专利名称：电子束加工设备的磁聚焦装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种电子束加工设备的磁聚焦装置。
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<0.1%)，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。然而，这种磁聚焦装置在实际应用中存在两个缺点:1、尽管励磁电流的精度及重复性，其供电控制系统能够保证，但电子束斑的焦距的重复性很难达到励磁电流的重复性精度。主要原因是聚焦装置的磁路有铁磁材料，铁磁材料的励磁电流与产生的磁感应强度不是线性关系，而是人们熟知的一种磁滞线关系，同一大小的励磁电流可以产生多种的磁感应强度。2、励磁绕组电路电感量较大，不利于励磁电流的快速调节，不能满足对电子束斑焦距快速调整的要求。可见，在精密性要求较高的电子束加工设备(如精密电子束焊机，电子束快速成型制造设备)中，对现磁聚焦装置的缺点有必要进一步改进
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电子束加工设备的磁聚焦装置，其能够消除磁滞线的影响，使得磁聚焦装置的励磁电流与其产生的磁感应强度存在单值对应关系；同时能够实现快速调整电子束焦距的功能。为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的:本实用新型一种电子束加工设备的磁聚焦装置，主要由励磁绕组和供电电源组成。所述励磁绕组包括主励磁绕组和辅助励磁绕组，且主励磁绕组的匝数多于辅助励磁绕组的匝数。主励磁绕组和辅助励磁绕组产生的磁场在电子束通道中的方向都与电子束飞行方向平行。所述供电电源包括主供电电源和辅助供电电源。主供电电源为采用比例-积分调节的可调直流电源，且与主励磁绕组相连。辅助供电电源为采用比例反馈调节的可调直流电源或交变电源，且与辅助励磁绕组相连。上述主供电电源包含有第一整流滤波电路、功率调整管、第一续流二极管、第一取样电阻、换向继电器、第一调节器和第二续流二极管。第一整流滤波电路的输入端与外部的交流电源相连，第一整流滤波电路的正输出端与功率调整管的集电极连接，第一整流滤波电路的负输出端与第一续流二极管的阳极连接。功率调整管的发射极与第一续流二极管的阴极相连，并与电子束加工设备的控制电路的公共端相接。第一续流二极管的阴极经由第一取样电阻与换向继电器的一组三端触点的公共端连接，第一续流二极管的阳极直接与换向继电器的另一组三端触点的公共端连接。换向继电器的一组三端触点的常开触点与另一组三端触点的常闭触点分别相连，作为输出端。主励磁绕组的两端分别接在换向继电器触点的2个输出端上。第二续流二极管并接在换向继电器的控制绕组两端，且第二续流二极管的阳极与电子束加工设备控制电路的公共端相连，第二续流二极管的阴极与电子束加工设备中央控制器的输出端相连。换向继电器的控制绕组的一端连接电子束加工设备中央控制器，换向继电器的控制绕组的另一端与电子束加工设备控制电路的公共端相连。第一调节器接收第一取样电阻的输出主励磁电流米样信号和电子束加工设备中央控制器输出的主励磁电流给定信号，通过比较、比例-积分运算和放大处理后，输出信号接至功率调整管的基极。上述辅助供电电源包含有第二整流滤波电路、N型功率管、N型功率管反并联二极管、P型功率管、P型功率管反并联二极管、第二取样电阻和第二调节器。第二整流滤波电路的输入端与外部的2组交流电源相连，第二整流滤波电路的正输出端连接N型功率管的集电极，第二整流滤波电路的负输出端连接P型功率管的集电极。