Способ контроля длины электронного пучка и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к технологии и оборудованию для электронно-лучевой сварки, и предназначено для управления процессом электронно-лучевой сварки.

Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения длины электронного пучка от плоскости

начала его электромагнитного отклонения до плоскости фокусирования.

В плоскости, перпендикулярной неотклоненному электронному пучку, устанавливают по обе его стороны две . металлические пластины с параллельными прямыми краями и с заданным расстоянием между ними, заземляют их через измерительные резисторы, причем

|тпастины устанавливают симметрично Ьтносительно оси электронного пучка, соторый отклоняют поперек зазора меж- ii,y пластинами сначала к одной из них до соприкосновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока пучка. Затем электронный пучок отклоняют поперек зазора к другой пластине до со- прикосновения и достижения величины (проходящего через эту пластину тока, равного половине тока пучка. При этом змеряют угол отклонения пучка, а затем вычисляют длину пучка по соотно- (пению

L 0,5 а

Ctg y

k

де

Q - расстояние между прямыми кра- 20

ями пластин; d. - угол отклонения электронного

пучка,

Причем ток электронного пучка и время его воздействия задают из условия их нерасплавления. Для определения угла максимального отклонения электронного пучка регистрируют амплитуду 1ОМО)Ксв отклоняющей электромагнитной

25

30

системе, используя известное соотношение электронной оптики:

1

К I

О ЛЛ о К С

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от характеристик отклоняющей системы,

затем вычисляют искомый угол у .

На чертеже представлена функциональная схема устройства для осуществления способа.

0

5

0

5

0

го элементов И 11-13. Выходы элементов И 11 и 12 соответственно подключены к суммирующему и вычитающему входам первого счетчика 14, выход которого связан через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 15 и согласующий усилитель 16 с электромагнитной отклоняющей системой 3. Выход элемента И 13 соединен со счетным входом второго счетчика 17, выход которого связан через функциональный преобразователь 18 с блоком 19 индикации. Устройство снабжено также первым, вторым и третьим триггерами 20-22 и регистром 23, выход которого соединен с информационными входами первого счетчика 14. Выход первого элемента 6 сравнения подключен к установочным входам триггеров 20 и 21 , выход второго элемента 7 сравнения подключен к входам сброса триггеров 21 и 22 и к первому входу записи первого счетчика 14, второй вход записи которого соединен с входами сброса триггеров 20 и 21, второго счетчика 17, с установочным входом триггера 22 и с шиной входного сигнала запуска. Кроме того, на чертеже показана мишень 24.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения питания и поступления на шину сигнала запуска триггеры 20 и 21 и счетчик 14 обнуляются, в счетчик 14 записывается код регистра 23, соответствующий нулевому значению ЦАП 15, т.е. совмещению траектории электронного пучка 2 с электронно-оптической осью электронной сварочной пушки 1. Одновременно взводится триггер 22 и через элемент И 11 на суммирующий вход счетчика 14 начинают поступать тактовые

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам контроля длины электронного пучка и устройствам для их осуществления, обеспечивающим бесконтактное, дистанционное и автоматическое измерение расстояния от плоскости отклонения электронного пучка до плоскости измерительного датчика. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения. В плоскости, перпендикулярной неотклоненному электронному пучку, устанавливают симметрично по обе его стороны две металлические пластины с параллельными прямыми краями и с заданным расстоянием между ними, заземляют их через измерительные резисторы. Электронный пучок отклоняют поперек зазора между пластинами сначала к одной из них до соприкосновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока пучка. Затем электронный пучок отклоняют поперек зазора к другой пластине до соприкосновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока пучка. Измеряют угол отклонения пучка через зазор между пластинами, а затем вычисляют длину пучка по соотношению L=0,5A^.CTGΑ/2, где A - расстояние между прямыми краями пластин

α - угол отклонения электронного пучка. Устройство для осуществления способа содержит две металлические пластины, делитель напряжения, два элемента сравнения, генератор тактовых импульсов, три триггера, блок индикации, два счетчика, регистр, три элемента И, ЦАП, согласующий усилитель. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для контроля длины эле- импульсы с выхода генератора 10.

ЦАП 15 формируется сигнал разверт электронного пучка 2. После сопри сновения электронного пучка 2 с п вой металлической пластиной 8 и д стижения тока через эту пластину, равного половине тока пучка, сраб вает первый элемент 6 сравнения, триггер 20 перебрасывается, тригг 21 взводится. Тактовые импульсы н нают поступать через элемент И 1 на вычитающий вход счетчика J4 и повременно на счетный вход счетчи 17. ЦАП 15 отрабатывается отклоне электронного пучка 2 к второй пла

ктронного пучка содержит электронную сварочную пушку 1, формирующую электронный пучок 2, электромагнитную отклоняющую систему 3, источник 4 питания электронной сварочной пушки, соединенный через делитель 5 с вторыми входами первого и второго элементов 6 и 7 сравнения, вторые входы которых подключены соответственно к металлическим пластинам 8, заземленным через резистор 9. Кроме того, устройство содержит генератор 10 тактовых импульсов , выходом соединенный с первыми входами первого, второго и третьеимпульсы с выхода генератора 10.

