JPH0453069B2 - - Google Patents
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- JPH0453069B2 JPH0453069B2 JP59198122A JP19812284A JPH0453069B2 JP H0453069 B2 JPH0453069 B2 JP H0453069B2 JP 59198122 A JP59198122 A JP 59198122A JP 19812284 A JP19812284 A JP 19812284A JP H0453069 B2 JPH0453069 B2 JP H0453069B2
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- JP
- Japan
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- feedback
- power supply
- controllable
- acceleration voltage
- power source
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/248—Components associated with high voltage supply
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/24—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
- H01J37/243—Beam current control or regulation circuits
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、放電による負荷短絡を、短時間内
に自動復帰させる高電圧、高出力の電源装置を備
えた荷電ビーム装置の制御方式に関するものであ
る。
に自動復帰させる高電圧、高出力の電源装置を備
えた荷電ビーム装置の制御方式に関するものであ
る。
第５図は従来装置の一例として電子ビーム溶接
機の構成を示した原理図である。図において、１
はインバータの可制御電源、２は可制御電源１の
出力側の昇圧トランス、３は可制御電源１から出
力された交流の整流回路、４は平滑用リアクト
ル、５は平滑用キヤパシタ、６は溶接機の陰極、
７は溶接機の陽極、８は陰極６から発生した電子
ビーム、９は電子ビーム８の電流値を制御するウ
エネルト電極、１０は電子ビーム８が照射する被
加工物、１１はウエネルト電極９に電圧を供給す
る可制御バイアス電源、１２は高電位の可制御バ
イアス電源１１に電力を供給する絶縁トランス、
１３はビーム加速電圧VAの検出抵抗、１４はビ
ーム加速電圧VAの定電圧制御回路、１５は電源
電流IKの検出抵抗、１６は電源電流IKの定電流制
御回路、１７は定電流制御回路１６の出力を高電
位の可制御バイアス電源１１に伝達する光フアイ
バー、１８はウエネルト電極９或いは陰極６と陽
極７の間に生じた負荷短絡（以下、アーキングと
称す）である。
機の構成を示した原理図である。図において、１
はインバータの可制御電源、２は可制御電源１の
出力側の昇圧トランス、３は可制御電源１から出
力された交流の整流回路、４は平滑用リアクト
ル、５は平滑用キヤパシタ、６は溶接機の陰極、
７は溶接機の陽極、８は陰極６から発生した電子
ビーム、９は電子ビーム８の電流値を制御するウ
エネルト電極、１０は電子ビーム８が照射する被
加工物、１１はウエネルト電極９に電圧を供給す
る可制御バイアス電源、１２は高電位の可制御バ
イアス電源１１に電力を供給する絶縁トランス、
１３はビーム加速電圧VAの検出抵抗、１４はビ
ーム加速電圧VAの定電圧制御回路、１５は電源
電流IKの検出抵抗、１６は電源電流IKの定電流制
御回路、１７は定電流制御回路１６の出力を高電
位の可制御バイアス電源１１に伝達する光フアイ
バー、１８はウエネルト電極９或いは陰極６と陽
極７の間に生じた負荷短絡（以下、アーキングと
称す）である。
第６図は定電圧制御回路１４または定電流制御
回路１６の構成を示したものであり、１９はビー
ム加速電圧VAの検出抵抗１３または電源電流IK
の検出抵抗１５からの帰還信号、２０は帰還信号
中に含まれるノイズを除去するローパス・フイル
タ、２１は設定信号、２２は帰還信号１９と設定
信号２１の比較器、２３は制御信号である。
回路１６の構成を示したものであり、１９はビー
ム加速電圧VAの検出抵抗１３または電源電流IK
の検出抵抗１５からの帰還信号、２０は帰還信号
中に含まれるノイズを除去するローパス・フイル
タ、２１は設定信号、２２は帰還信号１９と設定
信号２１の比較器、２３は制御信号である。
第７図、第８図は、アーキング１８が発生した
場合の各部の電圧・電流波形を示したものであ
り、VAはビーム加速電圧、IOは可制御電源１の
電源出力電流（実際のIOは高周波の波形である
が、第７図、第８図ではピーク値の包絡線を示し
てある）、IKは電源電流、ICはビーム電流、ｔは
時間、２４はアーキング発生時刻、２５は第２の
アーキング発生時刻、２６は電源遮断時刻であ
る。
場合の各部の電圧・電流波形を示したものであ
り、VAはビーム加速電圧、IOは可制御電源１の
電源出力電流（実際のIOは高周波の波形である