N型功率管反并联二极管的阳极连接在N型功率管的发射极上，N型功率管反并联二极管的阴极则连接在N型功率管的集电极上。P型功率管反并联二极管的阴极连接在P型功率管的发射极上，P型功率管反并联二极管的阳极则连接在P型功率管的集电极上。N型功率管的发射极和P型功率管的发射极相互连接后接至电子束加工设备控制电路的公共端，并经第二取样电阻与辅助励磁绕组的一端相连。辅助励磁绕组的另一端与第二整流滤波电路的输出端正负电源的公共端连接。第二调节器接收第二取样电阻的输出辅助励磁电流采样信号和电子束加工设备中央控制器输出的辅助励磁电流给定信号，通过比较和放大处理后，输出信号接至N型功率管的基极和P型功率管的基极。上述方案中，主励磁绕组的电流回路中还串接有用于抑制感应电流的线性电抗器。上述方案中，主励磁绕组和辅助励磁绕组分别装在一个开设有磁场气隙的密闭铁甲的内部，上述磁场气隙开在电子束通道一侧。与现有技术相比，本实用新型实施例磁聚焦装置有两组独立的绕组，其中A绕组为主绕组，匝数较多，通入可调的直流电，其供电电源采用比例-积分调节方式且具有对磁路进行退磁功能，使得励磁工作电流与磁感应强度单值对应关系，保证电子束斑焦距的重复性。B绕组为辅绕组，匝数较少，对应电感量较小，其供电电源采用比例反馈控制，用于快速细调电子束斑焦距。
图1为电子束加工设备的磁聚焦装置的结构示意图。图中标记:1、铁甲；2、磁场气隙；3、电子束通道；2-7、主励磁绕组；4-7、辅助励磁绕组。图2为主励磁绕组 供电电源的电路原理图。图中标记:2_1、第一整流滤波电路；2-2、功率调整管；2-3、第一续流二极管；2-4、第一取样电阻；2-5、线性电抗器；2_6、换向继电器的触点；2-7、主励磁绕组；2-8、电子束加工设备中央控制器；2-9、第一调节器；2-10、换向继电器的控制绕组；2-11、第二续流二极管。图3为主励磁绕组的主励磁电流Ifa工作波形图。图4为辅助励磁绕组供电电源的电路原理图。图中标记:4_1、第二整流滤波电路；4-2、N型功率；4-3、N型功率管的反并联二极管；4-4、P型功率管；4_5、P型功率管的反并联二极管；4_6、第二取样电阻；4-7、辅助励磁绕组；4-8、第二调节器；2-8电子束加工设备中央控制器。
具体实施方式
一种电子束加工设备的磁聚焦装置，主要由励磁绕组和供电电源组成。所述励磁绕组包括2组励磁绕组，这2组励磁绕组产生的磁场在电子束通道3中的方向与电子束飞行方向平行。2组励磁绕组安装在一个开设有磁场气隙2的密闭铁甲I的内部，磁场气隙2开在电子束通道3 —侧。2组励磁绕组中的其中一励磁绕组匝数较多，作为主绕组2-7，通入可调的直流电；另一个励磁绕组匝数较少，作为辅助绕组4-7，可以通入变化比较快的交变电流，用于动态聚焦。在本实用新型中，主励磁绕组2-7的匝数为辅助励磁绕组4-7的匝数的5 10倍。参见图1。 上述供电电源包括主供电电源和辅助供电电源。主供电电源为采用比例-积分(PD调节的可调直流电源，且与主励磁绕组2-7相连，主供电电源还具有退磁工作功能。辅助供电电源采用比例反馈调节，可以是可调直流电源或交变电源，且与辅助励磁绕组4-7相连。一种主供电电源如图2所示，主要由第一整流滤波电路2-1、功率调整管2-2、第一续流二极管2-3、第一取样电阻2-4、线性电抗器2-5、换向继电器(2-6和2_10组成)、第一调节器2-9和第二续流二·极管2-11组成。第一整流滤波电路2-1的输入端与外部的交流电源相连，第一整流滤波电路2-1的正输出端与功率调整管2-2的集电极c连接，第一整流滤波电路2-1的负输出端与第一续流二极管2-3的阳极连接。功率调整管2-2的发射极e与第一续流二极管2-3的阴极相连，并与电子束加工设备控制电路的公共端相接。