УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ Л\АТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЧОМ Советский патент 1971 года по МПК B23K15/02 B23K15/06 

Известны устройства для обработки материалов электронным лучом в вакууме с использованием системы телевизионного копирования чертежа бегущим лучом с периодическим включением электронного пучка обрабатываю)щей пушки.

Олисываемое устройство для обработки материалов электронным лучом отличается тем, что выход генератора модулирующих импульсов жестко синхронизированного со строчной разверткой устройства подключен к катоду освещающей электроннолучевой трубки системы телевизионного копирования через жестко синхронизированный с. кадровой разверткой устройства блок управляемой задержки, выход которого подключен через логическую схему Я к управляющему электроду обрабатывающей пущки и к видеоусилителю системы телеВизионного копирования. Такое выполнение устройства повыщает равномерность обработки и помехоустойчивость системы.

На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 - рабочий чертеж детали и фотощаблоп.

Устройство для обработки материалов электронным лучом содержит: электроннолучевую установку /, включаюБдую в себя катод 2, управляющий электрод 3 электронной пущки, анод 4, электронно-оптическую систему 5, обрабатываемую деталь 6, магнитную фокусирующую линзу 7, отклоняющую систему 5 и координатный стол 9; импульсный Т1рансформатор 10, чертеж (фотощаблон) // обрабатываемой детали, фотоумножитель 12, электроннолучевую трубку 13, объектив 14, видеоусилитель 15, отклоняющую систему 16, генератор 17 строчной развертки электроннолучевой трубки, генератор /S кадровой развертки электроннолучевой трубки, генератор 19

строчной развертки электроннолучевой установки, генератор 20 кадровой развертки электроннолучевой установки, генератор 21 импульсов, блок 22 переменной управляемой задержки импульсов, генератор 23 ступенчатого нанрял ения, управляемый амплитудный селектор 24, генератор 25 ступенчатого напряжения и логическую схему И (схема совпадения 26). Электронная пущка электроннолучевой

установки / состоит из катода 2, управляющего электрода 3 и анода 4. Анод пущки заземлен, а катод и управляющий электрод находятся под высоким отрицательным потенциалом. Электронный пучок, сфор.мированный

электронной пущкой, проходит через отверстие в аноде и движется по инерции вдоль электронно-оптической системы 5 до встречи с обрабатываемой деталью 6. Электромагнитная линза 7 фокусирует электронный пучок

данного диаметра. Отклонение пучка, т. е. .перемещение обрабатывающего пятна -по поверхности детали, производится отклоняющей системой 8, расположенной 1епосредственно под ма.гнитной линзой 7. Обрабатываемая деталь располагается на поверхности координатного стола 9. Управление интенсивностью электронного пучка осуществляется путем изменения потенциала уравляющего электрода относительно катода. Электронная пущка постоянно заперта отрицательным наряжением смещения на управляющем электроде. Для открывания пущки на управляющий электрод подают через импульсный трансформатор 10 положительный по отнощению к катоду модулирующий импульс. Во время действия прямоугольного модулирующего импульса пущка эмитирует электронный пучок больщой интенсивности. Встречаясь с поверхностью обрабатываемой детали, электронный пучок испаряет материал в микрообъеме. В .процессе перемещения пучка по обрабатываемой поверхности путем отклонения его с помощью отклоняющей системы производится обработка всей поверхности детали. Управление интенсивностью электронного пучка я его отклонение осуществляются с помощью телевизионного копирующего устройства.

