自动消像散电子枪及电子枪自动消像散方法技术

本发明专利技术公开自动消像散电子枪及电子枪自动消像散方法，采用分裂式罗柯夫斯基线圈作为检测元件，结合脉冲电子束技术，实现了电子束斑点形貌的无接触检测。分裂式罗柯夫斯基线圈以差模信号输出，以检测信号的最小值为消像散装置校正目标，既简化了检测信号的处理方式又消除了共模干扰信号的影响，提高检测的灵敏性和精度。分轴搜寻“最佳”消像散装置的励磁电流，实现快速搜寻。检测信号的幅值及平均值的加权值更能充分体现电子束斑点形貌的差异，以加权值综合数据作为判断依据，“最佳”值的两轮搜寻确认，进一步提高可靠性及减少随机性。

【技术实现步骤摘要】
自动消像散电子枪及电子枪自动消像散方法
本专利技术涉及电子束加工设备
，具体涉及一种自动消像散电子枪及电子枪自动消像散方法。
技术介绍
电子束加工设备的电子枪由于机加工的误差引起电子束与透镜不同轴、极靴材料不均匀、电极或磁极的边沿效应及污染电荷等原因，导致电子束在工作平面上各方向的聚焦不一致，形不成圆形电子束斑，即产生了像散。在电子枪中利用消像散装置对电子束斑的形貌进行校正，目前是以微小电子束进行校正，通过光学观察由人为经验判断校正最佳状态。在电子束焊机、电子束打孔机、电子束增材制造装备等电子束加工设备中电子枪的功率都比较大，电子束斑形貌校正过程所用电子束远小于加工过程的电子束，电子束斑形貌并没按照电子束的大小成比例缩放，常规基于经验法消像散的效果随机性较大难以达到最佳状态。为了提高消像散装置校正电子束斑形貌的效果，可用加工过程的实际电子束值作为电子束斑形貌校正过程的电子束值，并根据检测电子束斑形貌信息自动探寻电子束斑形貌最佳形貌所对应的消像散装置绕组励磁电流。实现自动消像散控制首先要解决电子束斑形貌的检测问题，针对功率较大的电子束加工设备，电子束斑形貌的检测元件必须是与电子束非接触式的才能重复使用，满足电子束加工设备的生产要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有消像散装置的效果随机性较大，且难以达到最佳状态的问题，提供自动消像散电子枪及电子枪自动消像散方法。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：自动消像散电子枪，包括中央控制器、电子源电源、驱动电源和电子枪本体；电子束发生器、消像散装置和聚焦装置自上而下设置在电子枪本体内；消像散装置包括两相消像散绕组，这两相消像散绕组组成多对磁极轴对称结构；中央控制器的电子束控制电压信号输出端连接电子源电源的控制输入端，电子源电源的输出端连接电子束发生器；中央控制器的第一消像散控制电压信号输出端连接驱动电源的第一控制输入端，驱动电源的第一输出端连接消像散装置的第一消像散绕组；中央控制器的第二消像散控制电压信号输出端连接驱动电源的第二控制输入端，驱动电源的第二输出端连接消像散装置的第二消像散绕组；其不同之处是：还进一步包括检测装置和信号处理电路；检测装置设置在电子枪本体内，并位于聚焦装置正下方的电子束出口端；检测装置包括骨架和四组检测绕组；骨架为非导磁绝缘材料的环状结构；四组绕组的匝数及线径都相同，并同时绕制在骨架上且呈均匀对称分布；第一检测绕组和第三检测绕组在骨架上径向相对设置，且第一检测绕组的末端与第三检测绕组的首端相连；第二检测绕组和第四检测绕组在骨架上径向相对设置，且第二检测绕组的末端和第四检测绕组的首端相连；检测装置的第一检测绕组的首端与第二检测绕组的首端相连再接至信号处理电路的公共输入端，检测装置的第三检测绕组的末端接至信号处理电路的第二输入端，检测装置的第四检测绕组的末端接至信号处理电路的第一输入端；信号处理电路的输出端连接中央控制器的输入端。上述信号处理电路由运算放大器A1-A2、电阻R1-R8和电容C组成；电阻R1的一端形成信号处理电路的第一输入端，电阻R2的一端形成信号处理电路的第二输入端，电阻R3的一端与信号公共点相连后，形成信号处理电路的公共输入端；电阻R1的另一端接运算放大器A1的反相输入端；电阻R2和电阻R3的另一端同时接运算放大器A1的同相输入端；电阻R4的一端接运算放大器A1的反向输入端，电阻R4的另一端接运算放大器A1的输出端；运算放大器A1的输出端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端同时连接电容C和电阻R6的一端；电容C的另一端与电阻R7的一端同时连接信号公共点，电阻R7的另一端接运算放大器A2的同相输入端；电阻R6的另一端接运算放大器A2的反相输入端；电阻R8的一端接运算放大器A2的反向输入端，电阻R8的另一端接运算放大器A2的输出端；运算放大器A2的输出端形成信号处理电路的输出端。上述信号处理电路中，电阻R1和R2的阻值相同，电阻R3和R4的阻值相同，电阻R5和R6的阻值相同，电阻上述检测装置的骨架为非导磁绝缘材料制成。