JPS6321306B2 - - Google Patents
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- JPS6321306B2 JPS6321306B2 JP54157672A JP15767279A JPS6321306B2 JP S6321306 B2 JPS6321306 B2 JP S6321306B2 JP 54157672 A JP54157672 A JP 54157672A JP 15767279 A JP15767279 A JP 15767279A JP S6321306 B2 JPS6321306 B2 JP S6321306B2
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電子ビームの照射開始時および終
了時に、ビームのカツトオフから所定のビーム電
流値までの間をゆるやかに増減するためのビーム
電流制御装置に関し、主に電子ビーム溶接機にお
いて、その効果を発揮するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a beam current control device for gradually increasing or decreasing the beam current from beam cutoff to a predetermined beam current value at the start and end of electron beam irradiation, and mainly relates to This effect is demonstrated in welding machines.
電子ビーム溶接機では、そのビームの照射開始
時および終了時にビーム電流をゆるやかに増加お
よび減少させないと、溶接ビードに異状な盛り上
がりや、落ち込みを生じ、正常な溶接を実行する
ことが困難であることが知られている。従来にお
けるビーム電流制御回路は、第1図に示す如くで
あつた。この図は、電子ビーム溶接機における例
で、1は電子ビーム室で図示されない排気装置で
所要の真空度まで排気されている。この電子ビー
ム室1には、カソード4、グリツド5、アノード
6、ワーク8が収容され、カソード4からワーク
8に向つて電子ビーム7が照射されている。3は
カソード抵抗でカソード4にその一端が接続さ
れ、他端は加速電圧源2の負極とバイアス電源整
流器22の正極の接合点に結ばれる。21はバイ
アス電源の平滑用コンデンサで整流器22の出力
を平滑してグリツド5に加える。 In an electron beam welding machine, if the beam current is not gradually increased and decreased at the beginning and end of beam irradiation, abnormal bulges or depressions will occur in the weld bead, making it difficult to perform normal welding. It has been known. A conventional beam current control circuit was as shown in FIG. This figure shows an example of an electron beam welding machine, where 1 is an electron beam chamber which is evacuated to a required degree of vacuum by an exhaust device (not shown). This electron beam chamber 1 accommodates a cathode 4, a grid 5, an anode 6, and a workpiece 8, and an electron beam 7 is irradiated from the cathode 4 toward the workpiece 8. 3 is a cathode resistor, one end of which is connected to the cathode 4 , and the other end connected to the junction of the negative electrode of the accelerating voltage source 2 and the positive electrode of the bias power rectifier 22 . 21 is a smoothing capacitor of the bias power supply, which smoothes the output of the rectifier 22 and applies it to the grid 5.
23は高圧絶縁トランスで加速電圧分だけ負電
位にあるバイアス電源整流器22に高圧絶縁しつ
つその所要電力を供給する。25はSCRなどの
スイツチング素子で交流電源24の出力を位相制
御回路26からのトリガーパルスにより位相制御
し、高圧絶縁トランス23を介してグリツド5に
加えるバイアス電圧を制御し、最終的には電子ビ
ーム7の電流値を制御する。37は関数発生器で
位相制御回路26のトリガー信号位相を制御し、
グリツド5に加えるバイアス電圧をスロープ状に
変化させるために用いる。 23 is a high-voltage isolation transformer that supplies the required power to the bias power rectifier 22, which is at a negative potential by an amount of the accelerating voltage, while providing high-voltage isolation. 25 is a switching element such as an SCR, which controls the phase of the output of the AC power supply 24 using a trigger pulse from the phase control circuit 26, controls the bias voltage applied to the grid 5 via the high voltage isolation transformer 23, and finally controls the electron beam. 7 current value is controlled. 37 is a function generator that controls the trigger signal phase of the phase control circuit 26;
It is used to change the bias voltage applied to the grid 5 in a slope manner.
