ООО «ЭНЕРГОАВАНГАРД»
комплексное оснащение предприятий



+ 7 495 564-82-37

info@eav.su

Отправить запрос на оборудование

Специализированная электронно-лучевая установка для микросварки


ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА

EA Micro EBW относится к оборудованию высокоточной сварки электронным лучом в вакууме. Особенностью установки является то, что она объединяет в себе два прецизионных электронно-оптических устройства, а именно: РЭМ (растровый электронный микроскоп) и ЭЛС (электронно-лучевая сварка).

Вид 1 1.jpgВид 311.jpg

Такое сочетание позволяет производить сварку с высокой точностью позиционирования и обработки электронным лучом за счет использования в конструкции установки точной фокусировки и прецизионного сканирования луча, коаксиальной системы видеонаблюдения, режима РЭМ и наноманипулятора.

Установка компонуется как настольный вариант в единой консоли – столе, в которой располагаются системы и блоки установки, и которая является рабочим местом оператора.

image014.jpg рабочий стол 1.jpg

1. Источник электронов (ЭЛП-электронно-лучевая пушка)

В разработке ЭЛП сложены в одно целое две технологии: получение высококачественного растрового изображения во вторичных и отражённых электронах (РЭМ) и сбалансированная трёх электродная схема электронно-лучевой сварки, которая является общей для обоих устройств и состоящая из катодно-анодного блока и управляющего электрода. Расчет кроссовера проведен и оптимизирован с учетом особенностей формирования луча для обеих оптикоэлектронных систем.


image024.jpgimage019.jpgimage020.jpg

За счет правильно сбалансированной конфигурации этих элементов и фокусирующей системы удаётся достигнуть диаметра луча в точке сварки 15 мкм.


image027.jpg

Для стабильной работы пушки в ней применена дифференциальная сухая откачка отдельным турбомолекулярным насосом и датчиком контроля вакуума в катодно-анодном блоке. ЭЛП оснащена электромагнитными растровыми центрирующими, стигмирующим и фокусирующими системами, детектором отражённых электронов с коаксиальным размещением.

image031.jpg image032.jpg

В камере устанавливается детектор вторичных электронов с углом наклона 45 градусов, а также коаксиальной системой видеонаблюдения обрабатываемой детали в одном направлении с электронным лучом, что при малых токах сварки обеспечивает наблюдение процесса сварки.

В ЭЛП предусмотрена работа с двумя типами катодов: V-образный (вольфрамовый) или LaB6 (гексаборид лантана). Конструкция пушки позволяет быстро менять катодные узлы в течении 2-3 минут за счет предварительной центровки катода в блоке с помощью специальных технологических приспособлений.

Основные характеристики ЭЛП:

Оптическая система источника
трех электродная
Тип катода
прямонакальный, вольфрам или LaB6
Ускоряющее напряжение
60 кв
Мощность
2 квт
Растровая система
электромагнитная
Угол отклонения
+/- 15 градусов
Фокусирующая система
электромагнитная
Минимальный размер пучка
15 мкм
Минимальный ток сварки
0,02 мА
Диапазон частоты сканирования
луча по координатам X-Y
1-7 кГц
Габаритные размеры
540 мм х 150 мм
Вес
70 кг

2. Высоковольтный блок питания 60 кВ /2 кВт

Высоковольтный блок питания построен на базе высокочастотных преобразователей с применением современных мощных полупроводниковых элементов IGBT технологии. Конструкция и схемотехническое решение, заложенные в источнике высокого напряжения, позволяют осуществлять быстрый выход на рабочий режим высокого напряжения при его включении и подавления электрических разрядов в электронно-лучевой пушке в случае их возникновения. Блок питания обеспечивает генерацию и изменение высокого напряжения до 60 кВ, напряжения смещения и генерацию тока накала катода.

