JPS63140779A

JPS63140779A - エネルギビ−ム加工装置

Info

Publication number: JPS63140779A
Application number: JP61284198A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakurai; 光一櫻井; Yoshio Yamane; 山根　義雄; Masatake Hiramoto; 平本　誠剛; Megumi Omine; 大峯　恩
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、電子と一１＼等を用いたエネルギビーム加
工装置に関し、特に加工部の検査及び補修を迅速、経済
的且つ高精度に行うエネルギビーム加工装置に関するも
のである。

［従来の技術］第３図は、例えば電子技術総合研究所ビーム応研究室発
行「金属、（１９８３年、１２月号、第２〜５頁）の「
電子ビームによる熱的微細加工」に記載された、従来の
エネルギビーム加工装置を一部ブロック図で示すｊ４視
図である。

図において、（１）は中央制御回路（図示せず）を備え
たビーム出力制御回路、（２）はビーム出力制御回路（
１）からのビーム制御信号Ｘに基づいて加工ビーム例え
ば電子ビームＶを発生するビーム発生源、（３）はビー
ム出力制御回路（１）からの偏向制御指令Ｙに基づいて
偏向制御信号Ｚを出力するビーム偏向制御回路である。

〈４）は偏向制御信号Ｚに基づいて電子ビーム■の照射
方向及び出力エネルギを制御するビーム偏向集束器であ
り、ビーム発生源（２）と共にビーム発生器を構成して
いる。

（５）は電子エネルギビーム■が照射される鉄板などの
被加工物であり、位置決め台（図示せず）に載置されて
いる。（６）は電子エネルギビーム■により被加工物（
５）に形成された加工部即ち複数の穴である。

次に、第３図に示した従来のエネルギビーム加工装置の
動作について説明する。

まず、ビーム発生源（２）は、ビーム出力制御装置（１
）からのビーム制御信号Ｘにより電子ビームを■を発生
する。同時に、ビーム偏向集束器（４）は、ビーム出力
制御装置（１）からの偏向制御指令Ｙに基づく慣向制御
信号Ｚにより、電子ビームＶを被加工物（５）上の照射
点Ｐに焦点を結ばせて所定のエネルギ密度にし、被加工
物（５）に順次複数の穴（６）を形成する。

こうして、所定数の穴（６）が形成されて加工を終了し
た被加工物（５）は、位置決め台から取り外されて光学
ｇｆｊ＆鏡（図示せず）などの検査装Ｗにより検査され
る。そして、穴（６）に欠陥があった場合は、被加工物
（５）を再度位置決め台に載置して加工用の電子ビーム
Ｖを照射することにより、穴（６）の補修を行う。

［発明が解決しようとする問題点コ従来のエネルギビーム加工装置は以上のように、被加工
物（５）に加工用の電子ビームＶのみを照射するように
なっているので、一旦被加工物（５）を位置決め台から
取り外して他の検査装置により穴（６）を検査し、更に
、再度位置決め台に載置して穴（６）を補修しなければ
ならず、穴（６）の加工に時間及び経費がかかるうえ、
補修時の位置決め精度が落ちるという間ｍ点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、加工部の検査及び補修を迅速、経済的且つ高
精度に行うことのできるエネルギビーム加工装置を得る
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係るエネルギビーム加工装置は、中央制御回
路からのビーム指令に基づき、被加工物に対して加工ビ
ーム及び被加工物を損傷しない程度の検査ビームを遷択
的に照射するビーム発生器と、被加工物に形成された加
工部を通過する検査ビームを検出するビーム検出器と、
このビーム検出器からの検出信号に基づいて加工部の解
析を行い解析信号を中央制御回路に入力する波形解析回
路とを備えたものである。

