Устройство для обработки латериалов электронным лучом

ОПИСАНИЕ 288955ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт, свидетельстваЗаявлено 11 111,1968 ( 1224437/25-8) МП 1 В 231( 15/00 с присоединением заявкиПриоритет Ковтитвт по папам изобретаииЯ и открытиЯ при Соавтв Мииистров СССРОпубликовано 08.Х 11,1970. Бюллетень1 за 1971 Дата опубликования описания 5.11.1971Авторизобретения Н. Т. Островерхов Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАВОТК 4 ИАТЕРИАЛОВ ЭЛ ЕтТРОН" ЫМ Л УЧСМИзвестны устройства для обработки материалов электронным лучом в вакууме с использованием системы телевизионного копирования чертежа бегущим лучом с периодическим включением электронного пучка обрабатывающей пушки.Описываемое 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 И к управляющему электроду обраоатывающей пушки и к видеоусилителю системы телевизионного копирования. Такое выполнение устройства повышает равномерность обработки и помехоустойчивость системы.На фиг. 1 изооражена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 - рабочий чертеж детали и фотошаблон.Устройство для обраоотки материалов электронным лучом содержит: электроннолучевую установку 1, включающую в себя катод 2, управляющий электрод 3 электронной пушки, анод 4, электронно-оптическую систему 5, обрабатываемую деталь б, магнитную фокусирующую линзу 7, отклоняющую систему 8 и координатный стол 9; импульсный трансформатор 10, чертеж (фотошаблон) 11 обрабатываемой детали, фотоумножитель 12, элек тропнолучевую трубку 18, объектив 14, видеоусилитель 15, отклоняющую систему 1 бгенератор 17 строчной, развертки электроннолучевой трубки, генератор 18 кадровой развертки электроннолучевой трубки, генератор 19 10 строчной развертки электроннолучевой установки, генератор 20 кадровой развертки электрон олучевой установки, генератор 21 импульсов, блок 22 переменной управляемой задержки импульсов, генератор Л ступенча того папряжения, управляемый амплитудныйселектор 24, генератор 25 ступенчатого напряжения и логическую схему И (схема совпадения 2 б),Электронная пушка электроннолучевой 20 установки 1 состоит из катода 2, управляющего электрода 3 и анода 4. Анод пушки заземлен, а катод и управляющий электрод находятся под высоким отрицательным потенциалом. Электронный пучок, сформированный 25 электронной пушкойпроходит через отверстие в аноде и движется по инерции вдоль электронно-оптической системы 5 до встречи с обрабатываемой деталью б. Электромагнитная линза 7 фокусирует электронный пучок Зо на обрабатываемой поверхности в пятно за288955 в соответствии с производимой технологической операцией (сваркапайка, сверление, фрезерование, легирование и т. п,) и обрабатываемым материалом. В этом случае электрон нолучевая трубка работает в более легкомрежиме, чем при считывании непрерывным пучком, а с пятна на ее экране можно снимать более интенсивное световое излучение. Фотоумножитель также работает лучше в импульс ном ,режиме, чем при неизменном или медленно меняющемся сигнале, видеоусилитель имеет более узкую полосу пропускания, а все устройство меньше подвержено действию помех. Для этого в нем имеется генератор 21 20 импульсов, вырабатывающий импульсы заданной длительности и скважности и синхронизированный генератором 17 строчной развертки. Импульсы генератора 21,поступают через блок 22 переменной управляемой за деркки на катод электроннолучевой трубки3 и модулируют яркость ее электронного пучка.Рабочий чертеж изготовляемой детали 27представлен в двух проекциях, ее чертеж на 30 фотошаблоне 11 имеет прозрачность, соответствующую плотности штриховки. Для примера рассмотрим считывание и обработку всего лишь одной строки (например,215) развертки фотошаблона.35 На фиг. 3 представлены осциллограммыимпульсов, поступающих от генератора 21 через блок 22 управляемой задержки на катод электроннолучевой трубки 13 и модулирующих яркость бегущего светового пятна по 40 строке215 в первом - пятом (1, 11, 111, 17,Г) кадрах считывания. Импульсы генератора 21 синхронизированы строчной разверткой (от генератора 17). В первом кадре считывания модулирующий импульсприходящий 45 на катод электроннолучевой трубки, совпадает с началом развертки по строке.Для равномерной обработки всего поля детали во втором и во всех последующих кадрах считывания импульсы задеркиваются 50 относительно начала развертки на определенную величину. Время задержки импульсовотносительно начала развертки в каждом из пяти кадров считывания представлено графиком на фиг. 4. Задержку импульсов выполняет 55 блок 22 переменной регулируемой задержки.На один из его входов поступают импульсы от генератора 21, а на другой - напряжение ступенчатой формы от генератора 23 ступенчатого напряжения, Величина напряжения, 60 вырабатываемая генератором 23, определяется в каждый момент времени задержки импульсов блоком 22, Генератор 23 ступенчатого напряжения запускается импульсами обратного хода кадрового импульса генерато,ра 18. 