Устройство управления электроннолучевым нагревом Советский патент 1982 года по МПК H01J37/305 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронно-лучевых установках для контроля и управления процессами плавки, термообработки, напыления.

Известно устройство для регулирования процесса электронно-лучевого нагрева, в котором тепловое воздействие осуществляется электронным пучком постоянной во времени концентрации, а контроль теплового поля производится посредством несинхронного с воздействием сканирования по той же траектории 1.

Недостатками этого устройства являются локальный перегрев под электронным пучком, ограниченные возможности задания формы развертки электронного пучка, связанные с ограниченностью выбора траекторий сканирования.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является электронно-лучевое устройство управления электронно-лучевым нагревам, содержащее инжектор электронного пучка, блок фокусировки, блок отклонения, управляемый генератор отклоняющих напряжений, блок формирования сигнала мощности, задатчик сигналов, блок сравнения и сканирующий пирометр, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика температуры.

оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока сканирования 2.

Однако, это известное устройство обладает низким быстродействием, которое связано с тем, что электронные элементы запоминания, преобразования и считывания информации, на которых выполнено устройство, не позволяют производить коррекцию температ фного поля за время, меньшее времени кадра развертки электронного пучка. Кроме, того, это устройство обладает относительной сложностью и значительным числом элементов, что повышает вероятность отказов.

Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства и его упрощение. Цель достигается тем, что устройство управления электронно-лучевым нагревом введены оптоэлектронный многопозиционный излучатель, оптоэлектронный транспарант и приемник оптического излучения, причем блок сравнения подключен входами к выходу датчика температуры и выходу задатчика сигналов, а выходом - к

информационному входу оптоэлектронного управляемого транспаранта, координатный вход которого подключен к выходу блока сканирования, оптический вход связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход оптически

связан с входом приемника оптического излучения, к выходу которого подключены вход блока фокусировки, вход блока формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход блока формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора электронного пучка.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - пример принципиальной схемы устройства, реализованного на конкретных оптоэлектронных и электроннооптических элементах.

Устройство содержит инжектор 1 электронного пучка, блок 2 фокусировки, состоящий из электромагнитной фокусирующей катущки 2i и блока 22 формирования сигнала фокусировки (фиг. 2), блок 3 отклонения, управляемый генератор 4 отклоняющих напряжений, блок 5 формирования сигнала мощности, задатчик б сигналов, блок 7 сравнения, сканирующий пирометр 8, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика 9 температуры, оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока 10 сканирования, оптоэлектроиный многопозиционный излучатель 11, состоящий из электромагнитной отклоняющей катушки HI и электроннолучевой трубки Иг (фиг. 2), оптоэлектронный управляемый транспарант 12, приемник 13 оптического излучения, объект 14 нагрева, блок 15 задержки, объектив 16, коллиматор 17. При этом блок 7 сравнения подключен входами к выходу датчика 9 температуры и выходу задатчика 6 сигналов, а выходом - к информационному входу оптоэлектрокного управляемого транспаранта 12. Транспарант координатным входом подключен к выходу блока 10 скани- , рования, оптическим входом связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя 11, а выходом оптически связан с входом приемника 13 оптического излучения, к выходу которого подключены вход блока 2 фокусировки, вход блока 5 формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора 4 отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока 3 отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционного излучателя 11. Выход блока 5 формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора 1 электронного пучка.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 2). Инжектор 1 инжектирует электронный пучок на поверхность объекта 14 нагрева. Управляемый генератор 4 подает отклоняющие напряжения Ux(t) и иy(t) на электромагнитные отклоняющие катущки 111 и через блок 15 задержки на блок 3 отклонения для развертки электрониого пучка. На экране электронно-лучевой трубки 11 высвечивается движущееся пятно, траектория движения которого повторяет развертку электронного пучка на поверхности объекта. Блок 10 сканирования подает одновременно на координатные входы датчика 9 температуры и управляемого транспаранта 12 периодические сигналы 0.(/j и Uy (f), управляющие положением пятиа сканирования и ячейки памяти транспаранта, в которой проис.ходит запись информации о температуре объекта, поступающей на информационный вход транспаранта 1:2 с выхода датчика 9, температуры. Запись информации в ячейке осуществляется путем изменения ее оптической плотности (или коэффициента пропускания т(0 и хранится в ней в течение периода сканирования. Заданному значению температуры Г соответствует заданное значение коэффицента т. Нри наличии в какой-либо точке объекта с координатами