［作用コこの発明においては、加工ビームで被加工物を加工する
と共に加工部に検査ビームを照射して加工部を通過した
検査ビームを検出し、この検出信号を解析して得られた
解析信号に基づいて出力エネルギが決定された加工ビー
ムを発生させ、この加工ビームにより加工部を補修する
。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す斜視図
であり、（５）及び（６）は前述の従来装置と同様のも
のである。又、（１１）〜（１４）は、従来装置のビー
ム出力制御回路（１）、ビーム発生源（２）、ビーム偏
向制御回路（３）及びビーム偏向集束器（４）にそれぞ
れ対応している。

（１０）はビーム偏向制御回路（１３）を含む装置内の
全ての回路を制御するための中央制御回路、（１１）は
中央制御回路（１０）からの第１ビーム指令Ａに基づい
て複数のビーム制御信号Ｂを出力するビーム出力制御回
路である。

（１２）はビーム制御信号Ｂに基づいて加工ビーム又は
検査ビームとなる電子ビームＷを所定時間の間だけ発生
するビーム発生源であり、電子ビームＷの電流及び印加
電圧によって所望の出力エネルギ（電力）を得るように
なっている。（１３）は中央制御回路（１０）からの第
２ビーム指令Ｃに基づいて偏向制御信号りを出力するビ
ーム偏向制御回路である。（１４）は偏向制御信号りに
基づいて電子ビームＷを走査し、照射点Ｐに所定のエネ
ルギ密度で集束させるビーム偏向集束器であり、ビーム
発生源（１２）と共にビーム発生器を構成している。

（１５）は位置決め台（図示せず）に設けられたビーム
検出器であり、絶縁板を介したファラデー箱などで構成
されており、穴（６）を通過した検査ビーム−１の強度
に比例したアナログ電圧信号を検出信号Ｅとして出力す
るようになっている。　（１６）は検出信号Ｅに基づい
て穴（６）の解析を行う波形解析回路であり、解析結果
としての解析信号Ｆを中央制御回路（１０）に入力する
ようになっている。

次に、電子ビームＷの出力波形及び検出信号Ｅの出力波
形を示す第２図のシーケンス図を参照しながら、前述と
同様に複数の穴（６）を形成する場合を例にとって、第
１図に示したこの発明の一実施例の動作について説明す
る。

第１に、時間ｔ。〜ｔ１において最初の穴あけ加工を行
う。

まず、中央制御回路（１０）は、ビーム出力制御回路（
１１）及びビーム偏向制御回路（１３）に、それぞれ加
工ビーム検出器の第１ビーム指令Ａ及び第２ビーム指令
Ｃを出力する。

これにより、ビーム出力制御回路（１１）は第１ビーム
指令Ａに基づくビーム制御信号Ｂを出力し、このビーム
制御信号Ｂを受けたビーム発生源（１２）は、加工ビー
ム１ｌＩＯに相当する数１００μ秒〜数「０秒間のパル
ス状の電子ビームＷを所定回数だけ発生する。

又、ビーム偏向集束器（１４）は、第２ビーム指令Ｃに
息づく偏向制御信号りにより、電子ビーノ、Ｗを１０６
〜１０　＠Ｗ　／　ｃ　ｍ　２のエネルギ密度まで集束
して加工ビーム１ｌＩＯとし、被加工物く５）上の照射
点Ｐに偏向して照射させる。

１つの照射点Ｐに対する加工ビームＷＯの照射が終了し
たら、ビーム偏向制御回路（１３）からの偏向制御信号
りにより次の照射点に加工ビームＷＯを照射する。

これを繰り返して１１次複数の穴（６）を形成し、所定
数に達したら第１の工程を終了する。

一般に、電子ビームＷによる加工の場き、エネルギ密度
が１０　’　Ｗ　／　ｃ…２程度且つ照射時間が約５０
０μ秒であれば、厚さ１１１１１１１の鉄板に貫通した
穴（６）を形成することができる。従って、上記のよう
に、エネルギ密度が１０６〜１０＠Ｗ／ａｍ２且つ照射
時間が数１００μ秒〜数ｍ秒の電子ビームＷであれば、
十分に穴（６）を形成することができる。