が、第７図、第８図ではピーク値の包絡線を示し
てある）、IKは電源電流、ICはビーム電流、ｔは
時間、２４はアーキング発生時刻、２５は第２の
アーキング発生時刻、２６は電源遮断時刻であ
る。
第９図は、アーキング発生による溶接ビードの
欠陥を示したものであり、２７は溶接ビードの上
面形状、２８は溶接線、２９は溶接ビードの縦断
面形状である。
欠陥を示したものであり、２７は溶接ビードの上
面形状、２８は溶接線、２９は溶接ビードの縦断
面形状である。
次に動作について第５図乃至第９図に基づいて
説明する。第５図に示すように可制御電源１から
供給される電力は、昇圧トランス２で昇圧され、
整流回路３で整流され、平滑用リアクトル４およ
び平滑用キヤパシタ５で平滑され、陰極６と陽極
７の間に供給されて、電子ビーム８となり、被加
工物１０に照射される。電子ビーム８の電流値
は、ウエネルト電極９と陰極６の間に印加される
可制御バイアス電源１１のバイアス電圧によつて
制御される。バイアス電圧は絶縁トランス１２、
可制御バイアス電源１１を介して供給され、ビー
ム加速電圧VAに重畳しているため、例えば光フ
アイバー１７により制御される。ビーム加速電圧
VAおよびビーム電流IC（アーキング発生時以外
は、電源電流IKに等しい）は、それぞれビーム加
速電圧VAの検出抵抗１３、電源電流IKの検出抵
抗１５により検出され、ビーム加速電圧VAは定
電圧制御回路１４により、電源電流IKは定電流制
御回路１６によりそれぞれ制御される。定電圧お
よび定電流の制御は、第６図に示すように、帰還
信号１９と設定信号２１の差を比較器２２により
検出し、比較器２２の出力である制御信号２３に
より、ビーム加速電圧VAの場合は、例えばイン
バータの通流率を、電源電流IKの場合は光フアイ
バー１７を介して可制御バイアス電源１１のバイ
アス電圧を変化させ、帰還信号１９と設定信号２
１が等しくなるように行なわれる。ここで、溶接
が実行されると、被加工物１０の溶融部分から発
生した金属蒸気が陰極６或いはウエネルト電極９
と陽極７の間に流入し、両電極間を短絡してアー
キング１８を生じることがしばしばある。この真
空中におけるアーキング１８はパルス的に発生
し、約100μsで終了する。アーキング１８発生前
後の各部の電圧・電流波形を第７図に示す。ビー
ム加速電圧VAはアーキング１８発生期間（極め
て短時間のため、図中では示していない）が終了
すると、平滑用キヤパシタ５の電荷がなくなるた
め、一度零ボルトになる。しかし、定電圧制御を
行なつているため、可制御電源１の電源出力電流
IOが急激に増大し、ビーム加速電圧VA、電源出
力電流IO共、平滑用リアクトル４とキヤパシタ５
で定まる時定数（数mS）で大きく変動する。ま
た、アーキング１８発生時には、ビーム電流ICを
制御するために検出している電源電流IKに高いピ
ークのアーキング１８電流が重畳するため、実際
はビーム電流ICは流れていないにもかかわらず、
定電流制御回路１６はビーム電流ICを出さない方
向に働く。従つて、ビーム加速電圧VAの変動と
も干渉し合つて、電源電流IK、ビーム電流IC共、
アーキング１８発生後は大きく変動する。
説明する。第５図に示すように可制御電源１から
供給される電力は、昇圧トランス２で昇圧され、
整流回路３で整流され、平滑用リアクトル４およ
び平滑用キヤパシタ５で平滑され、陰極６と陽極
７の間に供給されて、電子ビーム８となり、被加
工物１０に照射される。電子ビーム８の電流値
は、ウエネルト電極９と陰極６の間に印加される
可制御バイアス電源１１のバイアス電圧によつて
制御される。バイアス電圧は絶縁トランス１２、
可制御バイアス電源１１を介して供給され、ビー
ム加速電圧VAに重畳しているため、例えば光フ
アイバー１７により制御される。ビーム加速電圧
VAおよびビーム電流IC（アーキング発生時以外
は、電源電流IKに等しい）は、それぞれビーム加
速電圧VAの検出抵抗１３、電源電流IKの検出抵
抗１５により検出され、ビーム加速電圧VAは定
電圧制御回路１４により、電源電流IKは定電流制
御回路１６によりそれぞれ制御される。定電圧お
よび定電流の制御は、第６図に示すように、帰還
信号１９と設定信号２１の差を比較器２２により
検出し、比較器２２の出力である制御信号２３に
より、ビーム加速電圧VAの場合は、例えばイン
バータの通流率を、電源電流IKの場合は光フアイ
バー１７を介して可制御バイアス電源１１のバイ
アス電圧を変化させ、帰還信号１９と設定信号２
１が等しくなるように行なわれる。ここで、溶接
が実行されると、被加工物１０の溶融部分から発
生した金属蒸気が陰極６或いはウエネルト電極９
と陽極７の間に流入し、両電極間を短絡してアー
キング１８を生じることがしばしばある。この真
空中におけるアーキング１８はパルス的に発生
し、約100μsで終了する。アーキング１８発生前
後の各部の電圧・電流波形を第７図に示す。ビー
ム加速電圧VAはアーキング１８発生期間（極め
て短時間のため、図中では示していない）が終了
すると、平滑用キヤパシタ５の電荷がなくなるた
め、一度零ボルトになる。しかし、定電圧制御を
行なつているため、可制御電源１の電源出力電流
IOが急激に増大し、ビーム加速電圧VA、電源出
力電流IO共、平滑用リアクトル４とキヤパシタ５
で定まる時定数（数mS）で大きく変動する。ま
た、アーキング１８発生時には、ビーム電流ICを
制御するために検出している電源電流IKに高いピ