Вид 311.jpg image037.jpg

Основные параметры высоковольтного блока питания:

Диапазон изменения высокого напряжения
5-60 кВ (для технологических целей возможно до 70 кВ)
Шаг изменения высокого напряжения
0,01 кВ
Диапазон изменения тока нагрузки
0...40 мА
Номинальная непрерывная мощность
2 кВт
Частота преобразователя
62 кГц
Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения сети +/- 10 градусов
менее 0,1%
Статическая нестабильность (при изменении нагрузки 0-100%)
менее 0,1%
Длительность переходного процесса
менее 1 мсек
Пульсации и шумы выходного напряжения
менее 0,1% RMS
Напряжение смещения на цилиндре Венельта
0,8 кВ
Ток накала катода
1....7А, 10 В
Длительность импульса в импульсном режиме работы
10 мс
Максимальная частота импульсов
100 Гц
Интерфейс RS 485
по протоколу MODBUS
Питание
3 х 380 В, 50 Гц

Для быстрой импульсной модуляции предусмотрен внешний импульсный режим, в котором управляющий электрод переводится под управление внешнего генератора импульсов, что позволяет получить импульсы длительностью 10 мкс с частотой до 5 кГц. Но в данном случае ток луча не может регулироваться.

       Режим растрового электронного микроскопа (РЭМ)

image040.jpg

Установка укомплектована системами позволяющими работать в режиме растрового электронного микроскопа (РЭМ) для получения в режиме реального времени поверхности свариваемых изделий с высоким разрешением до 15 мкм. Это позволяет производить позиционирование и сварку с очень высокой точностью.

Для получения изображения РЭМ установка укомплектована двумя детекторами вторичных и отражённых электронов. Один детектор (отражённых электронов) установлен на торце пушки, второй – на стенке вакуумной камеры (см.рис.11) Такая компоновка позволяет оптимизировать контраст изображения детали. Высокое качество изображения (рис.12,13,14,15) обеспечивается двухлинзовой фокусирующей системой и усилительным трактом с низким уровнем шума, используемые в РЭМ.

Режим РЭМ имеет режим быстрой развёртки 250 х 250 точек для работы в реальном времени и режим высокого разрешения до 2000 х 2000 точек. Оператор использует эти режимы по ситуации. Быстрый - для предварительного позиционирования изделия и высокого разрешения – для детального просмотра поверхности изделий с высоким разрешением. Режим высокого разрешения может использоваться для контроля качества сварки и определения дефектов.

image047.jpg image051.jpg

image043.jpg image045.jpg

Основные параметры РЭМ:

Разрешение
до 15 мкм (в зависимости от настройки системы)
Размер изображения при быстрой развертке
256 х 256 точек
Размер изображения при медленной развертке (программно)
до 2000 х 2000 точек
Диапазон электронно - оптического увеличения
до 1000 крат
Регулировка яркости и контраста
 
Количество и тип детекторов
Детектор отраженных электронов - 1 шт.
Детектор вторичных электронов - 1 шт.
Вывод изображения на монитор
С возможностью документирования

       Вакуумная камера

камера1 1.jpg

Камера изготавливается из нержавеющей стали и имеет прямоугольную форму с фронтальной дверью.

Конструкция камеры имеет требуемую механическую прочность – деформация камеры при получении вакуума отсутствует.

На задней стенке камеры установлены фланцы для подсоединения вакуумной системы и осуществления ввода необходимых коммуникаций вовнутрь камеры. На боковых стенках устанавливаются дополнительное оборудование, например детектор вторичных электронов, манипулятор и др.

Доступ в рабочий объём камеры осуществляется через дверь. Дверь открывается и закрывается вручную. Требуемые для этого усилия минимальны. На двери установлены смотровые окна. Внутри смотровые окна защищены от возможного напыления съёмным, легко заменяемым защитным стеклом. Стёкла изготовлены из материала, обеспечивающего рентгеновскую защиту.

image055.jpg image058.jpg

Конструкция камеры позволяет устанавливать ЭЛП в различных положениях (сбоку, сверху).

image061.jpg image063.jpg

Внутри камеры установлен осветитель для удобства обзора через смотровые окна при настройке системы.

Камера обеспечивает установку в ней различных типов манипуляторов:

• XYZ ЧПУ манипулятор для линейных траекторий.
• Вращатель, который может устанавливаться в горизонтальном и вертикальном положении и имеет многопозиционную карусель для кольцевых швов.
• XYZ наноманипулятор с вращателем для работы с высокоточными перемещениями до 50 нм.

