DE2634341A1 - Verfahren und einrichtung zum ausrichten eines ladungstraegerstrahles eines technischen ladungstraegerstrahlgeraetes - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum ausrichten eines ladungstraegerstrahles eines technischen ladungstraegerstrahlgeraetes

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DE2634341A1 DE19762634341 DE2634341A DE2634341A1 DE 2634341 A1 DE2634341 A1 DE 2634341A1 DE 19762634341 DE19762634341 DE 19762634341 DE 2634341 A DE2634341 A DE 2634341A DE 2634341 A1 DE2634341 A1 DE 2634341A1
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0013—Positioning or observing workpieces, e.g. with respect to the impact; Aligning, aiming or focusing electronbeams
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Description

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FATENTANWÄI/ΓΕ DR. USiQ. ERNST SOMMERFELD
DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
D-8 MUENCHEN 80
JIAIIIA-TIIEHESIA-STRASSE
POSTFACH 86 06 88
30.JuIi 1976 9619-75 Dr.v.B/E
Steigerwald Strahltechnik GmbH 8035 Puchheim , Benzstraße
Verfahren und Einrichtung zum Ausrichten eines Ladungsträgerstrahles eines technischen Ladungsträgerstrahl-
gerätes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ausrichten eines LadungsträgerStrahles eines technischen Ladungsträgerstrahlgerätes bezüglich eines länglichen Spaltes zwischen zwei Werkstückteilen, insbesondere einer Stoßfuge zwischen zwei durch den Ladungsträgerstrahl miteinander zu verschweißenden Werkstückteilen.
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Beim Schweißen dickwandiger und ausgedehnter Werkstücke mit hoher Strahlleistung ohne Einblick-Kontrolle können hinsichtlich der Ausrichtung des fokussierten Ladungsträgerstrahles auf die Stoßfuge zwischen den zu verschweißenden Werkstückteilen folgende Fehler auftreten:
a) Seitliche Versetzung der Strahlauftreffstelle bezüglich der Stoßfuge infolge Verzug des Werkstücks und/oder infolge dem Werkstück anhaftender remanenter Magnetfelder;
b) die Strahlrichtung liegt nicht in der Ebene der Stoßfuge, so daß die Aufschmelzzone in der Tiefe des Werkstückes aus der Stoßfuge herausläuft, trotzdem die Strahlauftreffstelle an der dem Strahlerzeuger zugewandten Seite des Werkstückes auf die Stoßfuge ausgerichtet ist.
Ein weiteres Problem kann dadurch auftreten, daß sich längs der Naht die Breite der Stoßfuge ändert.
Ähnliche Probleme treten nicht nur beim Ladungsträgerstrahlschweißen auf, sondern auch bei anderen Ladungsträgerstrahl-Materialbearbeitungsverfahren, z.B. dem Härten oder Vergüten eines Werkstücks im Bereich der Wände schmaler Nuten, zwischen Zähnen und dergleichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Einrichtungen anzugeben, durch dieySben erwähnten Fehler automatisch kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lage des Ladungsträgerstrahles bezüglich des Spaltes an zwei in Fortpflanzungsrichtung des Ladungsträgerstrahles beabstandeten Stellen bestimmt wird und
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daß der Ladungsträgerstrahl dann an zwei in Fortpflanzungsrichtung im Abstand vor dem Spalt gelegenen Ablenkstellen in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Lagebstimmung derart abgelenkt wird, daß er innerhalb des Spaltes einen vorgegebenen Verlauf hat.
