так как одновременное слежение за п тном нагрева, след щим пирометром

10 и выработка сигнала изменени  скорости сканировани  требует использовать сложную след щую систему и обеспечить управление по двум координатам . Если же испар емый материал

15 в виде таблетки сравнительно малых размеров, возникают дополнительные трудности.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому  вл етс  уст20 ройство дл  управлени  током луча электронно-лучевого испарител , с61ержащее возбудитель тока змиссии св занный с выходом тиристорного регул тора, вьшолненного в виде встречно-параллельно включенных тиристоров , -и выходом высоковольтного блока питани , снабженного датчиком тока луча и блоком защиты с датчиком короткого замыкани , сумматор, первый вход которого через интегратор св зан с датчиком выходного сигнала тиристорного регул тора., второй - с датчиком тока луча а выход - с первым входом блока сравнени , второй вход которого соединен с выходом задатчика тока луча, а выход св зан с первым входом пускового блока, снабженного нуль-органом синхронизатор, первый выход которого соединен со входом формировател  и тульсов синхронизации и сброса, выход которого подключен ко входу ге нератора заполн ющих импульсов, св занного въ1ходом через коммутирующий узел с управл ющими входами тиристор ного регул тора 2. - Однако в установке недостаточно щирокин диапазон регулировани  тока и луча и недостаточна  линейность ре гулировани . Это объ сн етс  тем, что при большом числе сумматоров, на которые поступают сигналы обратных св зей, погрещности накапливаивтс  в каждом последующем сумматоре, зникает квадратурна  составл юща  ошибк что  вл етс  причиной уменьщени  точ ности регулировани . Така  схема включени  сзмматоров затрудн ет настройку и делает регул тор тока луча критичным к изменени м внешних условий . Цель изобретени  - увеличение точ ности регулировани  температуры за счет более точной стабилизации тока луча. Дл  достижени  поставленной цели коммутирующий узел выполнен в виде ДВ50С блоков коммутации, а установка снабжена делителем частоты, вьтолненным в виде соединенных друг с др гом делител  внутришаговой и шаговой коммутации, выход делител  шаговой коммутации соединен с первыми входам блоков коммутации, вход делител  внутришаговой коммутации подключен к выходу генератора заполн ющих импульсов , а второй его выход - к пер му входу блока элементов ЗИ, выход которого соединен со вторыми входами блоков коммутации, третий вход первого из блоков коммутации св зан со вторым выходом синхронизатора и в то14 рым входом блока элементов ЗИ,а тре-/ тий вход второго блока коммутации с третьим выходом синхронизатора и третьим входом блока элементов Зй, четвертый вход которого соединен с выходом блока пороговых элементов внутришаговой коммутации, первый вход которого через задатчик тока луча св зан со вторым входом пускового блока, а второй вход - с первым выходом пускового блока и первым входом блока пороговых элементов шаговой коммутации, соединенного .вторым входом со вторым выходом пускового блока , а выходом - с четвертыми входами блоков коммутации. Блоки коммутации содержат группу элементов ЗИ,. выходы каждого из которых подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого через расширитель импульса соединён с управл ющим входом ключевого элемента ИЛИ и непосредственно с первым И-входом элемента 2И-ИЛИ, второй и третий входы которого соединены с выходом ключевого элемента ИЛИ, при- этом первым, третьим и четвертьлм входом блока коммутации служат входы элементов ЗИ, вторым входы ключевого элемента ИЛИ, а выходом - выход элемента 2И-ИЛИ. о На фиг. 1 изображена блок-схема устройства управлени  током луча; на фиг. 2 - диаграмма шаговой коммутации тиристорного регул тора; на фиг. 3 диаграмма внутришаговой коммутации, на фиг. 4 - развернута  блок-схема одного из каналов коммутации тиристорного регул тора и блоки пороговых элементов шаговой и внутришаговой коммутации. ,4 Устройство содержит генератор I заполн ющих импульсов, вход которого св зан через формирователь 2 импульса синхронизации и сброса с первым кулевым выходом синхронизатора 3. Выход генератора I подключен к делителю 4 частоты, включающем в себ  делитель 5 внутришаговой коммутации и делитель 6 шаговой коммутации. Выход делител  6 шаговой коммутации подключен к первым входам блоков 7 и 8 коммутации. Выходы блоков 7 и 8 коммутации соединены с управл