Негативное или позитивное увеличение изображения детали - фотощаблон 11 помещается перед экраном фотоумножителя. Перемещающееся по растру светящееся пятно на экране электролучевой трубки 13, электронный пучок которой развертывается синхронно с пучком в установ-ке / электроннолучевой обработки, проецируется с помощью о-бъектива 14 на фотощаблон 11. Таким Образом светящееся пятно электроннолучевой трубки, спроецированное на фотощаблон, пробегает все поле чертежа, высвечивая в каждый момент отдельную точку фотощаблона. Проходящий СКВОЗЬ фотощаблон свет развертывающего пятна воспринимается фотоумнол ителем 12, усиливается видеоусилителем 15 и управляет интенсивностью обрабатывающего электронного пучка. Развертка электронного пуч-ка электроннолучевой трубки 13 производится отклоняющей системой 16. Отклоняющая система питается от генераторов 17 и 18 строчной и кадровой разверток. В электроннолучевой установке развертка обрабатывающего пучка осуществляется синхронно с разверткой пучка в электроннолучевой трубке с помощью генераторОв 19 -я 20 и отклоняющей системы 8.

Поскольку из теплофизических соображений необходимо, чтобы обрабатывающие импульсы электронного пучка располагались во времени и в пространстве на определенном удалении друг от друга (не менее десяти диаметров пятна электронного пучка и не менее двадцати длительностей имлульса) и в то же время вся поверхность детали была равномерно обработана, .модулирующие импульсы должны следовать с определенной синхронностью и синфазностью по отнощению к развертке электронного пучка. Чтение изображения с фотощаблона в процессе его развертки также целесообразно выполнять импульсным световым пятном, частота следования и

длительность импульсов которого выбираются в соответствии с производимой технологической операцией (сварка, пайка, сверление, фрезерование, легирование и т. п,) и обрабатываемым материалом. В этом случае электроннолучевая трубка работает в более легком режиме, чем при считывании непрерывным пучком, а с пятна на ее эк;ране можно снимать более интенсивное световое излучение. Фотоумножитель та-кже работает лучще в импульсном режиме, чем при неизменном или медленно меняющемся сигнале, видеоусилитель имеет более узкую полосу пропускания, а все устройство меньще подвержено действию помех. Для этого в нем имеется генератор 21

импульсов, вырабатывающий импульсы заданной длительности и скважности и синхронизированный генератором 17 строчной разве;ртки. Импульсы генератора 21 поступают через блок 22 переменной управляемой задержки на катод электроннолучевой трубки 13 и модулируют яркость ее электронного пучка.

Рабочий чертел изготовляемой детали 27 представлен в двух проекциях, ее че1ртеж на

фотощаблоне 11 имеет прозрачность, соответствующую плотности щтриховки. Для примера рассмотрим считывание и обработку всего лищь одной строки (напрЕмер, № 215) развертки фотощаблона.

На фиг. 3 представлены осциллограммы импульсов, поступающих от генератора 21 через блок 22 управляемой задержки на катод электроннолучевой трубки 13 и модулирующих яркость бегущего светового пятна по

строке № 215 в первом - пятом (/, //, ///, IV, V) кадрах считывания. Импульсы генератора 21 синхронизированы строчной разверткой (от генератора 77). В первом кадре считывания модулирующий импульс, приходящий

на катод электроннолучевой трубки, совпадает с началом развертки по строке.

Для равномерной обработки всего поля детали во второ.м и во всех последующих кадрах считывания импульсы задерживаются

относительно начала разве1ртки на определенную величину. Время задержки импульсов относительно начала развертки в каждом из пяти .кадров считывания представлено графиком на фиг. 4. Задержку импульсов выполняет

блок 22 переменной регулируемой задержки. На один из его входов поступают импульсы от генератора 2/, а на другой - напряжение ступенчатой формы от генератора 23 ступенчатого напряжения. Величина напряжения,