この構成において、ビーム照射開始時には関数
発生器37の出力電圧を下げ、バイアス電圧をゆ
るやかに下げてビーム電流をゆるやかに上昇させ
ビーム照射終了時には、関数発生器37の出力電
圧を上げ、バイアス電圧をゆるやかに上げてビー
ム電流をゆるやかに下げるものである。しかし、
この構成では、関数発生器37からの関数信号が
一度交流電力に交換され、高圧絶縁トランス23
で高電位部分に伝送された後、整流平滑されて元
の関数信号に復調されるというルートをたどる。
この為、関数信号は、交流電力の周波数の数分の
一に選択しないこと完全な形で関数信号を伝送す
ることは出来ない。ところが、交流電源24は、
経済的な理由から商用周波数〜数百Hzを使用する
のが普通であるので、関数発生器の周波数は、5
Hz程度が限度であつた。電子ビームの照射開始時
の立上り時間、終了時の立下り時間は電子ビーム
溶接機の場合、その溶接速度と反比例の関係にあ
り、溶接速度を上昇させるためには、立上り、立
下り時間は可能な限り短いことが望ましい。ただ
し、当然のことであるが、被照射物の材料によつ
ては、立上り、立下り時間を極端に短かくすると
溶接割れ等が発生し好ましくない場合もあり、無
制限にというわけにはいかない。ところが、従来
は前述の理由により関数発生器の上限周波数は5
Hz程度となつているため立上り、立下り時間は約
0.1秒となり、この時間が問題とならない遅い溶
接速度しか選定することが出来なかつた。したが
つて、約3000mm/分が溶接速度の上限であつた。
この溶接速度は、炭素の含有量の多い鉄等の一部
を除き溶接特性上、その溶接速度は、さらにスピ
ードアツプの可能性のある値であり、溶接速度が
関数発生器の上限周波数で制限を受ける結果とな
り装置の機能を十分に発揮できない状態であつ
た。 In this configuration, at the start of beam irradiation, the output voltage of the function generator 37 is lowered, the bias voltage is gradually lowered, and the beam current is gradually increased, and when the beam irradiation is finished, the output voltage of the function generator 37 is increased, and the bias voltage is increased. The beam current is gradually raised and the beam current is gradually lowered. but,
In this configuration, the function signal from the function generator 37 is once exchanged to AC power, and the high voltage isolation transformer 23
The signal is then transmitted to a high-potential section, rectified and smoothed, and demodulated to the original function signal.
Therefore, unless the function signal is selected to be a fraction of the frequency of the AC power, it is not possible to transmit the function signal in a perfect form. However, the AC power supply 24
For economical reasons, it is common to use commercial frequencies up to several hundred Hz, so the frequency of the function generator is 5.
The limit was around Hz. In the case of an electron beam welding machine, the rise time at the start of electron beam irradiation and the fall time at the end of the irradiation are inversely proportional to the welding speed.In order to increase the welding speed, it is possible to change the rise and fall times. It is desirable that it be as short as possible. However, as a matter of course, depending on the material of the object to be irradiated, if the rise and fall times are extremely short, welding cracks may occur, which may be undesirable, and this cannot be done without limit. However, conventionally, the upper limit frequency of the function generator was 5 due to the reasons mentioned above.
Hz, so the rise and fall times are approximately
The welding speed was 0.1 seconds, and it was only possible to select a slow welding speed where this time was not a problem. Therefore, the upper limit of the welding speed was approximately 3000 mm/min.
This welding speed is a value that has the possibility of increasing the welding speed due to welding characteristics, except for some materials such as iron with a high carbon content, and the welding speed is limited by the upper limit frequency of the function generator. As a result, the equipment was unable to perform its functions to its fullest.
この発明はかかる不具合をなくすために構成さ
れたもので、バイアス電圧を接地電位から絶縁ト
ランスを介して供給するのではなく、電子銃のカ
ソード回路に挿入したスイツチング素子を高速で
スイツチングし、そのスイツチングのパルス幅を
制御してスイツチング素子がカソード抵抗として
作用する抵抗値を制御することにより、その両端
に生ずる自己バイアス電圧をバイアス電圧として
利用するものである。この方法では、スイツチン
グのパルス周波数を十分に高く選ぶことが出来、
平滑コンデンサ等によるしや断周波数を考慮しな
くて済むため、極めて高速度の関数信号にもビー
ム電流が応答し、結局溶接速度の上昇を図ること
ができる。 The present invention was constructed to eliminate this problem, and instead of supplying the bias voltage from the ground potential through an isolation transformer, the switching element inserted into the cathode circuit of the electron gun is switched at high speed, and the switching By controlling the pulse width of the switching element and controlling the resistance value at which the switching element acts as a cathode resistance, the self-bias voltage generated across the switching element is used as a bias voltage. With this method, the switching pulse frequency can be selected high enough,
Since it is not necessary to take into account the cutting frequency caused by a smoothing capacitor, etc., the beam current responds even to extremely high-speed function signals, and it is possible to increase the welding speed.
