Устройство для автоматической фокусировки электронного луча

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЬО , 16)5 В 23 К 15/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВ испри ное О;фроаналогавый последователь Ьь) р 7. второи 1 ригмутации, второй орой цифроана, блок 12 задер 13, источник 14 жением, катушку тор 16 такговыхс фильгром вывходу амплитудналь- ской 13, и чник 1катушовател нием, послс(71) Ленинградский политехнический институт им, М.И,Калинина(56) Виноградов В,А., Павловский А.И. Стемы стабилизации фокусировки лучаэлектронно-лучевой сварке. - Сварочпроизводство, 1983, М 9. с. 27-28.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГОЛУЧА(57) Изобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизацииэлектронно-лучевой сварки и термообработки. Целью изобретения является повышение точности наведения и поддержаниятока фокусировки электронного луча, Устройство содержит датчик отраженных элекИзобретение относится к машиностроению и предназначено для автоматизациитехнологических процессов электронно-лучевой сварки и термообработки.Целью изобретения является повышение точности наведения и поддержаний тока фокусировки электронного луча,На чертеже изображена функционая схема устройства для автоматичефокусировки,Устройство содержит последовательносоединенные датчик 1 с фильтром высокойчастоты, амплитудный детектор 2, первыйтриггер 3, имеющий петлю гистерезиса,первый блок 4 коммутации, первый ревертронов, к которому подключен фильтр высокой частоты, выход которого соединен с амплитудным детектором, Между его выходом и сумматором включены две параллельные цепи, Первая состоит из последовательно включенных триггера, имеющего петлю гистерезиса, первого элемента коммутации, счетчика и первого цифроаналогового преобразователя. Вторая цепь содержит компаратор напряжения, второй триггер, второй элемент ксммутации, реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь, тактовый генератор и блок задержки, Выход сумматора через усилитель связан с катушкой фокусиоовки. Первая цепь выполняет функцию незамкнутого сканирования тока магнитной линзы, вторая - адаптивной поисковой самонастраивающейся системы. Изобретение позволяет повысить воспроизеодимость и качество сварного соединения путем стабилизации тока фокусировки, 1 нл,сивный счетчик 5, первый ц преобразователь б, а также но соединенные компарато гер 8, второй блок 9 ком реверсивный счетчик 10, вт логовый преобразователь 1 жки, аналоговый сумматор тока, управляемый напря 15 фокусировки и генера импульсов. Выход датчика 1 сокой частоты подключен к ного детектора 2.Аналоговый сумматор тока, управляемый напряже 15 фокусировки соединеныно, 1 лежду БыхОДО 4 3,:33 лудного Детскг- рз 2 и Входами сумРатой Гведеиы две СаРЗЛЛЕУЬНО ВКЮЧЕНЫЕ ЦЕ И, .)ДНЗ ЦВПЬ СОС ГОИ 1 ЛЗ ПОСЛВДОБЗТОЛьНО В:ЛОцонньХ ПЕ)БОГО ТР" ГГ 8 РЗ; И 36 ЮЛ,ЕГО Г 38 ТЛОИС 16" РЕЗ,Ч( З, ПОРВО О бЛОКЗК( РЧМУтс)ЛЛЧ, П О)(- го реверсивного счетчика ":. Перво-о ЦИфРОЗНЗЛО ОБОО )Е)ГРЗЗО)аЕЛ 1 а, 83 )" лОГОвьЙ ыхО), кг) ГОРО 0 Г 1 Д 06 и(е Г 8)- Бому БХОДу анзлОГсвс с) суР 14 зторз 3, Я ОЭЗЯ ЦЕ;ь С;Стот1 10)ЛГЭДОВЗ 6 ЬНО 1)КЛ ОсЕНЫХ КСМП".ЭЗТ(,1 З 7 НЗПОЯ;КЕНИЯ, ВТОРОГО ТРИР ГЕГ 5 О, БТОСК 1 СЛСКЗ:5 1(ОММЧТЗЦт, БтоРОГО РВЕТС 383:О.