ークのアーキング１８電流が重畳するため、実際
はビーム電流ICは流れていないにもかかわらず、
定電流制御回路１６はビーム電流ICを出さない方
向に働く。従つて、ビーム加速電圧VAの変動と
も干渉し合つて、電源電流IK、ビーム電流IC共、
アーキング１８発生後は大きく変動する。
このように、一度アーキング１８が発生する
と、各電圧・電流の制御が過液的に著しく不安定
になり、通常よりも高い電圧・電流が発生するの
で、第８図に示すように、第２、第３のアーキン
グ１８が生じ、可制御電源１の出力電流IOが著し
く増大して、可制御電源１の遮断回路が動作し、
溶接は停止する。第９図は、アーキング１８発生
時の溶接ビード形状を示したものである。アーキ
ング１８が発生すると、電源が停止しない場合で
も、ビーム加速電圧VAやビーム電流ICが大きく
変動するので、ビード幅や溶け込み深さが大きく
変動する。特に、アーキング１８により電源が突
然停止すると、溶接中に電子ビームにより形成さ
れる細孔を埋める溶融金属が供給されず、深いク
レータが生じる。このクレータの補修は極めて面
倒である。また、アーキングに対する制御系の不
安定性を改善するため、帰還信号１９に対するロ
ーパス・フイルタ２０の周波数を低くして制御系
の応答を十分に遅くし電源の遮断を遅らせる方法
も考えられるが、この場合は、正常時のビーム加
速電圧VAやビーム電流ICの制御性を著しくそこ
なう。
と、各電圧・電流の制御が過液的に著しく不安定
になり、通常よりも高い電圧・電流が発生するの
で、第８図に示すように、第２、第３のアーキン
グ１８が生じ、可制御電源１の出力電流IOが著し
く増大して、可制御電源１の遮断回路が動作し、
溶接は停止する。第９図は、アーキング１８発生
時の溶接ビード形状を示したものである。アーキ
ング１８が発生すると、電源が停止しない場合で
も、ビーム加速電圧VAやビーム電流ICが大きく
変動するので、ビード幅や溶け込み深さが大きく
変動する。特に、アーキング１８により電源が突
然停止すると、溶接中に電子ビームにより形成さ
れる細孔を埋める溶融金属が供給されず、深いク
レータが生じる。このクレータの補修は極めて面
倒である。また、アーキングに対する制御系の不
安定性を改善するため、帰還信号１９に対するロ
ーパス・フイルタ２０の周波数を低くして制御系
の応答を十分に遅くし電源の遮断を遅らせる方法
も考えられるが、この場合は、正常時のビーム加
速電圧VAやビーム電流ICの制御性を著しくそこ
なう。
また、電子ビーム８の径路を磁界によりわん曲
させ、陰極６と陽極７の間への金属蒸気の流入を
減少させる方式が良く取られるが、アーキングの
発生確率を減少させることはできても、皆無にす
ることは不可能であるといつた問題点があつた。
させ、陰極６と陽極７の間への金属蒸気の流入を
減少させる方式が良く取られるが、アーキングの
発生確率を減少させることはできても、皆無にす
ることは不可能であるといつた問題点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、アーキングが発生
してもビーム加速電圧、ビーム電流が増大して電
源の停止がおこらず、ビーム被照射物に欠陥がお
こらないような制御を行なう装置を提供すること
を目的としたものである。
去するためになされたもので、アーキングが発生
してもビーム加速電圧、ビーム電流が増大して電
源の停止がおこらず、ビーム被照射物に欠陥がお
こらないような制御を行なう装置を提供すること
を目的としたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る荷電ビーム装置の制御方式はア
ーキングが発生すると、ビーム加速電圧の帰還制
御系に入力する帰還信号がアーキング前の帰還信
号に応じた所定の値に一旦固定され、その後に固
定を解除して帰還制御を継続することを特徴とす
るものである。また、この発明の別の発明によれ
ば、アーキングが発生した時のビーム加速電圧の
みならず、電源電流も帰還制御系に入力して帰還
信号がアーキング前の帰還信号に応じた所定の値
に一旦固定され、その後に固定を解除して帰還制
御を継続することを特徴としたものである。
ーキングが発生すると、ビーム加速電圧の帰還制
御系に入力する帰還信号がアーキング前の帰還信
号に応じた所定の値に一旦固定され、その後に固
定を解除して帰還制御を継続することを特徴とす
るものである。また、この発明の別の発明によれ
ば、アーキングが発生した時のビーム加速電圧の
みならず、電源電流も帰還制御系に入力して帰還
信号がアーキング前の帰還信号に応じた所定の値
に一旦固定され、その後に固定を解除して帰還制
御を継続することを特徴としたものである。
この発明の更に別の発明によれば、帰還制御系
の制御は上記のまゝで更にアーキングが発生した
ら加速電圧の印加を一旦停止し帰還信号の固定を
解除して帰還制御を継続する前に加速電圧の印加
を再開する制御方式を採用したことを特徴とした
ものである。
の制御は上記のまゝで更にアーキングが発生した
ら加速電圧の印加を一旦停止し帰還信号の固定を
解除して帰還制御を継続する前に加速電圧の印加
を再開する制御方式を採用したことを特徴とした
ものである。
この発明においては、ビーム加速電圧や電源電
流の帰還信号をアーキングの発生を検出すると直
ちにサンプルホールドし、ビーム加速電圧や電源
電流が復帰する数10ｍｓの間はオープン制御に