Eine bevorzugte Einrichtung zum Ausrichten eines Ladungsträgerstrahles eines technischen Ladungsträgerstrahlgerätes, insbesondere eines Elektronenstrahl-Schweißgerätes, auf einen länglichen Spalt, insbesondere eine zu verschweißende Stoßfuge, zwischen zwei Werkstückteilen mit einer Vorschubeinrichtung zum Erzeugen einer in Längsrichtung des Spaltes verlaufenden Relativbewegung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und den den Spalt bildendenferkstückteilen,einer Ablenkanordnung, mittels derer der Ladungsträgerstrahl in einer quer zum Spalt verlaufenden Ablenkebene sowohl dynamisch ("Wedeln") als auch statisch ("Ausrichtung") ablenkbar ist, und zwei Sensoranordnungen, die auf elektromagnetische Strahlung ansprechen, welche von einem Strahlauftreffbereich in Richtung der Sensoranordnungen emittiert wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen so augebildet und angeordnet sind, daß die jeweils von ihnen empfangene Strahlung von verschiedenen, in Fortpflanzungsrichtung des Ladungsträgerstrahles beabstandeten Teilen des Strahlauftreffbereiches stammt und daß die Strahlsteuerschaltung zwei vom Ladungsträgerstrahl nacheinander durchlaufene Ablenkvorrichtungen steuert, die den Ladungsträgerstrahl derart ablenken, daß er im Bereich des Spaltes in einer vorgegebenen Richtung verläuft.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung gewährleisten eine einwandfreie, automatische Ausrichtung des Ladungsträgerstrahles auf den Spalt auch wenn unbekannte und unkontrollierbare Ursachen für eine Fehlausrichtung vorhanden sind.
Im folgenden werden die der Erfindung zugrundeliegenden Probleme und Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. IA bis IF schematische Darstellungen zur Erläuterung der/Erfindung zugrundeliegenden Probleme;
Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht eines
Elektronenstrahl-Schweißgerätes zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine in Blickrichtung von Sensoranordnungen gesehene Teilansicht eines Werkstücks;
Fig. 4A eine Schnittansicht in einer Ebene IV-IV der Fig. 3;
Fig. 4B graphische Darstellungen von Signalen, wie sie in der Einrichtung gemäß Fig. 2 beim Vorliegen der in Fig. 4A dargestellten Verhältnisse auftreten;
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Fig. 5A und 5B bis Fig. £A und ßB Darstellungen entsprechend Fig. 4A und 4B für andere Verhältnisse im Bereich einer Schweißnaht, und
Fig. 7A und 7B Darstellungen die im wesentlichen Fig. 4A bzw. 4B entsprechen und zur Erläuterung einer weiteren Möglichkeit der Verwendung der Ausgangssignale von Sensoren einer Einrichtung der in Fig. 2 dargestellten Art dienen.
Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht, außerdem sind die verschiedenen Situationen der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.
Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel des Elektronenstrahlschweißens mittels eines quer zur Stoßfuge oder Schweißnaht gewedelten Elektronenstrahls erläutert; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann sowohl beim Ionenstrahlschweißen als auch bei anderen Elektronen- oder Ionenstrahlbearbeitungsverfahren, wie Härten, Vergüten, Umschmelzen und dgl. Anwendung finden.
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In Fig. IA ist durch eine gestrichelte Linie ein unabgelenkter Elektronenstrahl 10 eines nicht näher dargestellten Elektronenstrahlschweißgerätes angedeutet, mit dem zwei Werkstückteile 12 und 14 verschweißt werden sollen, welche eine durch eine Schweißnaht zu verbindende Stoßfuge 16 bilden. Der Elektronenstrahl 10 ist mittels zweier, nacheinander durchlaufener Ablenkvorrichtungen ablenkbar,·die durch entsprechende Ablenkebenen 18 und 20 idealisiert dargestellt sind. In der Praxis wird der Elektronenstrahl quer zur Stoßfuge periodisch abgelenkt, was durch einen Doppelpfeil 22 angedeutet ist und als "Wedeln" bezeichnet wird. Diese Ablenkung kann beispielsweise in der Ablenkebene 18 durch die zugehörige, in Fig. 1 nicht dargestellte Ablenkvorrichtung erfolgen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Situation ist der unabgelenkte Elektronenstrahl 10 genau auf die Stoßfuge 16 ausgerichtet, d.h. er verläuft sowohl beim Eintritt in die Stoßfuge als auch beim Austritt aus dieser im wesentlichen in der Mitte zwischen den die Stoßfuge bildenden Stirnseiten der Werkstückteile 12 und 14. In diesem Falle ist keine Korrektur erforderlich.
Bei der in Fig. IB dargestellten Situation ist die Stoßfuge 16 bezüglich des unabgelenkten Elektronenstrahls 10 seitlich versetzt. Diese Versetzung kann, wie noch näher erläutert werden wird, erfindungsgemäß dadurch kompensiert werden, daß der Elektronenstrahl in den Ablenkebenen 18 und 20 gegensinnig derart abgelenkt wird, daß der abgelenkte Elektronenstrahl 10a um die erforderliche Strecke seitlich parallel versetzt ist. Der abgelenkte Elektronenstrahl 10a ist dann also wieder genau auf die Stoßfuge 16a zentriert.