尚、加工中にも、被加工物（５）に形成された穴（６）
を介して加工ビーム−〇がビーム検出器（１５）に入力
されるが、加工ビーム１ＩＩＯにより得られた検出信号
ＥＯは波形解析には用いられない。なぜなら、この検出
信号ＥＯは、プラズマ及び熱電子などの９響により再現
性のないノイズを含んだ振動波形となるからである。

第２に、時間し１〜Ｌ２において上記第１工程で加工さ
れた複数の穴（６）の検査を行う。

まず、中央側（卸回路（１０）は、ビーム出力制御回路
（１１）及びビーム偏向制御回路（１３）に、それぞれ
検査ビーム−１用の第１ビーム指令Ａ及び第２ビーム指
令Ｃを出力する。

これにより、ビーム出力制御回路（１１）はビーム制御
信号Ｂを出力し、これを受けたビーム発生源（１２）は
検査ビーム１１１１に相当する加工ビーム−〇より短い
パルス（数１００μ秒以下）の電子ビーム−を所定回数
だけ発生する。

又、ビーム偏向集束器（１４）は、第２ビーム指令Ｃに
基づく偏向制御信号りにより、エネルギ密度が加工ビー
ムｌＡＯの１／１００以下の約１０　’　Ｗ　／　ｃ　
＋ｎ　２以下（非金属の場合１０４Ｗ／ｃｎ＋２以下）
となるように電子ビームＷを集束し、被加工物（５）を
損傷しない程度の低い出力エネルギの検査ビーム１１１
１を照射点Ｐに照射する。このときの検査ビーム旧の出
力エネルギは、ビーム検出３（１５）の検出感度に依存
するが、できるだけ低いエネルギ密度且つ短パルスであ
ることが望ましい、又、検査ビーム１１１１の照射位置
精度は。

穴（６）の径の約５％以下であることが望ましい。

こうして、それぞれの穴（６）に順次正確に照射された
検査ビーム１１１１は、穴（６）を通過してビーム検出
器（１５）に入力される。この検査ビームＷｌにより、
ビーム検出２Ｓ（１５）は、加工ビームｌＡＯで得られ
た検出信号ＥＯより小さいレベルでノイズを含まない検
出信号Ｅ１を波形解析回路（１６）に出力する。

波形解析回路（１６）は、検出信号Ｅ１の出力波形の高
低に基づいて穴（６）の加工状態の良又は不良の解析即
ち判定を行い、その解析結果を解析信号Ｆとして中央制
御回路（１０）に出力する。

尚、通常、電子ビームＷのエネルギ密度の分布は一様で
なくビームの中心部が高くなるので、波形解析回路（１
６）には、予め検査ビーム１１１１のエネルギ密度分布
が入力されており、このエネルギ密度分布に応じた規定
値と検出信号Ｅとを比較して穴（６）の良否を判定して
いる。検査ビーム阿１のエネルギ密度分布を測定する方
法としては、例えば、「電子ビーム溶接Ｊ（八、ｌ！、
メルカ著、寺井清訳）の第５８〜６３頁、図２．３４に
示されたシャープエツジ法などがあげられる。

以上の動作を必要な全ての穴（６）について行い、第２
の検査工程を終了する。

第３に、時間し２〜し、において不良の穴（６）の補修
を行う。

判定情報としての解析信号Ｆを受けた中央制御回路（１
０）は、加工不良が存在する穴（６）について補修（再
加工）を行うための各ビーム指令Ａ及びＣを出力する。

これにより、所要出力エネルギを有する補修用の加工ビ
ーム誓２がビーム発生源（１２）及びビーム肩肉集束器
（１４）から発生する。この加工ビーム１１Ｉ２の出力
エネルギは、検出信号Ｅ１の出力レベルが高い（穴（６
）が比較的大きい）ときは低く、検出信号Ｅ１の出力レ
ベルが低い（穴（６）が比較的小さい）ときは高く設定
される。加工ビームＷ２の出力ニオ・ルギの調整は、電
子ビームＷの印加電圧、電流又はエネルギ密度を変える
か、ビーム照射時間を変えてることにより行なわれる。