第一续流二极管2-3的阴极经由串接的第一取样电阻2-4和线性电抗器2-5后与换向继电器的一组三端触点2-6的公共端连接，第一续流二极管2-3的阳极直接与换向继电器的另一组三端触点2-6的公共端连接。换向继电器的一组三端触点的常开触点2-6与另一组三端触点的常闭触点2-6分别相连，作为输出端。主励磁绕组2-7的两端分别接在换向继电器触点2-6的2个输出端上。第二续流二极管2-11的阳极与电子束加工设备控制电路的公共端相连，第二续流二极管2-11并接在换向继电器的控制绕组2-10两端，第二续流二极管2-11的阴极与电子束加工设备中央控制器2-8的换向信号输出端相连。第一调节器2-9接收第一取样电阻2-4的输出主励磁电流米样信号和电子束加工设备中央控制器2-8输出的主励磁电流给定信号，通过比较、比例-积分运算和放大处理后，输出信号接至功率调整管2-2的基极b。第一整流滤波电路2-1把交流电变成不可控的平稳的直流电。功率调整管2-2工作于放大区，通过调整其基极b电流来调整其发射极e电流。第一续流二极管2-3当功率调整管2-2发射极e电流下降时，主励磁电流Ifa通过此二极管2-3续流。第一取样电阻2_4用于米样主励磁绕组的励磁电流IFA，输出正比于主励磁电流Ifa的电压信号Ufao当辅助励磁绕组4-7的辅助励磁电流Ifb发生变化时，通过变压器效应，使得主励磁绕组中感应出电动势，通过线性电抗器2-5来抑制感应电流。电子束加工设备中央控制器2-8输出主励磁绕组2-7的励磁电流的给定信号U(A和换向继电器的控制信号。第一调节器2-9接受主励磁电路Ifa的取样信号Ufa与主励磁电路Ifa的给定信号U[a，U*A、Ufa两信号通过比较、PI调节运算和放大处理之后输出信号到功率调整管2-2的基极b，调节主励磁电流Ifa的大小。换向继电器由触点2-6和控制绕组2-10构成。当换向继电器控制绕组2-10得电时，触点2-6反向切换，主励磁绕组2-7通过反向电流；失电时，触点2-6发生正向切换，主励磁绕组2-7通过正向电流。第二续流二极管2-11在换向继电器控制绕组2-10失电时通过此二极管2-11续流。图3为主励磁绕组2-7的主励磁电流Ifa工作波形图。开始时正向主励磁电流Ifa由零升到设定值(Kt1段，然后主励磁电流Ifa稳定于设定值，t1-t2段为正常工作段；正常工作结束后主励磁绕组2-7进入退磁工作状态，t2-t14段，电子束加工设备中央控制器2-8通过控制主励磁绕组2-7的励磁电流的给定信号U[A和换向继电器的控制绕组2-10完成下面的退磁工作步骤:⑴正向主励磁电流Ifa由当前工作值升至额定值IFAN，t2-t3段；⑵正向主励磁电流Ifa降至零，&、段；(3)反向切换换向继电器，&、段；(4)反向主励磁电流Ifa由零升至0.5Ifan, t5-t6段(5)反向主励磁电流Ifa降至零，t6-t7段；(6)正向切换换向继电器，t7-t8段；(7)正向主励磁电流Ifa由零升至0.25Ifan, t8-t9段；⑶正向主励磁电流Ifa降至零，t9-t1(l段；(9)反向切换换向继电器，段；(10)反向主励磁电流Ifa由零升至0.125Ifan, tn-t12段，(11)反向主励磁电流Ifa降至零，t12-t13段；(12)正向切换继电器，七13114段，退磁结束；可以关电源或等待下一次工作开始。一种辅助供电电源如图4所示，主要由第二整流滤波电路4-1、N型功率管4-2、N型功率管的反并联二极管4-3、P型功率管4-4、P型功率管的反并联二极管4-5、第二取样电阻4-6和第二调节器4-8组成。第二整流滤波电路4-1的输入端与外部的2组交流电源相连，第二整流滤波电路4-1 的正输出端连接N型功率管4-2的集电极，第二整流滤波电路4-1的负输出端连接P型功率管4-4的集电极。