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JPH0619972B2 - Electronic beam processing machine - Google Patents
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JPH0619972B2 - Electronic beam processing machine - Google Patents

Electronic beam processing machine

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JPH0619972B2
JPH0619972B2 JP60254459A JP25445985A JPH0619972B2 JP H0619972 B2 JPH0619972 B2 JP H0619972B2 JP 60254459 A JP60254459 A JP 60254459A JP 25445985 A JP25445985 A JP 25445985A JP H0619972 B2 JPH0619972 B2 JP H0619972B2
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power supply
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信二 山崎
隆光 中崎
紀一 徳永
正和 緑川
壮夫 上原
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子銃から電子ビームを発生させ、この電子
ビームにより被加工物を溶接する電子ビーム加工機に係
り、特に電子銃内に生じる放電現象を高速に遮断しうる
電子ビーム制御装置を備えた電子ビーム加工機に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron beam processing machine for generating an electron beam from an electron gun and welding a workpiece by the electron beam, and particularly to an electron beam processing machine. The present invention relates to an electron beam processing machine equipped with an electron beam control device capable of interrupting a discharge phenomenon at high speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電子ビーム加工機に関する公知例としては、特公昭48−
27278 号公報に記載のものがある。この電子ビーム加工
機は、第4図に示すように、電力供給装置1、電子銃
2、電子放電装置3、感知回路4、調時回路5、接地
6、および電力供給装置1からの負の電圧印加側のリー
ド7と、正の接地側のリード8から構成される。この電
子ビーム加工機において、電子銃2内で放電が生じた場
合、電子放電装置3(四極真空管が使用される)のカソ
ード側に接続された感知回路4(トランジスタが使用さ
れる)が放電による過電流を感知する。例えば、0.6
Aの制限電流以上になると、感知回路4の出力を遮断時
間調整のための調時回路5に入力し、調時回路5からの
出力によつて電子放電装置3を不動作(すなわち、真空
管のアノードとカソード間が遮断される)とすることに
よつて、電力供給装置1を過負荷から保護するようにし
たものである。
Known examples of electron beam processing machines include Japanese Patent Publication No.
There is one described in Japanese Patent No. 27278. As shown in FIG. 4, this electron beam processing machine includes a power supply device 1, an electron gun 2, an electron discharge device 3, a sensing circuit 4, a timing circuit 5, a ground 6, and a negative power supply device 1. It is composed of a lead 7 on the voltage application side and a lead 8 on the positive ground side. In this electron beam processing machine, when discharge occurs in the electron gun 2, the sensing circuit 4 (transistor is used) connected to the cathode side of the electron discharge device 3 (quadrupole vacuum tube is used) is caused by discharge. Detects overcurrent. For example, 0.6
When the current exceeds the limiting current of A, the output of the sensing circuit 4 is input to the timing circuit 5 for adjusting the cutoff time, and the output from the timing circuit 5 causes the electronic discharge device 3 to be inoperative (that is, the vacuum tube By cutting off between the anode and the cathode), the power supply device 1 is protected from overload.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

この従来例には、5つの問題点がある。 This conventional example has five problems.

第1の問題点は、本従来例を実施するにおいて、電力供
給装置1が、それ自身が発生する電圧以上の耐圧を有さ
なければならないことである。
The first problem is that in implementing this conventional example, the power supply device 1 must have a withstand voltage equal to or higher than the voltage generated by itself.

すなわち、第4図において、例えば6万Vを発生する電
力供給装置1であつた場合、電子放電装置3が作動状態
(真空管のアノードとカソード間が導通している)の
時、正のリード8は接地レベルで電位としては0Vであ
り(簡単のため、真空管の電圧降下は考慮していない。
この点については後述する)、負のリード7の電位は、
−6万Vである。しかし、電子放電装置3が不作動状態
になると、電力供給装置1の発生する電圧がすべて電子
放電装置3に印加され、負のリード7の電位は、+6万
Vとなる。これは電力供給装置1に設けられているトラ
ンス等のインダクタスの逆起電力によるものである。そ
の結果、電力供給装置1は6万V以上の耐圧を有さなけ
れば破損してしまうことになる。
That is, in FIG. 4, in the case of the power supply device 1 that generates, for example, 60,000 V, when the electronic discharge device 3 is in an operating state (conduction between the anode and the cathode of the vacuum tube), the positive lead 8 Is 0 V as a potential at the ground level (for simplicity, the voltage drop in the vacuum tube is not considered.
This point will be described later), and the potential of the negative lead 7 is
It is −60,000 V. However, when the electronic discharge device 3 becomes inoperative, all the voltage generated by the power supply device 1 is applied to the electronic discharge device 3, and the potential of the negative lead 7 becomes + 60,000V. This is due to the counter electromotive force of inductors such as a transformer provided in the power supply device 1. As a result, the power supply device 1 will be damaged unless it has a withstand voltage of 60,000 V or more.

