Устройство визуализации стыка и шва для электронно-лучевой сварки Советский патент 1992 года по МПК B23K15/00 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для позиционирования точки воздействия электронного пучка на изделие при использовании электроннолучевой технологии.

Известно устройство, которое содержит электронно-лучевую пушку с отклоняющей электромагнитной системой, коллектор вторичных электронов, резистор выделения вторично-электронного сигнала, усилитель вторично-электронного сигнала, электронно-лучевую трубку, генератор синусоидального или треугольного развертывающего напряжения пушки, генератор пилообразного напряжения развертывающего напряжения электронно-лучевой трубки, причем начала прямых ходов пилообразного напряжения совпадают с максимумами как положительными, так и отрицательными, синусоидального или треугольного напряжения.

Индикация момента совпадения в таком устройстве осуществляется совмещением двух импульсов на экране электронно-лучевой трубки при перемещении стола, на котором закреплено изделие, или пушки.

Известное устройство обеспечивает высокую точность совмещения, а также независимость точности совмещения от наличия остаточных магнитных попей в вакуумной камере, но при этом имеют следующие недостатки:

- необходимость непосредственного визуального наблюдения (через окно вакуумной камеры) для осуществления предварительного грубого позиционирования,

V4 СЛ О О

ч|

О

пока развертка электронного пучка не начнет пересекать линию стыка, а на экране электронно-лучевой трубки не появятся два импульса;

-необходимость предварительной ориентации электронно-лучевой пушки или изделия таким образом, чтобы след от развертки электронного пучка на поверхности изделия пересекал линию стыка под прямым уп|ом близким ему по величине- . . .«..

-необходимость, для однозначности совмещения, чтобы стык был единственной неоднородностью на поверхности изделия, пересекаемой электронным пучком;

-нет информации о местоположении электронного пучка вдоль стыка, имеется информация только о попадании луча в стык.

Перечисленные недостатки приводят к ограничению возможностей применения такого устройства в чистом виде.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

Указанная цель достигается формированием растрового телевизионного изобра- жения с использованием вторичных электронов электронного пучка одновременно с меткой местоположения электронного пучка при совпадении нулевых значений токов отклоняющих катушек электронно-лучевой пушки.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - один из возможных вариантов схемы формирователя метки; на фиг, 3 - эпюры напряжений в разных точках схемы формирователя.

Растровое телевизионное устройство дополняется двумя резисторами один из которых включен последовательно со строчной катушкой, а второй - последовательно кадровой катушкой отклоняющей системы пушки. Эти резисторы выполняют роль датчиков тока отклоняющих катушек. Напряжения, выделяемые на этих резисторах, поступают соответственно на первый и второй входы формирователя сигнала совпадения, на выходе которого формируется сигнал совпадения. Сигнал совпадения замешивается с видеосигналом в видеоусилителе и высвечивается на поле изображения в виде яркостной метки.

С целью повышения точности совмещения метка формируется в виде крестика с толщиной штрихов 1-2 элемента разложения изображения, точка пересечения штрихов которого соответствует моменту совпадения нулевых значений тока отклоняющих катушек пушки. Формирование метки

таким способом позволяет обеспечить точность при оптимальном расстоянии между нижним срезом пушки и изделием, равную 1-2 минимального диаметра сфокусирован5 ного электронного пучка.

Устройство совмещения электронного пучка со стыком кромок свариваемого изделия содержит (см, фиг. 1) источник электронов 1, пучок электронов 2, фокусирующую

0 катушку 3, отклоняющую систему 4 пушки, изделие 5, коллектор вторичных электронов б, резистор .7 - датчик тока строчной катушки отклоняющей системы пушки, резистор 8 - датчик тока кадровой катушки отклоняющей системы пушки, резистор 9 выделения

5 вторично-электронного сигнала, блок ТО кадровой и строчной развертки, блок 11 формирования метки, видеоусилитель 12, отклоняющую систему 13 электронно-лучевой трубки, электронно-лучевую трубку 14. Строчный и кадровый выходы блока 10