ющими входами тиристорного регул тора 9, к которому подключен возбудитель 10 тока эмиссии, на который от высоковольтного блока 11 питани  подаетс  , высокое напр жение. Блок 11 питани  имеет блок 12 защиты с датчиком 13 короткого замыкани  . Датчик 14 тока луча непосредствен но, а датчик 15 выходного сигнала тиристорного-регул тора 9 через интегратор 16 подключены ко входам сум матора 17. Выход сумматора 7 и выход задатчика 18 тока пуча подключены к блоку 19 сравнени , выход которого и выход задатчика 18 луча соединены с входами пускового блока 20, снабжеино1о нуль-органом 21 ,. К выходам пускового блока 20 подключены входы блока 2 пороговых элементов шаговой коммутации и один вход блока 23 пороговых элементов внутришаговой коммутации, второй вход которого соединен с задатчиком 18 тока луча. Вторые входы блоков 7 и 8 коммутации соединены с выходом блока 24 элементов ЗИ, первый вход которого подключен к выходу делител  5 внутришаговой коммутации, второй - со вторым выходом винхрониз 1ции 3 и третьим входом блока 7 коммутации, т)ретий - с третьим выходом синхронизатора 3 и третьим входо блока В коммутации, а четверть1й с выходом блока 23 пороговых эле- ментов внутришаговой коммутации. Четвертые входы блоков 7 и 8 коммута ции подключены к блоку 22 пороговых элементов шаговой коммутации. Блок 7 коммутации св зан с блоком 25 индикации фазового сдвига. Позицией 26 обозначено нагреваемое изделие , а 27 - электронный луч. На фиг. 4 изображены в составе делител  5 внутришаговой коммутации дес тичный счетчик 27 единиц и дешиф ратор 28, в составе делител  внутришаговой коммутации дес тичный счетчи 29 дес тков и дешифратор 30, в соста ве блока 22 пороговые элементы 31 в составе блока 23 пороговые элементы 32 .-32- , в составе блока 7 коммутации элементы ЗИ (), элемент 10 ИЛИ схема 2И-ИЖ 35 с расширителем 36ч| импульса и ключевой элемент 5 ИЛИ 37 ; аналогично вьтолнен второй блок 8 коммутации, содержащий элементы ЗИ 38, аналогично элементам 33; в составе блока задатчиков 18 - задатчик 39 внутрипаговой коммутации и задатчик 40 шаговой ком мутации. Устройство работает следующим образом . Генератор 1 (фиг,) заполн ющих импульсов синхронизирован импульсами форг-шровател  2, входом подключенного к нулевому выходу синхронизатора 3, Формирователь вырабатьгеает импульс синхронизации и сброса в момент перехода синусоиды питающего синхронизатор напр жени  fp через нуль. Два других выхода синхронизатора подключены (фиг.1 и 4) ко вторым входам элементов ЗИ () (фиг.4) блока 7 коммутации и элементов ЗИ () второго блока 8 коммутации и вырабатывают соответственно разрешающие положительньй импульс и отрицательный импульс в полупериоды синусоиды сети fQ (фиг.2). Делитель 5 обеспечивает внутришаговое деление на п ть и внутришаговую коммутацию тиристорного ре1ул тора 9 (фиг.З), а частоту на входе дели.тел  выбирают: lOfpxs где lacTOTa генератора I , частота на выходе дели- .тел  5., Делитель 6 обеспечивает деление полуволны синусоиды на дес ть с остатком (фиг.2). Поэтому частоту на его входе выбирают 2.10,(. , где ft;- частота питающего синусоидального напр жени  (например, f(. 50 Гц) . В пусковом режиме (фиг.1) катод возбудител  10 тока эмиссии разогреваетс  и лод действием ускор ющего напр жени  блока 11 питани  создает на образце 26 температурное поле, расплавл ющее образец. В рабочем режиме ток эмиссии, определ емый уставкой блока 18.стабилизирован и посредством отклон ющей cиcтe iы сканирующим лучом расплавл ет образец по плоскости . Регулируемой величиной  вл етс  ток луча, причем посредством тиристорного регул тора 9 (фиг,1), датчиков 15 и 14 обратных св зей, подключенных к двум входам сумматора 17, блоков 22 и 23 пороговых элементов, шаговой и внутришаговой коммутации, блока 24 элементов ЗИ и блоков 7 н 8 коммутации производитс  регулирование тока в цифровой форме. При этом блок 11 питани  подключен к возбуди телю 10 тока эмиссии и через последовательно соединенные датчик- 14 и датчик 13 короткого замыкани  к корпусу и расплавл емому образцу и вырабатьгоает ускор ющее напр жение тока луча. Блок 12 защиты выполн ет функцию блокировки при коротком замыкании: производит отключение (. и включение ) при аварийном нарушении режима . Блок 19 сравнени  обеспечивает преобразование (Т

где К - переменный коэффициент,

св занный линейной зависимостью от величины сигнала задани « зод К (1-0,1). ОС величина сигнала обратной

св зи.