この点を解決するためには、電子放電装置3、感知回路
4および調時回路5を、負のリード7と電子銃2の間に
接続すればよいが、この場合、これらの装置および回路
は常に−6万Vの電位にあるため、真空管のフイラメン
ト電源、グリツト電源、感知回路4および調時回路5の
電源と信号伝達経路等、多大な絶縁処理を行わなければ
ならない。また、一般に、絶縁処理した信号の伝達は遅
延してしまうのが普通であり、上記本従来例で示される
高速応答性は得られない。この問題を解決するための処
理方法は、上記従来例には明示されておらず、必然的に
第4図に示す回路においてのみ実施可能である。したが
つて、上記従来例を実施する場合、巨大な電力供給装置
1が必要となり、経済的な面で実用的でなく、また装置
の大型化を余儀なくされることとなる。
In order to solve this point, the electronic discharge device 3, the sensing circuit 4, and the timing circuit 5 may be connected between the negative lead 7 and the electron gun 2. In this case, these devices and circuits are Since it is always at −60,000 V, a large amount of insulation processing must be performed on the filament tube power supply, the grid power supply, the power supply for the sensing circuit 4 and the timing circuit 5, and the signal transmission path. Further, in general, the transmission of the insulation-processed signal is usually delayed, and the high-speed response shown in the above conventional example cannot be obtained. The processing method for solving this problem is not clearly shown in the above-mentioned conventional example, and can necessarily be implemented only in the circuit shown in FIG. Therefore, when the above-mentioned conventional example is carried out, a huge power supply device 1 is required, which is impractical from an economical point of view, and the device must be upsized.

第2の問題点は、上記従来例では、電力放電装置3とし
て半導体を用いた、いわゆるソリツドステートを用いる
ことはできず、真空管を用いることによつてのみ有効で
あることである。現状では、1個当りの耐圧が6万V以
上を有するような半導体素子は存在しないため、半導体
素子を数個直列に接続して耐圧を保証しなければならな
い。このためには、半導体素子の分担電圧の平衡化、半
導体素子への電源およびバイアス回路への電源供給方法
が明らかにされなければならない。したがつて、上記従
来例では、半導体素子を用いての実施は不可能である。
The second problem is that in the above conventional example, a so-called solid state using a semiconductor as the power discharge device 3 cannot be used, and is effective only by using a vacuum tube. At present, there is no semiconductor element having a withstand voltage of 60,000 V or more per piece, so that it is necessary to connect several semiconductor elements in series to guarantee the withstand voltage. To this end, it is necessary to clarify the balancing of the shared voltage of the semiconductor element, the method of supplying power to the semiconductor element and the method of supplying power to the bias circuit. Therefore, in the above-mentioned conventional example, it is impossible to implement using a semiconductor element.

第3の問題点は、真空管による電圧降下である。真空管
が導通状態の場合、バイアス電圧が、例えば2万V印加
されているとすると、真空間のアノードとカソード間の
電圧降下は2万V以上となり、電力供給装置1は電子銃
2に印加しなければならない加速電圧に真空管の電圧降
下分を加えた電圧を供給しなければならず、大変効率が
悪い。
The third problem is the voltage drop due to the vacuum tube. If the bias voltage is applied to, for example, 20,000 V when the vacuum tube is in the conductive state, the voltage drop between the anode and the cathode between the vacuum is 20,000 V or more, and the power supply device 1 applies the electron gun 2 to the electron gun 2. It is necessary to supply a voltage that is the required acceleration voltage plus the voltage drop of the vacuum tube, which is very inefficient.

第4の問題点は、過負荷の感知が電流のみであることで
ある。通常、電子銃2内で放電が発生すると、高圧回路
内を流れる電流(ビーム電流)の急激な増加と同時に加
速電圧の低下がみられる。電子銃内と状態によつて、こ
れらのうちどちらが速く変化するかは明らかでないため
(マクロ的には同時であるが)、加速電圧の変化も感知
しなければ過負荷からの高速な保護性能は得られない。
この点において、電流感知のみでは不備といえる。
A fourth problem is that overload sensing is current only. Normally, when a discharge occurs in the electron gun 2, a rapid increase in the current (beam current) flowing in the high voltage circuit and a decrease in the acceleration voltage are observed. It is not clear which of these changes faster depending on the inside and the state of the electron gun (although they are macro-simultaneously), so if the change in accelerating voltage is not sensed, high-speed protection from overload is not possible. I can't get it.
In this respect, it can be said that the current sensing alone is insufficient.