第2図にこの発明の一実施例を示す。第2図で
は第1図の構成要素と同じものには同一番号を付
してあるので、説明を省略する。図において、3
1はスイツチング素子で真空管又は高耐圧トラン
ジスタが使用される。スイツチング素子31が
OFFの期間に電子銃のカソード4に供給される
バイアス電圧は、分圧器51,52により加速電
圧源2の出力電圧を分圧することにより得られ
る。33は光信号受信フオト・トランジスタで発
光ダイオード39からのスイツチング用光パルス
36をライトガイド35を介して受取り、そのエ
ミツタ側に挿入された出力抵抗32に電気信号と
してスイツチングパルスを伝達し、スイツチング
素子31をスイツチする。34はフオト・トラン
ジスタ33の電源である。40はコンパレーター
で三角波発生器38からの三角波41と関数発生
器37からの関数信号43のレベルを比較し、関
数信号43よりも三角波のレベルが高い時発光ダ
イオード39を発光させ最終的には、スイツチン
グ素子31をONの状態とする。この関係を詳し
く示す図が第3図および第4図である。第3図の
上側の41は三角波発生器38からの三角波であ
る。この三角波がコンパレータ40で関数波形4
3と比較されるわけであるが、今関数波形の代表
値として第3図に示すa,b,cを考えると、
各々レベルに対応したコンパレータ40の出力波
形42は第3図の下側の42となり、関数信号の
レベルa,b,cに対応して順次そのパルス幅が
広がつてゆくことが示される。第4図は第3図に
示した関数を実際のビーム電流制御の場合で示し
たものである。第4図の上段は関数波形で、要求
するビーム電流の波形と180゜位相がズレている。
これは三角波と比較するためで、関数波形のレベ
ルが低い程三角波のすその部分でスライスする形
となりパルス幅はひろがる。したがつて、発光ダ
イオード(LED)のドライブ電流は中段に示す
とおりとなりビーム電流はこの波形を平均した形
となり、下段のとおりとなる。以下、順を追つて
説明すると、スイツチング素子31にトリガー信
号がない時はスイツチング素子31に電流が流れ
ない為、分圧器51の両端電圧がそのまま電子銃
のカソード4とグリツド5に印加される。この分
圧器51と52の分圧比は電子銃をカツトオフす
るに十分な電圧が得られる様に選ばれているた
め、電子銃はカツトオフする。トリガー信号が入
ると、スイツチング素子31はONの状態とな
り、分圧器21を短絡するため、電子銃はON状
態となり、流れるビーム電流によりカソード抵抗
3の両端に発生する自己バイアス電圧でビーム電
流が平衡するレベルまで上昇しその値に留まる。
上記ONとOFFの状態を高速でくりかえし、その
ONの比率(デユーテイフアクタ)を第4図に示
す如く変化させ目的を達するわけである。この方
法であれば関数発生器の周波数は50Hz程度まで上
昇することが出来、ビームの立上り、立下り時間
は0.01秒程度となつた。これにより溶接速度は約
10.000mm/min以上まで上昇できることが確認さ
れている。 FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. Components in FIG. 2 that are the same as those in FIG. 1 are given the same numbers, so their explanations will be omitted. In the figure, 3
Reference numeral 1 denotes a switching element, and a vacuum tube or a high voltage transistor is used. The switching element 31
The bias voltage supplied to the cathode 4 of the electron gun during the OFF period is obtained by dividing the output voltage of the accelerating voltage source 2 using voltage dividers 51 and 52. Reference numeral 33 denotes an optical signal receiving phototransistor which receives the switching light pulse 36 from the light emitting diode 39 via the light guide 35, transmits the switching pulse as an electrical signal to the output resistor 32 inserted on the emitter side, and performs switching. Switch on element 31. 34 is a power source for the photo transistor 33. A comparator 40 compares the levels of the triangular wave 41 from the triangular wave generator 38 and the function signal 43 from the function generator 37, and when the level of the triangular wave is higher than the function signal 43, the light emitting diode 39 is caused to emit light. , the switching element 31 is turned on. FIGS. 3 and 4 are diagrams showing this relationship in detail. Reference numeral 41 in the upper part of FIG. 3 is a triangular wave from the triangular wave generator 38. This triangular wave is the function waveform 4 at the comparator 40.
3, but if we consider a, b, and c shown in Figure 3 as representative values of the function waveform,
The output waveform 42 of the comparator 40 corresponding to each level is shown as 42 in the lower part of FIG. 3, and it is shown that the pulse width thereof gradually widens corresponding to the levels a, b, and c of the function signal. FIG. 4 shows the function shown in FIG. 3 in the case of actual beam current control. The upper part of Figure 4 shows the function waveform, which is 180° out of phase with the required beam current waveform.
This is for comparison with a triangular wave; the lower the level of the function waveform, the more it slices at the base of the triangular wave, and the wider the pulse width. Therefore, the drive current for the light emitting diode (LED) is as shown in the middle row, and the beam current is the average of this waveform, as shown in the bottom row. To explain step by step, when there is no trigger signal in the switching element 31, no current flows through the switching element 31, so the voltage across the voltage divider 51 is directly applied to the cathode 4 and the grid 5 of the electron gun. The voltage dividing ratio of the voltage dividers 51 and 52 is selected so as to obtain a voltage sufficient to cut off the electron gun, so that the electron gun is cut off. When the trigger signal is input, the switching element 31 is turned on and the voltage divider 21 is shorted, so the electron gun is turned on and the beam current is balanced by the self-bias voltage generated across the cathode resistor 3 due to the flowing beam current. It rises to the level that you want and stays at that value.
