一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法及装置，通过使用CCD相机拍摄的霍尔离子源工作时周向放电通道的照片，将所述照片导入MATLAB进行处理，转化为照片矩阵格式；MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度。本发明专利技术有效地解决了离子束流偏心角度难以测量的问题。

A method and device for measuring the eccentricity angle of ion beam of hall ion source

【技术实现步骤摘要】
一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法及装置
本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法及装置。
技术介绍
霍尔离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。霍尔离子源通过在真空环境下，利用发射的电子在电场和磁场的相互作用下，使充入真空室的气体产生离化，在电场和磁场的作用下发射离子。霍尔离子源作为一种无栅网式离子源，因其维护价格低廉，被广泛应用在一般辅助镀膜领域。离子源通道内束流的发光可以反映出通道内由碰撞产生的离子的分布。在理想的轴对称性情况下工作时，离子束流方向应和离子源轴线重合。然而，由于实际加工、装配等过程存在误差，阴极位置以及环状放电通道内的放电不对称性，常常会使得轴对称性难以得到保证。非轴对称性会影响到通道内等离子体的流动特性以及离子源的效率和寿命。现代化技术中，采用探针法测量霍尔离子源离子束流偏心角度，即通过使用法拉第探针沿周向扫描霍尔离子源环形通道束流的不同周向位置。给探针施加负偏置电压，此时探针工作在离子饱和区域，根据测得的离子电流计算离子通量密度，让后根据离子通量分布计算离子束流偏心程度。采用探针法测量，设计不合理时，导致测量误差过大，另外探针与高速离子流直接接触，容易损坏，且测量需要偏置电源、示波器、径向带动探针移动的平台等设备辅助，设备多，耗时长。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法及装置，有效解决了离子束流偏心角度难以测量的问题。本专利技术提供的一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法，其改进之处在于，通过使用CCD相机拍摄的霍尔离子源工作时周向放电通道的照片，将所述照片导入MATLAB进行处理，转化为照片矩阵格式；MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度。其中，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，所述CCD相机与所述霍尔离子源处于同一高度，垂直于离子源阳极的方向，且置于所述霍尔离子源前方4.5米。其中，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，拍摄连续2张以上的照片；MATLAB计算照片图像中的像素值分布时，取连续2张以上的照片的平均值。其中，所述MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度，包括：MATLAB对照片矩阵中的像素值进行遍历，计算光强分布权重中心：式中，为像素点的横坐标；为像素点的纵坐标；为照片矩阵中每点的像素值；为横坐标方向的像素值中心；为纵坐标方向的像素值中心；计算周向偏心距离：式中，为横坐标方向的周向偏心距离；、为通道几何中心；为纵坐标方向的周向偏心距离；计算离子束流矢量偏心角度：式中，为离子源与CCD相机间的距离；为离子束流矢量偏心角度。本专利技术基于上述所述方法的装置，其改进之处在于，包括：照片获取模块，用于拍摄获取所述霍尔离子源工作时周向放电通道的照片；照片输入模块，用于将所述照片导入MATLAB；RGB转换模块，用于将所述照片转换成RGB三维矩阵格式；权重中心计算模块，用于对所述RGB三维矩阵进行像素值遍历计算处理，得到x、y两方向上的权重中心；偏心距离计算模块，用于将所述权重中心与通道几何中心对比，计算离子束流偏心距离∆X、∆Y；偏心角度计算模块，用于利用所述偏心距离和拍摄距离计算离子束流偏心角度。本专利技术的技术方案中，有效地解决了离子束流偏心角度难以测量的问题，丰富了霍尔离子源离子束流偏心角度的测量方法。本专利技术不需要复杂的测量仪器和装置，不需要专门的理论知识，测量评估快速，如果能够结合计算机实时采集传输处理，可以实时评估离子束流偏心角度，为改进设计提供支持。附图说明图1为本专利技术实施例的霍尔离子源离子束流偏心角度示意图；图中，相机接收图像中圆环中心点表示通道几何中心，即理想的束流方向，其余点表示束流偏移；图2为本专利技术实施例的CCD相机摆放位置示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本专利技术进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本专利技术的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本专利技术的这些方面。本实施例提供的一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法，示意图如图1所示，通过使用CCD相机拍摄的霍尔离子源工作时周向放电通道的照片，将所述照片导入MATLAB进行处理，转化为照片矩阵格式；MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度。具体的，如图2所示，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，所述CCD相机与所述霍尔离子源处于同一高度，垂直于离子源阳极的方向，且置于所述霍尔离子源前方4.5米。进行拍摄时，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，拍摄连续2张以上的照片，这样用于在MATLAB计算照片图像中的像素值分布时，取多张照片的平均值。具体的，所述MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度，包括：MATLAB对照片矩阵中的像素值进行遍历，计算光强分布权重中心：式中，为像素点的横坐标；为像素点的纵坐标；为照片矩阵中每点的像素值；为横坐标方向的像素值中心；为纵坐标方向的像素值中心；计算周向偏心距离：式中，为横坐标方向的周向偏心距离；、为通道几何中心；为纵坐标方向的周向偏心距离；计算离子束流矢量偏心角度：式中，为离子源与CCD相机间的距离；为离子束流矢量偏心角度。优选的，为了验证本实施例测量角度的准确性，可采用探针法测量霍尔离子源离子束流偏心角度，再与本实施例的方法测得的角度求误差，若误差不超过20%，则测量准确，否则将本实施例的测量方法重新进行计算。对应的，本实施例提出的测量霍尔离子源的离子束流偏心角度的装置，包括：照片获取模块，用于拍摄获取所述霍尔离子源工作时周向放电通道的照片；照片输入模块，用于将所述照片导入MATLAB；RGB转换模块，用于将所述照片转换成RGB三维矩阵格式；权重中心计算模块，用于对所述RGB三维矩阵进行像素值遍历计算处理，得到x、y两方向上的权重中心；偏心距离计算模块，用于将所述权重中心与通道几何中心对比，计算离子束流偏心距离∆X、∆Y；偏心角度计算模块，用于利用所述偏心距离和拍摄距离计算离子束流偏心角度。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法，其特征在于，通过使用CCD相机拍摄的霍尔离子源工作时周向放电通道的照片，将所述照片导入MATLAB进行处理，转化为照片矩阵格式；MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量霍尔离子源离子束流偏心角度的方法，其特征在于，通过使用CCD相机拍摄的霍尔离子源工作时周向放电通道的照片，将所述照片导入MATLAB进行处理，转化为照片矩阵格式；MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，所述CCD相机与所述霍尔离子源处于同一高度，垂直于离子源阳极的方向，且置于所述霍尔离子源前方4.5米。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用CCD相机拍摄霍尔离子源时，拍摄连续2张以上的照片；
MATLAB计算照片图像中的像素值分布时，取连续2张以上的照片的平均值。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述MATLAB计算照片图像中的像素值分布，计算离子束流矢量偏心角度，包括：
MATLAB对照片矩阵中的像素值进行遍历，计算光强分布权重中心：






式中，为像素点的横坐标；为像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏立秋，丁永杰，唐井峰，李文博，杨鑫勇，吕游，
申请(专利权)人：哈工大机器人岳阳军民融合研究院，
类型：发明
国别省市：湖南;43