！＆後に、第４として、時間ｔコ〜ｔ４において補修後
の穴（６）についての再検査を行う。このときの検査ビ
ーム−１は、補修した穴（６）に相当する回数だけ発生
すること以外は第２工程における検査ビーム旧と同様な
ので説明を省略する。

以上の第１〜第４工程は、中央制御回路（１０）内のコ
ンピュータにより全自動的に、被加工物（５）を取り外
すことなく行なわれる。従って、被加工物（５）を位置
決め台に１回収り付ければよく、他の検査装置は不要と
なり、更に取り付は時の位置決め誤差を生じることもな
い。

尚、上記実施例では穴（６）上の照射点Ｐをビーム偏向
集束器（１４）を用いて位置決めしたが、電子ビームＷ
の偏向を固定し、位置決め台をＮＣテーブルなどで構成
して被加工物（５）を移動させるようにしてもよい。

又、全ての穴（６）を加工した後で第２の検査工程を行
うようにしたが、１個又は数１０個毎に部分的に検査し
てもよい。

更に、エネルギビームとして電子ビームＷを用いたが３
、他のビームを用いても同等の効果が得られることは言
うまでもない。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、中央制御回路からのビ
ーム指令に基づき、被加工物に対して加工ビーム及び被
加工物を損傷しない程度の検査ビームを泗択的に照射す
るビーム発生器と、被加工物の加工部を通過した検査ビ
ームを検出するビーム検出器と、このビーム検出器から
の検出信号に基づいて加工部の解析を行い解析信号を中
央制御回路に入力する波形解析回路とを備え、加工ビー
ムで被加工物を加工すると共に、加工部に照射されて通
過した検査ビームを検出し、この検出信号を解析して得
られた解析信号に基づいて出力エネルギが決定された加
工ビームを発生させ、この加工ビームにより加工部を補
修するようにしたので、迅速、経済的且つ高精度のエネ
ルギビーム加工装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す斜
視図、第２図は第１図内の電子ビーム及び検出信号の出
力波形を示すシーケンス図、第３図は従来のエネルギビ
ーム加工装置を一部ブロック図で示す斜視図である。（５）・・・被加工物　　　　（６）・・・穴（加工部
）（１０）・・・中央制御回路（１１）・・・ビーム出力制御回路（１２）　、（１４）・・・ビーム発生器（１５）・・
・ビーム検出器　　（１６）・・・波形解析回路Ａ、Ｃ
・・・ビーム指令　　Ｗ・・・電子ビーム−〇・・・加
工ビーム　　　　１１１１・・・検査ビームＥ　、Ｅｌ
・・・検出信号　　　Ｆ・・・解析信号面、図中、同一
符号は同−又は相当部分を示す。然１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央制御回路からのビーム指令に基づき、被加工
物に対して加工ビーム及び前記被加工物を損傷しない程
度の検査ビームを選択的に照射するビーム発生器と、前
記被加工物に形成された加工部を通過する前記検査ビー
ムを検出するビーム検出器と、このビーム検出器からの
検出信号に基づいて前記加工部の解析を行い解析信号を
前記中央制御回路に入力する波形解析回路とを備え、前
記解析信号に基づいて出力エネルギが決定された前記加
工ビームにより前記加工部を補修するようにしたことを
特徴とするエネルギビーム加工装置。
（２）加工ビームは、エネルギ密度が１０＾５Ｗ／ｃｍ
＾２〜１０＾６Ｗ／ｃｍ＾２且つ照射時間が数１００μ
秒〜数ｍ秒の電子ビームであり、検査ビームは、エネル
ギ密度が１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以下且つ照射時間が数１
００μ秒以下の電子ビームであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のエネルギビーム加工装置。
（３）加工部は複数の穴であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項記載のエネルギビーム加工装
置。