Для дополнительного обзора внутрикамерного пространства (при работе детектора вторичных электронов) на камере предусмотрен порт для ИК CCD камеры при закрытых смотровых окнах.

image067.jpg image071.jpg

image075.jpg image073.jpg

Основные характеристики камеры:

Рабочий объем камеры
не более 0,2 кубических метров
Габаритные размеры
не более 650 х 650 х 650 мм
Материал, из которого изготавливается камера
нержавеющая сталь 08Х18Н10 (AISI 304)
Радиационная безопасность
не более 1 мкЗв/ч на расстоянии 100 мм от внешних поверхностей камеры
Внутрикамерная оснастка
вся из антимагнитных нержавеющих сталей

image079.jpg

3. Вакуумная система

image082.jpg

Вакуумная система состоит из двух независимых систем, управляемых одной системой контроля работы исполнительных устройств. Одна система обеспечивает получение вакуума и его контроль в вакуумной камере, вторая-в катодно-анодном блоке пушки.
Откачные системы состоят из сухого форвакуумного насоса и турбомолекулярного насоса соответствующей производительности.
Вакуумная арматура (шибера, клапана, привода) построены на пневмоприводах. В систему входит компрессор сжатого воздуха, обеспечивающий автоконтроль за давлением в пневмосистеме. Между камерой и пушкой есть вакуумная заслонка , позволяющая производить независимый напуск воздуха в пушку или камеру. Для контроля уровня разряжения в контрольных точках установлены вакуумные датчики.





Основные характеристики вакуумной системы:

Турбомолекулярный насос (ТМН) откачки камеры
2000 л/сек.
Турбомолекулярный насос (ТМН) откачки пушки
80 л/сек.
Форвакуумный насос откачки ТМН камеры и камеры на форвакуум
не менее 100 куб.м/ч.
Форвакуумный насос откачки ТМН ЭЛП и катодно-анодной части ЭЛП на форвакуум
5 куб. м/ч
Тип приводов клапанов и шиберов
пневматический
Рабочее давление в пневмосистеме
 6 бар
Рабочее давление в камере
1,3 х 10 в минус пятой степени мбар
Рабочее давление в катодно-анодной части ЭЛП
1,3 х 10 в минус пятой степени мбар
Время достижения рабочего вакуума
не более 5 мин.
Уровень шума насосов
не выше 75 дБ
Охлаждение ТМН
стационарная система охлаждения

       Манипуляторы

Для выполнения различных работ с перемещением и ориентацией обрабатываемых изделий установок может комплектоваться различными манипуляторами:
• ЧПУ манипулятор с X-Y-Z перемещением
• Наноманипулятор с X-Y-Z перемещением и вращателем
• Вращатель со сменной планшайбой с возможностью одновременной установки до 6 деталей 

манипулятор 1.jpg 2.jpg 3.jpg

Для работы с крупногабаритными деталями весом до 5 кг используется ЧПУ X-Y-Z манипулятор на синхронных сервоприводах с ЧПУ управлением для программирования траекторий шва. Система программирования перемещения изделия обеспечивает преобразование координат траектории с заранее выбранным базированием его на столе манипулятора в управляющие сигналы на сервопривода системы позиционирования изделия и управление технологическими параметрами процесса сварки. Также система позволяет воспроизводить траектории, которые сняты с изображений РЭМ высокого разрешения.

Для работы с малыми изделиями весом до 200 г и необходимостью позиционирования с точностью до 50 нм используется наноманипулятор на пьезоприводах. Наноманипулятор может устанавливаться на X-Y-Z манипулятор или отдельно в рабочем объёме камеры.

Как опция индивидуального использования является манипулятор вращения с многопозиционной планшайбой. Вращатель устанавливается вертикально или горизонтально на X-Y-Z манипулятор и включается в единую систему ЧПУ управления . Для привода вращателя используется аналогичный сервопривод.
Для более точного позиционирования одного вращающего изделия манипулятор имеет возможность оснащения центрирующей оправкой.

