Устройство управления электроннолучевым нагревом

 

О П И С А Н И Е )837251

ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.12.79 (21) 2862187/18-21 (51)M Кл 3 H 01 "37 305 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень № 12 (53) УДК 621.384.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.03.82 (72) Авторы изобретения

Е. П. Чубаров, А. М. Кравченко, А. Г. Бутковскитт и А. Н. Емельянов

Ф1 с ъ !.. ч ;.

Ордена Ленина институт проблем управления.(71) Заявитель г: "" (54) УСТРОЙСТВО УП РАВЛ ЕН ИЯ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ НАГРЕВОМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электронно-лучевых установках для контроля и управления процессами плавки, термообработки, напыления. 5

Известно устройство для регулирования процесса электронно-лучевого нагрева, в котором тепловое воздействие осуществляется электронным пучком постоянной во времени концентрации, а контроль тепло- 10 вого поля производится посредством несинхронного с воздействием сканирования по той же траектории (1).

Недостатками этого устройства являются локальный перегрев под электронным пуч- 15 ком, ограниченные возможности задания формы развертки электронного пучка, связанные с ограниченностью выбора траекторий сканирования.

Наиболее близким по технической сути 0 к изобретению является электронно-лучевое устройство управления электронно-лучевым нагревом, содержащее инжектор электронного пучка, блок фокусировки, блок отклонения, управляемый генератор отклоняющих напряжений, блок формирования сигнала мощности, задатчик сигналов, блок сравнения и сканирующий пирометр, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика температуры, ЗО оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока сканирования (2).

Однако, это известное устройство обладает низким быстродействием, которое связано с тем, что электронные элементы запоминания, преобразования и считывания информации, на которых выполнено устройство, не позволяют производить коррекцию температурного поля за время, меньшее времени кадра развертки электронного пучка. Кроме того, это устройство обладает относительной сложностью и значительным числом элементов, что повышает вероятность отказов.

Цель изобретения — увеличение быстродействия устройства и его упрощение.

Цель достигается тем, что устройство управления электронно-лучевым нагревом введены оптоэлектронный многопозиционный излучатель, оптоэлектронный транспарант и приемник оптического излучения, причем блок сравнения подключен входами к выходу датчика температуры и выходу задатчика сигналов, а выходом — к информационному входу оптоэлектронного управляемого транспаранта, координатный вход которого подключен к выходу блока сканирования, оптический вход связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход оптически

837251

Зо

55 б0

55 связан с входом приемника оптического излучения, к выходу которого подключены вход блока фокусировки, вход блока формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход блока формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора электронного пучка.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — пример принципиальной схемы устройства, реализованного на конкретных оптоэлектронных и электроннооптических элементах, Устройство содержит инжектор 1 электронного пучка, блок 2 фокусировки, состоящий из электромагнитной фокусируюшей катушки 2, и блока 2 формирования сигнала фокусировки (фиг. 2), блок 3 отклонения, управляемый генератор 4 отклоняющих напряжений, блок 5 формирования сигнала мощности, задатчик б сигналов, блок 7 сравнения, сканирующий пирометр 8, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика 9 температуры, оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока 10 сканирования, оптоэлектронный многопозиционный излучатель 11, сос. -оящий из электромагнитной отклоняющей катушки 11, и электроннолучевой трубки 11 (фиг. 2), оптоэлектронный управляемый транспарант 12, приемник ! 3 оптического излучения, объект 14 нагрева, блок 15 задержки, объектив 16, коллиматор 17. При этом блок 7 сравнения подключен входами к выходу датчика 9 температуры и выходу задатчика б сигналов, а выходом — к информационному входу оптоэлектронного управляемого транспаранта 12. Транспарант координатным входом подключен к выходу блока 10 скани- . рования, оптическим входом связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя 11, а выходом оптически связан с входом приемника 13 оптического излучения, к выходу которого подключены вход блока 2 фокусировки, вход блока 5 формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора 4 отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока 3 отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционного излучателя 11. Выход блока 5 формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора 1 электронного пучка.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 2). Инжектор 1 инжектирует электронный пучок на поверхность объекта 14 нагрева. Управляемый генератор 4 подает отклоняющие напряжения U„(t) и

U (t) на электромагнитные отклоняющие катушки ll, и через блок 15 задержки на блок 3 отклонения для развертки электронного пучка. На экране электронно-лучевой трубки 11 высвечивается движущееся пятно, траектория движения которого повторяет развертку электронного пучка на поверхности объекта. Блок 10 сканирования подает одновременно на координатные входы датчика 9 температуры и управляемого транспаранта 12 периодические сигналы

Ь,. (tj и U,, (3), управляющие положением пятна сканирования и ячейки памяти транспаранта, в которой происходит запись информации о температуре объекта, поступаюшей на информационный вход транспаранта 1,2 с выхода датчика 9, температуры.