し、その後再び高速の帰還制御を継続して行なう
ことによりアーキングによるビーム加速電圧や電
源電流の変動を最小限にとヾめ可制御電源のしや
断をなくしビームの被照射物に対する欠陥を抑制
する。
流の帰還信号をアーキングの発生を検出すると直
ちにサンプルホールドし、ビーム加速電圧や電源
電流が復帰する数10ｍｓの間はオープン制御に
し、その後再び高速の帰還制御を継続して行なう
ことによりアーキングによるビーム加速電圧や電
源電流の変動を最小限にとヾめ可制御電源のしや
断をなくしビームの被照射物に対する欠陥を抑制
する。
また、この発明の他の発明においては、アーキ
ングが発生してオープン制御に直ちに移行する
と、インバータの動作周波数が非常に高いためア
ーキングが再発するのを防ぐためにオープン制御
する時間よりも短時間の間ビーム加速電圧の印加
を停止し、よつてビーム加速電圧の変動を更に抑
制できる。
ングが発生してオープン制御に直ちに移行する
と、インバータの動作周波数が非常に高いためア
ーキングが再発するのを防ぐためにオープン制御
する時間よりも短時間の間ビーム加速電圧の印加
を停止し、よつてビーム加速電圧の変動を更に抑
制できる。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図は定電圧および定電流制御回路の構成
であり、１９ａは電源電流IKからの帰還信号ａ、
１９ｂはビーム加速電圧VAからの帰還信号ｂ、
２０ａは電流の帰還信号ａのローパス・フイル
タ、２０ｂはビーム加速電圧VAの帰還信号ｂの
ローパス・フイルタ、３０はビーム加速電圧VA
の帰還信号ｂ１９ｂからアーキング１８発生を検
出する回路、３１はアーキング１８発生と同時に
アーキング１８発生を検出する回路３０から出力
されるトリガー・パルス、３２はトリガー・パル
ス３１により動作する単安定マルチ・バイブレー
タ、３３は単安定マルチ・バイブレータ３２のパ
ルス幅設定器、３４ａは電源電流IKの帰還信号ａ
１９ａのサンプリング・ホールド回路ａ、３４ｂ
はビーム加速電圧VAの帰還信号ｂ１９ｂのサン
プリング・ホールド回路ｂ、VHは単安定マルチ
バイブレータ３２から出力され、サンプリング・
ホールド回路ａ３４ａ、サンプリングホールド回
路ｂ３４ｂをホールド状態にするホールド信号で
ある。VAOはサンプリング・ホールド回路ｂ３４
ｂの出力信号、IKOはサンプリング・ホールド回
路ａ３４ａの出力信号である。２１ａは設定信号
ａ，２１ｂは設定信号ｂ，２２ａはサンプリン
グ・ホールド回路ａ３４ａの出力信号と設定信号
ａ２１ａの比較器、２２ｂはサンプリング・ホー
ルド回路ｂ３４ｂの出力信号と設定信号ｂ２１ｂ
の比較器、２３ａは電源電流IKの制御信号、２３
ｂはビーム加速電圧VAの制御信号である。
る。第１図は定電圧および定電流制御回路の構成
であり、１９ａは電源電流IKからの帰還信号ａ、
１９ｂはビーム加速電圧VAからの帰還信号ｂ、
２０ａは電流の帰還信号ａのローパス・フイル
タ、２０ｂはビーム加速電圧VAの帰還信号ｂの
ローパス・フイルタ、３０はビーム加速電圧VA
の帰還信号ｂ１９ｂからアーキング１８発生を検
出する回路、３１はアーキング１８発生と同時に
アーキング１８発生を検出する回路３０から出力
されるトリガー・パルス、３２はトリガー・パル
ス３１により動作する単安定マルチ・バイブレー
タ、３３は単安定マルチ・バイブレータ３２のパ
ルス幅設定器、３４ａは電源電流IKの帰還信号ａ
１９ａのサンプリング・ホールド回路ａ、３４ｂ
はビーム加速電圧VAの帰還信号ｂ１９ｂのサン
プリング・ホールド回路ｂ、VHは単安定マルチ
バイブレータ３２から出力され、サンプリング・
ホールド回路ａ３４ａ、サンプリングホールド回
路ｂ３４ｂをホールド状態にするホールド信号で
ある。VAOはサンプリング・ホールド回路ｂ３４
ｂの出力信号、IKOはサンプリング・ホールド回
路ａ３４ａの出力信号である。２１ａは設定信号
ａ，２１ｂは設定信号ｂ，２２ａはサンプリン
グ・ホールド回路ａ３４ａの出力信号と設定信号
ａ２１ａの比較器、２２ｂはサンプリング・ホー
ルド回路ｂ３４ｂの出力信号と設定信号ｂ２１ｂ
の比較器、２３ａは電源電流IKの制御信号、２３
ｂはビーム加速電圧VAの制御信号である。
また、第２図はアーキング１８が発生した場合
の各部の電圧・電流波形を示したものである。
の各部の電圧・電流波形を示したものである。
なお、この発明の一実施例において、第１図は
第５図の定電圧制御回路１４及び定電流制御回路
１６に相当する回路のみを示してあるが、第５図
の１４，１６以外の部分は当然同様のものを使用
する。
第５図の定電圧制御回路１４及び定電流制御回路
１６に相当する回路のみを示してあるが、第５図
の１４，１６以外の部分は当然同様のものを使用
する。
次に動作について第１図乃至第４図にもとづい
て説明する。
て説明する。
アーキング１８が発生すると、ビーム加速電圧
VAや電源電流IKが急激に変化する。従つて、例
えば、コンパレータや微分回路でアーキング１８
発生を検出する回路３０を構成し、ビーム加速電
圧VAの帰還信号ｂ１９ｂを入力すると、アーキ
ング１８発生を知らせるトリガー・パルス３１が
発生する。このトリガー・パルス３１により単安
定マルチ・バイブレータ３２はサンプリング・ホ
ールド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂのホールド信号