上述自动消像散电子枪所实现的电子枪自动消像散方法，包括如下步骤：步骤1、初始化：设定第一消像散绕组的励磁电流控制优选数据DRmin的初值，设定第二消像散绕组的励磁电流控制优选数据DTmin的初值，设定调节偏差ΔDRT的初值；设定调节偏差ΔDRT的缩小系数λ，其中0＜λ＜1；设定脉冲电子束控制电压信号UBS和持续时间τ；设定采样周期μ；设定迭代阈值η，其中η为≥1的整数；步骤2、试验寻求在消像散装置无励磁电流状态下原始电子束斑形貌综合数据；即：起动电子束加工设备，中央控制器将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR和第二消像散绕组的励磁电流控制数据DT均置为0，使得消像散装置的励磁电流为0；中央控制器输出脉冲电子束控制电压信号UBS，在脉冲电子束控制电压信号UBS的持续时间τ内，以采样周期μ对信号处理电路的输出电压信号UA进行采样，并获得所述输出电压信号UA采样数据的最大绝对值DAmax和绝对值平均值进而基于该最大绝对值DAmax和绝对值平均值计算当前电子束斑形貌综合数据DZ，并将其记为DZmin(0)。步骤3、试验寻求第一消像散绕组的励磁电流控制优选数据DRmin；即：步骤3.1、中央控制器将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR置为DRmin+ΔDRT，将第二消像散绕组的励磁电流控制数据DT置为DTmin，改变消像散装置的励磁电流；中央控制器输出脉冲电子束控制电压信号UBS，在脉冲电子束控制电压信号UBS的持续时间τ内，以采样周期μ对信号处理电路的输出电压信号UA进行采样，并获得所述输出电压信号UA采样数据的最大绝对值DAmax和绝对值平均值进而基于该最大绝对值DAmax和绝对值平均值计算当前电子束斑形貌综合数据DZ，并将其记为DZmin(1)；步骤3.2、中央控制器将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR置为DRmin-ΔDRT，将第二消像散绕组的励磁电流控制数据DT置为DTmin，改变消像散装置的励磁电流；中央控制器输出脉冲电子束控制电压信号UBS，在脉冲电子束控制电压信号UBS的持续时间τ内，以采样周期μ对信号处理电路的输出电压信号UA进行采样，并获得所述输出电压信号UA采样数据的最大绝对值DAmax和绝对值平均值进而基于该最大绝对值DAmax和绝对值平均值计算当前电子束斑形貌综合数据DZ，并将其记为DZmin(2)；步骤3.3、中央控制器比较电子束斑形貌综合数据DZmin(0)、DZmin(1)和DZmin(2)的大小：若DZmin(0)为最小，将DZmin(0)值赋予DZmin(3)，且DRmin不变；若DZmin(1)为最小，将DZmin(1)值赋予DZmin(3)，且将DRmin+ΔDRT值赋予DRmin；若DZmin(2)为最小，将DZmin(2)值赋予DZmin(3)，且将DRmin-ΔDRT值赋予DRmin。步骤4、试验寻求第二消像散绕组的励磁电流控制优选数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自动消像散电子枪，包括中央控制器(1)、电子源电源(2)、驱动电源(3)和电子枪本体(11)；/n电子束发生器(5)、消像散装置(6)和聚焦装置(7)自上而下设置在电子枪本体(11)内；消像散装置(6)包括两相消像散绕组，这两相消像散绕组组成多对磁极轴对称结构；/n中央控制器(1)的电子束控制电压信号输出端连接电子源电源(2)的控制输入端，电子源电源(2)的输出端连接电子束发生器(5)；中央控制器(1)的第一消像散控制电压信号输出端连接驱动电源(3)的第一控制输入端，驱动电源(3)的第一输出端连接消像散装置(6)的第一消像散绕组；中央控制器(1)的第二消像散控制电压信号输出端连接驱动电源(3)的第二控制输入端，驱动电源(3)的第二输出端连接消像散装置(6)的第二消像散绕组；/n其特征在于：还进一步包括检测装置(8)和信号处理电路(4)；/n检测装置(8)设置在电子枪本体(11)内，并位于聚焦装置(7)正下方的电子束(9)出口端；检测装置(8)包括骨架(85)和四组检测绕组；骨架(85)为非导磁绝缘材料的环状结构；四组绕组的匝数及线径都相同，并同时绕制在骨架(85)上且呈均匀对称分布；第一检测绕组(81)和第三检测绕组(83)在骨架(85)上径向相对设置，且第一检测绕组(81)的末端与第三检测绕组(83)的首端相连；第二检测绕组(82)和第四检测绕组(84)在骨架(85)上径向相对设置，且第二检测绕组(82)的末端和第四检测绕组(84)的首端相连；/n检测装置(8)的第一检测绕组(81)的首端与第二检测绕组(82)的首端相连再接至信号处理电路(4)的公共输入端，检测装置(8)的第三检测绕组(83)的末端接至信号处理电路(4)的第二输入端，检测装置(8)的第四检测绕组(84)的末端接至信号处理电路(4)的第一输入端；信号处理电路(4)的输出端连接中央控制器(1)的输入端。/n...