ЦАП 15 формируется сигнал развертки электронного пучка 2. После соприкосновения электронного пучка 2 с первой металлической пластиной 8 и достижения тока через эту пластину, равного половине тока пучка, срабатывает первый элемент 6 сравнения, триггер 20 перебрасывается, триггер 21 взводится. Тактовые импульсы начинают поступать через элемент И 12 на вычитающий вход счетчика J4 и од-, повременно на счетный вход счетчика 17. ЦАП 15 отрабатывается отклонение электронного пучка 2 к второй пластине 8, и в момент соприкосновения и достижения тока через эту пластину, равного половине тока электронного пучка, срабатывает элемент 7 сравнения, сбрасьшаются триггеры 21 и 22, счетчик 14 устанавливается в исходное положение. В счетчике 17 хранится код, соответствующий углу отклонения электронного пучка 2 между пластинами 8. Функциональным преобразователем 18 осуществляется определение длины электронного пучка по формуле

L 0,5 а

ctg |

Блоком 19 индикации осуществляется индикация измеренной длины пучка. При предлагаемом способе контроля длины электронного пучка высокая точность обеспечивается прецизионной установкой расстояния между металлическими пластинами 8.

Способ проверялся на сварочной установке У570М, оснащенной электронной пушкой Ш1105 и источником питания ЭЛА-15 класса 60 кВ - 15 кВт. Измерительный датчик был изготовлен из пластин вольфрама толщиной 5 мм. Расстояние о составляло 20 мм. Датчик устанавливался на механизме перемещения вдоль электронно-оптической оси пушки. Макет устройства для реализации способа был создан на базе блока контроля Фокусировки электронного пучка ОЛ143. Контрольные измерения производились при ускоряющем напряжении 60 кВт и токах пучка 10 и 200 мА в диапазоне расстояний между пушкой и и датчиком 50+250 мм. Точность измерений в диапазоне ±(0,5+1,6)%, время каждого измерения не превышало 1 с. Измерения в условиях сварки не выявили отклонений в точности измерений.

в плоскости, перпендикулярной неотклоненному электронному пучку, устанавливают симметрично по обе его стороны две заземленные металлические пластины с параллельными прямыми краями, электронный пучок отклоняют поперек зазора между пластинами сначала к одной из них до соприкосновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока электронного пучка, затем электронный пучок отклоняют поперек зазора к другой пластине до сопри- 15. косновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока электронного пучка, при этом измеряют угол отклонения пучка, а затем вычисляют длину пучка L по формуле

L 0,5 а . ctg у ,

d

при этом угол у определяется из соот-

20

25

ношения

35

40

tgy К

о макс

30 где а

о мак.с

-расстояние между краями пластины;

-угол отклонения электронного пучка;

-постоянный коэффициент;

-амплитуда тока в электромагнитной отклоняющей системе,

причем ток электронного пучка и время его воздействия задают из условия нерасплавления металлических пластин.

Технико-экономическая эффективность 45 питания электронной сварочной пушки, предлагаемого способа контроля заклю- Функциональный преобразователь, о т- чается в обеспечении быстроты и точности определения длины электронного

личающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, оно снабжено двумя металпучка.

Формула изобрете-ния

o

в плоскости, перпендикулярной неотклоненному электронному пучку, устанавливают симметрично по обе его стороны две заземленные металлические пластины с параллельными прямыми краями, электронный пучок отклоняют поперек зазора между пластинами сначала к одной из них до соприкосновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока электронного пучка, затем электронный пучок отклоняют поперек зазора к другой пластине до сопри- 5. косновения и достижения величины проходящего через эту пластину тока, равного половине тока электронного пучка, при этом измеряют угол отклонения пучка, а затем вычисляют длину пучка L по формуле

L 0,5 а . ctg у ,

d

при этом угол у определяется из соот-

ношения

tgy К

о макс

где а

о мак.с

-расстояние между краями пластины;

-угол отклонения электронного пучка;

-постоянный коэффициент;

-амплитуда тока в электромагнитной отклоняющей системе,

причем ток электронного пучка и время его воздействия задают из условия нерасплавления металлических пластин.

питания электронной сварочной пушки, Функциональный преобразователь, о т-

личающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерения, оно снабжено двумя металлическими пластинами с параллельными прямыми краями, заземленными через измерительные резисторы, делителем напряжения, двумя элементами сравнения, генератором тактовых импульсов,

тремя триггерами, блоком индикации, двумя счетчиками, регистром, тремя элементами И, цифроаналоговым преобразователем, согласующим усилителем, при этом выход генератора тактовых

импульсов связан с первыми входами трех элементов И, каждая из металлических пластин соединена с первыми входами двух элементов сравнения, вторые входы которых подключены к выходу делителя напряжения, связанного с источником питания электронной сварочной пушки, выход первого элемента сравнения связан с входами ус тасовки первого и второго триггеров, вы|ход второго элемента сравнения связан с входами сброса второго и третьего триггеров и первым входом записи, первого счетчика, второй вход за- пи|си первого -счетчика связан с входами: сброса второго счетчика, первого и |второго триггеров, с установочным вх|одом третьего триггера и с шиной вводного сигнала запуска, вторые входы; первого и второго элементов И связаны с выходом третьего триггера,

15479908

третий вход второго элемента И связан с выходом первого триггера, второй вход третьего элемента И связан с выходом второго триггера, третий вход первого элемента И связан с инверсным входом первого триггера, выходы первого и второго элементов И связаны соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого счетчика, выход регистра подключен к информационному входу первого счетчика, выход которого через последовательно включенные цисЬро аналоговый преобразователь и согласующий усилитель связан с входом электромагнитной отклоняющей системы, выход третьего элемента И связан с суммирующим входом второго счетчика, выход которого через функциональный преобразователь связан с входом блока индикации.

10

15

20