VHを発生し、電源電流IKおよびビーム加速電圧
VAの帰還信号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂがホールド
される。アーキング１８検出回路３０は、アーキ
ング１８発生という非常に大きい帰還信号１９ｂ
の変化を取り扱うため、その動作は多少のノイズ
には影響されず、ローパス・フイルタ２０ｂを介
する必要はない。従つて、ホールド信号VHは十
分に速くサンプリング・ホールド回路ａ，ｂ３４
ａ，３４ｂに入力するので、サンプリング・ホー
ルド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂはアーキング１８
発生時の値（ローパス・フイルタ２０ａ，２０ｂ
があるので実質的にはアーキング１８発生直前の
値）の電源電流IKおよびビーム加速電圧VAの帰
還信号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂをホールドすること
ができる。つまり、アーキング１８が発生する
と、アーキング１８発生直前の正常な値の帰還信
号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂにより制御を行ない、ア
ーキング１８発生後のビーム加速電圧VAおよび
電源電流IKの急激な変化は無視するので、制御系
は極めて安定に動作する。ビーム加速電圧VHの
定常状態への復帰時間は平滑用リアクトル４およ
び平滑用キヤパシタ５で定まる時定数により決ま
り、数ｍｓである。従つて、パルス幅設定器３３
を調整して、ホールド時間を20ｍｓ程度に設定す
れば良い。言い換えると、本発明の制御回路は、
アーキング１８が発生すると、通常の帰還制御か
らアーキング１８発生直前のデータによるオープ
ン制御に移行し、ビーム加速電圧VAおよび電源
電流IKがほヾ正規の値に復帰した後、再び帰還制
御を開始する。オープン制御は一般的に偏差が大
きいが、アーキング１８発生直前の帰還制御のデ
ータに基づくオープン制御であり、しかも、オー
プン制御期間は数10ｍｓ以内と短時間であるた
め、非常に精度が高く、ほとんど帰還制御といつ
ても良い程である。
VAや電源電流IKが急激に変化する。従つて、例
えば、コンパレータや微分回路でアーキング１８
発生を検出する回路３０を構成し、ビーム加速電
圧VAの帰還信号ｂ１９ｂを入力すると、アーキ
ング１８発生を知らせるトリガー・パルス３１が
発生する。このトリガー・パルス３１により単安
定マルチ・バイブレータ３２はサンプリング・ホ
ールド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂのホールド信号
VHを発生し、電源電流IKおよびビーム加速電圧
VAの帰還信号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂがホールド
される。アーキング１８検出回路３０は、アーキ
ング１８発生という非常に大きい帰還信号１９ｂ
の変化を取り扱うため、その動作は多少のノイズ
には影響されず、ローパス・フイルタ２０ｂを介
する必要はない。従つて、ホールド信号VHは十
分に速くサンプリング・ホールド回路ａ，ｂ３４
ａ，３４ｂに入力するので、サンプリング・ホー
ルド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂはアーキング１８
発生時の値（ローパス・フイルタ２０ａ，２０ｂ
があるので実質的にはアーキング１８発生直前の
値）の電源電流IKおよびビーム加速電圧VAの帰
還信号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂをホールドすること
ができる。つまり、アーキング１８が発生する
と、アーキング１８発生直前の正常な値の帰還信
号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂにより制御を行ない、ア
ーキング１８発生後のビーム加速電圧VAおよび
電源電流IKの急激な変化は無視するので、制御系
は極めて安定に動作する。ビーム加速電圧VHの
定常状態への復帰時間は平滑用リアクトル４およ
び平滑用キヤパシタ５で定まる時定数により決ま
り、数ｍｓである。従つて、パルス幅設定器３３
を調整して、ホールド時間を20ｍｓ程度に設定す
れば良い。言い換えると、本発明の制御回路は、
アーキング１８が発生すると、通常の帰還制御か
らアーキング１８発生直前のデータによるオープ
ン制御に移行し、ビーム加速電圧VAおよび電源
電流IKがほヾ正規の値に復帰した後、再び帰還制
御を開始する。オープン制御は一般的に偏差が大
きいが、アーキング１８発生直前の帰還制御のデ
ータに基づくオープン制御であり、しかも、オー
プン制御期間は数10ｍｓ以内と短時間であるた
め、非常に精度が高く、ほとんど帰還制御といつ
ても良い程である。
第２図は各電圧・電流波形を示したものであ
り、アーキング１８が発生するとサンプリング・
ホールド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂが動作するた
め、制御回路に入力するビーム加速電圧信号
VAO、電源電流信号IKOはほとんど変化せず、実際
のビーム加速電圧VA、電源電流IKも非常に滑ら
かに復帰する。わずかに、帰還制御を再開した時