【技术特征摘要】
1.自动消像散电子枪，包括中央控制器(1)、电子源电源(2)、驱动电源(3)和电子枪本体(11)；
电子束发生器(5)、消像散装置(6)和聚焦装置(7)自上而下设置在电子枪本体(11)内；消像散装置(6)包括两相消像散绕组，这两相消像散绕组组成多对磁极轴对称结构；
中央控制器(1)的电子束控制电压信号输出端连接电子源电源(2)的控制输入端，电子源电源(2)的输出端连接电子束发生器(5)；中央控制器(1)的第一消像散控制电压信号输出端连接驱动电源(3)的第一控制输入端，驱动电源(3)的第一输出端连接消像散装置(6)的第一消像散绕组；中央控制器(1)的第二消像散控制电压信号输出端连接驱动电源(3)的第二控制输入端，驱动电源(3)的第二输出端连接消像散装置(6)的第二消像散绕组；
其特征在于：还进一步包括检测装置(8)和信号处理电路(4)；
检测装置(8)设置在电子枪本体(11)内，并位于聚焦装置(7)正下方的电子束(9)出口端；检测装置(8)包括骨架(85)和四组检测绕组；骨架(85)为非导磁绝缘材料的环状结构；四组绕组的匝数及线径都相同，并同时绕制在骨架(85)上且呈均匀对称分布；第一检测绕组(81)和第三检测绕组(83)在骨架(85)上径向相对设置，且第一检测绕组(81)的末端与第三检测绕组(83)的首端相连；第二检测绕组(82)和第四检测绕组(84)在骨架(85)上径向相对设置，且第二检测绕组(82)的末端和第四检测绕组(84)的首端相连；
检测装置(8)的第一检测绕组(81)的首端与第二检测绕组(82)的首端相连再接至信号处理电路(4)的公共输入端，检测装置(8)的第三检测绕组(83)的末端接至信号处理电路(4)的第二输入端，检测装置(8)的第四检测绕组(84)的末端接至信号处理电路(4)的第一输入端；信号处理电路(4)的输出端连接中央控制器(1)的输入端。