第5の問題点は、電子放電装置3における作動および不
作動時間(すなわち、高圧回路の復帰時間と遮断時間)
が固定されることである。上記従来例を種々の電子ビー
ム加工機に適用する場合、電子銃の特性、すなわち、加
速電圧およびビーム電流の範囲、電子的光学系の配置お
よび電子銃自身が有する静電容量等により遮断および復
帰時間は任意に設定されるべきである。
The fifth problem is the operation and non-operation time in the electronic discharge device 3 (that is, the recovery time and the cutoff time of the high voltage circuit).
Is to be fixed. When the above conventional example is applied to various electron beam processing machines, it is cut off and restored by the characteristics of the electron gun, that is, the range of acceleration voltage and beam current, the arrangement of the electronic optical system, the electrostatic capacity of the electron gun itself, and the like. The time should be set arbitrarily.

上記従来例では、調時回路5を構成する部品はすべて固
定であり、上記の問題において不都合であるといえる。
In the above-mentioned conventional example, all the components constituting the timing circuit 5 are fixed, which is inconvenient in the above problems.

なお、特開昭56−116000号公報に記載されてい
るように、遮断装置に、直列接続された半導体電力制御
素子を用いると共に、ビーム電流検知回路からの信号を
光信号に変換すれば、遮断装置のみ絶縁処理を施せばよ
く、高速性を維持することは可能となる。さらに真空管
を用いたときよりも動作時のオン抵抗を小さくすること
ができる。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-116000, if a semiconductor power control element connected in series is used for the breaker and the signal from the beam current detection circuit is converted into an optical signal, the breaker is cut off. Only the device needs to be insulated, and high speed operation can be maintained. Furthermore, the on-resistance during operation can be made smaller than when a vacuum tube is used.

しかし、遮断装置を単に半導体電力制御素子群で構成し
ただけでは、電力制御素子群のオンオフ時に発生するサ
ージが他の装置に悪影響を与える恐れがある。
However, if the circuit breaker is simply configured by the semiconductor power control element group, the surge generated when the power control element group is turned on and off may adversely affect other devices.

本発明の目的は、電子銃内で発生する放電(過負荷)を
高速に遮断すると共に遮断時のサージの発生を抑制する
ことができる電子ビーム加工機を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an electron beam processing machine capable of rapidly interrupting discharge (overload) generated in an electron gun and suppressing generation of surge at the time of interruption.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するために、本発明は、被加工物に電
子ビームを投射する電子銃と、この電子銃に直流電力を
供給する電力供給装置とを備えた電子ビーム加工機にお
いて、 直列接続された複数の半導体電力制御素子により構成さ
れ、前記電力供給装置の負側出力端と電子銃との間に直
列に挿入された遮断装置と、 前記電力供給装置の負側出力端の出力電圧を検知する加
速電圧検知回路と、 前記電力供給装置の正側出力端と接地との間に直列に挿
入されたビーム電流検知回路と、 前記加速電圧検知回路の検知出力信号と第1設定値とを
比較し検知出力信号が第1設定値を超えたときに過負荷
検知信号を出力する第1比較回路と、 ビーム電流検知回路の検知出力信号と第2設定値とを比
較し検知出力信号が第2設定値を超えたときに過負荷検
知信号を出力する第2比較回路と、 第1比較回路または第2比較回路からの過負荷検知信号
に応答して遮断信号を出力し前記いずれの比較回路から
も過負荷検知信号が発生しないときには導通信号を出力
する制御信号出力回路と、 制御信号出力回路の出力信号を光信号に変換して遮断装
置まで伝達する光信号伝達回路と、 を備え、 前記遮断装置は、 前記光信号伝達回路からの光信号を電気信号に変換する
光電変換手段と、 光電変換手段の出力信号に応答して各半導体電力制御素
子を順次導通または遮断するスイッチング制御手段と、 各半導体電力制御素子から発生するサージを吸収するサ
ージ吸収手段と、 を有することを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to an electron beam processing machine including an electron gun for projecting an electron beam onto a workpiece and a power supply device for supplying DC power to the electron gun, which are connected in series. A plurality of semiconductor power control elements, which are inserted in series between the negative output end of the power supply device and the electron gun, and the output voltage of the negative output end of the power supply device. An acceleration voltage detection circuit for detecting, a beam current detection circuit inserted in series between the positive side output end of the power supply device and the ground, a detection output signal of the acceleration voltage detection circuit and a first set value. By comparing the detection output signal of the beam current detection circuit with the first comparison circuit that outputs the overload detection signal when the detection output signal exceeds the first set value, the detection output signal is 2 Overload when the set value is exceeded When the second comparison circuit that outputs a known signal and the cutoff signal is output in response to the overload detection signal from the first comparison circuit or the second comparison circuit and no overload detection signal is generated from any of the comparison circuits A control signal output circuit that outputs a conduction signal; and an optical signal transmission circuit that converts an output signal of the control signal output circuit into an optical signal and transmits the optical signal to a blocking device. Photoelectric conversion means for converting an optical signal of the semiconductor device into an electric signal, a switching control means for sequentially connecting or disconnecting each semiconductor power control element in response to an output signal of the photoelectric conversion means, and a surge generated by each semiconductor power control element. And a surge absorbing means for absorbing the surge absorbing means.