に、オープン制御中に生じた誤差を補正するた
め、多少の変動が生じる程度である。従つて、可
制御電源１の出力電流IOもほとんど変化せず、可
制御電源１が遮断することはない。
り、アーキング１８が発生するとサンプリング・
ホールド回路ａ，ｂ３４ａ，３４ｂが動作するた
め、制御回路に入力するビーム加速電圧信号
VAO、電源電流信号IKOはほとんど変化せず、実際
のビーム加速電圧VA、電源電流IKも非常に滑ら
かに復帰する。わずかに、帰還制御を再開した時
に、オープン制御中に生じた誤差を補正するた
め、多少の変動が生じる程度である。従つて、可
制御電源１の出力電流IOもほとんど変化せず、可
制御電源１が遮断することはない。
また、ビーム加速電圧VA及びビーム電流ICが
約10ｍｓ中断するが、6kW級と100kW級の代表
的な溶接速度をそれぞれ１ｍ／min、0.3ｍ／min
とすると、ビーム加速電圧VA及びビーム電流IC
の中断する間の溶接移動流さはそれぞれ170μｍ、
60μｍであり、その痕跡は表面ビードにわずかに
認められるものの、溶接欠陥には至らない。
約10ｍｓ中断するが、6kW級と100kW級の代表
的な溶接速度をそれぞれ１ｍ／min、0.3ｍ／min
とすると、ビーム加速電圧VA及びビーム電流IC
の中断する間の溶接移動流さはそれぞれ170μｍ、
60μｍであり、その痕跡は表面ビードにわずかに
認められるものの、溶接欠陥には至らない。
以上の説明では、ビーム加速電圧VAの帰還信
号ｂ１９ｂのサンプリング・ホールド回路ｂ３４
ｂのみならず電源電流IKの帰還信号ａ１９ａのサ
ンプリング・ホールド回路ａ３４ａを使用して制
御系を構成していたが、ビーム加速電圧VAの帰
還信号ｂ１９ｂのサンプル・ホールド回路ｂ３４
ｂだけで制御系を構成してもほヾこの発明の目的
を達成し得る。
号ｂ１９ｂのサンプリング・ホールド回路ｂ３４
ｂのみならず電源電流IKの帰還信号ａ１９ａのサ
ンプリング・ホールド回路ａ３４ａを使用して制
御系を構成していたが、ビーム加速電圧VAの帰
還信号ｂ１９ｂのサンプル・ホールド回路ｂ３４
ｂだけで制御系を構成してもほヾこの発明の目的
を達成し得る。
また、帰還信号ａ，ｂ１９ａ，１９ｂの値は必
ずしもアーキング１８直前の値と同等である必要
はなく、ホールド信号VHが遅れてアーキング１
８直前の値よりある程度低下した値でもほヾ同等
の効果が得られる。
ずしもアーキング１８直前の値と同等である必要
はなく、ホールド信号VHが遅れてアーキング１
８直前の値よりある程度低下した値でもほヾ同等
の効果が得られる。
なお、上記実施例では、可制御電源１、例えば
インバータの電源は、アーキング１８が生じても
連続して動作させたが、第３図に示すように、瞬
間的に停止させる構成にしてもよい。これは、イ
ンバータの動作周波数が非常に高く、直ちにビー
ム加速電圧VAを復帰させると（例えば100μs〜１
ｍｓ程度）アーキング１８を再発する可能性があ
る場合に有効である。第３図において、アーキン
グ１８発生を知らせるトリガー・パルス３１を別
の単安定マルチ・バイブレータ３２ｃに入力する
と、インバータを瞬間停止させるパルスVSが発
生する。この時間は数ｍｓが適当であり、パルス
幅設定器３３ｃで設定する。ビーム加速電圧VA
を定電圧制御するためのPID（比例・積分・微分）
回路３５およびPWM（パルス幅変調）回路３６
の出力は、ゲート回路３７でインバータ瞬間停止
用パルスVSにより瞬間的に遮断されるので、第
４図の波形に示すように、ビーム加速電圧VAの
供給を適切な時間停止することができる。
インバータの電源は、アーキング１８が生じても
連続して動作させたが、第３図に示すように、瞬
間的に停止させる構成にしてもよい。これは、イ
ンバータの動作周波数が非常に高く、直ちにビー
ム加速電圧VAを復帰させると（例えば100μs〜１
ｍｓ程度）アーキング１８を再発する可能性があ
る場合に有効である。第３図において、アーキン
グ１８発生を知らせるトリガー・パルス３１を別
の単安定マルチ・バイブレータ３２ｃに入力する
と、インバータを瞬間停止させるパルスVSが発
生する。この時間は数ｍｓが適当であり、パルス
幅設定器３３ｃで設定する。ビーム加速電圧VA
を定電圧制御するためのPID（比例・積分・微分）
回路３５およびPWM（パルス幅変調）回路３６
の出力は、ゲート回路３７でインバータ瞬間停止
用パルスVSにより瞬間的に遮断されるので、第
４図の波形に示すように、ビーム加速電圧VAの
供給を適切な時間停止することができる。
また、上記実施例では、ローパス・フイルタ２
０による帰還信号１９の時間的な遅れを利用し
て、アーキング１８発生直前の帰還信号１９のデ
ータをサンプリング・ホールドしたが、デイジタ
ル式波形記憶装置のプリ・トリガー機能、つま
り、帰還信号１９が常にメモリRAMに繰返し書
き込みされており、トリガー・パルス３１が入力
すれば、アーキング１８直前のデータが読み出せ
る機能を利用してもよい。
０による帰還信号１９の時間的な遅れを利用し
て、アーキング１８発生直前の帰還信号１９のデ
ータをサンプリング・ホールドしたが、デイジタ
ル式波形記憶装置のプリ・トリガー機能、つま
り、帰還信号１９が常にメモリRAMに繰返し書
き込みされており、トリガー・パルス３１が入力
すれば、アーキング１８直前のデータが読み出せ
る機能を利用してもよい。
さらに、上記実施例では、本発明の例として電
子ビーム溶接機の制御方式について説明したが、