об отклонения ) измеренной температуры T(t) от заданной (t) (/)-Т иа выходе блока 7 сравнения появляется сигнал (t) рассогласования U(t) U(t), (где U(t) - сигнал с выхода датчика температуры, а U - сигнал с выхода задающего блока), поступающий па информациопный вход транспаранта. Оптический коэффициент пропускания -с(/) ячейки транспаранта с координатами

Xty и Ктр изменяется в соответствии (например, пропорционально) со знаком и величиной сигнала рассогласования (АтС) T;(t)-т). Изображение светящегося на экране электронно-лучевой трубки пятна с координатами УЭ, соответствующими

координатам Хоб и У об пятна электроннолучевого воздействия на поверхности объекта, проецируется объективом 16 на поверхность транспаранта с координатами Xfp и Утр. Оптический поток Ф от светящегося на экране пятна, проходя по оптическому тракту - объектив 16, ячейки транспаранта 12, коллиматор 17, попадает на вход приемника 13 оптического излучения. Величина оптического потока ФС) на входе приемника изменяется пропорционально величине коэффициента т() оптического пропускания ячеек ()(t):(t)Ф т; -Ь Ат( + Дт(0-Ф Ф + АФ(/), где Ф - оптический поток,

соответствующий нулевому сигналу рассогласования, т. е. т()т. Ва выходе приемника 13 появляется сигнал С/к (t) (LJк()а: AФ(t), где а - чувствительность приемника излучения), который в

качестве сигнала коррекции поступает на входы блока 22 формирования сигнала фокусировки, блока 5 формирования сигнала мощности и управляемого генератора 4 отклоняющих напряжений. С выходов блоков

формирования сигналов мощности и фокусировки поступают управляющие сигналы соответственно на инжектор 1 для управления мощностью электронного пучка и на электромагнитную фокусирующую катушку 2i для управления фокусировкой электронного пучка.

Принципиальная схема устройства может несколько отличаться от изображенной на фиг. 2. Так, например, в качестве многопозиционного излучателя может быть применена светодиодная матрица, а в качестве светопропускающего тела транспаранта - фотохромное стекло.

Оптоэлектронные элементы, на которых выполнены блоки обработки информации, позволяют вводить сигналы корректирующей обратной связи в блоки управления без задержки на время кадра электроннолучевой развертки, то есть практически безынерционно.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным конструктивно значительно проще и обладает большим быстродействием (примерно в 10 раз). Это позволяет повысить точность регулирования температуры при электронно-лучевом нагреве, а следовательно и качество из готовляемой продукции.

Устройство может найти применение, например, при электронно-лучевой плавке, термической обработке, напыления пленок.

Формула изобретения

Устройство управления электронно-лучевым нагревом, содержащее инжектор электронного пучка, блок фокусировки, блок отклонения, управляемый генератор

отклоняющих напряжений, блок формирования сигнала мощности, задатчик сигналов, блок сравнения и сканирующий пирометр, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика температуры, оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока сканирования, о тличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства и его упрощения, в него введены оптоэлектронный многопозиционный излучатель, оптоэлектронный транспарант и приемник оптического излучения, причем блок сравнения подключен входами к выходу датчика температуры и выходу задатчика сигналов, а выходом - к информационному входу оптоэлектронного управляемого транспаранта, координатный вход которого подключен к выходу :блока сканирования, оптический вход связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход оптически связан с входом приемника оптического излучения, к выходу которого подключены вход фокусировки, вход блока формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционното

излучателя, а выход блока, формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора электронного пучка.

Псточники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 418836, кл. G 05 D 25/02, 1972.

2. Авторское свидетельство по заявке № 2684824/24-07, кл. Н 01 J 37/305, 1978.