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Bei der in Fig. IC dargestellten Situation ist die vom Elektronenstrahl 10 zuerst erreichte Seite der Stoßfuge 16C zwar bezüglich des unabgelenkten Elektronenstrahls 10 zentriert; die Stoßfuge 16cverläuft jedoch schräg zur Fortpflanzungsrichtung des unabgelenkten Elektronenstrahls 10, so daß dieser an der in Fig. IC unteren Seite aus der Stoßfuge oder "Naht" herauslaufen würde. Dieser Fehler wird, wie ebenfalls noch genauer erläutert werden wird, erfindungsgemäß durch eine zweimalige Ablenkung des Elektronenstrahls in den Ablenkebenen 18 und 20 kompensiert. Unter der Voraussetzung daß der Abstand zwischen den Ablenkebenen 18 und 20 gleich dem Abstand zwischen der Ablenkebene 20 und dem oberen Ende der Stoßfuge 16 ist, wird der Elektronenstrahl in der Ablenkebene 20 gegensinnig zur Ablenkung in der Ablenkebene 18 und um einen Winkel abgelenkt, der dem Betrag nach das Doppelte des Ablenkwinkels in der Ablenkebene 18 beträgt. Der abgelenkte Elektronenstrahl 10b verläuft dann wieder genau zentrisch zur schrägen Stoßfuge 16c.
Bei Fig. ID ist die Stoßfuge 16d bezüglich des
unabgelenkten Elektronenstrahls 10 sowohl schräg als auch seitlich versetzt. Auch dies kann durch entsprechende Ablenkung des Elektronenstrahls kompensiert werden.
Fig. IE zeigt schematisch den Fall, daß die Stoßfuge· 16e zwar bezüglich der Achse des unabgelenkten Elektronenstrahls 10 zentriert ist, daß aber im Bereich der Stoßfuge 16e ein Störmagnetfeld 24 herrscht, durch das der Elektronenstrahl 10 in unerwünschter Weise so abgelenkt wird, "daß er nicht mehr zentrisch bezüglich der Stoßfuge 16e verläuft. Ein solches Störmagnetfeld kann z.B. durch eine remanente Magnetisierung der Werkstückteile 12, 14 erzeugt werden. Wie in Fig. IE dargestellt ist,kann auch die durch das Störmagnetfeld 24 verursachte, unerwünschte Ablenkung des Elektronenstrahls durch eine entspre-
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■»eiVorablenkung des Elektronenstrahls in den Ablenkebenen 18 und 20 kompensiert werden, so daß der abgelenkte Elektronenstrahl 1Oe trotz des Störmagnetfeldes 24 im wesentlichen zentrisch zur Stoßfuge 16e verläuft.
Fig. 2 zeigt etwas vereinfacht ein Elektronenstrahl-Schweißgerät, bei dem die oben geschilderten Korrekturmaßnahmen automatisch durchgeführt werden. Das Elektronenstrahl-Schweißgerät enthält ein konventionelles Strahlerzeugungssystem 26 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls mit einer Energie von z.B. 150 kV, der auf die Oberfläche eines Werkstücks 28 fokussierbar ist. Der Elektronenstrahl 10 ist durch zwei Ablenkvorrichtungen 30, 32 ablenkbar, die beispielsweise Elektromagnete enthalten können. Die idealisierten Ablenkebenen sind wie bei Fig. 1 mit 18 bzw. 20 bezeichnet. Der Abstand a der beiden Ablenkebenen 18 und 20 voneinander ist gleich dem Abstand b zwischen der Ablenkebene 20 und der dem Strahlerzeugungssystem 26 zugewandten Oberfläche des Werkstücks 28. Das Werkstück ist durch eine nicht dargestellte Vorschubeinrichtung relativ zum Elektronenstrahl 10 verschiebbar, die durch einen Pfeil dargestellte Verschiebungsrichtung 34 fällt mit einer zu verschweißenden Stoßfuge 16 des Werkstücks 28 zusammen. Das Verschweißen kann unter Zufuhr von Zusatzmaterial erfolgen, das in Form eines Stabes oder Drahtes in den Schweißkanal 38 eingeführt