0 соединены с выводами соответствующих катушек отклоняющей системы 4 пушки и отклоняющей системы 13 электронно-лучевой, трубки 14, вторые выводы строчной и кадровой катушек отклоняющей системы 4 пушки

5 подключены соответственно к выводам резисторов 7 и 8, вторые выводы которых соединены с общей точкой устройства. Точка соединения строчной катушки отклоняющей системы 4 пушки с резистором 7 под0 ключена ко второму входу блока 11 формирования метки, к первому входу блока 11 подключена точка соединения кадровой катушки отклоняющей системы 4 пушки и резистора 8, выход блока 11 формировате5 ля подключен ко второму входу видеоусилителя 12, к первому входу которого подключена точка соединения коллектора 6 вторичных электронов и резистора 9 выделения вторично-электронного сигнала, ко0 торый вторым выводом соединен с общей точкой устройства, выход видеоусилителя 12 соединен с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки 14.

Блок 11 формирователя метки (фиг. 2)

5 включает в себя развязывающие резисторы 15, 16, 17, 18; нуль-детекторы 19. 20, 21, 22; резисторы смещения нуля 23, 24, 25, 26; одновибраторы 27, 28, 29, 30; логические схемы И-Н Ее открытым коллектором 31,32;

0 нагрузочный резистор 33, инвертор 34.

Блок 11 формирователя работает следующим образом (эпюры напряжений в разных точках формирователя п редставлены на фиг. 3). На вход 1 формирователя поступает

5 пилообразное напряжение с резистора 8 - датчика тока кадровой отклоняющей катушки пушки, на вход 2 поступает пилообразное напряжение с резистора 7 - датчика тока

строчной катушки пушки. Напряжение с входа 1 через развязывающие резисторы 15 и 1 б поступают на входы нуль-детекторов 19 и 20 соответственно. Аналогично напряжение со входа 2 через резисторы 17 и 18 поступают на входы нуль-детекторов 21 и 22. Нуль-детектор 19 резистором 23 смещения нуля настраивается таким образом, чтобы его переключение опережало точку прохождения входного напряжения через нуль на время ц, равное половине времени, необходимого на формирование вертикального штриха метки. Выходной сигнал нуль- детектора 19 запускает одновибратор 27, который формирует импульс длительностью t2, равной времени формирования вертикального штриха метки. Нуль-детектор 21 резистором 25 смещения нуля настраивается таким образом, чтобы его переключение опережало точку прохождения входного напряжения через нуль на время IT, равное половине времени, необходимого для формирования толщины вертикального штриха (половине времени подсветки по строке при формировании вертикального штриха). Выходной сигнал одновибратора 21 запускает одновибратор 29, который формирует импульс длительностью ts, равной времени формирования толщины вертикального штриха (te равно времени, приходящемуся на 1-2 элемента разложения изображения). Импульсы с выхода одновибратора 27 и выхода одновибратора 29 поступают на входы схемы 31 логического умножения, на выходе которой формируется часть сигнала (UB1 -IM метки, обуславливающаяформированиевертикального штриха. Нуль-детектор 20 резистором 24 смещения нуля настраивается таким образом, чтобы его переключение опережало точку прохождения входного напряжения через нуль на время t3, немного превышающее половину периода следования строк.

Выходной сигнал нуль-детектора 20 запускает одновибратор 28, который формирует импульс длительностью t4, немного превышающей период следования строк. Нуль-детектор 22 резистором 26 смещения нуля настраивается таким образом, чтобы его переключение опережало точку прохождения входного напряжения через нуль на время ts, равное половине времени формирования горизонтального штриха метки. Выходной сигнал нуль-детектора 22 запускает одновибратор 30, который формирует импульс длительностью te, равной времени формирования горизонтального штриха метки. Импульсы с выхода одновибратора 28 и одновибратора 30 поступают на входы

схемы 32 логического умножения, на выходе которой формируется часть сигнала (Ue2 °11вз) метки, обуславливающая формирование горизонтального штриха. Эта часть

