Устройство визуализации стыка и шва для электронно-лучевой сварки

союз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 175 19) Й КОМИТЕТМ И ОТКРЫТИЯ 3 К 15 ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНПРИ ГКНТ ССС ОПИС ЕНИ Е ЛЬСТВ ВТОРСКОМУ СВИ 1(54) УСТРОЙСТВО ВИЗУАЛКА И ШВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОНСВАРКИ(57) Использование: относитстроению и предназначенорования точки воздействия ное объедине- СССР 1988, ИЗАЦИИ СТЫН О-ЛУЧЕВОЙ ся к машинодля позициОни- электронного Изобретение относится к машиностроению й предназначено для позиционировайия 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 синусойдального или треугольного развертывающего напряжения пушкигенератор пилообразного напряжения развертывающего напряжения электронно-лучевой трубки, причем начала прямых ходов пилообразного напряжения совпадают с максимумами как полопучка на изделие при ронно-лучевой техно бретения: устройств электронов, фокусиру няющую систему пуш ных сигналов, рез строчной катушки от пушки, резистор-датч тушки отклоняющей стор выделения вто сигнала, блок кадрово ки, блок формирован тель, электронноотклоняащей систем использовании электлогии, Сущность изоо содержит источник ющую катушку, отклоки, коллектор вторичистор-датчик тока клоняющей системы ик тока кадровой касистемы пушки, резирично-электронного й и строчной развертия метки, видеоусилилучевую трубку с ой. 3 ил.,ъф жительными, так и отрицательнцмй, синусоидального или треугольного напряжения, фИндикация момента совпадения в таком устройстве осуществляется совмещени- (Я ем 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 полей в вакуумной камере, но при этом имеют следующие недостатки- необходимость непосредственного визуального наблюдения (через окно вакуумной камеры) для осуществления предварительного грубого позиционирования,1756070 3пока развертка электронного пучка не начнет пересекать линию стыка, а на экранеэлектронно-лучевой трубки не появятсдваимпульса;- необходимость предварительной ориентации электронно-лучевой пушки или изделия таким образом, чтобы след отразвертки электронного пучка на поверхности изделия пересекал линию стыка подпрямым углом или близким ему по величине;- необходймость, для однозначностисовмещения, чтобы стык был единственнойнеоднородностью на поверхности изделия,пересекаемой электронным пучком;- нет информации о местоположении 15электронного пучка вдоль стыка, имеетсяинформация только о попадании луча встык.Перечисленные недостатки приводят кограничению возможностей применениятакого устройства в чистом виде, 20Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей и повышение надежности,Указанная цель достигается формированием растрового телевизионного изображенил с использованием вторичныхэлектронов электронного пучка одновременно с меткой местоположения электронного пучка при совпадении нулевыхзначений токов отклоняющих катушек алек- ЗОтронно-лучевой пушки,На Фиг, 1 представлена общая схемапредлагаемого устройства; на Фиг, 2 - одиниз возможных вариантов схемы формирователя метки; на фиг, 3 - эпюры напряжений,36в разных точках схемы формирователя.Растровое телевизионное устройстводополняется двумя резисторами, один изкоторых включен последовательно со строчай катушкой, а второй - последовательно 40с кадровой катушкой отклоняющей системыпушки. 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 формируетсясигнал совпадения, Сигнал совпадения замешивается с видеосигналом в видеоусилителе и высвечивается на поле иэображения 50в виде яркостной метки.С целью повышения точности совмещения метка формируется в виде крестика столщиной штрихов 1-2 элемента разложения изображения, точка пересечения штрихов которого соответствует моментусовпадения 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 сфокусированного электронного пучка.Устройство совмещения электронного пучка со стыком кромок свариваемого изделия содержит см. Фиг, 1) источник электронов 1, пучок электронов 2, фокусирующую катушку 3, отклоняющую систему 4 пушки, изделие 5, коллектор вторичных электронов 6, резистор 7- датчик тока строчной катушки отклоняющей системы пушки, резистор 8 - датчик тока кадровой катушки отклоняющей системы пушки, резистор 9 выделения вторично-электронного сигнала, блок 10 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 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 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 подключена 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 формирователя подключен ко второму входу видеоусилителя 12, к первому входу которого подключена точка соединения коллектора 6 вторичных электронов и резистора 9 выделения вторично-электронного сигнала, который вторым выводом соединен с общей точкой устройства, выход видеоусилителю 12 соединен с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки 14,Блок 11 формирователя метки фиг. 2) 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-НЕ с открытым коллектором 31, 32; нагрузочный резистор ЗЗ, инвертор 34.