〔作用〕[Action]

上記構成による本発明によれば、制御信号出力回路の出
力信号が光信号に変換されて遮断装置へ伝達されるの
で、信号の伝送速度を高速化することができ、過負荷時
に遮断装置を高速に遮断できる。さらに、遮断装置の各
半導体電力制御素子は順次遮断されるので、全ての電力
制御素子が同時に遮断されるときよりも遮断時のサージ
電圧を低くすることができる。しかも各電力制御素子に
はサージ吸収手段が設けられているので、遮断時に電力
供給装置や半導体電力制御素子にサージによる高電圧が
印加されるのを抑制することができる。
According to the present invention having the above-described configuration, the output signal of the control signal output circuit is converted into an optical signal and transmitted to the interruption device, so that the signal transmission speed can be increased and the interruption device can operate at high speed when overloaded. Can be shut off. Further, since each semiconductor power control element of the circuit breaker is sequentially cut off, the surge voltage at the time of cutoff can be made lower than when all the power control elements are cut off at the same time. Moreover, since each power control element is provided with the surge absorbing means, it is possible to suppress application of a high voltage due to a surge to the power supply device or the semiconductor power control element at the time of interruption.

〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1図,第2図および第3図
により説明する。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2, and 3.

第1図は本発明の一実施例の構成図である。この第1図
において、電子ビーム加工機の高圧回路は、電力供給装
置1、電子銃2、ビーム電流検知回路10および高圧高
速遮断装置9から構成される。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the high voltage circuit of the electron beam processing machine includes a power supply device 1, an electron gun 2, a beam current detection circuit 10 and a high voltage and high speed interruption device 9.

高圧高速遮断装置9は、電力供給装置1の負の高圧印加
側リード7と電子銃2の間に直列に接続される。過負荷
の発生は、ビーム電流検知回路10および加速電圧検知
回路11により検知され、これらのフイードバツク信号
を制御回路12が受信し、光フアイバ13を通して対地
絶縁された光信号として高圧高速遮断装置9に送信され
る。この光信号に応じて高圧高速遮断装置9は、高圧回
路を任意時間高速でターンオフ,ターンオンを繰り返
し、過負荷の消滅を確認すると、高圧回路の電圧−電流
を定常状態に復帰させる。
The high-voltage high-speed interrupting device 9 is connected in series between the negative high-voltage applying side lead 7 of the power supply device 1 and the electron gun 2. The occurrence of overload is detected by the beam current detection circuit 10 and the accelerating voltage detection circuit 11, the control circuit 12 receives these feedback signals, and the high-voltage high-speed cutoff device 9 outputs them as an optical signal insulated from the ground through the optical fiber 13. Sent. In response to the optical signal, the high-voltage high-speed circuit breaker 9 repeatedly turns off and turns on the high-voltage circuit at high speed for an arbitrary time, and when the disappearance of the overload is confirmed, the voltage-current of the high-voltage circuit is returned to a steady state.

高圧高速遮断装置9への電力供給は、駆動回路14によ
り行われる。駆動回路14は、後述するように、絶縁ト
ランスとインバータにより構成される。
The drive circuit 14 supplies power to the high-voltage high-speed circuit breaker 9. The drive circuit 14 is composed of an insulating transformer and an inverter as described later.

高圧高速遮断装置9、制御回路12および駆動回路14
の関係と動作原理を第2図および第3図により説明す
る。
High voltage and high speed circuit breaker 9, control circuit 12 and drive circuit 14
And the operating principle will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

次に、第2図に高圧高速遮断装置9、制御回路12およ
び駆動回路14の概略回路図を示す。
Next, FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of the high-voltage high-speed circuit breaker 9, the control circuit 12, and the drive circuit 14.

