电子束斑标定装置和方法制造方法及图纸

本申请提出一种电子束斑标定装置和方法，装置包括：电子束发生装置、信号采集装置、标定板、真空室和计算机设备。该装置基于计算机设备和信号采集装置的结构，通过计算机设备控制电子束发生装置产生和驱使电子束按照预设轨迹扫描标定板产生过程信号，利用信号采集装置实时采集过程信号，利用计算机设备对过程信号进行处理，确定电子束位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，根据位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整电子束发生装置的位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵，与传统的基于肉眼观察和基于成像的标定方式相比，避免了因视角倾斜导致的图像畸变的影响，具有较高的可靠性高和精度，同时大幅提高了标定效率。

Electron Beam Spot Calibration Device and Method

【技术实现步骤摘要】
电子束斑标定装置和方法
本申请涉及电子束加工领域，尤其涉及一种电子束斑标定装置和方法。
技术介绍
以电子束为高能热源的电子束增材制造技术，近年来受到极大的关注和发展，但是成形精度始终是限制其发展的重要因素。电子束品质影响成形的精度和质量，对于电子束增材制造工艺的意义重大。目前，对电子束的标定方法主要有基于肉眼观察的方式和基于成像的标定方式。但是这两种标定方法容易受到视角的影响，使得标定误差较大，此外还存在可靠性不足、标定效率低的问题。
技术实现思路
本申请提出一种电子束斑标定装置和方法，用于解决相关技术中标定方法存在可靠性不足、标定精度低、标定效率低的问题。本申请一方面实施例提出了一种电子束斑标定装置，包括：电子束发生装置、信号采集装置、标定板、真空室和计算机设备；所述电子束发生装置，用于产生电子束并控制所述电子束的像散、聚焦和偏转；所述计算机，用于控制所述电子束发生装置产生和驱使所述电子束按照预设轨迹扫描所述标定板产生过程信号，所述过程信号是所述电子束扫描所述标定板的过程中产生的信号；所述信号采集装置，用于实时采集所述过程信号，包括信号传感器，所述信号传感器采集所述过程信号；信号放大器，所述信号放大器连接所述信号传感器，用于放大信号；AD采集卡，所述AD采集卡连接信号放大器采集过程信号。所述计算机，还用于根据所述过程信号，计算标定点处电子束的位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，并根据所述位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整所述电子束发生装置的位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵。本申请实施例的电子束斑标定装置，基于计算机设备和信号采集装置的结构，通过计算机设备控制电子束发生装置产生并驱使电子束按照预设轨迹扫描标定板产生过程信号，并利用信号采集装置实时采集过程信号，利用计算机设备对过程信号进行处理，确定电子束位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，根据位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵，与传统的基于肉眼观察和基于成像的标定方式相比，避免因视角倾斜导致的图像畸变的影响，具有较高的可靠性高和精度，同时大幅提高了电子束斑标定速度。在本申请一方面实施例一种可能的实现方式中，所述过程信号为二次电子信号、背散射电子信号或x射线信号。对应地，所述信号传感器为二次电子传感器、背散射电子传感器或x射线传感器。在本申请一方面实施例一种可能的实现方式中，所述信号传感器为二次电子传感器，且所述二次电子探测器的材质为导电材料。在本申请实施例一种可能的实现方式中，所述标定板为一块平板，具有至少一个标定点，且所述标定点的特征由几何结构或材料差异构成。在本申请一方面实施例一种可能的实现方式中，所述标定板上具有M×M阵列的标定点特征，其中，M为正整数。在本申请一方面实施例一种可能的实现方式中，所述标定板为具有阵列十字槽特征的金属平板，且四个槽道的宽度相等，相邻十字槽中心的距离相等。本申请另一方面实施例提出了一种电子束斑标定方法，应用于电子束斑标定装置，所述装置包括：电子束发生装置、信号采集装置、标定板、真空室和计算机设备，包括：所述计算机设备根据当前标定状态矩阵和预设轨迹，生成电子束发生装置控制数据，并控制电子束发生装置驱使电子束按照预设轨迹扫描所述标定板，所述当前标定状态矩阵指当前时刻的位置状态矩阵，像散状态矩阵和聚焦状态矩阵；所述信号采集装置在电子束扫描标定板的过程中，实时采集过程信号，所述过程信号是所述电子束扫描所述标定板的过程中产生的信号；所述计算机设备根据所述过程信号，计算标定点处电子束的位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，并根据所述位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵。本申请实施例的电子束斑标定方法，通过计算机设备控制电子束发生装置驱使电子束按照预设轨迹扫描标定板产生过程信号，并利用信号采集装置实时采集过程信号，利用计算机设备对过程信号进行处理，确定电子束的位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，根据位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵，实现了对电子束斑的精确标定，与传统的基于肉眼观察和基于成像的标定方式相比，避免因视角倾斜导致的图像畸变的影响，具有较高的可靠性高和精度，同时大幅提高了电子束斑标定速度。在本申请另一方面实施例一种可能的实现方式中，所述调整位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵，包括：在一次扫描-采集过程后，对位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵都进行调整；直至标定点处位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸均满足条件，无需调整所述位置状态矩阵、所述像散状态矩阵和所述聚焦状态矩阵时，停止扫描-采集。