Основные параметры систем позиционирования

Диапазон перемещения
X-Y-Z
ЧПУ манипулятора
X - Y +/- 100
Z +/- 50
Точность позиционирования
+/- 15 мкм
Точность воспроизведения
+/- 10 мкм
Максимальная скорость перемещения
до 100 мм/с
Тип привода
сервопривод на синхронном двигателе
Нагрузочная способность
до 10 кг
Наноманипулятор:
- диапазон перемещения по X-Y-Z координатам
- минимальный шаг перемещения
- дрейф
- диапазон скоростей шаговый/непрерывный
- нагрузочная способность
- тип привода

 +/- 6 мм
20 нм
2 и менее нм/ч при 20 градусах Цельсия
25 нм/сек \ 500 мкм/сек
до 0,5 кг
пъезодвигатель
Вращатель:
- количество одновременно устанавливаемых деталей вращения
- максимальные габариты при установке одной детали
- максимальная скорость вращения детали
- вращение 
- ориентация вращателя

6
длина 100 мм, диаметр 250 мм
 до 150 об/мин 
бесконечное
на 360 градусов горизонтальная/вертикальная

4.jpg 5.jpg

       Комплекс наблюдения и обзора обрабатываемых изделий

Для решения задач наблюдения, контроля и наведения используется ряд возможностей: • Коаксиальная с электронным лучом видеосистема на базе CCD цветной камеры • ИК видеосистема для обзора внутрикамерного пространства с zoom системой • Боковая РЭМ система на базе детектора вторичных электронов • Коаксиальная РЭМ система на базе детектора отражённых электронов Коаксиальная видеосистема устанавливается на корпусе пушки и через отражатель, установленный в лучепроводе, получает изображение по направлению луча. Система позволяет наблюдать за процессом сварки, а также использоваться для предварительного наведения на свариваемые изделия. ИК видеосистема устанавливается в верхней части камеры под углом к оси луча. При работе детектора вторичных электронов в камере не должно быть засветок (выключено освещение и закрыты смотровые окна), в этом случае для наблюдения внутри камеры используется ИК видеосистема. Система оснащена ИК осветителем и zoom системой для выбора захватываемого поля обзора. Обе системы имеют ETHERNET интерфейс. РЭМ системы используются как для обзора, так и для высокоточного позиционирования изделия относительного луча и наведения на стык.

image085.jpg image087.jpg image091.jpg

Использование РЭМ режимов позволяет наблюдать свариваемую деталь в реальном времени с разрешением до 15 мкм и в режиме медленной развёртки (2000 х 2000 точек) до 0,5 мкм (диафрагмированный)

РЭМ система оснащена двумя детекторами: коаксиальный детектор отражённых электронов, установленный на торце пушки, и боковой детектор вторичных электронов, установленный под углом 45 к лучу на боковой стенке камеры. Детектора имеют малошумящие системы усиления сигнала, установленные возле детекторов. Компонуя работу РЭМ–систем можно добиться необходимого контраста и информативности изображения.

4. Система управления

Для управления установкой используется компьютерная система управления, построенная на базе центрального промышленного процессора и периферийных контрольных устройств: контроллера вакуумной системы, контроллера системы позиционирования, контроллера высоковольтного источника питания, связанных по интерфейсу RS 485. Управляющий процессор формирует сигналы управления и синхронизирует работу всех устройств, объединяя в единую систему ЧПУ управления. Система управления обеспечивает управление как от ручного пульта управления, так и от компьютера.

image094.jpg image097.jpg

image101.jpg image099.jpg

Система управления позволяет:


 - в реальном времени наблюдать и управлять параметрами всех рабочих систем установки;
 - в реальном времени управлять манипуляторами;
 - в реальном времени управлять технологическими параметрами сварки;
 - задавать параметры технологического процесса, в т.ч. законы изменения технологических параметров;
 - запускать и останавливать технологический процесс сварки;
 - управлять рабочими характеристиками ЭЛП:

Ускоряющее напряжение, кВ
5...60
Шаг изменения ускоряющего напряжения, кВ
0,01
Стабильность ускоряющего напряжения
отклонения не более +/- 0,5%
Ток луча, мА
0...40
Шаг изменения тока луча, мА
0,1
Стабильность тока фокусировки линзы и стигматора
отклонения не более +/- 0,05%
Стабильность тока отклоняющей линзы
тклонения не более +/- 0,05%
Электроннолучевой генератор
обеспечивает возможность отклонения луча на +/- 15%
Частота осцилляции луча, Гц
1.....100000