本実施例においては、ソリツドステートの高圧スイツチ
ング素子として、MOSFET901を使用している。MOSFET
901は、MOSFET901の分圧とゲート電圧供給を目的
とするコンデンサ902を主部品として構成される自己
充電分圧回路とともに、例えば12組が直列に接続され
ており、第1段目のMOSFETのみゲート回路903により
駆動される。ゲート回路903により第1段目のMOSFET
がターンオン,ターンオフを行い、ターンオンの場合、
コンデンサ902の電荷により第2段目のMOSFETがター
ンオンし、最終段のMOSFETまで連鎖的にターンオンす
る。また、ターンオフの場合、逆に最終段のMOSFETまで
連鎖的にターンオフし、同時にコンデンサ902が充電
される。即ち、ゲート回路903、コンデンサ902を
含むスイッチング制御手段により各MOSFET901
が順次ターンオフまたはターンオンする。このため、各
MOSFET901が同時にターンオフするときよりも
遮断時のサージ電圧を低く抑えることができる。第1段
目のMOSFETがターンオンあるいはターンオフしてから最
終段のMOSFETがターンオンあるいはターンオフするまで
の時間は、実測値で約0.1μ秒以下である。
In this embodiment, a MOSFET 901 is used as a solid state high voltage switching element. MOSFET
901 includes a self-charge voltage dividing circuit mainly composed of a capacitor 902 for the purpose of dividing the voltage of the MOSFET 901 and supplying a gate voltage. For example, 12 sets are connected in series. Only the first-stage MOSFET has a gate. It is driven by the circuit 903. First stage MOSFET by gate circuit 903
Turns on, turns off, and if it turns on,
The second stage MOSFET is turned on by the electric charge of the capacitor 902, and the final stage MOSFET is also turned on in a chain. In the case of turn-off, on the contrary, the MOSFETs in the final stage are turned off in a chained manner, and at the same time, the capacitor 902 is charged. That is, each MOSFET 901 is controlled by the switching control means including the gate circuit 903 and the capacitor 902.
Turn off or turn on sequentially. Therefore, the surge voltage at the time of interruption can be suppressed lower than when the MOSFETs 901 are simultaneously turned off. The time from the turn-on or turn-off of the first-stage MOSFET to the turn-on or turn-off of the final-stage MOSFET is about 0.1 μsec or less in actual measurement.

これらの回路一体となつて構成される1つのブロツク
を、高圧半導体モジユール91と呼び、これを複数段直
列に接続することにより、必要耐圧を得ている。また、
高圧半導体モジユール91には、それぞれサージから保
護するためサージ吸収器92が取り付けられている。
One block formed by integrating these circuits is called a high-voltage semiconductor module 91, and a necessary withstand voltage is obtained by connecting a plurality of stages in series. Also,
A surge absorber 92 is attached to each of the high-voltage semiconductor modules 91 to protect them from surges.

一群の高圧半導体モジユール91からなる高圧高速遮断
装置9は、制御回路12からターンオンおよびターンオ
フ信号を、駆動回路14から第1段目のMOSFETを駆動す
るために電力を供給される。
The high-voltage high-speed circuit breaker 9 including a group of high-voltage semiconductor modules 91 is supplied with turn-on and turn-off signals from the control circuit 12 and electric power from the drive circuit 14 to drive the first-stage MOSFET.

駆動回路14は、インバータ141と絶縁トランス14
2から構成される。インバータ141によつて商用周波
数を高周波にし、絶縁トランス142で高圧絶縁を行
い、ゲート回路903に電力を供給する。この電力は、
ゲート回路内のゲートトランス904によつて次段の高
圧半導体モジユール91のゲート回路に順々に送られ
る。当然のことながら、ゲートトランス904は、高圧
半導体モジユール間に生じる電圧以上の耐圧を有さなけ
ればならない。
The drive circuit 14 includes an inverter 141 and an isolation transformer 14.
It consists of two. A commercial frequency is set to a high frequency by the inverter 141, high voltage insulation is performed by the insulation transformer 142, and power is supplied to the gate circuit 903. This power is
The signals are sequentially sent to the gate circuit of the next-stage high-voltage semiconductor module 91 by the gate transformer 904 in the gate circuit. As a matter of course, the gate transformer 904 must have a withstand voltage equal to or higher than the voltage generated between the high voltage semiconductor modules.

次に、ビーム電流検知回路10および加速電圧検知回路
11からの過負荷発生の信号が制御回路12より高圧高
速遮断装置9の各高圧半導体モジユール91へ伝達され
る方法について、第2図および第3図を用いて説明す
る。
Next, a method of transmitting an overload generation signal from the beam current detection circuit 10 and the acceleration voltage detection circuit 11 to each high voltage semiconductor module 91 of the high voltage high speed circuit breaker 9 from the control circuit 12 will be described with reference to FIGS. It will be described with reference to the drawings.

