背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明关于电子加工技术领域，特别是关于电子束的观察装置，具体的讲是一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统。
【背景技术】
[0002]电子束加工技术已经广泛应用于国民经济生产的各个领域，其中以真空电子束加工技术的应用最为广泛，为了获得良好的电子束加工质量，普通光学观察装置、工业CCD先后被引入到真空电子束加工装置中。
[0003]普通光学观察装置要获得清晰观察效果，需要在电子枪制造过程中，考虑光路设计。通常由背光源发出光，通过一块与背光源光线成一定角度的反光镜1，将背光源光线反射到工件表面，工件表面再将光线反射到反光镜1背面的反光镜2表面，反光镜2再将光线经过一定光路系统反射到观察者的眼中，将工件表面的状况信息传递给观察者。工业CCD观察装置是利用类似的普通光学观察的光路系统，在原观察者肉眼观察的位置安装工业CCD，工业CCD将观察到的工件形貌显示到屏幕上，更有利于设备使用者操作，提高加工质量。
[0004]普通光学观察装置和工业CCD装置均需要严格的光路系统，并且需要金属蒸气防护装置，防止金属蒸气污染反光镜。通常蒸气防护装置的使用次数有限，大束流工作状态下的使用次数则更少，并且需要定期清理防护装置，操作过程比较繁琐。
[0005]与传统的光学观察装置和工业C⑶技术相比，二次电子、背散射电子成像比普通光学观察效果要清晰的多，此类技术已经在扫描电镜领域得到广泛应用。
[0006]在电子束加工过程中，工件反射出的电子有二次电子、背散射电子等，二次电子是由材料表面逸出的电子。基于二次电子的电子光学观察系统需要二次电子接收传感器、+10kV高压的闪烁体、光导管、光电倍增管等，将二次电子转化成电信号，再经过视频放大器放大后调制显示亮度，从而得到二次电子像。该项技术的不足之处在于大束流工作过程中，二次电子接收传感器容易被金属蒸气污染，从而影响观察精度。
[0007]近年来，德国、乌克兰等电子束加工设备研制企业已经将背散射电子成像技术应用到真空电子束加工过程中，背散射电子成像系统包括偏转线圈、电子接收传感器、信号放大器、偏转控制系统、显示器等。背散射电子成像系统最大的优越性在于电子接收传感器对金属蒸气不敏感，成像清晰度比普通光学观察装置要高一个数量级。
[0008]上述德国的基于背散射电子成像技术的观察系统仅能工作于数mA小束流工作场合，在大束流工作场合如大厚度电子束焊接或电子束熔丝快速制造场合，会出现传感器电信号饱和、图像失真现象。而乌克兰研制的基于背散射电子成像技术的观察系统存在小束流工作场合几乎看不到图像，大束流工作场合清晰度不高的弊端。现有基于背散射电子束成像技术的观察装置很难适应所有束流工作范围，使得在真空电子束加工装置中需要采用多种观察手段，才能保证加工质量。
[0009]因此，如何研究和开发出一种新的基于背散射电子束成像技术的观察装置，使其能够适应所有束流工作范围，保证加工质量是本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0010]为了克服现有技术中基于背散射电子束成像技术的观察装置很难适应所有束流工作范围，使得在真空电子束加工装置中需要采用多种观察手段，才能保证加工质量的技术问题，本发明提供了一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，通过在背散射电子接收传感器中设置由电子接收极板、限流电阻、晶体管以及采样电阻组成的传感器组件，结合工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路以及工件，将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，提高了真空电子束加工装置加工过程中操作的灵活性和自动化程度。
[0011]本发明的目的之一是，提供一种背散射电子接收传感器，所述的背散射电子接收传感器包括传感器组件，所述的传感器组件包括电子接收极板、限流电阻、晶体管、驱动电阻以及采样电阻，其中，所述的电子接收极板与所述的限流电阻的一端联接；所述的晶体管的集电极与所述的限流电阻的另一端联接；所述的晶体管的发射极接地；所述的采样电阻并联在所述晶体管的集电极与发射极之间；所述的晶体管的基极通过所述的驱动电阻联接外部的束流反馈调节电路。
[0012]在本发明的优选实施方式中，所述的背散射电子接收传感器包括四个所述的传感器组件。
[0013]在本发明的优选实施方式中，所述的晶体管为NPN型三极管。
[0014]本发明的目的之一是，提供了一种电子束加工过程的观察系统，所述的系统包括工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路、工件以及背散射电子接收传感器，其中，所述的工控机与所述的电子隔尚电路相连接；所述的背散射电子接收传感器分别与所述的电子隔离电路、束流反馈调节电路相连接；所述的束流反馈调节电路与所述的工件相连接；所述的工件，用于接收电子束流的第一电子，并反射第二电子；所述的束流反馈调节电路，用于对所述工件接收的第一电子进行采样，调节束流反馈调节信号的幅值，并输出调节后的束流反馈调节信号；所述的背散射电子接收传感器，用于根据所述的束流反馈调节信号输出第一背散射电子信号；所述的电子隔离电路，用于滤除所述第一背散射电子信号的噪声；所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第一背散射电子信号输出熔池形貌及图像。
[0015]在本发明的优选实施方式中，所述的工控机包括:数据采集卡，用于采集滤除噪声后的第一背散射电子信号；处理器，用于对所述第一背散射电子信号进行处理，输出熔池形貌及图像。
[0016]在本发明的优选实施方式中，所述的系统还包括:与所述的工控机相连接的显示器，用于显示所述的熔池形貌及图像。
[0017]在本发明的优选实施方式中，所述的系统还包括:通过电缆与所述的工控机相连接的信号放大器；通过传输电缆与所述的信号放大器相连接的线圈；所述的工控机还包括波形发生卡，用于在小束流工作状态时输出扫描波形；所述的信号放大器，用于将所述的扫描波形进行放大，并将放大后的扫描波形通过传输电缆发送至所述的线圈；所述的背散射电子接收传感器，用于采集并输出电子束扫描所述工件表面后形成的第二背散射电子信号；所述的电子隔离电路，用于滤除所述第二背散射电子信号的噪声；所述的工控机，用于根据滤除噪声后的第二背散射电子信号输出所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。
[0018]在本发明的优选实施方式中，所述的显示器，还用于显示所述电子束扫描所述工件表面形成的图像。
[0019]在本发明的优选实施方式中，所述的线圈包括X-线圈以及Y-线圈。
[0020]在本发明的优选实施方式中，所述的X-线圈通过的波形为周期性的锯齿波，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，所述锯齿波的频率的输出范围由所述波形发生卡确定。
[0021]在本发明的优选实施方式中，所述的Y-线圈通过的波形为周期是通过X-线圈的锯齿波的周期的η倍的锯齿波，所述Υ-线圈通过的波形的周期由所述波形发生卡确定，所述锯齿波的最大幅值由所述信号放大器输出的最大电压值确定，η为正整数。
[0022]本发明的有益效果在于，提供了一种背散射电子接收传感器以及电子束加工过程的观察系统，通过在背散射电子接收传感器中设置由电子接收极板、限流电阻、晶体管以及采样电阻组成的传感器组件，结合工控机、束流反馈调节电路、电子隔离电路以及工件，将电子束流反馈信号作为控制信号调节背散射电子接收传感器输出的最大电压幅值，提高了真空电子束加工装置加工过程中操作的灵活度和自动化程度，并且对金属蒸气不敏感，适用于长期工作，降低劳动强度。
[0023]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，