在本申请另一方面实施例一种可能的实现方式中，所述调整位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵，包括：一次扫描-采集过程后，对所述位置状态矩阵、所述像散状态矩阵和所述聚焦状态矩阵中一个状态矩阵进行调整；在第一个调整的状态矩阵满足条件后，对标定点再进行扫描-采集，并从剩余的两个未调整的状态矩阵中任意选择一个进行调整，当第二个调整的状态矩阵满足条件后，继续对剩余的一个状态矩阵进行调整。在本申请另一方面实施例一种可能的实现方式中，对所述标定板上的标定点逐个标定，或者对所述标定板一次扫描后，对所有标定点同时进行标定。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为本申请实施例提供的一种电子束斑标定装置的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种7×7的阵列十字槽标定板的示意图；图3为本申请实施例提供的一种电子束斑标定方法的流程示意图；图4为本申请实施例提供的一种扫描十字槽标定点的预设轨迹的示意图；图5为本申请实施例提供的一种扫描十字槽标定点四条边线时的二次电流信号示意图；图6为本申请实施例提供的一种基于并联方式的标定方法的流程示意图；图7为本申请实施例提供的一种基于串联方式的标定方法的流程示意图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。下面参考附图描述本申请实施例的电子束斑标定装置和方法。图1为本申请实施例提供的一种电子束斑标定装置的示意图。如图1所示，该电子束斑标定装置包括：电子束发生装置1、信号采集装置2、标定板3，真空室5以及计算机设备6。其中，电子束发生装置1用于产生电子束4并控制电子束4的像散、聚焦和偏转，其中，电子束发生装置1的加速电压可以为60kV，功率为0-10kW。电子束发生装置1包含像散线圈11、聚焦线圈12和偏转线圈13，分别控制电子束4的像散、聚焦和偏转。并且，电子束4是在泵、阀的作用下形成的真空室5中使用。计算机设备6控制电子束发生装置1产生电子束4，并控制电子束发生装置1驱使电子束4按照预设轨迹扫描标定板3产生过程信号。其中，过程信号是电子束4扫描标定板3的过程中产生的信号，如二次电子信号、背散射电子信号和x射线信号等。标定板3位于真空室内，具有能够导致过程信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束斑标定装置，其特征在于，包括：电子束发生装置、信号采集装置、标定板、真空室和计算机设备；所述电子束发生装置，用于产生电子束并控制所述电子束的像散、聚焦和偏转；所述计算机设备，用于控制所述电子束发生装置产生和驱使所述电子束按照预设轨迹扫描所述标定板产生过程信号，所述过程信号是所述电子束扫描所述标定板的过程中产生的信号；所述标定板位于真空室内，具有能够导致过程信号产生变化的结构或材料特征；所述信号采集装置，用于实时采集所述过程信号，包括信号传感器，所述信号传感器采集所述过程信号；信号放大器，所述信号放大器连接所述信号传感器，用于放大所述过程信号；AD采集卡，所述AD采集卡连接所述信号放大器采集放大后的过程信号；所述计算机设备，还用于根据所述过程信号，计算标定点处电子束的位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，并根据所述位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整所述电子束发生装置的位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种电子束斑标定装置，其特征在于，包括：电子束发生装置、信号采集装置、标定板、真空室和计算机设备；所述电子束发生装置，用于产生电子束并控制所述电子束的像散、聚焦和偏转；所述计算机设备，用于控制所述电子束发生装置产生和驱使所述电子束按照预设轨迹扫描所述标定板产生过程信号，所述过程信号是所述电子束扫描所述标定板的过程中产生的信号；所述标定板位于真空室内，具有能够导致过程信号产生变化的结构或材料特征；所述信号采集装置，用于实时采集所述过程信号，包括信号传感器，所述信号传感器采集所述过程信号；信号放大器，所述信号放大器连接所述信号传感器，用于放大所述过程信号；AD采集卡，所述AD采集卡连接所述信号放大器采集放大后的过程信号；所述计算机设备，还用于根据所述过程信号，计算标定点处电子束的位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，并根据所述位置偏差、束斑圆度和束斑尺寸，调整所述电子束发生装置的位置状态矩阵、像散状态矩阵和聚焦状态矩阵。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述过程信号为二次电子信号、背散射电子信号或x射线信号。对应地，所述信号传感器为二次电子传感器、背散射电子传感器或x射线传感器。3.如权利要求2所述的装置，所述信号传感器为二次电子传感器，且所述二次电子传感器的材质为导电材料。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标定板为一块平板，具有至少一个标定点，且所述标定点的特征由几何结构或材料差异构成。5.如权利要求1-4所述的装置，其特征在于，所述标定板上具有M×M阵列的标定点特征，其中，M为正整数。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述标定板为具有阵列十字槽特征的金属平板，且四个槽道的宽度相等，相邻十字槽中心的距离相等。7.一种电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，赵德陈，张磊，郭超，马旭龙，
申请(专利权)人：清华大学，天津清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11