過負荷が発生すると、加速電圧の低下およびビーム電流
の増加がみられる。それぞれの設定値がVaおよびIa
であつたとすると、過負荷の発生により加速電圧検知回
路11およびビーム電流検知回路10の出力がそれぞれ
比例して低下および増加する(第3図のVbおよびI
b)。これを制御回路12内の加速電圧用およびビーム
電流用のコンパレータ121,123がそれぞれの電圧
設定器122,124の出力と比較し、過負荷発生の信
号を出す。この信号によりマルチバイブレータ125が
所定の期間が繰り返されるオン・オフ信号を発信し、フ
オトカプラ126を通してNOT回路127に入力され
る。
When overload occurs, the acceleration voltage drops and the beam current increases. Each set value is Va and Ia
Then, due to the occurrence of overload, the outputs of the acceleration voltage detection circuit 11 and the beam current detection circuit 10 decrease and increase proportionally (Vb and I in FIG. 3).
b). The comparators 121 and 123 for accelerating voltage and beam current in the control circuit 12 compare with the outputs of the respective voltage setters 122 and 124, and output an overload generation signal. With this signal, the multivibrator 125 emits an on / off signal for repeating a predetermined period, and is input to the NOT circuit 127 through the photocoupler 126.

このように、加速電圧用コンパレータ121およびビー
ム電流用コンパレータ123でそれぞれ過負荷状態を検
出し、マルチバイブレータ125により論理和をとるの
は、ビーム電流の変動と加速電圧の変動の双方を監視し
て、極力高速に過負荷状態を検知するためである。マル
チバイブレータ125のオン・オフ期間は、電子銃の負
荷特性により任意設定可能になつている。NOT回路1
27の出力は、トランジスタ128のバイアスを与え、
トランジスタ128のオン・オフに応じて発光ダイオー
ド129が発光・消燈する。発光ダイオード129によ
り、高圧および各高圧半導体モジユール間の信号に対し
絶縁された信号が、光フアイバ5を通して高圧半導体モ
ジユール91内の受光ダイオード905に送られ、ゲー
ト回路903により第1段目のMOSFETのターンオンおよ
びターンオフを行う。
As described above, the acceleration voltage comparator 121 and the beam current comparator 123 detect the overload state and the logical sum is obtained by the multivibrator 125 by monitoring both the fluctuation of the beam current and the fluctuation of the acceleration voltage. This is to detect the overload state as fast as possible. The on / off period of the multivibrator 125 can be arbitrarily set according to the load characteristics of the electron gun. NOT circuit 1
The output of 27 provides the bias of transistor 128,
The light emitting diode 129 emits and turns off depending on whether the transistor 128 is turned on or off. A signal insulated from the high voltage and the signal between the high voltage semiconductor modules by the light emitting diode 129 is sent to the light receiving diode 905 in the high voltage semiconductor module 91 through the optical fiber 5, and the gate circuit 903 causes the first stage MOSFET of the first stage MOSFET to operate. Turn on and turn off.

過負荷が発生していない定常状態では、NOT回路12
7により常時オン信号が与えられるので、高圧高速遮断
装置9は導通状態にある。また、高圧半導体モジユール
91内のコンデンサ902の電荷はMOSFET901のゲー
トとソース間の漏れ電流等により減少するため、一定周
期で極短時間、高圧回路を遮断することによつて再充電
される。これにより、コンデンサ902による自己充電
分圧の機能が満される。例えば、42KW(加速電圧6
万V、ビーム電流700mA)の電子ビーム溶接機に適
用した場合のコンデンサ充電のための周期は10秒以
上、遮断時間は100μ秒以下であり、溶接品質に何ら
影響を与えないことがわかつている。
In the steady state where no overload occurs, the NOT circuit 12
Since the ON signal is always given by 7, the high-voltage high-speed cutoff device 9 is in the conductive state. Further, the electric charge of the capacitor 902 in the high-voltage semiconductor module 91 decreases due to the leakage current between the gate and the source of the MOSFET 901 and the like, so that it is recharged by interrupting the high-voltage circuit for a very short period at a constant cycle. As a result, the function of self-charging partial pressure by the capacitor 902 is satisfied. For example, 42 kW (accelerating voltage 6
When applied to an electron beam welder of 10,000 V and a beam current of 700 mA), the period for charging the capacitor is 10 seconds or more and the interruption time is 100 μsec or less, and it is known that the welding quality is not affected at all. .