Auf der noch nicht verschweißten Seite der Stoßfuge 16 sind zwei Sensoranordnungen 40 und 42 angeordnet, die auf elektromagnetische Strahlung ansprechende Zensoren 44, 46 enthalten. Die Sensoren können auf Röntgenstrahlung ansprechen und dann als Zählrohre ausgebildet sein oder sie können auf ultraviolettes, sichtbares oder infrarotes Licht ansprechen und aus Vakuumphotozellen oder opto-elektronischen Halbleiterbau-
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elementen bestehen. Die Sensoren 44 und 46 sind in Abschirmungen 48 bzw. 50 angeordnet, die ihr Gesichtsfeld jeweils auf einen schmalen, schlitzförmigen Bereich 52 bzw. 54 (Fig. 3) begrenzen. Die Querrichtung der Bereiche 52 und 54 verläuft quer zur Stoßfuge 16 und die Abschirmungen 48 und 50 sind so ausgerichtet, daß die Sensoren 44 und 46 Strahlung von zwei in Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls 10 beabstandeten Stellen 56 bzw. 58 des Schweißkanals 38 erfassen. Vorzugsweise liegen die Stellen 56 und 58 in der Nähe der entgegengesetzten Enden des Schweißkanals 38 und vorzugsweise so, daß der noch nicht zugeschweißte Teil der Stoßfuge 16 als Blende wirkt, die die Strahlung in seitlicher Richtung,(d.h. in Längsrichtung der spaltförmigen Bereiche 52 und 54)begrenzt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
An die Sensoren 44 und 46 ist eine Steuerschaltung 60 angeschlossen, die aus den Ausgangssignalen der Sensoren 44 und 46 Steuersignale für die Ablenkanordnungen 30 und 32 erzeugt.
Anstatt beide Sensoranordnungen 40 und 42 auf derselben Seite des Werkstücks anzuordnen, können die Sensoranordnungen auch auf verschiedenen Seiten des Werkstücks angeordnet sein, wie durch eine Sensoranordnung 42' angedeutet ist.
Bei dem beschriebenen Elektronenstrahlschweißgerät wird der Elektronenstrahl IO beim Schweißen quer zur Längsrichtung der Stoßfuge 16 periodisch abgelenkt ("gewedelt"), wie in Fig. 4A durch den Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Dies kann durch einen sinusförmigen Ablenkstrom W erfolgen, der z.B. der Ablenkvorrichtung 30 in bekannter Weise zugeführt werden kann.
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Wenn die anhand von Fig. IA erläuterten Verhältnisse herrschen und der Elektronenstrahl 10 parallel zur Stoßfuge 16 verläuft und bezüglich dieser zentriert ist, liegt auch der entstehende Schweißkanal 38 zentrisch und parallel zur Stoßfuge 16, wie in Fig. 4A dargestellt ist. Die Sensoren 44 und liefern dann Ausgangssignale S1 bzw. S2, wie sie in Fig. 4B dargestellt sind. Diese Ausgangssignale bestehen jeweils aus einer Folge von zeitlich gleich beabstandeten Impulsen, deren Maxima jeweils mit den Nullstellen des Ablenkstromes W zusammenfallen. Unter diesen Bedingungen liefert die Steuerschaltung keine Ablenksignale an die Ablenkvorrichtungen 30 und 32.
Wenn jedoch, wie anhand von Fig. IB erläutert wurde, der unabgelenkte Elektronenstrahl und damit auch der Schwerpunkt des gewedelten Elektronenstrahls seitlich bezüglich der Stoßfuge 16b versetzt ist, ist auch der Schweißkanal 38 bezüglich der Stoßfuge 16b versetzt, wie in Fig. 5A dargestellt ist. Die Sensoren 44 und 46 liefern dann Ausgangssignale S1 bzw. S2, wie sie in Fig. 5B dargestellt sind. Diese Ausgangssignale sind phasengleich und bestehen aus Impulsen, die alternierend kleinere bzw. größere gegenseitige Abstände haben. Der Abstand der jeweils näher benachbarten Impulse und die Phasenlage dieser Impulspaare bezüglich des Ablenksignals W ermöglichen eine eindeutige Bestimmung des Betrages und der Richtung der Versetzung des Elektronenstrahls und damit die Kompensation der Versetzung. Wie dies im einzelnen geschehen kann, wird weiter unten noch genauer erläutert.
Fig. 6A zeigt den anhand von Fig. IE erläuterten Fall, daß der gewedelte Elektronenstrahl durch ein Störmagnetfeld 24 so abgelenkt wird, daß er schräg und gegebenenfalls versetzt zur Stoßfuge 16e verläuft. Analoge Verhältnisse lie-
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gen vor, wenn zwar der Strahl 10 nicht abgelenkt ist, aber die Stoßfuge schräg verläuft, wie es in den Figuren IC und ID dargestellt ist. In solchen Fällen hat der Schweißkanal 38 an dem dem Strahlerzeugungssystem zugewandten (in der Zeichnung oberen) Ende der Stoßfuge eine andere Lage bezüglich dieser als an dem dem Strahlerzeugungssystem abgewandten (unteren) Ende der Stoßfuge. Die Sensoren 44 und 46 liefern dann unterschiedliche Ausgangssignale, d.h. es können in den Signalen
51 und S2 "Doppelimpulse" auftreten, die in den Signalen S1 und S2 unterschiedliche Impulsabstände und/oder Phasenlage bezüglich des Ablenksignals W haben. Jedes der Signale S1 und
52 ermöglichen aber auch hier eine eindeutige und quantitative Bestimmung der Lage des Schweißkanals bezüglich der vom betreffenden Sensor erfaßten Stelle 56 bzw. 58.
Im folgenden sollen einige Möglichkeiten beschrieben werden, wie man aus den Sensor-AusgangsSignalen Steuersignale für die Ablenkvorrichtungen 30 und 32 erzeugen kann, welche den Elektronenstrahl so ablenken, daß er parallel und zentrisch zur Richtung der Stoßfuge verläuft.
Bei der ersten Ausfuhrungsform des Verfahrens erfolgt die Einjustierung des Elektronenstrahls schrittweise. Zuerst wird die Strahllage bezüglich der Meßstelle 56 (Fig.IF) zentriert, in dem der Elektronenstrahl 10 lediglich in der Ablenkebene 18 unter Steuerung durch das Ausgangssignal des Sensors 44 abgelenkt wird. Der Weg des abgelenkten Strahles ist mit 1Of bezeichnet.
Nun wird die Strahllage unter Verwendung des Ausgangssignales des Sensors 46 bezüglich der Stelle 58 justiert, in dem der abgelenkte Elektronenstrahl 1Of unter Steu-
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Vierung durch das Ausgangssignal des Sensors 46 nun in der Ebene 20 abgelenkt wird, daß er bezüglich der Meßstelle 58 zentriert ist; außer der Ablenkung in der Ablenkebene 20 erfolgt gleichzeitig noch in der Ebene 18 eine zusätzliche Ablenkung, die gegensinnig und dem Betragen nach halb so groß wie die Ablenkung in der Ablenkebene 20 ist. Bei diesem Verfahrensschritt wird also der Ablenkstrom in den beiden magnetischen Ablenkvorrichtungen 30 und 32 gleichzeitig verändert und wenn der unteren Ablenkvorrichtung 32 ein Strom vorgegebenen Betrages zugeführt wird, wird dem Ablenkstrom der oberen Ablenkvorrichtung 30 ein Stromanteil entgegengesetzten Vorzeichens und halben Betrages abgezogen. Wenn durch diesen Verfahrensschritt die Justierung des Strahles bezüglich der Stelle 56 verstellt worden ist, wird anschließend die Strahllage bezüglich der Stelle 56 wieder justiert, indem der Strahl nur in der Ebene 18 abgelenkt wird. Im nächsten Schritt kann dann, falls erforderlich, der oben als zweites erwähnte Justierschritt nochmals durchgeführt werden usw.