О СцзтЦИКЗ ), Бторего цИфрОЗНЗЛОГОБОО ")реобрсЗОЕ 3"ЕЛЯ 3 , ЗЗЛОГОБЫЙ )ЫХОД КОТОРО О ГОДСОЕ" ди не н 3( Б оро 4 у Бхсду а на л Г) ГОВОО СумМЗ 1 Ора 3. МЕЖду БЬХДзсл ЗРПЛ)туд (- го детектора 2 и Бторьм Входом компарзтора 7 включен блока 12 задержки, ОДлн из выходов первого б)с) кз 4 3(оммута ,ии г ОдссЕдигЕН К ВХОД/ ВТОРОС СЯкс) Я КОММУТЗЦИ, Вьход генератора 16 тактовых 4431 льсов подссединен к входам блока 12 за)ержкч, первого 4 и второго 9 блокзв коммутации,устпойство Озбо 3 е сл(".,31 кцим обОБ- ЗОМ.Гь:1 ЛЬТЭ .ЫСОКОИ С;610 ТЬ БЫДВ)1 ЯБТ П 5) реРИЕН.)ук) С СТЗБЛЯО 5 с 0 333(орМЗЦ 103 НОГО си Гнала В диз па эе Вы е 2 кГц, Во: РЧиЗОЩЕ О (ИГН Л С ДЗ 1 сРка " ЯВ)Я- ющеося кот лекторол элек 11 дноватч 1( ИМБЕТ фОР)У КОЛЬЦЗ, ОасгОЛЗ ае)СЛ 1 а ТОО- це электронно-оптичес;(О: системы и имеет ПОЛОЖИТВЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИЗЛ ОТНОСИТ 8 ЛЬНО изделия, .1 сгОльзцется спОтенцизл 2, Б О" Обычного стабилизиров)ного источни(зГ 11 Чь НИЯ, ПЛС С 0,0 Р(,10 330 с.ОСДИ Ен,(,ОЛ ЛВКГОРУ., 3 МИНУС сЕРЕЗ 3 ИЗКООМНО 8 СОГРС тИВЛЕНИ 6 - На ЗЕМЛЮ, 1 ЛГНсЛ На ФИЛЬ-,. ВЫСОКОЙ ЧЗСТОГЫ СИИ:136 СЯ Г: СОПРОТИВЛВ" ния. Работа устройства Озинзковз для мрщ ,ости ЛУЦ до Я К Г)т, МЕ Н с) В ВТОР диапазоне проходило 1 сг)ьтзние устройс"- Ва, ЗЗЛЮЧЗОЩЕЕСЯ Б .БЗР:6 НЗКЛОН РЫХ 1 1 0из онтзл ььх ОбаО в 3)3:Оззг 1 ЧР ых стз ЛВЙ И ЗЛОМИНИВБЬХ СЛазов,Отфильтровз(зл Геременная сос"зв- ЛЯЮЩЗЯ ПОСТУГЗВТ Нз ВХОД 1 и 15)ИТ 1,Д ОГО ДЕ ькГОПЗ ) Г)(ьобоаЗОВ;)и 4 ЛЯ эМ 1 лЧ ЛьЬРРЧ детектором Бьсокочзэтозя пеоеменнаяСОСЗБЛЯС)ЩЗ Б ИЗ 81 Н)О ОСГ О ЗМПЛИуде постоянную сОстзвл 0 цую 00".тугдет на вход пеовогг триг еса 3, име 0 ьегс петлю пчстерезиса, блэк2 задержки и:(омпграгора 7 напряжен я, 8 качестве Гервого триггера 3 используется трггер ВР)31 тгз имеющлй пе"лю гис- е р-;зиса, благодз ря че У Он МЕН 88 "УБСТБИГВЛЕ, ПОМЕХЗМ И 10 ЭТОР 5 НГ ПРОИСХОДИТ 6) С.)абс) ГЫВсНИЯ Бдостатоцном диапазоне изменения инфорМЗЦ"ОНЧОГО "ИГьала Е режимв поиска области фскусировки,когда соутс;твует команда с первого триггера 3, первый блок коммутации 4, который Выголн:"ц на трехвходовом элементе И - НЕ и 1-трчггеэе, пропус(зет тактовые импульсы с тактового енерзторз б на счетныйВход ревеосив) ого счетчика 5 и переключа 130 ст ВОрой б(ок с кОР 4 мутацли, Вь 1 полненныЙ 1 1 Д 2)е: 35 4 О ц 5 59 55 нз элементах И - -Е, всостояние ожидания, .30 мере счета имгульсов счетчиком 5 изменяется 80 состояние - Возрастает значение выходнсго сигнала в цифр(Вом коде, Зтот сигнал пост) пает нз вход первого цифроа- НЗЛОГОВОГО ПРВСбРЗЗ 1 всТЕЛЯ б, КОтОРЬй На Свое 4 ЗНЗЛОГОВОМ БЬХоде ВЫОабаТЫВсЗТ квантованный, линейно возрастающий по амплитуде сиг.зл, непреоывно управляю- ЦИЙ ТОКОМСЗТУШКИ ФОКУСИРОВКИ ЧВР 83 ЗналОГОБый суммзтОр "3 ч источника 14 тока, ,Гравляемый и-;пряжен Чем. 8 этом время ТОК (ОКУСИРОВКЛ ЛИНВЙНО БОЗРЗСТЗ Т ОТ МИ 3 имзльного значения, Такая реализация с:сНиРОВаниЯ тока фокУсиРОВки Об 8 спечиБает возмо(ность простой перестройки минимзльныу и максимальных значений С к а-ИРО 1 д 3:, ПОЗ ГОР 4 У ВОЗ МОЖН О ИСПОЛ ЬЗОБзнле е, о дл любых суцествующих электронно Оп ичкочх системЗМЕНя 10 К фо(УСИРОВКИ М 6 НЯЮТ удельную мощность луча В Рлесте его взаиРлодействия с материалом, При достижении удельной мощнсти, достаточной для пгав- ЛЕНИЯ И ИСГ 1 З 1 ЕНИЯ МВТЗЛГ 1 З, ПОЯВЛЯВТСЯ СИГ- нзл, реги/с ГрируеМЬЙ дзтчико 4, В результате первьй трчтер 3 срабатывает и подает команду В первый блок 4 коммутаКОторЫЙ СРЛИМЗЕТ С 8 Л(ЛМ 0 кидаИЯ второго элокз 9 коммутации и запрещает ПРОХОЖДение ТЗКТОВЫХ ИМПУЛЬСОБ На ВХОДпервого счетчика 5. Сч 81 чик 5 перестает считывать импульсы, цифоозналогоьый преобразователь 5 нз свое. входе залом 4 лает установивя йся цифровсй код. нз Выходе выдает соответствуюцее ему аналоговое напряжение, которое, В сво с очередь, пропорционзлы 10 току фоку(,Чрог. Ьтз часть УСТРОЙСТВЗ НВЗЗМКНУТОЙ ,6 ПИ СкаНИОО(ьания тока кзтушкР 4 агнитнсЙ 1 линзь) реализует предварительную устзн 09 ку фокзльнОЙ Глоскости луча, находя удельн)0 мощнОсть, "1 ри ко)т)ОЙ существует испарение материала,Го сигналу с; первого блока 4 коммутации Вступа 8 т В раоту Вторая цепь устройства, в функцию которой входит уто;нение и го,дер)(злие тока фокусировки на экстремзлыом уровне, ч 10 ссогветствует мзкси 14 аль."Ой ЛубИНЕ Гропл 1 ЛЕсИ," а ДзНГ)34режиме, Информационный сигнал после амплитудного детектора 2 приходит на вход блока 12 задержки и один из входов компаратора 7 напряжения. Функции блока 12 задержки выполняет аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с циклом преобразования Ь 1, производит квантование информационного сигнала через промежуток времени Ьи задержку его на это же время. Время Ь 1 выбирается меньше на один-два порядка по сравнению с изменением продетектирован, ной переменной составляющей информационного сигнала и составляет 1010 с. Таким образом, на входах компаратора 7 осуществляется сравнение информационного сигнала в моменты времени и Ь 1 и (и - 1) Ь 1, где пай. На выходе компаратора 7 появляется сигнал, показывающий знак приращения сигнала за время Ь 1, который управляет вторым триггером 8. Второй триггер 8 предназначен для управления работой второго блока 9 хо .мутации, который в данный момент по сигналу с первого блока 4 коммутации готов к работе и в зависимости от знака приращения информационного сигнала пропускает тактовые импульсы на прямой или обратный входы второго реверсивного счетчика 10, Цифровую информацию второго реверсивного счетчика 10 второй цифроаналоговый преобразователь 11 преобразует в аналоговый сигнал, который управляет через аналоговый сумматор 13 и источник 14 тока током катушки 15 фокусировки. Сигналы с первого 6 и второго 11 цифроаналоговых преобразователей относятся как 10 и 1.Таким образом, система движется к экстремуму информационного сигнала, управляя током фокусировки. Дости гнув экстремума, она способна проводить сварку на установившемся токе фокусировки, отрабатывать любые изменения сигнала, меняя ток фокусировки, и производить динамическую фокусировку.Устройство способно наводить и поддерживать ток фокусировки импульсного процесса обработки, если его работу синхронизировать частотой импульсного воздействия луча на материал. Устройство предназначено для использования в установках для электронно-лучевой обработки металлов в качестве источника питания фокусирующей катушки магнитной линзы. Наведение и поддержание тока фокусировки в процессе сварки производится автоматически (без помощи оператора) по сигналу обратной связи от5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 процесса. В качестве информационного сигнала служит проводимость плазмы над зоной обработки, Датчиком служит кольцевой коллектор, расположенный коаксиально электронному лучу над зоной обработки,Диапазон изменения тока