Способ измерения геометрических параметров технологического электронного пучка

@СК,СЕ Н1

- .4 k+s Жвие:т аав це А i

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.07.75 (21) 2158263/27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.11.76.бюллетень №4 (45) Дата опубликования описания 20.01.7

Кл 2

23 К 15/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий

ДК 621,791.72

{088.8) (72) Авторы изобретения В, Ф. Резниченко, А. А. Углов и Д. М. Чесаков (71) 3а11ВНТе< Московский институт радиотехники, электроники и автоматики

{54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА (1, 2), Изобретение относится к электроннолучевой сварке и размерной обработке.

Известны способы измерения параметров, в частности геометрических параметров, технологических электронных пучков путем их зондирования вращающимися тонким металлическим или световым зондами.

Способ вращающегося зонда (1)позвопяет измерять размеры поперечного сечения и распределение плотности тока в любом поперечном сечении по длине пучка, для че го тонким металлическим зондом пересекают технологический пучок как правило в плоскости, перпендикулярной его оси. В моменты пересечения зонд отбирает некоторую долю тока пучка, а по кривой зондовс го тока можно оценить параметры пучка, используя известную расчетно-графическую методику, Реализация этого способа на практике ог раничена тем обстоятельством, что при пересечении технологического пучка непрозрачным для него зондом процесс сварки или размерной обработки переходит в прерывистый режим, что не всегда допустимо.

Способ зондирования технологического электронного пучка световым {лазерным)

5 лучом (2$ основан на оценке геометрических параметров зондируемого пучка по рассеянию на нем зондирующего светового потока. Этот способ обеспечивает принципиальную возможность непрерывного измерения

10 в процессе сварки или размерной обработки, однако отсутствие достаточно надежных представлений о закономерностях взаимодействия электронных и световых потоков крайне ограничивают возможности практичео15 кой реализации этого метода.

Тем не менее, именно этот способ по своей сущности наиболее близок к данному.

Е1елью изобретения является обеспечение возможности высокоточного непрерывного

20 измерения геометрических параметров технологического электронного пучка непосредственно в процессе сварки или размерной обработки, Сущность описываемого изобретения со25 стоит в том. что зондирование осуществля534326 ют путем пересечения измеряемого технс логического электронного пучка вспомогатель ным электронным пучком, по рассеянию кот ор or о оценивают пар а метры зондируе мог о пучка, Для конкретных расчетов используется известная методика, l

На фиг, 1 представлена схема, иллюстрирующая изобретение; на фиг, 2 — параметрический график. 10

Схема включает в себя обрабатываемую деталь 1, датчик 2, выполненный в виде изолированных друг от друга полос напыле ных проводников, например медных или серебряных, или р —, переходов, технологический электронный пучок 3, зондирующий электронный пучок4, фокусируюшую линзу 5 электронно-оптической системы, В процессе измерения снимаются показания с одного из проводников датчика 2.

Изменения этого тока используются для оценки рассеяния зондирующего электронного пучка и, следовательно, для оценки геометрических параметров зондируемого электронного пучка. йля этого необходимо рассчитать дифференциальное сечение рассеяния d.5 зондирующего пучка, используя формулу Резерфорда для однократного рассеяния:

30 (7 — ускоряющее напряжение зонди-Я руюшего пучка, 6 — C 0l) St (5 1 0 M) >

X-угол, определяемый размерами opHON из токопроводящих полос датчика,рад ), /

При использовании схемы, представленной на фиг, 1, ток на датчике 2 изменяется прямо пропорционально величинейб, поскольку другие величины в уравнении (1) не изменяются при изменениях величины заряда технологического пучка, приходяшейся на единицу его длины. Это позволяет использовать параметрический график, приведенный в работе L3), График построен в безразмерных координатах R и 7, отображающих траекторию крайнего электрона технологического электронного пучка. 50

R=l !гор где — радиус зондируемого пучка в месте зондирования м 7

Ро — радиус зондируемого пучка в плоскости фокусирующей линзы (м), 55

Р о где М р — ускоряющее напряжение зондируэ;мого пучка {в кв), Я вЂ” текущая коорди- 60

4 ната вдоль оси зондируемого пучка в промежутке от плоскости фокусирующей линзы до изделия (м), Л о ф у о где A — удельный заряд пучка, т,е, заряд пучка, приходящийся на единицу его длины (к/м), „- диэлектрическая постоянная для вакуума.

На фиг. 2 траектория крайнего электрона зондируемого пучка соответствует семейству кривых

Зная величины ()р, о и «, а также выбрав место зондирования (T. е. величину ), можно оценить, например, диаметр зондируемого пучка в относительных единицах, а затем перевести их в абсолют ные единицы, произведя соответствующее эталонирование отклонения зондирующего пучка известными методами, Проверка описываемого способа была произведена на электроннолучевой установке ZOKEB -6 при Uy = 3 10" В, 2 =1о.

rо=5 10 м.

Источником зондирующего облучения служила стандартная электроннолучевая трубка с отрезанным экраном.

При зондировании ток на одной из изолированных полос датчика 2 (см, фиг. 1) за 5 сек уменьшился на Ь„ ц =10%

Следовательно, с достаточной уверенностью можно полагать, что величина также уменьшилась на 10%, т,е. величина /, также уменьшилась на 10%.

Поэтому величина R о равная (при

Ch =1 ) 1,9 увеличивается приблизительно о на 3,3%, т,е. уменьшение радиуса зондируемого электронного пучка, составляет приблизительно 0,22 r o {для плоскости Е

=1,0 на фиг. 2).

Техническая эффективность изобретения определяется тем, что возможность точно оценить геометрические размеры технолс гических электронных пучков непосредственно в процессе электронно-лучевой сварки или размерной обработки позволяет автом тизировать, повысить качество сварки или размерной обработки, Формула изобретения

Способ измерения геометрических параметров технологического электронного пучка путем его зондирования, о т л и ч а ю—

534326

e. r

Р,2

ОВ f0

Фиг. 2 цНИИПИ Заказ 5529/263 ТиРаж 1178 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 шийся тем, что, с целью обеспечения возможности высокоточного непрерывного измерения геометрических параметров непосредственно в процессе электроннолучевой сварки или размерной обработки, зондирование осуществляют путем пересечения измеряемого технологического электронного пучка вспомогательным электронным пучком, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, А. И. Чвертко и др, Оборудог гение для электроннолучевой сварки, изд-во Наукова Йумка, К, 1973, стр, 151-152, б

2. Physical ЬеИегs Revu| 1963, т, 10, No 3, стр, 89-91 (прототип).

3. И. С, Зинченко Курс лекций по электронной оптике", ХГУ, 1958, стр. 103, рис, 62.