Разностный сигнал Д в режиме стабилизации с выхода блока 19, а также сигнал задани  зд пусковой блок 20 воздействуют по двум шинам входов на пороговые элементы (компараторы ) 31 j -31 блока 22 (фиг.4) шаговой коммутации и пороговые элементы блока внутришаговой .коммутации, вызыва  срабатьшание тех пороговых элементов, порог срабатывани  которых в данный момент ниже или равен разности между сигналами: cигнaлo f задани  Ц. и сигналом А Ч или

f--n-i J

дм кч, J

где П - порог срабатьгоани  каждого из элементов.

Дл  по снени  дискретности уставок пирогов срабатьгоани  втора  шина выхода (фиг.А) в блоках 22 и 23 подсоединена ко BTopbW входам каждого из пороговых элементов через резистор с возрастающим номиналом от 0,1R до R в элементах от ЗЬд до элемента 31 , а в блоке 23 внутришаговой коммутации - от до 0,08R в элементах от 325- до 3Zf. Таким образом, в режиме стабилизации тока обеспечиваетс  соответствующее срабатывание упом нутых элементов, причем изменени  ошибки рассогласовани , вызванные дестабилизацией тока, противодействуют фактору дестабилизации (фиг.2).

В режиме пуска необходимо обеспечить возрастание тока луча до уставки задатчика 18. Поэтому при включении устройства посредством пускового устройства 20 и воздействующих на его входах .сигналов

lf дV1Ьoc-Ч iA)v-Д

(сигнал foe имеет максимальное значение ) обеспечиваетс  смещение фазы на

180 на выходах этого устройства. Благодар  этому все пороговые эл.ементы (фиг.4) наход тс  во включенном состо нии. В процессе достижени  током луча заданного значени  разностный сигнал -ДЧ на выходе блока 20 достигает нулевого значени , что вызьшает срабатьшание нуль-органа 21 и переброску фазы на выходах

0 пускового блока 20. Таким образом обеспечиваетс  переход пускового режиме в режим стабилизации тока.

Пусть, например, в резриме стабилизации тока подвижный контакт 40 за5 датчика 18 (фиг.4) установлен в положение цифры 8,

При определенной величине сигнала обратной св зи в возбзгавденном состо  НИИ наход тс  пороговые элементы 31g блока 22. Это обеспечивает совпадение по всем входам на соотвегствующих схемах ЗЗо-ЗЗ совладени  в блоке 7 коммутации в период положительной полуволны напр жени  и отрицательной полуволны на схемах 38р38vp совпадени  в блоке 8 коммутации в моменты коммутации цифр по первым входам упом нутых схемот дешифратора 30 делител  6. Единичный

0 импульс с выходов упом нутых схем совпадени  в шаговой последовательности через элементы 10 ИЛИ 34 и 10 ИЛИ 342 каждого из блоков 7 и 8 коммутации обеспечивает разрешение

на управл ющем входе того или иного ключевого элемента 15 ИЛИ 37 (37) и расшир етс  по длительности расширителем импульса 36 J (362). Таким образом, если на каком-либо из вхо0 Дов ключевого элемента 37 в период расширени  импульса шагового делител  цифры 7 (фиг.З) имеетс  импульс внутришагового делени  (определ етс  уставкой контакта 39 задатчика 18

5 и соответствующим срабатьгоанием пороговых элементов 323-325 блока 23 внутришаговой коммутации), то этот импульс, возника  на выходе ключевого элемента 5 ИЛИ 37, воздействует

д на вход ШШ схемы 2И-Ш1И 35 (35/г) и обеспечивает кo мyтaцию тиристорного регул тора 9 по цифре 4 {фиг.З ) внутришагового делени  между цифрами 7 шагового делени . На цифpax 2 и О внутришагового делени  при коммутаци х дешифратора 30 на входы тиристорного регул тора с блоков 7 и 8 коммутации проход т новые единичные импульсы (уже на открытые тиристоры. При этом на цифре О внутришагового делени  импульс с выхода ключевого элемента 5 ИЛИ (372.) по первому И-входу схемы 2И-Ш1И 35,. ( 352) совпадает с импульсом на цифре .8 шагового делени  (фиг.З и 2) по второму И-входу упом нутой схемы и- обеспечивает единичный импульс на ее . Таким образом, при уставках О контакта 39 и какого-либо контакта 40 задатчика 18 осуществл етс  только шагова  коммутаци  ( фиг. 2 ).«

Таким образом осуществл етс  цифрова пшротна  коммутаци  тиристорного регул тора 9 в соответствии с величиной рассогласовани  и обеспечиваетс  необходимый ток луча электронно-лучевого испарител  материалов.