次に、過負荷発生時におけるこれらの信号の関係を第3
図のタイムチヤートに示す。
Next, the relationship between these signals when an overload occurs
It is shown in the time chart in the figure.

過負荷発生時、例えばビーム電流が増大し、比較設定の
ビーム電流Ibに達したとすると、ビーム電流のコンパ
レータ123が出力し、マルチバイブレータ125が作
動する。前述の説明のように、高圧高速遮断装置9が遮
断され、アノードとカソード間に電圧が発生する。マル
チバイブレータ125のオフ指令期間tOFF(本実施例
では3m秒に設定)遮断したのち、オン命令tON(本実
施例では400μ秒に設定)により復帰するが、このと
き、比較設定の加速電圧値Vbより加速電圧が高けれ
ば、過負荷は消滅したとみなし、定常状態に復帰され
る。しかし、その逆の場合には、再びマルチバイブレー
タのオフ指令が繰り返され、所定の加速電圧に達するま
で繰り返される。これらの遮断時間の合計が、被加工物
の溶融凝固の連続性に全く影響を与えないことは、その
合計時間が10m秒を越えることはないことから、明ら
かである。
When an overload occurs, for example, if the beam current increases and reaches the comparison setting beam current Ib, the beam current comparator 123 outputs and the multivibrator 125 operates. As described above, the high-voltage high-speed cutoff device 9 is cut off, and a voltage is generated between the anode and the cathode. After the OFF command period t OFF (set to 3 msec in this embodiment) of the multivibrator 125 is cut off, the multi-vibrator 125 is returned by the ON command t ON (set to 400 μsec in this embodiment). At this time, the acceleration voltage of the comparison setting is set. If the acceleration voltage is higher than the value Vb, it is considered that the overload has disappeared, and the steady state is restored. However, in the opposite case, the multivibrator OFF command is repeated again until the predetermined acceleration voltage is reached. It is clear that the total of these interruption times has no effect on the melt-solidification continuity of the work piece since the total time does not exceed 10 ms.

42KW(加速電圧6万V、ビーム電流700mA)電
子ビーム溶接機において実施した本発明による効果とし
て、第1に、過負荷発生による電力供給装置1の破損は
一度も起こらなかつたこと、第2に、過負荷の高速遮断
により、従来多発していた過負荷に起因する溶接欠陥が
皆無になつたことが挙げられる。
As an effect of the present invention carried out in an electron beam welder of 42 kW (accelerating voltage 60,000 V, beam current 700 mA), firstly, the power supply device 1 was never damaged due to overload, and secondly, The high-speed disconnection of overload has eliminated the welding defects caused by overload, which has been common in the past.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明によれば、制御信号出力回路
の出力信号を光信号に変換して遮断装置へ伝達している
ので、信号の伝送速度を高速化することができ、過負荷
時に遮断装置を高速に遮断できる。さらに、遮断装置の
各半導体電力制御素子は順次遮断されるので、全ての電
力制御素子が同時に遮断されるときよりも遮断時のサー
ジ電圧を低くすることができ、しかも各電力制御素子に
はサージ吸収手段が設けられているので、遮断時のサー
ジの発生を抑制することができ、半導体電力制御素子や
電力供給装置をサージから保護することができる。
As described above, according to the present invention, since the output signal of the control signal output circuit is converted into the optical signal and transmitted to the blocking device, it is possible to increase the signal transmission speed and to prevent overload. The shutoff device can be shut off at high speed. Further, since each semiconductor power control element of the circuit breaker is sequentially cut off, the surge voltage at the time of cutoff can be made lower than when all the power control elements are cut off at the same time. Since the absorbing means is provided, it is possible to suppress the occurrence of a surge at the time of interruption, and it is possible to protect the semiconductor power control element and the power supply device from the surge.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図はその具体
的回路図、第3図は一実施例の動作を示すタイムチヤー
ト、第4図は従来例の構成図を示す。 1……電力供給装置、2……電子銃、3……電子放電装
置、4……感知回路、5……調時回路、6……接地、7
……負の高圧側リード、8……正の接地側リード、9…
…高圧高速遮断装置、10……ビーム電流検知回路、1
1……加速電圧検知回路、12……制御回路、13……
光フアイバ、14……駆動回路、91……高圧半導体モ
ジユール、92……サージ吸収器、901……MOSFET、
902……コンデンサ、903……ゲート回路、904
……ゲートトランス、905……受光ダイオード、12
1……加速電圧用コンパレータ、122……加速電圧比較
設定器、123……ビーム電流用コンパレータ、124
……ビーム電流比較設定器、125……バイブレータ、
126……フオトカプラ、127……NOT回路、12
8……トランジスタ、129……発光ダイオード、14
1……インバータ、142……絶縁トランス。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a specific circuit diagram thereof, FIG. 3 is a time chart showing the operation of the embodiment, and FIG. 4 is a block diagram of a conventional example. 1 ... Power supply device, 2 ... Electron gun, 3 ... Electronic discharge device, 4 ... Sensing circuit, 5 ... Timing circuit, 6 ... Grounding, 7
...... Negative high voltage side lead, 8 ...... Positive ground side lead, 9 ...
… High-voltage high-speed circuit breaker, 10 …… Beam current detection circuit, 1
1 ... Acceleration voltage detection circuit, 12 ... Control circuit, 13 ...
Optical fiber, 14 ... Driving circuit, 91 ... High-voltage semiconductor module, 92 ... Surge absorber, 901 ... MOSFET,
902 ... Capacitor, 903 ... Gate circuit, 904
...... Gate transformer, 905 …… Light receiving diode, 12
1 ... Accelerating voltage comparator 122 ... Accelerating voltage comparison / setting device 123 ... Beam current comparator 124
…… Beam current comparison and setting device, 125 …… Vibrator,
126 ... Photo coupler, 127 ... NOT circuit, 12
8 ... Transistor, 129 ... Light emitting diode, 14
1 ... Inverter, 142 ... Isolation transformer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 紀一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 緑川 正和 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 上原 壮夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭56−116000(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kiichi Tokunaga 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Masakazu Midorikawa 3-1-1, Saicho Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd., Hitachi Works (72) Inventor Takeo Uehara 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd., Hitachi Works (56) References JP-A-56-116000 (JP, A) )