高電圧を使用している他の荷電ビーム装置、例え
ばイオン打込み装置等の制御方式においても上記
実施例と同様の効果を奏し、負荷短絡の被照射物
に対する悪影響を最小限に留めることが可能であ
る。
子ビーム溶接機の制御方式について説明したが、
高電圧を使用している他の荷電ビーム装置、例え
ばイオン打込み装置等の制御方式においても上記
実施例と同様の効果を奏し、負荷短絡の被照射物
に対する悪影響を最小限に留めることが可能であ
る。
この発明は以上のように、荷電ビーム装置の制
御方式において、アーキング発生を検出すると、
直ちにアーキング発生前の帰還信号に応じた所定
の値に一旦ビーム加速電圧や電源電流の帰還信号
をサンプル・ホールドし、ビーム加速電圧や電源
電流の復帰する数10ｍｓの間はオープン制御に
し、その後、再び高速の帰還制御を継続して行な
うことにより、アーキングが発生しても制御系を
安定に動作させる構成にしたので、可制御電源が
極めて短時間内に自動復帰し、ビームの被照射物
に欠陥を生じることがないという効果がある。
御方式において、アーキング発生を検出すると、
直ちにアーキング発生前の帰還信号に応じた所定
の値に一旦ビーム加速電圧や電源電流の帰還信号
をサンプル・ホールドし、ビーム加速電圧や電源
電流の復帰する数10ｍｓの間はオープン制御に
し、その後、再び高速の帰還制御を継続して行な
うことにより、アーキングが発生しても制御系を
安定に動作させる構成にしたので、可制御電源が
極めて短時間内に自動復帰し、ビームの被照射物
に欠陥を生じることがないという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示すビーム加速
電圧および電源電流の制御回路の構成図、第２図
は負荷短絡が発生した場合、この発明の第１図の
実施例による各部の電圧、電流波形、第３図はこ
の発明の他の実施例によるビーム加速電圧および
電源電流の制御回路の構成図、第４図は負荷短絡
が発生した場合、この発明の第３図の実施例によ
る各部の電圧、電流波形図、第５図は従来の電子
ビーム溶接機の構成を示した原理図、第６図は従
来のビーム加速電圧および電源電流の制御回路の
構成図、第７図および第８図は負荷短絡が発生し
た場合の従来の機器の各部の電圧、電流波形図、
第９図は負荷短絡発生による従来の機器のビード
の欠陥の状態を示す図である。 図において、１は可制御電源、１１は可制御バ
イアス電源、１８は負荷短絡、１９は帰還信号、
VAはビーム加速電圧、IKは電源電流である。な
お、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。
電圧および電源電流の制御回路の構成図、第２図
は負荷短絡が発生した場合、この発明の第１図の
実施例による各部の電圧、電流波形、第３図はこ
の発明の他の実施例によるビーム加速電圧および
電源電流の制御回路の構成図、第４図は負荷短絡
が発生した場合、この発明の第３図の実施例によ
る各部の電圧、電流波形図、第５図は従来の電子
ビーム溶接機の構成を示した原理図、第６図は従
来のビーム加速電圧および電源電流の制御回路の
構成図、第７図および第８図は負荷短絡が発生し
た場合の従来の機器の各部の電圧、電流波形図、
第９図は負荷短絡発生による従来の機器のビード
の欠陥の状態を示す図である。 図において、１は可制御電源、１１は可制御バ
イアス電源、１８は負荷短絡、１９は帰還信号、
VAはビーム加速電圧、IKは電源電流である。な
お、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ビーム発生部への給電を行なう可制御電源を
ビーム加速電圧に応じて帰還制御する荷電ビーム
装置の制御方法において、放電による負荷短絡時
に、帰還制御系の帰還信号を、上記負荷短絡前の
上記帰還信号に応じた所定の値に一旦固定した後
に上記固定を解除して、上記帰還制御を継続する
ことを特徴とする荷電ビーム装置の制御方法。 ２ ビーム発生部への給電を行なう可制御電源を
ビーム加速電圧に応じて帰還制御する荷電ビーム
装置の制御方法において、放電による負荷短絡時
に、帰還制御系の帰還信号を、上記負荷短絡前の
上記帰還信号に応じた所定の値に一旦固定した後
に上記固定を解除して、上記帰還制御を継続し、
一方、上記負荷短絡時には上記ビーム加速電圧の
印加を一旦停止し上記帰還制御を継続する前に上
記ビーム加速電圧の印加を再開することを特徴と
する荷電ビーム装置の制御方法。 ３ ビーム発生部への給電を行なう可制御電源を
ビーム加速電圧に応じて帰還制御すると共に上記
ビーム発生部の可制御バイアス電源を上記可制御
電源の給電回路に流れる電源電流により帰還制御
する荷電ビーム装置の制御方法において、放電に
よる負荷短絡時に、上記可制御電源の帰還制御系
及び上記可制御バイアス電源の帰還制御系の何れ
についても各々制御系の帰還信号を上記負荷短絡
前の上記帰還信号に応じた所定の値に一旦固定し
た後に上記固定を解除して、上記帰還制御を継続
することを特徴とする荷電ビーム装置の制御方
法。 ４ ビーム発生部への給電を行なう可制御電源を
ビーム加速電圧に応じて帰還制御すると共に上記
ビーム発生部の可制御バイアス電源を上記可制御
電源の給電回路に流れる電源電流により帰還制御
する荷電ビーム装置の制御方法において、放電に
よる負荷短絡時に上記可制御電源の帰還制御系及
び上記可制御バイアス電源の帰還制御系の何れに