Eine andere Möglichkeit der Justierung besteht darin, die Strahllage bezüglich der Stelle 56 mittels des AusgangssignaIes des Sensors 44 sowie der Ablenkvorrichtung 30 zu steuern und gleichzeitig die Strahllage bezüglich der Stelle 58 mittels des Ausgangssignales des Sensors 46 und der Ablenkvorrichtung 32 zu steuern. Eine gegenseitige unerwünschte Beeinflussung der beiden Justiervorgänge und Regelschwingungen können dadurch vermieden werden, daß man dem Regelkreis mit dem Sensor 44 und der Ablenkvorrichtung 30 eine andere, z.B. um eine Größenordnung kürzere Zeitkonstante gibt als dem Regäkreis mit dem Sensor 46 und der Ablenkvorrichtung 32. Die Regelvorrichtung mit dem Sensor 44 und der Ablenkvorrichtung 30 hält dann den Elektronenstrahl miljkurzer Zeitkonstante hinsichtlich der Stelle 56 zentriert, während
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die Regelvorrichtung mit dem Sensor 46 und der Ablenkvorrichtung 32 den Strahl vergleichsweise langsam bezüglich der Stelle 58 nachjustiert, wobei eine hierdurch auftretende Dejustierung bezüglich der Stelle 56 mittels der "schnellen" Regelung sofort korrigiert wird.
Bisher war nur die Phasenlage der Impulse in den AusgangsSignalen der Sensoren 44 und 46 zur Korrektur der Strahllage herangezogen worden. Man kann jedoch auch zusätzlich oder ausschließlich die Breite der Impulse in den Sensorausgangssignalen zur Beeinflussung eines oder mehrere Parameter des Elektronenstrahls verwenden, um einer sich ändernden Breite bzw. Querschnittsfläche der Stoßfuge Rechnung zu tragen und z.B. die Strahlleistung und/oder die Zufuhr von Zusatzmaterial in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des an den Schweißbereich angrenzenden Teiles der Stoßfuge zu regeln. Wie bei Betrachtung der Fig. 2 und 3 leicht einzusehen ist, hängt die Breite der im Ausgangssignal der Sensoren auftretenden Impulse von der Breite der Stoßfuge 16 ab, da eine breitere Stoßfuge während eines längeren Teiles der Querablenkung Strahlung zum Sensor durchläßt als eine schmalere Stoßfuge. Wenn die Sensoren in das Innere der Stoßfuge zielen, was vorzugsweise der Fall und in Fig. 2 dargestellt ist, wirkt die Stoßfuge ja für die austretende Strahlung als Schlitzblende. Bei einem verhältnismäßig breiten Teil 16g der Stoßfuge (Fig. 7A) treten z.B. insbesondere im Ausgangssignal S1 (Fig. 7B) des Sensors 44 relativ breite Impulse auf. Normiert man diese Impulse, indem man sie in bekannter Weise in Rechteckimpulse konstanter Amplitude umformt und integriert man diese Rechteckimpulse S2 £ iLg.7B), so erhält man ein Signal, dessen Amplitude der Breite des vom Sensor erfaßten Teiles 16g direkt proportional ist.
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-JA-
Entsprechende, in Fig. 7B gestrichelt gezeichnete Impulssignale können mittels des Sensors 42· (Fig. 2) für einen unteren Teil 16h der Stoßfuge erzeugt werden. Mittelt man die integrierten Signale, so erhält man ein der Querschnittsfläche der Stoßfuge in erster Näherung proportionales Querschnittssignal, das zur Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit von Zusatzmaterial und/oder der Strahlleistung verwendet werden kann. Selbstverständlich läßt sich die Beeinflussung der Strahlparameter in Abhängigkeit vom Querschnitt der Stoßfuge auch unabhängig von der oben beschriebenen Strahllagejustierung durchführen.