N型功率管反并联二极管4-3的阴极连接在N型功率管4-2的发射极上，N型功率管反并联二极管4-3的阳极则连接在N型功率管4-2的集电极上。P型功率管反并联二极管4-5的阳极连接在P型功率管4-4的发射极上，P型功率管反并联二极管4-5的阴极则连接在P型功率管4-4的集电极上。N型功率管4-2的发射极和P型功率管4-4的发射极相互连接后接至电子束加工设备控制电路的公共端，并经第二取样电阻4-6与辅助励磁绕组4-7的一端相连。辅助励磁绕组4-7的另一端与第二整流滤波电路4-1的输出端正负电源的公共端连接。第二调节器4-8接收第二取样电阻4-6的输出辅助励磁电流Ifb米样信号Ufb和电子束加工设备中央控制器2-8输出的辅助励磁电流给定信号U；B，通过比较和放大处理后，输出信号接至N型功率管4-2的基极和P型功率管4-4的基极。第二整流滤波电路4-1把两组交流电变成不可控的平直正、负直流电。N型功率管4-2调节辅助励磁绕组4-7正向电流。N型功率管的反并联二极管4-3作为反向电流的续流二极管。P型功率管4-4调节辅助励磁绕组4-7反向电流。P型功率管的反并联二极管4-5作为正向电流的续流二极管。第二取样电阻4-6用于采样辅助励磁绕组4-7的辅助励磁电流Ifb，输出正比于辅助励磁电流Ifb的电压信号Ufb。电子束加工设备中央控制器2-8输出辅助励磁绕组4-7的辅助励磁电流Ifb的设定信号L 第二调节器4-8接受Ifb的反馈信号Ufb和Ifb的给定信号U(B两信号，经比较、放大运算后，输出信号到N型功率管4-2和P型功率管4-4的基极。在正常工作时，辅助励磁电流Ifb快速跟随电子束加工设备中央控制器(2-8)输出的辅助励磁电流给定信号IZeb变化，辅助励磁电流给定信号波形变化由工艺要求设定；退磁工作状态，辅助励磁电流Ifb为零。本实施例采用两组三端触点实现聚焦励磁绕组正反向通电进行退磁，但本实用新型保护范围不限于此，凡给聚焦励磁绕组交替通入正反电流进行退磁的方法即属于本专利保护范围；本实施在励磁正常工作结束后进行退磁工作，但本实用新型保护范围不限于此，在励磁正常工 作前和/或后进行退磁工作，都属于本专利保护范围。
权利要求1.电子束加工设备的磁聚焦装置，主要由励磁绕组和供电电源组成；其特征在于: 励磁绕组包括主励磁绕组(2-7)和辅助励磁绕组(4-7)，且主励磁绕组(2-7)的匝数多于辅助励磁绕组(4-7)的匝数；主励磁绕组(2-7)和辅助励磁绕组(4-7)产生的磁场在电子束通道中的方向都与电子束飞行方向平行； 供电电源包括主供电电源和辅助供电电源；主供电电源为采用比例-积分调节的可调直流电源，且与主励磁绕组(2-7)相连；辅助供电电源为采用比例反馈调节的可调直流电源或交变电源，且与辅助励磁绕组(4-7)相连； 上述主供电电源包含有第一整流滤波电路(2-1)、功率调整管(2-2)、第一续流二极管(2-3)、第一取样电阻(2-4)、换向继电器、第一调节器(2-9)和第二续流二极管(2-11);第一整流滤波电路(2-1)的输入端与外部的交流电源相连，第一整流滤波电路(2-1)的正输出端与功率调整管(2-2)的集电极连接，第一整流滤波电路(2-1)的负输出端与第一续流二极管(2-3)的阳极连接；功率调整管(2-2)的发射极与第一续流二极管(2-3)的阴极相连，并与电子束加工设备控制电路的公共端相接；第二续流二极管(2-11)并接在换向继电器的控制绕组(2-10)两端，且第一续流二极管(2-3)的阴极经由第一取样电阻(2-4)与换向继电器的一组三端触点(2-6)的公共端连接，第一续流二极管(2-3)的阳极直接与换向继电器的另一组三端触点(2-6)的公共端连接；换向继电器的一组三端触点的常开触点(2-6)与另一组三端触点的常闭触点(2-6)分别相连，作为输出端；主励磁绕组(2-7)的两端分别接在换向继电器触点(2-6)的2个输出端上；第二续流二极管(2-11)的阳极与电子束加工设备控制电 