Устройство для управления током луча электронно-лучевой термической установки

ОП ИСАКИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик и 8778 О 1пв дееаи нзобретеккк и етерытккДата опубликовании описании 301081(54) УСТРОЙСТВО цЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ЛУЧА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТЕРИИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ зовани 20 ста иро твл кой, иетр, упется о Изобретение относится к устройствам, предназначенным для автоматического управления процессом электроннолучевого нагрева материалов, их испарения для получения, например, оптических покрытий.Известно устойство, осуществляющее автоматическое регулирование температурного поля на поверхности металла, нагреваемого в электронно- вакуумной печи, содержащее задатчик температуры, блок сравнения заданной и измеряемой температуры, скани-. рующий пирометр с системой развертки, соединенной с системой развертки электронного луча и подключенной к генератору отклоняющих напряжений и блок логики, посредством которого осуществляется изменение координаты пятна воздействия луча. В качестве датчика сигнала, сравниваемого с у в спользуется сканирующий п м равленне которым осущес я т общего генератора от-. клоняющих напряжений с испольем блока задержки 1 1,.В устройствах такого типа регулирование температурного поля осуществляется за счет изменения скоростисканирования электронного л 1 ча.Такие схемы сложны и не обеспечивают достаточного быстродействия, так как одновременное слежение за пятном нагрева, следящим пирометром и выработка сигнала изменения скорости сканирования требует использовать сложную следящую системч и обеспечить управление по двум координатам. Если же испаряемый материал в виде таблетки сравнительно малых размеров, возникают дополнительные трудности.Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является уст" ройство для управления током лучаэлектронно-лучевого испарителя, содержащее возбудитель тока эмиссии,вязанный с выходом тирнсторногорегулятора, выполненного в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, и выходом высоковольтного блока литания, снабженного датчиком тока луча и блоком защиты с датчиком короткого замыкания, сумматор, первый вход которого через интегратор связан с датчиком выходного сигнала тиристорного регулятора., второй - с датчиком тока луча, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика тока луча, а выход связан с первым входом пуско- ного блока, снабженного нуль-органом, синхронизатор, первый выход которого соединен со входом формирователя, импульсов синхронизации и сброса, выход которого подключен ко входу генератора заполняющих импульсов, связанного выходом через коммутирующий узел с управляющими входами тиристорного регулятора21.- Однако в установке недостаточно широкий диапазон регулирования тока и луча и недостаточная линейность регулирования. Это объясняется тем, что при большом числе сумматоров, на. которые поступают сигналы обратных связей, погрешности накапливаются в каждом последующем сумматоре, шозникает квадратурная составляющая ошибки, что является причиной уменьшения точности регулирования, Такая схема включения сумматоров затрудняет настройку и делает регулятор тока луча критичным к изменениям внешних условий.Цель изобретения - увеличение точности регулирования температуры за счет более точной стабилизации токалуча.Для достижения поставленной цели коммутирующий узел выполнен в виде двух блоков коммутации а установка снабжена делителем частоты, выполненным в виде соединенных друг с другом делйтеля внутришаговой и шаговой коммутации, выход делителя шаговой коммутации соединен с первыми входами блоков коммутации, вход делителя внутришаговой коммутации подключен к выходу генератора заполняющих импульсов, а второй его выход - к перво му входу блока элементов ЗИ, выход которого соединен со вторыми входами блоков коммутации, третий вход первого из блоков коммутации связан со втоРым выходом синхронизатора и вто О 25 ЗО бя делитель 5 внутришаговой коммутации и делитель б щаговой коммутации.50Выход. делителя б шаговой коммутации подключен к первым входам блоков 7 и 8 коммутации. Выходы блоков 7 и 8 коммутации соединены с управляющимивходами тиристорного регулятора 9, к которому подключен возбудитель 10 тока эмиссии, на который от высоковольтного блока 11 питания подается высокое напряжение. 35 40 45 рым входом блока элементов ЗИ, а третий вход второго блока коммутациис третьим выходом синхронизатора итретьим входом блока элементов ЗИ,четвертый вход которого соединен свыходом блока пороговых элементов внутришаговой коммутации, первый входкоторого через задатчик тока лучасвязан со вторым входом пусковогоблока, а второй вход - с первым выходом пускового блока и первым входомблока пороговых элементов шаговойкоммутации, соединенного .