вырабатываемая генератором 23, определяется в каждый .момент времени задержки импульсов блоком 22. Генератор 23 ступенчатого напряжения запускается импульсами обратного хода кадрового импульса генератоНа фиг. 4 .приведена зависимость изменения бремени задержки з от .порядкового номера «адра Лк, Л Д , V считывания фотошаблона. Ступенчатое увеличение времени задержки обеспечивает равномерное перекрытие всего промежутка между двумя последовательно действующшми имлульса.ми электронного пучка в neipBOM кадре. Схематическое изображение обработки строки № 215 iB увеличенном масштабе, представленное на фиг. 5, показывает в каком кадре считывания (/, //, ///, IV, V) обрабатывается каждая точка. Следы от действия электронного .пучка изображены IB виде кружков. Ам.плитуда импульсов на выходе фотоумножителя /2соответствует плотности Считываемого чертежа. На фиг. 6 дриведены осциллограммы импульсов тока на выходе фотоумножителя при считывании -строки № 215 в первых пяти (I, и, III, IV, V) кадрах. Сквозь черное поле фотошаблона 11 импульсы света совсем не проходят, на остальных участках они имеют различную амплитуду. В процессе обработки детали модуляцию электронного пучка в установке производят импульсами постоянной амплитуды (это обусловлено изменением фокусного расстояния электронной пушки от амплитуды модули руюш,его импульса). Поэтому для обработки заготовки на различную глубину используют многок,ратный съем материала в местах наибольшего углубления. Сортировка .получаемых с выхода фотоумножителя 12 и усиленных видеоусилителем 15 импульсов по амплитуде производится с помош.ью управляемого селектора 24. На один из входов управляемого а.мплитудного селектора 24 поступают импульсы с видеоусилителя 15, на другой - ступенчатое уп|равляюш,ее на.пряжение -с генератора 25. Напряжение, ,поступаюш.ее с генератора 25, определяет амплитуду пропускаемых селектором импульсов. При минимальной амплитуде управляющего нацряжения на входе селектора 24 через него проходят iBce импульсы, поступающие с видеоусилителя 15, при максимальной амплитуде управляющего напряжения - только импульсы, амплитуда которых больше управляющего ступенчатого напряжения. Запуск генератора 25 ступенчатого напряжения осуществляется импульсом сброса первого генератора 23 ступенчатого напряжения. Поскольку полный период генератора 23 ступенчатого напряжения определяет один цикл равномерной обработки поверхности детали, то второй и все последующие циклы обработки будут аналогичны первому с тем лишь отличием, что амплитудный селектор 24 будет пропускать на управляющий электрод электронной пушки установки импульсы, амплитуда которых в данном цикле превышает заданную величину, определяемую амплитудой соответствующей ступени напряжения, поступающего на второй вход селектора 24 с генератора 25. На фиг. 7 предсгавлены осциллограммы пмпульсов на выходе управляемого амплитудного селектора 24 в первом, втором и третьем (А, Г, В) циклах обработки. За эти три цикла обработки полностью изготовляется деталь 27. На фиг. 8 показана зависимость амплитуды напряжения, вырабатываемого генератором 25 ступенчатого напрял :ения, от порядкового номера цикла обработки детали. На фиг. 5 поставленные в кружочках буквы А, Г, В указывают за сколько циклов обработана данная точка строки № 215. Для повышения точности обработки путем уменьшения влияния импульсных помех в цепь передачи импульса с амплитудного селектора 24 на управляющий электрод 3 электронной пушки включена логическая схема И (схема совпадения 26). На один из входов логической схемы поступает сигнал с амплитудного селектора 24, а на другой - импульсы с блока 22 переменной управляемой задержки. С выхода логической схемы 26 управляюший импульс поступает на импульсный трансформатор 10, передающий его на управляющий электрод 5 электронной пушки. Благодаря схеме совпадения импульсные помехи, действующие в промежутке между импульсами, модулирующими пучок электроннолучевой трубки 13, не переходят на управляющий электрод электронной пущки, следовательно, не портят обрабатываемую поверхность. Предмет изобретения Устройство для обработки материалов электронным лучом в вакууме с использованием системы телевизионного копирования чертежа бегущим лучом с периодическим включением электронного пучка обрабатывающей пущки посредством модуляции видеосигнала от генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности обработки и помехоустойчивости системы, выход генератора модулирующих импульсов жестко синхронизированного со строчной разверткой устройства подключен к катоду освещающей электроннолучевой трубки системы телевизионного копирования через жестко синхронизированный с кадровой разверткой устройства блок управляемой задержки, выход которого подключен через логическую схему И к управляющему электроду обрабатывающей пущки и к видеоусилителю системы телевизионного копирования.