ついても各々の制御系の帰還信号を上記負荷短絡
前の上記帰還信号に応じた所定の値に一旦固定し
た後に上記固定を解除して、上記帰還制御を継続
し、一方上記負荷短絡時には上記ビーム加速電圧
の印加を一旦停止し上記帰還制御を継続する前に
上記ビーム加速電圧の印加を再開することを特徴
とする荷電ビーム装置の制御方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198122A JPS6174250A (ja) | 1984-09-19 | 1984-09-19 | 荷電ビーム装置の制御方法 |
| KR1019850005737A KR890005194B1 (ko) | 1984-09-19 | 1985-08-08 | 하전비임장치의 제어방식 |
| US06/774,735 US4684782A (en) | 1984-09-19 | 1985-09-11 | Control system for a charged particle beam apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59198122A JPS6174250A (ja) | 1984-09-19 | 1984-09-19 | 荷電ビーム装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6174250A JPS6174250A (ja) | 1986-04-16 |
| JPH0453069B2 true JPH0453069B2 (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=16385817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59198122A Granted JPS6174250A (ja) | 1984-09-19 | 1984-09-19 | 荷電ビーム装置の制御方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4684782A (ja) |
| JP (1) | JPS6174250A (ja) |
| KR (1) | KR890005194B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5185559A (en) * | 1986-05-20 | 1993-02-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Supply circuit for P-N junction cathode |
| US5401973A (en) * | 1992-12-04 | 1995-03-28 | Atomic Energy Of Canada Limited | Industrial material processing electron linear accelerator |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3826889A (en) * | 1970-10-12 | 1974-07-30 | I Brukovsky | System for automatic control of electron beam heating device |
| JPS4926897A (ja) * | 1972-07-05 | 1974-03-09 | ||
| US3838313A (en) * | 1973-05-21 | 1974-09-24 | United Aircraft Corp | Beam current regulator for electron beam machines |
| US4238660A (en) * | 1978-05-24 | 1980-12-09 | Colt Industries Operating Corp. | Multi-lead servo feed system for electrical discharge machining apparatus |
| JPS5536748A (en) * | 1978-09-08 | 1980-03-14 | Hitachi Ltd | Voltage comparing circuit |
-
1984
- 1984-09-19 JP JP59198122A patent/JPS6174250A/ja active Granted
-
1985
- 1985-08-08 KR KR1019850005737A patent/KR890005194B1/ko not_active Expired
- 1985-09-11 US US06/774,735 patent/US4684782A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR860002749A (ko) | 1986-04-28 |
| KR890005194B1 (ko) | 1989-12-16 |
| US4684782A (en) | 1987-08-04 |
| JPS6174250A (ja) | 1986-04-16 |
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