вторым входом со вторым вшходом пускового блока, а выходом - с четвертыми входами блоков коммутации,Блоки коммутации содержат группу элементов ЗИ,. выходы каждого иэ которых подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого через расширитель импульса соединен с управляющим входомключевого элемента ИЛИ и непосредственно с первым И-входом элемента2 И-ИЛИ, второй и третий входы которого соединены с выходом ключевого элемента ИЛИ, при этом первым, третьими четвертым входом блока коммутациислужат входы элементов ЗИ, вторым -входы ключевого элемента ИЛИ, а выходом - выход элемента 2 И-ИЛИ. На фиг, 1 изображена блбк-схема устройства управления током луча; на фиг. 2 - диаграмма шаговой коммутации тиристорного регулятора, на фиг. 3 " диаграмма внутришаговой коммутации, на фиг. 4 - развернутая блок-схема 1 одного из каналов коммутации тиристорного регулятора и блоки пороговых элементов шаговой и внутришаговой комму гации.Устройство содержит генераторзаполняющих импульсов, вход которого связан через формирователь 2 импульса синхронизации и сброса сервым нулевым выходом синхронизатора 3. Выход генератора 1 подключен к делителю 4 частоты, включающем в се25 фд=П.АУ=К 9 цию блокиронки при коротком замыкании: произнодит отключение (,и включение) при аварийном нарушении режима. Блок 9 сравнения обеспечиваетвпреобразование фзА 1 ос ф Ф где К " переменный коэффициент,связанный линейной зависимостью от величины сигнала,задания МС 0, К = (1-0,1).1 ОС- величина сигнала обратнойсвязи,Раэностный сигнал Д 9 в режиме стабилизации с выхода блока 19, а такжесигнал задания А через пусковойблок 20 воздействуют по двум шинамвходов на пороговые. элементы (компараторы) 311-.31 блока 22 (фиг.4)шаговой коммутации и пороговые элементы 321-32 блока внутришагонойкоммутации, вызывая срабатывание техпороговых элементов, порог срабатывания которых в данный момент нижеили ранен разности между сигналами:сигналом задания 9 и сигналом ЬЧ 1,или где П - порог срабатывания каждого.из элементов.Для пояснения дискретности уставок порогов срабатывания вторая шинавыхода (фиг.4) в блоках 22 .и 23 подсоединена ко вторым входам каждогоиз пороговых элементов через резистор с возрастающим номиналом от 0,1 Рдо Р в элементах от 31 до элемента 314, а в блоке 23 внутришаговойкоммутации - от О,ООР до 0,08 Р в эле- ментах от 32 б- до 321. Таким образом, в режиме стабилизации тока обеспечивается соответствующее срабатывание упомянутых элементов, причем изменения ошибки рассогласования, вызванные дестабилизацией тока, противодействуют фактору дестабилизации (фиг.2),В режиме пуска необходимо обеспечить возрастание тока луча до уставки задатчика 18. Поэтому при включении устройства посредством пускового устройстна 20 и воздействующих на его входах сигналовЧ И (Чос-Чьд) = -д 4ЪА(сигнал Уо имеет максимальное значение) обеспечивается смещение фазы на 15 20 ЭО 35 40 5 50 55 180 на выходах этого устройства.Благодаря этому все пороговые элементы 314 "311 (фиг.4) находятся вовключенном состоянии. В процессе до-.стижения током луча заданного значения раэностный сигнал -Ь 9 на выходеблока 20 достигает нулевого значения,что вызывает срабатывание нуль-орга- .на 21 и переброску фазы на выходахпускового блока 20, Таким образомобеспечивается переход пускового режиме в режим стабилизации тока. Пусть, например, в режиме стабилизации тока подвижный контакт 40 задатчика 18 (фиг.4) установлен в положение цифры "8",При определенной величине сигнала обратной связи н возбужденном состоянии находятся пороговые элементы 318- 314 блока 22. Это обеспечивает совпадение по всем входам на соответствующих схемах 33-33,1 совпадения в блоке 7 коммутации в период положи". тельной полуволны напряжения и отрицательной полуволны на схемах 38 р совпадения в блоке 8 коммутации в моменты коммутации цифр "7"-"9" по первым входам упомянутых схем от дешифратора 30 делителя 6. Единичный импульс с выходов упомянутых схем" совпадения в шаговой последовательности через элементы 1 О ИЛИ 34 и 10 ИЛИ 34 каждого из блоков 7 и 8 коммутации обеспечивает разрешение на управляющем входе того или иного ключевого элемента 15 ИЛИ 37,1 (37) и расширяется по длительности расширителем импульса 36,1 (362), Таким образом, если на каком-либо из входов ключевого элемента 37 в период расширения импульса шагового делителя цифры "7" (фиг,3) имеется импульс внутришагового деления (определяется уставкой контакта 39 задатчика 18 и соответствующим срабатыванием по-. роговых элементов 32 кблока 23 внутришаговой коммутации), то этот импульс, возникая на выходе ключевого элемента 5 ИЛИ 37, воздействует на вход ИЛИ схемы 2 И-ИЛИ 35 А (35 у) и обеспечивает коммутацию тиристорного регулятора 9 по цифре "4" (фиг.3 ) внутришагового деления между цифрами "7" и "8" шагового деления. На циф верах "2" и "0" внутришагоного деления при .