сигнала может содержать либо один либо два импульса подсветки строки на время формирования горизонтального штриха. Такое положение вызвано тем, что предлагается отсутствие синхронизации между

0 частотой строк и частотой кадров, это определило выбор длительности и несколько больше длительности периода следования строк, который при любом положении строки относительно точки нулевого значения

5 тока кадровой катушки не допускает пропуска импульса подсветки горизонтального штриха, но, в зависимости от положения строки по отношению к точке нулевого тока кадровой катушки, горизонтальный штрих

0 метки по толщине может состоять либо из однойлибо из двух строк. После логического сложения обеих частей сигнала метки получается полный ее сигнал. Логическое сложение (монтажное ИЛИ) осуществляется на

5 общей нагрузке (резистор 33) логических схем 31 и 32, представляющих собой схемы И-НЕ с открытым коллектором. Поскольку при логическом умножении сигнал проин- вертировался, то для представления полно0 го сигнала метки высоким уровнем сигнал, снимаемый с резистора 33, инвертируется инвертором 34.

Работа устройства совмещения электронного пучка со стыком в комплексе заклю5 чается в следующем.

Электронный пучок 2 источника электронов 1 фокусируется на поверхности изделия 5 фокусирующей катушкой 3 пушки, отклоняющая система 4 которой отклоняет

0 электронный пучок 2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях таким образом, что он прочерчивает на поверхности изделия прямоугольный растр. Отклоняющая система 4 пушки включает строчные и

5 кадровые катушки, первые выводы которых подключены к соответствующим выходам блока 10 строчной и кадровой развертки, а вторые соответственно через резистор 7 и резистор 8 к корпусу устройства. К соответ0 ствующим выходам блока 10 также подклю- чены строчные и кадровые катушки отклоняющей системы 13 электронно-лучевой трубки 14. Блок 10 строчной и кадровой развертки имеет один задающий генератор

5 строк и один генератор кадров, каждый из которых работает на два выходных усилителя. Одна пара строчного и кадрового выходного усилителя предназначена для питания отклоняющей системы 4 пушки, другая - для отклоняющей системы 13 электронно-лучевой трубки 14. Такая схема построения блока обеспечивает синхронность разверток электронного пучка пушки и электронного луча электронно-лучевой трубки, В результате бомбардировки поверхности изделия пучком электронов образуется поток электронов, интенсивность которых и направление вылета зависят от состава и рельефа поверхности в точке бомбардировки, и, следовательно, несет информацию о самой поверхности. Часть вторичных электронов попадает на коллектор б вторичных электронов и стекает на корпус устройства через резистор 9 выделения вторично-электронного сигнала. Вторично-электронный сигнал с резистора 9 поступает на первый вход видеоусилителя 12, выход которого подключен к модулирующему электроду электронно-лучевой трубки 14, и поскольку сигнал отражает характер поверхности в бомбардируемой электронным пучком поверхности изделия, а развертки, формирующие растр на изделии и растр электронно-лучевой трубки, работают синхронно, то на экране электронно-лучевой трубки 14 формируется изображение участка поверхности изделия. Поскольку вторые выводы строчной и кадровой катушки отклоняющей системы 4 пушки соединены с корпусом устройства через резисторы 7, 8 небольшой величины (доли Ома), то эти резисторы являются датчиками тока соответственно в цепи строчной и кадровой катушки, а напряжение, выделяемое на этих резисторах, является входным сигналом для блока 11 формирователя метки.

Блок 11 формирователя метки формирует метку совпадения нулевых значений токов в строчной и кадровой катушках отклоняющей системы 4 пушки, которая поступает на агорой вход видеоусилителя 12, где она замешивается с сигналом изображения и поэтому высвечивается на поле изображения, отмечая тем самым точку взаимодействия электронного пучка с изделием.