Repeat the above ON and OFF states at high speed,
The purpose is achieved by changing the ON ratio (duty factor) as shown in Figure 4. Using this method, the frequency of the function generator could be increased to about 50Hz, and the beam rise and fall times were about 0.01 seconds. This reduces the welding speed to approx.
It has been confirmed that it can rise to over 10,000mm/min.
以上を要するに、この発明によれば、電子ビー
ム機器のビーム照射開始の立上り、立下り時間を
極めて短縮することができ、その能力を十分に発
揮できることになり、この発明の工業的価値は高
い。 In summary, according to the present invention, the rise and fall times at the start of beam irradiation of an electron beam device can be extremely shortened, and its capabilities can be fully demonstrated, and the industrial value of the present invention is high.
第1図は、従来のこの種装置の構成を示す回路
図、第2図は、この発明の一実施例を示す回路図
第3図、第4図は第2図の実施例の動作を説明す
る波形図である。
1……電子ビーム室、2……加速電圧源、3…
…カソード抵抗、4……カソード、5……グリツ
ド、6……アノード、7……電子ビーム、8……
被照射物、21……平滑コンデンサ、22……バ
イアス整流器、23……絶縁トランス、24……
交流電源、25……SCR、26……ゲート回路、
37……関数発生器、51,52……分圧器、3
1……スイツチング素子、32……出力抵抗、3
3……フオト・トランジスタ、36……パルス
光、35……ライトガイド、34……フオトトラ
ンジスタ用電源、39……発光ダイオード、42
……LEDドライブ信号、40……コンパレータ
ー、38……三角波発生器、37……関数発生
器、41……三角波、43……関数信号。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a conventional device of this type, FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 explains the operation of the embodiment of FIG. FIG. 1... Electron beam chamber, 2... Accelerating voltage source, 3...
...Cathode resistance, 4...Cathode, 5...Grid, 6...Anode, 7...Electron beam, 8...
Irradiated object, 21... Smoothing capacitor, 22... Bias rectifier, 23... Isolation transformer, 24...
AC power supply, 25...SCR, 26...gate circuit,
37...Function generator, 51, 52...Voltage divider, 3
1...Switching element, 32...Output resistance, 3
3... Photo transistor, 36... Pulse light, 35... Light guide, 34... Power supply for photo transistor, 39... Light emitting diode, 42
... LED drive signal, 40 ... Comparator, 38 ... Triangle wave generator, 37 ... Function generator, 41 ... Triangle wave, 43 ... Function signal.
Claims (1)
加速電圧源2を接続し、前記カソード抵抗3に生
ずる電圧降下を利用してビーム電流を制御する自
己バイアス型ビーム電流制御装置において、前記
カソード抵抗3に直列で、かつ前記加速電圧源2
の電圧を分圧する分圧器51,52の一方の分圧
器51に並列にスイツチング素子31を接続し、
電子ビームの照射開始時および照射終了時にその
スイツチングのデユーテイレシオを、ゆるやかに
0%から100%および100%から0%にすることに
より、カツトオフから前記カソード抵抗3の両端
に生ずる自己バイアス電圧で決定されるビーム電
流値までの間をゆるやかに増減する機能を備えた
ことを特徴とするビーム電流制御装置。1. In a self-bias beam current control device that connects an accelerating voltage source 2 between an anode 6 and a cathode resistor 3 of an electron gun and controls a beam current by utilizing a voltage drop occurring across the cathode resistor 3, the cathode resistor 3 in series with the accelerating voltage source 2;
A switching element 31 is connected in parallel to one voltage divider 51 of voltage dividers 51 and 52 that divides the voltage of
By gradually changing the switching duty ratio from 0% to 100% and from 100% to 0% at the start and end of electron beam irradiation, the voltage is determined by the self-bias voltage generated across the cathode resistor 3 from cut-off. A beam current control device characterized by having a function of gradually increasing and decreasing the beam current value up to the beam current value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767279A JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15767279A JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5680383A JPS5680383A (en) | 1981-07-01 |
| JPS6321306B2 true JPS6321306B2 (en) | 1988-05-06 |
Family
ID=15654850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15767279A Granted JPS5680383A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Beam current control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5680383A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2178203A (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-04 | Radiation Dynamics | Regulating electron beam emission |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5148523Y2 (en) * | 1972-06-24 | 1976-11-22 | ||
| JPS507797U (en) * | 1973-05-21 | 1975-01-27 | ||
| DE2514805C3 (en) * | 1975-04-04 | 1978-05-18 | Leybold-Heraeus Gmbh & Co Kg, 5000 Koeln | Arrangement for the power control of high-voltage electron beam generators |
-
1979
- 1979-12-05 JP JP15767279A patent/JPS5680383A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5680383A (en) | 1981-07-01 |
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