Запись информации в ячейке осуществляется путем изменения ее оптической плотности (или коэффициента пропускания т® и хранится в ней в течение периода сканирования. Заданному значению температуры T " соответствует заданное значение коэффицента т . При наличии в какой-либо точке объекта с координатами

Х, и У„отклонения ЬТЯ измеренной температуры T(t) от заданной Т (AT(t)

==T(t) — Т ") на выходе блока 7 сравнения появляется сигнал AU(t) рассогласования (4U(1) = У(/) — U" ), (где U(t) — сигнал с выхода датчика температуры, а U"" — сигнал с выхода задающего блока), поступающий на информационный вход транспаранта. Оптический коэффициент пропускания т® ячейки транспаранта с координатами

Х,р и Y,ð изменяется в соответствии (например, пропорционально) со знаком и величиной сигнала рассогласования (As(t) =

= — z(i) — т). Изображение светящегося на экране электронно-лучевой трубки пятна с координатами Х. и Y,, соответствующими координатам Х,t; u Y „- пятна электроннолучевого воздействия на поверхности объекта, проецируется объективом 16 на поверхность транспаранта с координатами

Х тр и У р. Оптический поток Ф от светящегося на экране пятна, проходя по оптическому тракту — объектив 16, ячейки транспаранта 12, коллимагор 17, попадает на вход приемника 13 оптического излучения. Величина оптического потока Ф® на входе приемника изменяется пропорционально величине коэффициента (t) оптического пропускания ячеек 9(t) =т(ЦФ =

=- (т": + A (t)) . Ф =т : - Ф + A (t) . Ф =

= — Ф" +ДФ(/), где Ф* — оптический поток, соответствующий нулевому сигналу рассогласования, т. е. т(1)=т". На выходе приемника 13 появляется сигнал U„(t) (U; (t) = с A9(t), где а — чувствительность приемника излучения), который в качестве сигнала коррекции поступает на входы блока 2 формирования сигнала фокусировки, блока 5 формирования сигнала мощности и управляемого генератора 4 отклоняющих напряжений. С выходов блоков формирования сигналов мощности и фоку837251 сировки поступают управляющие сигналы соответственно на инжектор 1 для управления мощностью электронного пучка и на электромагнитную фокусирующую катушку 2, для управления фокусировкой электронного пучка.

Принципиальная схема устройства может несколько отличаться от изображенной на фиг. 2. Так, например, в качестве многопозиционного излучателя может быть применена светодиодная матрица, а в качестве светопропускающего тела транспаранта — фотохромное стекло.

Оптоэлектронные элементы, на которых выполнены блоки обработки информации, позволяют вводить сигналы корректирующей обратной связи в блоки управления без задержки на время кадра электроннолучевой развертки, то есть практически безынерционно.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным конструктивно значителько про. ще и обладает большим быстродействием (примерно в 10 раз). Это позволяет повысить точность регулирования температуры при электронно-лучевом нагреве, а следовательно и качество изготовляемой продукции.

Устройство может найти применение, например, при электронно-лучевой плавке, термической обработке, напыления пленок.

Формула изобретения

Устройство управления электронно-лучевым нагревом, содержащее инжектор электронного пучка, блок фокусировки, блок отклонения, управляемый генератор отклоняющих напряжений, блок формирования сигнала мощности, задатчик сигналов, блок сравнения и сканирующий пирометр, состоящий из последовательно соеБ диненных между собой датчика температуры, оптически связанного по входу с объектом нагрева, и блока сканирования, о тлнчающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства и его уп10 ращения, в него введены оптоэлектронный многопозиционный излучатель, оптоэлектронный транспарант и приемник оптического излучения, причем блок сравнения подключен входами к выходу датчика тем15 пературы и выходу задатчика сигналов, а выходом — к информационному входу оптоэлектронного управляемого транспаранта, координатный вход которого подключен к выходу блока сканирования, опти20 ческий вход связан с выходом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход оптически связан с входом приемника оптического излучения, к выходу которого подключены вход блока фокусировки, вход блока формирования сигнала мощности и вход управляемого генератора отклоняющих напряжений, выход которого соединен с входом блока отклонения и входом оптоэлектронного многопозиционного излучателя, а выход блока формирования сигнала мощности подключен к входу инжектора электронного пучка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

М 418836, кл. G 05 D 25/02, 1972.

2. Авторское свидетельство по заявке

Ма 2684824/24-07, кл. Н 01 J 37/305, 1978.

837251

Составитель Е. Медведев

Техред И. Пенчко

Корректор С. Файн

Редактор Л. Письман

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 251/164 Изд. № 116 Тираж 670 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5