Настройка и калибровка устройства заключается в следующем. Поскольку длительности импульсов, формируемые одновибраторами блока формирователя метки, однозначно зависят от параметров (длительность строки, число кедров в строке, частота кадров, число элементов разложения изображения) используемой растровой телевизионной системы и желаемого размера метки, то одновибраторы программируются согласно расчетным данным, а настройка и калибровка сводится к совмещению штрихов метки с изображением отметки электронного пучка, полученной на поверхности при выключенной отклоняющей системе пушки с помощью резисторов 23,24,25,26, причем каждый штрих перемещается отдельно, как указано на фиг. 2, соответствующим резистором в

соответствующем направлении таким образом, чтобы образовался симметричный крест, перекрестие которого точно совместилось с отметкой. Такая калибровка позволяет исключить фазовый сдвиг между

0 током и магнитным потоком.

Процесс совмещения сводится к совмещению перекрестия метки/при помощи перемещения стола с закрепленным на нем изделием или пушки, с заданной точкой на

5 изображении. После снятия развертывающих напряжений электронный пучок попадает в заданную точку на поверхности изделия.

Устройство обладают более широкими

0 возможностями в том плане, что совмещение электронного пучка можно осуществлять не только со стыком, а с любой точкой на поверхности изделия, которую можно идентифицировать на изображении поверх5 ности изделия.

Устройство обладают более высокой помехоустойчивостью, так как интегральный объем информации, заключенный в изображении участка поверхности, намного боль0 ше, чем содержит сигнал от стыка, поэтому изображение более устойчиво по отношению к случайной или регулярной помехе. Например, в устройстве прототипа попадание в канал усиления вторично-электронно5 го сигнала помехи в виде синусоидального сигнала с частотой, равной частоте развертки, и амплитудой, равной сигналу, делает устройство неработоспособным. В предлагаемом устройстве такая помеха приводит

0 только к ухудшению качества изображения. Устройство уменьшают возможность повреждения поверхности изделия, так как при том же токе луча энергия распределяется на гораздо большую площадь.

5 Предельная точность такого устройства определяется разрешающей способностью растрового телевизионного устройства, которая, в свою очередь, определяется диаметром сфокусированного пучка и

0 количеством строк в кадре. Реально достижимая точность совмещения для электронно-лучевых пучков, используемых в электронно-лучевой сварочной аппаратуре, составит 0.15-0,3 мм.

5

Формул а изо бретени я Устройство визуализации стыка и шва для электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку с электромагнитной отклоняющей системой, коллектор

вторичных электронов, резистор, одним выводом подключенный к общей точке устройства, а другим - к коллектору вторичных электронов и первому входу видеоусилителя, выход которого связан с модулирующим электродом индикатора растрового телевизионного изображения, блоки кадровой и строчной развертки, к выходам которых подключены катушки кадровой и строчной развертки отклоняющей системы и соответ- стаующие катушки отклоняющей системы индикатора растрового телевизионного изображения, отличающееся тем,что,

с целью расширения функциональных воз можностей и повышения надежности, оно снабжено вторым и третьим резисторами и блоком формирования метки совпадения нулевых значений токов отклоняющих катушек пушки, первый и второй входы которого соединены соответственно с точками соединения катушки кадровой развергки со вторым резистором и катушки строчной развертки с третьим резистором, а выход - с вторым входом видеоусилителя, при этом второй и третий резисторы вторыми выводами соединены с общей точкой устройства

Использование: относится к машиностроению и предназначено для позиционирования точки воздействия электронного пучка на изделие при использовании электронно-лучевой технологии. Сущность изобретения: устройство содержит источник электронов, фокусирующую катушку, отклоняющую систему пушки, коллектор вторичных сигналов, резистор-датчик тока строчной катушки отклоняющей системы пушки, резистор-датчик тока кадровой катушки отклоняющей системы пушки, резистор выделения вторично-электронного сигнала, блок кадровой и строчной развертки, блок формирования метки, видеоусилитель, электронно-лучевую трубку с отклоняющей системой. 3 ил.

Фиг.1

Фиг.1