фокусировки в режимах наведения и поддержания определяется используемой электронно-оптической системой. Работоспособность прибора сохраняется при изменении мощности электронного луча в диапазоне 0,8 - 9 кВт. Стабильность тока фокусировки в режиме поддержания не хуже 0,05%. Воемя поиска тока фокусировки менее 1 10 с, Возможно применение устройства е технологии электронно-лучевой сварки и термообработки различных металлов и сплавов. Прибор отличается простотой изготовления и наладки. Используемый информационный сигнал и схема построения прибора позволяют с достаточной точностью и быстротой устанавливать единую степень фокусировки при обработке партии деталей на одном режиме и производить соответствующую корректировку тока фокусировки при смене режима, Существует возможность сглаживания пульсаций е корне шва,Использование устройства наведения и поддержания тока фокусировки электронного луча увеличивает точность наведения и поддержания тока фокусировки, а следовательно, воспроизводимость и качество сварного соединения, а также повышает быстродействие регулирования за счет получения детерминированного критерия качества, представляющего собой экстремум информационного сигнала и реализации адаптивной системы управления, гарантирующей точность управления при минимальном объеме информ," ции по процессу, а также введения незамкнутой цепи сканирования тока фокусировки, при этом обеспечивает правильный аппаратный алгоритм работы всего устройства и может наводить и поддерживать беэ помощи оператора ток фокусировки как непрерывного, так и импульсного воздействия электронного луча на обрабатываемую деталь,Формула изобретения Устройство для автоматической фокусировки электронного луча, содержащее датчик информационного сигнала, амплитудный детектор, последовательно соединенные аналоговый сумматор, источник тока, фокусирующую катушку, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности наведения и поддержания тока фокусировки, оно снабжено фильтром высокой частоты, первым и вторым триггерами, первым и вторым блоками коммутации, блоком)ю 1 ф 1м Оста Витал ь Ь. Б родя гинехред М.Моргентал Корректор М.йароши Редакго Мотыл Подписноеа по изобретениям и открытиям пригК-,".г 5, Раушская наб., 4/5 Заказ 4264 1 ираж ВНИИПИ Государственного комит 113 О 35, МосквЙТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 задержки, компаратором, тактовым генера. тором, первым и вторым реверсивными счетчиками, первым и вторым цифроаналоговыми преобразователями, причем фильтр высокой частоты установлен между выхо дом датчика информационного сигнала и входом амплитудного детектора, выход которого соединен через последовательно соединенные первый триггер, первый блокекоммутации, первый реварйм 1 ный счетчик, 1 О первый цифроаналоговый преобразователь с первым входом аналогового сумматора, и через последовательно соединенные компаратор. второй триггер, второй блок коммутации. второй реверсивный счетчик, второй цифроаналоговый преобразователь - с вторым входом аналогового сумматора, выход тактового генератора соединен с вторыми входами первого и второго блоков коммутации и первым входом блока задержки, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, выход - с вторым входом компаоатора, а второй выход первого блока коммутации подключен к третьему входу второго блока коммутации.