3данного диаметра. Отклонение пучка, т, е, перемещение обрабатывающего пятна по поверхности детали, производится отклоняющей системой 8 расположенной непосредственно под магнитной линзой 7, Обрабатываемая деталь располагается на поверхности координатного стола 9, Управление интенсивностью электронного пучка осуществляется путем изменения потенциала уравляющего электрода относительно катода. Электронная пушка постоянно заперта отрицательным нарякецием смещения на управляющем электроде. Для открывания пушки на управляющий электрод подают через импульсный трансформатор 10 положительный по отношению к катоду модулирующий импульс. Во время действия прямоугольного модулирующего импульса пушка эмитирует электронный пучок большой 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 и его отклонение осуществляются с,помощью телевизионного копирующего устройства.Негативное или позитивное увеличение изображения детали - фотошаблон 11 помещается,перед экранох фотоумножителя. Перемещающееся по растру светящееся пятно ца экране электролучевой трубки 13, электронный пучок которой развертывается синхронно с пучком в установке 1 электроннолучевой обработкипроецируется с помощью объектива 14 на фотошаблон 11. Таким образом светящееся пятно электроннолучевой трубки, спроецированное на фотошаблон, пробегает все поле чертежа, высвечивая в каждый момент отдельную точку фотошаблона, Проходящий сквозь фотошаблон свет развертывающего пятна воспринимается фотоумножителем 12, усиливается видеоусилителем 15 и управляет интенсивностью обрабатывающего электронного пучка. Развертка электронного, пучка электроннолучевой трубки 13 производится отклоняющей системой 1 б. 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 и 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 импульса) и в то же время вся поверхность детали была равномерно обработана, модулирующие импульсы должны следовать с определенной синхронностью и синфазностью по отношению к,раз 4вертке электронного пучка. Чтение изобра. жеция с фотошаблона в,процессе его развертки также целесообразно выполнять импульсным световым пятном, частота следования и длительность импульсов которого выбираются40 45 50 55 60 На фиг. 4 приведена зависимость изменения Времени задержки 1 з от,порядкового номера кадра У, 1, П, 1 П, 1 считывания фотошаблона. Ступенчатое увеличение времени задержки обеспечивает равномерное перекрытие всего промежутка, между двумя последовательно действующими импульсами электронного пучка в первом кадре.Схематическое изображение обработки строки215 в увеличенном масштабе, представленное на фиг, 5, показывает в каком кадре считывания (1, П, П 1, 1 К Р) обрабатывается каждая точка. Следы от действия электронного пучка изображены в виде кружков. Амплитуда импульсов на выходе фотоумножителя 12 соответствует плотности считываемого чертежа.На фиг. б приведены осциллограммы импульсов тока на выходе фотоумножителя при считывании строки215 в первых пяти (1, П, П 1, 17, У) 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, модулирующего импульса). Поэтому для обработки заготовки на различную глубину используют многократный съем, материала в местах наибольшего углубления. Сортировка получаемых с выхода фотоумножителя 12 и усиленных видеоусилителем 1 б импульсов по амплитуде производится с помощью управляемого селектора 24. На один из входов управляемого амплитудного селектора 24 поступают импульсы с видеоусилителя 1 Б, на другой - ступенчатое управляющее напряжение с генератора 25. Напряжениепоступающее с генератора 25, определяет амплитуду пропускаемыхселектором импульсов. При минимальной амплитуде управляющего нацряжения на входе селектора 24 через него проходят,все импульсы, поступающие с видеоусилителя 15, при максимальной амплитуде управляющего напряжения - только импульсы, амплитуда которых больше управляющего ступенчатого напряжения,Запуск генератора 2 б 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 управ 5 10 15 20 25 30 35 ляющий 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 предиавлены осциллограммы пмпульсов на выходе управляемого амплитудного селектора 24 в первом, втором и третьем (А, 1; В) циклах обработки. За эти три цикла обработки полностью изготовляется деталь 27.На фиг. 8 показана зависимость амплитуды напряжения, вырабатываемого генератором 23 ступенчатого напряжения, от порядкового номера цикла обработки детали. На фиг. 5 поставленные в кружочках буквы А, Г, В указывают за сколько циклов обработана данная точка строки215.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 2 б). 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 2 б управляющий импульс поступает на импульсный трансформатор 10, передающий его на управляющий электрод 3 электронной пушки, Благодаря схеме совпадения импульсные помехи, действующие в промежутке между импульсами, модулирующими пучок электроннолучевой трубки 13, не переходят на управляющий электрод электронной пушки, следовательно, не портят обрабатываемую поверхность. Предмет изобретенияУстройство для обработки материалов электронным лучом в вакууме с использованием системы телевизионного копирования чертежа бегущим лучом с периодическим включением электронного пучка обрабатывающей пушки 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 пушки и к видеоусилителю системы телевизионного копирования,.7 сТ ь.7 7 1 /1 Юг,зт) л.,", ЯЯЩ,и ЮБ 3 дюЩ Н. Слатин С оста вителТехред Т. П ня к ак Заказ 25/3делам изобретений Москва, Ж.35, Ра Тираж 480 Подписноеоткрытий при Совете Министров СССР ая наб., д. 45 Типография, пр. Сапунова