коммутациях дешифратора 30 на входы тиристорного регулятора с блокон 7 и 8 коммутации проходят новые единичные импульсы ( уже на откры877801 9тые тиристоры ), При этом на цифре "О" внутришагового деления импульс с выхода ключевого элемента 5 ИЛИ 37 А372.) по первому И-входу схемы 2 И-ИЛИ 35,1 (352) совпадает с импульсом на цифре ."8" шагового деления (фиг.З и 2) по второму И-входу упомянутой схемы и обеспечивает единичный импульс на ее выходе. Таким образом, при уставках "О" контакта 39 и како го"либо контакта 40 задатчика 18 осуществляется только шаговая коммутация ( фиг.2 ).еТаким образом осуществляется цифровая,широтная коммутация тиристорного регулятора 9 в соответствии с величиной рассогласования и обеспечивается необходимый ток луча электронно-лучевого испарителя материалов.При дестабилизации, например, в сторону увеличения тока луча сигнал обратной связи Ч возрастает, Согласно уравнению 111 д-Уоь=25 разностный сигнал уменьшается. Этовызывает смещение возбужденных состояний пороговых элементов блоков 22и 23 фиг.4) в сторону меньших зна- зочений порогов срабатываний, а именно: отпускание в сторону пороговогоэлемента 31 блока 22 шаговой коммутации в соответствии с величинойвозбуждения, т,е. площадь открытогосостояния тиристоров регулятора 9(фиг,2 ) уменьшается. При возмущении,противоположноМ рассмотренному, наоборот, площадь увеличивается. Такимобразом, регулирование тока лучапроисходит с противодействием вы"звавшему возмущению: изменяется мамент коммутации тиристорного регуля"тора, причем, в широком диапазоне,соответствующем широкому шаговомуи внутришаГовому диапазону уставок,тока луча. Суммарный сигнал на выходе сумматора - Юос подвергается циф-ровому линейному преобразованию,причем, это преобразование не вноситсущественные погрешности в виде квадратуриой составляющей по причинесвойств высокой линейности цифровогорегулирования. Использование одногосумматора исключает также накоплениепогрешностей, наблюдаемое при каскадном включении сумматоров. Это улучшает точность регулирования тока лучав сравнении с известным устройством. 10Формула изобретения1. Устройство для управления током луча электронно-лучевой термической установки, например испарительной, содержащее возбудитель тока эмиссии, связанный с выходом тиристорного регулятора,выполненного в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, и выходом высоковольтного блока питания, снабженного датчиком тока луча и блоком защиты с датчиком короткого замыкания, сумматор, первый вход которого через интегратор связан с датчиком выходного сигнала тиристорного регулятора, второй - с датчиком тока луча, а выход - с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика тока луча, а выход связан спервым входом пускового блока, снабженного нуль-органом, синхронизатор,: первый выход которого соединен со входом формирователя импульсов синхронизации и сброса, выход которого подключен ко входу генератора заполняющих импульсов, связанного выходом через коммутирующий узел с управляющими входами тиристорного регулятора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности регулирования температуры, коммутирующий узел выполнен в виде двух блоков коммутации, а установка снабжена Делителем частоты, выполненным в виде соединенных друг с другом делителей внутришаговой и шаговой коммутации, выход делителя шаговой коммутации соединен с первыми входами блоков коммутации, вход делителя внутри- шаговой коммутации подключен к выходу генератора заполняющих импульсов, а второй его выход - к первому входу блока элементов ЗИ, выход которого соединен со вторыми входами блоков коммутации, третий вход первого из блоков коммутации связан со вторым выходом синхронизатора и вторым входом блока элементов ЗИ, а третий вход второго - с третьим выходом синхронизатора и третьим входом блокаэлементов ЗИ, четвертый вход которогосоединен с выходом блока пороговыхэлементов внутришаговой коммутации,1первый вход которого через задатчиктока луча связан со вторым входомпускового блока, а второй вход - с .первым выходом пускового блока и первым входом блока пороговых элементовшаговой коммутации, соединенного вто- .11 87780 рым входом со вторым выходом пускового блока, а выходом - с четвертыми входами блоков коммутации.2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блоки коммутации содержат группу элементов ЭИ, выходы каждого из которых подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого через расширитель импульса соединен с управляющим входом ключевого 10 элемента ИЛИ и непосредственно с первым И-.входом элемента 2 И-ИЛИ, второй и третий входы которого соедине 1 12ны с выходом ключевого элемента ИЛИ,при этом первым, третьим и четвертымвходом блока коммутации служат входыэлементов 3 И, вторым - входы ключевого элемента ИЛИ, а выходом " выходэлемента 2 И-ИЛИ. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР В 482029, кл. Н 01 / 37/06, 976. 2. Блок-схема установки УРМ 3.279.011, ФРГ, 1970.87780137Ззз а м СОТ ВНИИПИ Заказ 965 Тиоаж 892 Подписи филиал ППП "Патент",г.Ужгород, чл.Проектная