Блок 11 формирователя работает следующим образом (эпюры напряжений в разных точках Формирователя представлены на фиг. 3). На вход 1 Формирователя поступает пилообразное напряжение с резистора 8 - датчика тока кадровой отклоняющей катушки пушки, на вход 2 поступает пилообразное напряжение с резистора 7 - датчика тока5 10 20 30 35 40 50 строчной катушки пушки. Напряжение с входа 1 через развязывающие резисторы 15 и 16 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 6, равное половине времени, необходимого на формирование вертикального штриха метки, Выходной сигнал нуль- детектора 19 запускает одновибратор 27, который формирует импульс длительностью т 2, 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 нэ время тт, 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 тэ, равной времени Формирования толщины вертикального штриха (те 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 (Ом 04) метки, обуславливающая формирование вертикального штриха. Нуль-детектор 20 резистором 24 смещения нуля настраивается таким образом, чтобы его переключение опережало точку прохождения входного напряжения через нуль на время т 3, немного превышающее половину периода следования строк,Выходной сигнал нуль-детектора 20 запускает одновибратор 28, который формирует импульс длительностью м, 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 тб, равное половине времени Формирования горизонтального штриха метки. Выходной сигнал нуль-детектора 22 запускает одновибратор 30, который формирует импульс длительностью т 6, равной времени формирования горизонтального штриха метки. Импульсы с выхода одновибраторэ 28 и одновибрэтора 30 поступают на входы схемы 32 логического умножения, на выходе которой формируется часть сигнала (Ов 2 Овз) 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 частотой строк и частотой кадров, это определило выбор длительности т 4 несколько больше длительности периода следования строк, который при любом положении строки относительно точки нулевого значения тока кадровой катушки не допускает пропуска импульса подсветки горизонтального штриха, но, в зависимости от положения строки по отношению к точке нулевого тока кадровой аушки, горизонтальный штри метки по толщине может состоять либо из одной либо иэ двух строк. После логического сложения обеих частей сигнала метки получается полный ее сигнал. Логическое сложение (монтажное ИЛИ) осуществляется нэ общей нагрузке (резистор 33) логических схем 31 и 32, представляющих собой схемы И-НЕ с открытым коллектором. Поскольку при логическом умножении сигнал проинвертировэлся, то для представления полного сигнала метки высоким уровнем сигнал, снимаемый с резистора 33, инвертируется инвертором 34,Работа устройства совмещения электронного пучка со стыком в комплексе заключаетсяся в следующем.Электронный пучок 2 источника электронов 1 фокусируется на поверхности изделия 5 факусирующей катушкой 3 пушки, отклоняющая система 4 которой отклоняет 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 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 соответствующим выходам блока 10 также подключены строчные и .эдровые катушки отклоняющей системы 13 электронно-лучевой трубки 14, Блок 10 строчной и кадровой развертки имеет один задающий генератор 55 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-луче5 10 15 20 ности изделия,30 35 40 50 вой трубки 14, Такая схема построения блока обеспечивает синхронность разверток злектоонного 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 6 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 кадро- . вой 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 второй вход видеоусилителя 12, где она замешивается с сигналом изображения и поэтому высвечивается иа 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 Олительность строки, число кадров в стро; ке, частота кадров, число элементов разложения изображения) используемой растровой телевизионной системы и желаемого размера метки, то одновибраторы программируются согласно расчетным данным, э 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 током и магнитным потоком.Процесс совмещения сводится к совмещению перекрестия метки, при помощи перемещения стОла с закрепленным на ием иэделием или пушки, с заданной точкой на изображении. После снятия развертывающих напряжений электронный пучок попадает в заданную точку на поверхности изделия,Устройство обладают более широкими возможностями в том плане, что совмещение электронного пучка можно осуществлять ие только со стыком, а с любой точкой на поверхности изделия, которую можно идентифицировать на изображении поверх- . Устройство обладают более высокой помехоустойчивостью, так как интегральный обьем информации, заключенный в изображении участка поверхности, намного больше, 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-электронного сигнала помехи в виде синусоидального сигнала с частотой, равной частоте развертки, и амплитудой, равной сигналу, делает устройство неработоспособным. В предлагаемом устройстве такая помеха приводит только к ухудшению качества изображения.Устройство уменьшают возможность повреждения поверхности изделия, так как при том же токе луча энергия расп ределяется на гораздо большую площадь. Предельная точность такого устройства определяется разрешающей способностью . растрового телевизионного устройства, которая, в свою очередь, определяется диаметром сфокусированного пучка и количеством строк в кадре, Реально достижимая точность совмещения для электронно-лучевых пучков, используемых в электронно-лучевой сварочной аппаратуре, составит 0,15-0,3 мм.% Формула изобретенияУстройство визуализации стыка и шва для электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку с электромагнитной отклоняющей системой, коллекторвторичных электронов, резистор, одним выводом подключенный к общей точке устройства, а другим - к коллектору вторичных электронов и первому входу видеоусилителя, выход которого связан с модулирующим 5 электродом индикатора растрового телевизионного изображения, блоки кадровой и строчной развертки, к выходам которых подключены катушки кадровой и строчной развертки отклоняющей системы и соответ стзующие катушки отклоняющей системы индикатора растрового телевизионного изображения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональных возможностей 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 развертки 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.Составитель Н.Ча Техред М. Моргент Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва. Ж, Раушская наб., 4/5