[發明專利]電子束加工設備工件表面聚焦電流自動整定方法及系統

有效

• 申請號: 201611039826.4
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106340339B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 黃小東;韋壽祺;費翔;陸葦;郭華艷;唐強
• 申請（專利權）人: 桂林獅達機電技術工程有限公司
• 主分類號: G21K1/093
• 分類號: G21K1/093;H01J37/14;B23K15/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及電子束加工設備技術領域，具體涉及一種電子束加工設備工件表面聚焦電流自動整定方法及系統。

背景技術

電子束加工設備中用磁透鏡磁場對電子束產生洛倫茲力，使電子束導向并調節其外形，從而達到讓電子束會聚的目的。目前，磁透鏡磁場一般由磁聚焦裝置所產生，該磁聚焦系統主要由勵磁繞組和供電電源組成。勵磁繞組產生的磁場在電子束通道中的方向與電子束飛行方向平行，勵磁繞組與供電電源相連。供電電源為可調直流電源，由于勵磁繞組對于勵磁電流的精度一般要求較高(偏差≤0.05％)，因此供電電源中需采用低溫漂精密電阻作為勵磁電流的檢測元件，并配合采用恒流控制方法，才能達到勵磁電流的精度要求。

目前電子束加工設備運行過程聚焦電流的確定是通過試驗獲得，具體是由操作者一邊調節聚焦電流一邊通過光學觀察系統觀察電子束斑的變化，以經驗為依據判斷聚焦電流。這種方法操作簡便，卻存在較大的缺陷：

1、人為經驗判斷依據，缺乏可量化的判斷參數，主觀隨機性大。

2、光學觀察系統易被污染，影響觀察判斷。

3、試驗過程電子束在試驗件上逐漸“鉆孔”，電子束落入“孔內”，進一步影響電子束焦點的判斷。

隨著電子束加工設備的性能要求越來越高，人為經驗尋找聚焦電流的方法將被淘汰，需要建立一套可量化參數的判斷聚焦電流的方法，以便快速、精確地獲取聚焦電流值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有通過人為經驗獲得聚焦電流的方法所存在的精度不高的問題，提供一種電子束加工設備工件表面聚焦電流自動整定方法及系統。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

電子束加工設備工件表面聚焦電流自動整定方法，包括如下步驟：

步驟1、在真空工作室內放置金屬試件，金屬試件的上表面與希望電子束聚焦于某高度平面平齊；

步驟2、設定聚焦電流的最小值I_fmin、最大值I_fmax和離散變化步距δ_f；

步驟3、以離散變化步距δ_f為步長，將聚焦電流由最小值I_fmin離散線性變化到最大值I_fmax，記錄每一離散點的聚焦電流值I_f及其對應的二次電子信號值I_e，并獲得本次漸大離散變化過程中的最大二次電子信號值I_emax+所對應的聚焦電流值I_f0+；

步驟4、以離散變化步距δ_f為步長，將聚焦電流由最大值I_fmax離散線性變化到最小值I_fmin，記錄每一離散點的聚焦電流值I_f及其對應的二次電子信號值I_e，并獲得本次漸小離散變化過程中的最大二次電子信號值I_emax-所對應的聚焦電流值I_f0-；

步驟5、根據步驟3所獲得的聚焦電流值I_f0+和步驟4所獲得的聚焦電流值I_f0+，計算確定電子束聚焦于金屬試件9表面上的聚焦電流值I_f0，即

步驟6、將步驟5所計算出的聚焦電流值I_f0作為聚焦電流設定值，通過調節聚焦電源，使得聚焦實際工作電流穩定于此值。

上述步驟2中，設定的聚焦電流的離散變化步距δ_f為1個聚焦電流數字設定最小分辨率值。

在步驟3的漸大離散變化過程中和步驟4的漸小離散變化過程中，通過閉環控制，使得加速電壓始終穩定于設定的試驗加速電壓值U_a且電子束流穩定于設定的試驗電子束流值I_b。

上述方案中，試驗加速電壓值U_a按工作電壓要求進行設定，一般為額定電壓；試驗電子束流值I_b的取值范圍0.05～5mA。

在步驟3的漸大離散變化過程中和步驟4的漸小離散變化過程中，電子束斑點在金屬試件表面上環繞原始位置以設定的掃描頻率，進行半徑R的圓掃描。

上述方案中，電子束的掃描頻率的取值范圍10～1000H_z；電子束的掃描半徑R的取值范圍2～10mm。