电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统的制作方法

本实用新型涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统。

背景技术：

电子束加工设备中用磁透镜磁场对电子束产生洛伦兹力，使电子束导向并调节其外形，从而达到让电子束会聚的目的。目前，磁透镜磁场一般由磁聚焦装置所产生，该磁聚焦系统主要由励磁绕组和供电电源组成。励磁绕组产生的磁场在电子束通道中的方向与电子束飞行方向平行，励磁绕组与供电电源相连。供电电源为可调直流电源，由于励磁绕组对于励磁电流的精度一般要求较高(偏差≤0.05％)，因此供电电源中需采用低温漂精密电阻作为励磁电流的检测元件，并配合采用恒流控制方法，才能达到励磁电流的精度要求。

目前电子束加工设备运行过程聚焦电流的确定是通过试验获得，具体是由操作者一边调节聚焦电流一边通过光学观察系统观察电子束斑的变化，以经验为依据判断聚焦电流。这种方法操作简便，却存在较大的缺陷：

1、人为经验判断依据，缺乏可量化的判断参数，主观随机性大。

2、光学观察系统易被污染，影响观察判断。

3、试验过程电子束在试验件上逐渐“钻孔”，电子束落入“孔内”，进一步影响电子束焦点的判断。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有通过人为经验获得聚焦电流的方法所存在的精度不高的问题，提供一种电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统，由中央控制单元、电子束发生器电源、聚焦电源、偏扫电源、变送器、电子枪、真空工作室、二次电子收集器和金属试件组成。中央控制单元用于承担整台设备的控制与监测，对电子束加工设备运行参数具有数字设定和数字采样功能，并产生控制指令。电子束发生器电源接受中央控制单元控制，并提供电子束发生器的驱动电源。聚焦电源接受中央控制单元控制，并提供聚焦装置中聚焦绕组的驱动电源。偏扫电源接受中央控制单元控制，并提供偏扫装置中x偏扫绕组和y偏扫绕组的驱动电源。变送器接受二次电子收集器信号，并通过整形放大送达中央控制单元。电子枪为产生电子束的装置，在电子枪中由上到下依次同轴分布电子束发生器、聚焦装置和偏扫装置。真空工作室位于电子枪的正下方。二次电子收集器安装在真空工作室内部，电子束入口处。二次电子收集器接收电子束扫描过程产生的二次电子信息，并返回至中央控制单元金属试件放置在真空工作室内电子束入口正下方，金属试件上表面与希望电子束聚焦于某高度平面平齐。

上述方案中，电子枪产生的电子束在金属试件表面上环绕原始位置进行圆扫描。

与现有技术相比，本实用新型二次电子信号值与聚焦电流的对应关系，通过采集金属试件平面上产生二次电子，快速和精确地获取聚焦电流值，同时能够避免了电子束在试验件上逐渐“钻孔”现象。

附图说明

图1为电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统的结构示意图。

图2为二次电子与聚焦电流关系图。

图3为表面聚焦电流自动整定过程电子束扫描示意图。

图中标记：1、中央控制单元；2、电子束发生器电源；3、聚焦电源；4、偏扫电源；5、变送器；6、电子枪；61、电子束发生器；62、聚焦装置；63、偏扫装置；7、真空工作室；8、二次电子收集器；9、金属试件。

具体实施方式

一种电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定系统，如图1所示，由中央控制单元1、电子束发生器电源2、聚焦电源3、偏扫电源4、变送器5、电子枪6、真空工作室7和二次电子收集器8组成。

中央控制单元1：承担整台设备的控制与监测，对电子束加工设备运行参数具有数字设定和数字采样功能，并配置实现聚焦电流自动整定的程序。

电子束发生器电源2：包括电子束发生器61的阴极加热电源、电子束的加速高压电源和电子束控制栅偏电源。中央控制单元1经电子束发生器电源2连接电子枪6的电子束发生器61。

聚焦电源3：提供聚焦装置62中聚焦绕组的驱动电源。中央控制单元1经聚焦电源3连接电子枪6的聚焦装置62。

偏扫电源4：提供偏扫装置63中x偏扫绕组和y偏扫绕组的驱动电源。中央控制单元1经偏扫电源4连接电子枪6的偏扫装置63。

变送器5：接收二次电子收集器8信号，通过整形放大送达中央控制单元1。

电子枪6：产生电子束的装置，在电子枪6中由上到下依次同轴分布电子束发生器61、聚焦装置62和偏扫装置63。

真空工作室7：由25～30mm厚的钢板焊接加工而成，真空工作室7的壁、门及壁、门上所开的窗和孔都需能耐1个大气压力，同时具备真空密封和防X射线泄漏功能。真空工作室7位于电子枪6的正下方。

二次电子收集器8：二次电子收集器8安装在真空工作室7内部，电子束入口处；二次电子收集器8接收电子束扫描过程产生的二次电子信息，并返回至中央控制单元(1)。

金属试件9：金属试件9放置在真空工作室7内电子束入口正下方，金属试件9上表面与希望电子束聚焦于某高度平面平齐。

本实用新型电子束加工设备工件表面聚焦电流自动整定方法的原理如下：

电子束加工设备在加速电压稳定于U_a值以及电子束流稳定于I_b值的工况下，电子束离开电子枪6后射到其飞行路线上某一金属试件9平面上产生二次电子，二次电子信号值I_e与聚焦电流I_f的关系如图2所示，聚焦电流I_f从最小值I_fmin逐渐增大最大值I_fmax，二次电子信号值I_e开始随着聚焦电流I_f增大而增大，聚焦电流I_f达到一定数值I_f0后，二次电子信号值I_e反而随着聚焦电流I_f增大而减小。即聚焦电流I_f从最小值I_fmin逐渐增大最大值I_fmax过程，二次电子信号值I_e存在一个极大值I_emax。根据理论和实践经验表明二次电子信号值极大值I_emax所对应的聚焦电流I_f0就是电子束聚焦于上述金属试件9平面所需的聚焦电流。为了避免电子束在金属试件9表面“钻孔”，电子束在金属试件9表面上环绕原始位置(o点，扫描电流为零时电子束射在金属试件9表面上的电子束斑的中心点)进行半径为R的快速圆扫描，如图3所示。