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Claims (14)

  1. Patentansprüche
    1,/Verfahren zum Ausrichten eines Ladungsträger-Strahles eines technischen Ladungsträgerstrahlgerätes bezüglich eines länglichen Spaltes zwischen zwei Werkstückteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Ladungsträgerstrahles (10) bezüglich des Spaltes (16) an zwei in Fortpflanzungsrichtung des Ladungsträgerstrahles beabstandeten Stellen (56, 58) bestimmt wird und daß der Ladungsträgerstrahl dann in Abhängigkeit vom Ergebnis der Lagebestimmung an zwei in Fortpflanzungsrichtung im Abstand vor dem Spalt gelegenen Ablenkstellen (18, 20) derart abgelenkt wird, daß. er innerhalb des Spaltes einen vorgegebenen Verlauf hat.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 bei welchem der Ladungsträgerstrahl quer zum Spalt periodisch gewedelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsträgerstrahl (10) an den Ablenkstellen (18, 20) derart abgelenkt wird, daß er parallel zum Spalt und bezüglich dieses zentriert verläuft.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Ladungsträgerstrahles (10) bezüglich des Spaltes (16) mit Hilfe von Photonenstrahlung bestimmt wird, die aus dem Inneren des Spaltes stammt.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in vorgegebenen Zeitabschnitten durch Ablenkung in der von ihm zuerst durchlaufenen Ablenkstelle (18) bezüglich der von ihm zuerst erreichten Meßstelle (56) justiert wird und daß der Strahl während anderer Zeitintervalle, die mit den ersterwähnten alternieren, bezüglich der zweiten Meßstelle (58) justiert wird, in dem er an der anderen Ablenkstelle (20) um einen entsprechenden Betrag und in einer bestimmten Richtung und gleichzeitig an der ersten Ablenkstelle (18) in der entgegengesetzten Richtung und um die Hälfte des betreffenden Betrages abgelenkt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl mit Hilfe eines ersten Signales, das von der von ihm zuerst erreichten Meßstelle (56) gewonnen wird, an der von ihm zuerst durchlaufenen Ablenkstelle (18) mit vorgegebener Zeitkonstante bezüglich der ersten Meßstelle justiert wird und daß der Strahl außerdem durch Ablenkung an der zweiten Ablenkstelle (20) unter Steuerung durch ein von der zweiten Meßstelle (58) gewonnenen Signales mit einer von der ersterwähnten Zeitkonstante erheblich verschiedenen Zeitkonstante bezüglich der zweiten Meßstelle (58) justiert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
    gekennzeichnet, daß die zweite Zeitkonstante mindestens das Dreifache, vorzugsweise das Fünf- oder Zehnfache der ersten Zeitkonstante beträgt.
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  7. 7. Technisches Ladungsträgerstrahlgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Vorschubeinrichtung zum Erzeugen einer in Längsrichtung eines Spaltes verlaufenden Relativbewegung zwischen einem Ladungsträgerstrahl und zwei den Spalt bildenden Werkstückteilen, einer Ablenkanordnung mittels derer der Ladungsträgerstrahl in einer quer zum Spalt verlaufenden Ablenkebene sowohl periodisch als auch statisch ablenkbar ist, und zwei Sensoranordnungen, die auf elektromagnetische Strahlung ansprechen, welche von einem Strahlauftreffbereich der Werkstückteile in Richtung der Sensoranordnungen emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen (40 und 42 oder 42') so ausgebildet und angeordnet sind, daß die jeweils von ihnen empfangene Strahlung von verschiedenen, in Fortpflanzungsrichtung des Ladungsträgerstrahles (10) beabstandeten Stellen (56, 58) des Strahlauftreffbereiches stammt und daß die Ausgangssignale der Sensoranordnung einer Strahlsteuerschaltung (60) zugeführt sind, die zwei vom Ladungsträgerstrahl racheinander durchlaufene AbJLehk'vorrichtungen (30,321 der- Ah-
    im Rprpirh rips final-f-f»«=: π fi) einen vorgegebenen Verlauf hat.
  8. 8- Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen (40, 42, 42") jeweils eine Abschirmung (48, 50) enthalten,die ihr Gesichtsfeld auf einen schlitzförmigen Bereich (52, 54) beschränkt .
    709886/0308
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Sensoranordnungen so angeordnet ist, daß die von ihr erfaßte Strahlung aus dem Inneren des Spaltes (16) stammt.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsteuerschaltung (60) die Strahllage bezüglich der beiden von den Sensoranordnungen erfaßten Meßstellen (56, 58) zeitlich alternierend steuert.
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensoranordnung (40, 42, 42') eine und nur eine Ablenkvorrichtung (30, 32) steuert.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnungen mit den zugehörigen Ablenkvorrxchtungen Regelkreise unterschiedlicher Regelzextkonstante bilden.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 7,8 oder 9, gekennzeichnet durch die zusätzliche oder ausschließliche Verwendung der Sensorausgangssignale (S1, S2 in Fig. 7B) zum Erzeugen eines dem Querschnitt der Stoßfuge beim Schweißbereich wenigstens annähernd proportionalen Signals zum Steuern eines Strahlparameters, z.B. der Strahlleistung und/oder zum Steuern der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Zusatzmaterial.
    709885/0395
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer normierten Impulsfolge (S1', S2') aus jedem Sensorausgangssignal (S1, S2 in Fig. 7B) und zum Mitteln der durch die normierten Impulse dargestellten Breiteninformation.
    709885/Q395
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