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被加工物に電子ビームを投射する電子銃
と、この電子銃に直流電力を供給する電力供給装置とを
備えた電子ビーム加工機において、 直列接続された複数の半導体電力制御素子により構成さ
れ、前記電力供給装置の負側出力端と電子銃との間に直
列に挿入された遮断装置と、 前記電力供給装置の負側出力端の出力電圧を検知する加
速電圧検知回路と、 前記電力供給装置の正側出力端と接地との間に直列に挿
入されたビーム電流検知回路と、 前記加速電圧検知回路の検知出力信号と第1設定値とを
比較し検知出力信号が第1設定値を超えたときに過負荷
検知信号を出力する第1比較回路と、 ビーム電流検知回路の検知出力信号と第2設定値とを比
較し検知出力信号が第2設定値を超えたときに過負荷検
知信号を出力する第2比較回路と、 第1比較回路または第2比較回路からの過負荷検知信号
に応答して遮断信号を出力し前記いずれの比較回路から
も過負荷検知信号が発生しないときには導通信号を出力
する制御信号出力回路と、 制御信号出力回路の出力信号を光信号に変換して遮断装
置まで伝達する光信号伝達回路と、 を備え、 前記遮断装置は、 前記光信号伝達回路からの光信号を電気信号に変換する
光電変換手段と、 光電変換手段の出力信号に応答して各半導体電力制御素
子を順次導通または遮断するスイッチング制御手段と、 各半導体電力制御素子から発生するサージを吸収するサ
ージ吸収手段と、 を有することを特徴とする電子ビーム加工機。
1. An electron beam processing machine comprising an electron gun for projecting an electron beam onto a workpiece and a power supply device for supplying DC power to the electron gun, wherein a plurality of semiconductor power control elements connected in series. A cutoff device inserted in series between the negative output end of the power supply device and the electron gun, and an acceleration voltage detection circuit for detecting the output voltage of the negative output end of the power supply device, A beam current detection circuit inserted in series between the positive output end of the power supply device and the ground is compared with a detection output signal of the acceleration voltage detection circuit and a first set value, and the detection output signal is the first When the first comparison circuit that outputs an overload detection signal when the set value is exceeded and the detection output signal of the beam current detection circuit and the second set value are compared, and the detected output signal exceeds the second set value Second comparison that outputs an overload detection signal And a control signal output that outputs a cutoff signal in response to an overload detection signal from the first comparison circuit or the second comparison circuit, and outputs a conduction signal when no overload detection signal is generated from any of the comparison circuits. A circuit, and an optical signal transfer circuit for converting an output signal of the control signal output circuit into an optical signal and transferring the optical signal to the blocking device, wherein the blocking device converts the optical signal from the optical signal transfer circuit into an electrical signal. Photoelectric conversion means, switching control means for sequentially connecting or disconnecting each semiconductor power control element in response to an output signal of the photoelectric conversion means, and surge absorbing means for absorbing surge generated from each semiconductor power control element. An electron beam processing machine characterized by having.
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