Устройство для обработки л\атериалов электронным лучом

 

ОПИСАНИЕ 288955

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 11 111.1968 (№ 1224437/25-8) МПЕ, В 234 15/00 с присоединением заявки №

Приоритет

Коатитвт по делам иаобретвииЯ и открытиЯ при Совета Мииистров

СССР

УДIJ 621.9.048.7.06 (088.8) Опубликовано 08.XII.1970. Бюллетень № 1 за 1971

Дата опубликования описания 5.11.1971

Автор изобретения

H. Т. Островерхов

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАНОТК4 MATEPHAËÎÂ

ЗЛЕ,TPOHHbIM ЛУИС -, т

Известны устройства для обработки материалов элект рîHHûì 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

H 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; FIB фиг. 2 — рабочий чертеж детали и фотошаблон.

Устройство для обраоотки материалов электронным лучом содержит: электроннолучевую установку 1, включающую в себя катод 2, управляющий электрод 8 электронной пушки, анод 4, электронно-оптическую систему 5, обрабатываемую деталь б, магнитную фокусирующую линзу 7, отклоняющую систему 8 и координатный стол 9; импульсный т рансформатор 10, чертеж (фотошаблон) 11 обрабатываемой детали, фотоумножитель 12, элек5 тропнолучевую трубку 18, объектив 14, видеоусилитель 15, отклоняющую систему 1б,,генератор 17 строчной, развертки электроннолучевой трубки, генератор 18 кадровой развертки электроннолучевой трубки, генератор 19

10 строчной развертки электроннолучевой установки, генератор 20 кадровой развертки электроннолучевой установки, генератор 21 им.пульсов, блок 22 пепеменной управляемой задержки импульсов, генератор 28 ступенча15 того пап ряжения, управляемый амплитудный селектор 24, генератор 25 ступенчатого напряжения и логическую схему И (схема совпадения 2б) .

Электронная пушка электроннолучевой

20 установки 1 состоит из катода 2, управляющего электрода 8 и анода 4. Анод пушки заземлен, а катод и управляющий электрод находятся под высоким отрицательным потенциалом. Электронный пучок, сформированный

25 электронной пушкой,,проходит 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 (сварка,,пайка, сверление, фрезерование, легирование и т. п.) и обрабатываемым материалом. В этом случае электрон10 нолучевая трубка работает в более легком .режиме, чем при считывании непрерывным пучком, а с пятна на ее экране можно снимать более интенсивное световое излучение. Фотоумножитель также работает лучше в импульс15 ном,режиме, чем при неизменном или медленно меняющемся сигнале, видеоусилитель имеет более узкую полосу пропускания, а все устройство меньше подвер>кено 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 за25 держки на катод электроннолучевой трубки !

3 и модулируют яркость ее электронного пучка.

Рабочий чертеж изготовляемой детали 27 представлен в двух проекциях, ее чертеж на

50 фотошаблоне 11 имеет прозрачность, соответствующую плотности штриховки. Для примера рассмотрим считывание и обработку всего лишь одной строки (например, ¹ 215) развертки фотошаблона.

35 На фиг. 3 представлены осциллограммы импульсов, поступающих от генератора 21 через блок 22 управляемой задержки на катод электроннолучевой трубки 13 и модулирующих яркость бегущего светового пятна по

40 строке № 215 в первом — пятом (1, 11, 111, IV, V) кадрах считывания. Импульсы генератора

21 синхронизированы строчной разверткой (от генератора 17). В первом кадре считывания модулирующий импульс,,приходящий

45 на катод электроннолучевой трубки, совпадает с началом развертки по строке.

Для равномерной обработки всего поля детали во втором и во всех последующих кад рах считывания импульсы задер>киваются

50 относительно начала развертки на определенную величину. Время задержки импульсов относительно начала развертки в каждом из пяти .кадров считывания представлено графиком на фиг. 4. Задержку импульсов выполняет 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 оо.ратного хода кадрового импульса генерато65,ра 18.

3 данного 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 наря>кением 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 на экране электролучевой трубки 13, электронный пучок которой развертывается синхронно с пучком в установке 1 электроннолучевой об работки,,проецируется с помощью объектива

14 на фотошаблон 11. Таким образом светя щееся 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 1á. 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 гене,раторов 19 и 20 и отклоняю щей 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 >ке время вся поверхность детали была равномерно обработана, модулирующие импульсы должны следовать с orðåäåëåííîé синхронностью и синфазностью по отношению к,раз4 вертке электронного пучка. Чтение изображения с фотошаблона в,процессе его развертки также целесообразно выполнять импульсным световым пятном, частота следования и длительность импульсов которого выбираются

288955

На фиг. 4 приведена зависимость изменения

Времени задержки 4 от .порядкового номера кадра N„, 1, Il, Ill, IV считывания фотошаблона. Ступенчатое увеличение времени задержки обеспечивает равномерное перекрытие всего промежутка, между двумя последовательно действующими импульсами электронного пучка в первом кадре.

Схематическое изображение обработки строки № 215 в увеличенном масштабе, представленное на фиг. 5, показывает в каком кадре считывания (I, О, III, IV, V) 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 строки ¹ 215 в первых пяти (I, 11, 111, IV, V) 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 п роизводят 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 15 импульсов по амплитуде производится с помощью управляемого селектора 24. На один из входов управляемого амплитудного селектора 24 поступают импульсы с видеоусилителя 15, на другой— ступенчатое управляющее напряжение с генератора 25. Напряжение,,поступающее с генератора 25, определяет амплитуду пропускаемых селектором 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 25 ступенчатого напряжения осуществляется импульсом сброса первого генератора 28 ступенчатого напряжения.

Поскольку полный период генератора 28 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 управ5

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 представлены 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 25 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 строки № 215.

Для повышения точности обработки путем уменьшения влияния импульсных помех в цепь передачи импульса с амплитудного селектора 24 на управляющий электрод 8 электронной пушки включена логическая схема И (схема совпадения 2б). 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 2б управляющий импульс поступает на импульсный трансформатор 10, передающий его на управляющий электрод 8 электронной пушки. Благодаря схеме совпадения импульсные помехи, действующие в промежутке между импульсами, модулирующими пучок электроннолучевой трубки 18, не переходят на управляющий электрод электронной пушки, следовательно, не портят обрабатываемую поверхность.

Предмет изобретения

Устройство для обработки материалов электронным лучом в вакууме с использованием системы телевизионного копирования чертежа бегущим лучом с периодическим включением электрон".îãî 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, 288955

1б

Фиг. 1

Фыг 3

Фиг. 4r

Фиг б

ФЬг " (л ) л .:. ЯЩЩ з ® л:,. ЩЯ аб,„б

Редактор Е. Поздняк

Изд. № 34 Заказ 2513 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, K-35, Раушская наб., д. 415

Типография, пр. Сапунова, 2 7Г

Составитель Н. Слатин

Техред Т. П. Курилко Корректор О. С. Зайцева