При дестабилизации, например, в сторону увеличени  тока луча сигнал обратной св зи f QQ возрастает. СоЦ гласно уравнению -%с--л

КМзА

разностный сигнал уменьшаетс . Это вызывает смещение возбужденных состо  ний пороговых элементов блоков 22 и 23 фиг.4) в сторону меньших значений порогов срабатываний, а именно: отпускание в сторону порогового элемента 3 LQ блока 22 шаговой коммутации в соответствии с величиной возбуждени , т.е. площадь открытого состо ни  тиристоров регул тора 9 (фиг.2) уменьшаетс . При возмущении, пpoтивoпoлoжнo i рассмотренному, наоборот , площадь увеличиваетс .- Таким образом, регулирование тока луча происходит с противодействием вызвавшему возмущению: измен етс  момент комм:утации тиристорного регул тора , причем, в широком диапазоне, соответствующем широкому шаговому и внутришаговому диапазону уставок ,тока луча. Суммарный сигнал на выходе сумматора подвергаетс  цифровому линейному преобразованию, причем, это преобразова ше -не вносит существенные погрешности в виде квадратурной составл ющей по причине свойств высокой линейности цифрового регулировани . Использование одного сумматора исключает также накопление погрешностей, наблюдаемое при каскадном включении Сумматоров. Это улучщает точность регулировани  тока луча в сравнении с известным устройством.

7780110

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  управлени  током луча электронно-лучевой термической установки, например испарительной,

   5 содержащее возбудитель тока эмиссии, св занный с выходом тиристорного регул тора, вьтолненного в виде встречно-параллельно включенных тиристоров , и выходом высоковольтного

   10 блока питани , снабженного датчиком тока луча и блоком защиты с датч.иком короткого замыкани , сумматор, первый вход которого через интегратор св зан с датчиком выходного сигнала 5 тиристорного регул тора, второй - с датчиком тока луча, а- выход - с первьм входом блока сравнени , второй вход которого соединен с выходом задатчика тока луча, а выход св зан

   2J) с первым входом пускового блока, снабженного нуль-органом, синхронизатор ,- первый выход которого соединен со входом формировател  импульсов синхронизации и сброса, выход

   25 которого подключен ко входу генератора заполн ющих импульсов, св занного выходом через коммутирующий узел с управл ющими входами тиристорного регул тора, о т л-и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью увеличени  точности регулировани  температуры, коммутирующий узел выполнен в виде двух блоков коммутации, а установка снабжена делителем частоты, выполненным в виде соединенных друг с другом делите лей внутришаговой и шаговой коммутации , выход делител  шаговой коммутации соединен с первыми входами блоков коммутации, вход делител  внутришаговой коммутации подключен к эьпсоду

   40 генератора заполн ющих импульсов, а второй его выход - к первому входу блока элементов ЗИ, выход которого соединен со вторыми входами блоков коммутации, третий вход первого из

   .5 блоков коммутации св зан со вторым выходом синхронизатора и вторым входом блока элементов ЗИ, а третий вход второго - с третьим выходом

   синхронизатора и третьим входом блока элементов ЗИ, четвертый вход которого соединен с выходом блока пороговых элементов внутрищаговой коммутации, первый вход которого через задатчик

   тока луча св зан со вторлм входом

   пускового блока, а второй вход - с. первым выходом пускового блока и первым входом блока пороговых элементов шаговой коммутации, соединенного вто11

   рым входом со вторым выходом пускового блока, а выходом - с четвертыми входами блоков коммутации.
2. 2. Устройство по П.1, о т л и чающёес  тем, что блоки комму тации содержат группу элементов ЗИ, выходы каждого из которых подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого через расширитель импульса соединен с управл ющим входом ключевого элемента ИЛИ и непосредственно с первым И-входом элемента 2И-ИЛИ, вто рой и третий входы которого соедине7780 .12

   ны с выходом ключевого элемента ИЛИ, при этом первым, третьим и четвертым входом блока коммутации служат входы элементов ЗИ, вторым - входы ключево5 ° элемента ИЛИ, а выходом - выход элемента 2И-ШЖ.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 10 1. Авторское свидетельство СССР .№482029, кл. Н 01 J37/06, 1976.

   2. Блок-схема установки УРМ 3.279.ОМ, ФРГ, 1970.

   Сеть

   /сМ

   27

   2S

   Т

   ;.УУЧ1

   II II II

   ж-А

   (put, Z