路的公共端相连，第二续流二极管(2-11)的阴极与电子束加工设备中央控制器(2-8)的输出端相连；换向继电器的控制绕组(2-10)的一端连接电子束加工设备中央控制器(2-8)，换向继电器的控制绕组(2-10)的另一端与电子束加工设备控制电路的公共端相连；第一调节器(2-9)接收第一取样电阻(2-4)的输出主励磁电流采样信号和电子束加工设备中央控制器(2-8)输出的主励磁电流给定信号，通过比较、比例一积分运算和放大处理后，输出信号接至功率调整管(2-2)的基极。
2.根据权利要求1所述的电子束加工设备的磁聚焦装置，其特征在于: 上述辅助供电电源包含有第二整流滤波电路(4-1)、N型功率管(4-2)、N型功率管反并联二极管(4-3)、P型功率管(4-4)、P型功率管反并联二极管(4-5)、第二取样电阻(4_6)和第二调节器(4-8);第二整流滤波电路(4-1)的输入端与外部的2组交流电源相连，第二整流滤波电路(4-1)的正输出端连接N型功率管(4-2)的集电极，第二整流滤波电路(4-1)的负输出端连接P型功率管(4-4)的集电极；N型功率管反并联二极管(4-3)的阳极连接在N型功率管(4-2)的发射极上，N型功率管反并联二极管(4-3)的阴极则连接在N型功率管(4-2)的集电极上屮型功率管反并联二极管(4-5)的阴极连接在P型功率管(4-4)的发射极上，P型功率管反并联二极管(4-5)的阳极则连接在P型功率管(4-4)的集电极上；N型功率管(4-2)的发射极和P型功率管(4-4)的发射极相互连接后接至电子束加工设备控制电路的公共端，并经第二取样电阻(4-6)与辅助励磁绕组(4-7)的一端相连；辅助励磁绕组(4-7)的另一端与第二整流滤波电路(4-1)的输出端正负电源的公共端连接；第二调节器(4-8)接收第二取样电阻(4-6)的输出辅助励磁电流采样信号和电子束加工设备中央控制器(2-8)输出的辅助励磁电流给定信号，通过比较和放大处理后，输出信号接至N型功率管(4-2)的基极和P型功率管(4-4)的基极。
3.根据权利要求1或2述的电子束加工设备的磁聚焦装置，其特征在于:主励磁绕组(2-7)的电流回路中还串接有用于抑制感应电流的线性电抗器(2-5)。
4.根据权利要求1所述的电子束加工设备的磁聚焦装置，其特征在于:主励磁绕组(2-7)和辅助励磁绕组(4-7)分别装在一个开设有磁场气隙(2)的密闭铁甲(I)的内部，上述磁场气隙⑵开在电子束通道⑶一`侧。
专利摘要本实用新型公开一种电子束加工设备的磁聚焦装置，主要由励磁绕组和供电电源组成；励磁绕组包括主励磁绕组和辅助励磁绕组，且主励磁绕组的匝数多于辅助励磁绕组的匝数；主励磁绕组和辅助励磁绕组产生的磁场在电子束通道中的方向都与电子束飞行方向平行；供电电源包括主供电电源和辅助供电电源；主供电电源为采用比例-积分调节的可调直流电源，且与主励磁绕组相连；辅助供电电源为采用比例反馈调节的可调直流电源或交变电源，且与辅助励磁绕组相连。本实用新型能够消除磁滞线的影响，使得磁聚焦装置的励磁电流与其产生的磁感应强度存在单值对应关系；同时能够实现快速调整电子束焦距的功能。
文档编号H01J37/14GK203103261SQ20132001378
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者黄小东, 韦寿祺, 陆思恒, 郭华艳, 王伟, 蒋思远, 陆苇, 黄海, 黄地送 申请人:桂林狮达机电技术工程有限公司