2.根据权利要求1所述的自动消像散电子枪，其特征在于：信号处理电路(4)由运算放大器A1-A2、电阻R1-R8和电容C组成；
电阻R1的一端形成信号处理电路(4)的第一输入端，电阻R2的一端形成信号处理电路(4)的第二输入端，电阻R3的一端与信号公共点相连后，形成信号处理电路(4)的公共输入端；电阻R1的另一端接运算放大器A1的反相输入端；电阻R2和电阻R3的另一端同时接运算放大器A1的同相输入端；电阻R4的一端接运算放大器A1的反向输入端，电阻R4的另一端接运算放大器A1的输出端；
运算放大器A1的输出端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端同时连接电容C和电阻R6的一端；电容C的另一端与电阻R7的一端同时连接信号公共点，电阻R7的另一端接运算放大器A2的同相输入端；电阻R6的另一端接运算放大器A2的反相输入端；电阻R8的一端接运算放大器A2的反向输入端，电阻R8的另一端接运算放大器A2的输出端；运算放大器A2的输出端形成信号处理电路(4)的输出端。


3.根据权利要求2所述的自动消像散电子枪，其特征在于：电阻R1和R2的阻值相同，电阻R3和R4的阻值相同，电阻R5和R6的阻值相同，电阻


4.根据权利要求1所述的自动消像散电子枪，其特征在于：骨架(85)为非导磁绝缘材料制成。


5.基于权利要求1的自动消像散电子枪所实现的电子枪自动消像散方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、初始化：设定第一消像散绕组的励磁电流控制优选数据DRmin的初值，设定第二消像散绕组的励磁电流控制优选数据DTmin的初值，设定调节偏差ΔDRT的初值；设定调节偏差ΔDRT的缩小系数λ，其中0＜λ＜1；设定脉冲电子束控制电压信号UBS和持续时间τ；设定采样周期μ；设定迭代阈值η,其中
η为≥1的整数；
步骤2、试验寻求在消像散装置(6)无励磁电流状态下原始电子束斑形貌综合数据；即：
起动电子枪，中央控制器(1)将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR和第二消像散绕组的励磁电流控制数据DT均置为0，使得消像散装置(6)的励磁电流为0；中央控制器(1)输出脉冲电子束控制电压信号UBS，在脉冲电子束控制电压信号UBS的持续时间τ内，以采样周期μ对信号处理电路(4)的输出电压信号UA进行采样，并获得所述输出电压信号UA采样数据的最大绝对值DAmax和绝对值平均值进而基于该最大绝对值DAmax和绝对值平均值计算当前电子束斑形貌综合数据DZ，并将其记为DZmin(0)。
步骤3、试验寻求第一消像散绕组的励磁电流控制优选数据DRmin；即：
步骤3.1、中央控制器(1)将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR置为DRmin+ΔDRT，将第二消像散绕组的励磁电流控制数据DT置为DTmin，改变消像散装置(6)的励磁电流；中央控制器(1)输出脉冲电子束控制电压信号UBS，在脉冲电子束控制电压信号UBS的持续时间τ内，以采样周期μ对信号处理电路(4)的输出电压信号UA进行采样，并获得所述输出电压信号UA采样数据的最大绝对值DAmax和绝对值平均值进而基于该最大绝对值DAmax和绝对值平均值计算当前电子束斑形貌综合数据DZ，并将其记为DZmin(1)；
步骤3.2、中央控制器(1)将第一消像散绕组的励磁电流控制数据DR置为DRmin...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小东，韦寿祺，费翔，张彤，苏乃波，王斌，董阳，郭文明，梁祖明，黄国华，唐强，
申请(专利权)人：桂林狮达技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45