- статическое (постоянное), динамическое и комбинированное отклонение луча при сварке изделий со сложной геометрией;
- управление величиной тока сварки (тока луча) во всём диапазоне с шагом менее 0,1 мА;
- частота развёртки луча в пределах 1-100000 Гц с шагом 1 Гц;
- амплитуда развёртки луча в пределах 0 - ±5 с точностью ±1%
- регулировка силы тока накала катода в пределах 0-7А
- включение и выключение ускоряющего напряжения;
- управление параметрами импульсной модуляции тока луча с частотой в диапазоне 1-1000 Гц с шагом 1 Гц
- автоматизированный и ручной контроль величины тока луча, тока фокусировки и ускоряющего напряжения;
- задание графиков нарастания и спада тока луча с привязкой к линейным и круговым координатам;
- включение и выключение развертки луча и ее формы (круговая, линейная, кольцевая, заданная пользователем) при непрерывном и импульсном токе луча;
- управление величиной и скоростью перемещения сварочной оснастки сборки по координатам X,Y,Z и вращения по координатам X,Y
- отображение на экране дисплея (тип дисплея ТРТ с диагональю не менее 19 дюймов) текущего такта и режима работы (автомат, ручной); -основных параметров процесса сварки (ускоряющее напряжение, ток фокусировки, ток сварки, давление в рабочей камере, скорость перемещения свариваемой детали, амплитуда синусоидальной, косинусоидальной и пилообразной разверток и их частота);
- параметры модуляции тока сварки (длительности импульса и паузы);
- возможность генерации сварочной программы на основе чертежа свариваемого изделия, выполненного в одной из систем автоматизированного проектирования (САПР).
- текстовые сообщения на экране дисплея о выявленных аварийных ситуациях, как-то: срабатывание координатных ограничительных переключателей, нарушение вакуума, повреждение источников питания, перегрузка привода, блокировка аварийных режимов и др.;
- возможность обмена данными с персональным компьютером (управляющие программы и данные контроля процесса сварки);
- сопровождение некоторых аварийных сообщений звуковым сигналом тревоги;
- откачка рабочей камеры и катодной полости электронно-лучевой пушки до заданного вакуума в автоматическом и наладочном режимах;
- в автоматическом режиме соблюдается последовательность срабатывания клапанов и насосов, исключающая возникновение аварийных режимов работы электронной пушки и вакуумных насосов; - для исключения возможности несанкционированного использования установки предусмотрена защита ключом, имеющимся только у оператора;
- переключатель режимов с положениями "АВТОМАТ", "РУЧНОЙ";
- кнопка аварийного останова. Режим «Автомат» предназначен для автоматического управления по заданной программе и для отработки технологических параметров;
- режим «Ручной» предназначен для настройки и проверки работоспособности исполнительных элементов установки.

Система управления должна обеспечивать управление:

- вакуумной системой; - механической системой;
- электронно-лучевым генератором;
- другим электрооборудованием с целью обеспечения технологического процесса сварки и контроля.

Управление вакуумной системой обеспечивает:

- управление исполнительными элементами вакуумной системы и контроль их состояния;
- измерение величины вакуума в основных элементах вакуумной системы;
- контроль температуры нагрева насосов;
- управление исполнительными элементами системы охлаждения;
- контроль величины расхода и температуры воды во внутренних контурах охлаждения;
- управление исполнительными элементами вакуумной системы в соответствии с заданным режимом работы: подготовка вакуумной системы; создание рабочего вакуума в камере и пушке; напуск воздуха и разгерметизация камеры; завершение работы.

Управление системой механических перемещений обеспечивает:

- управление величиной и скоростью перемещения и вращения манипулятора; Управление энергоблоком обеспечивает: - включение и выключение ускоряющего напряжения;
- задание величины тока нагрева катодов; - задание величины импульсов и пауз; - задание величины тока фокусировки; - задание отклонения луча по осям X, У;
- включение и выключение развертки электронного луча с заданными для системы РЭМ параметрами
- аварийное отключение источника ускоряющего напряжения при недопустимых режимах эксплуатации.

Установка оснащена системой самотестирования с выводом на монитор сообщений об отказах и нестабильностях в работе установки и отдельных ее элементах.



X
Запрос на оборудование
Заказать интересующее вас оборудование вы можете с помощью приведенной ниже формы.Специалисты ООО «ЭНЕРГОАВАНГАРД» свяжутся с вами в ближайшее время для уточнения вашего заказа и проконсультируют по всем интересующим вопросам.
ФИО *
Телефон *
Организация *
Какая продукция интересует?
Электронный адрес
Текст сообщения: *
Пройдите проверку:*