多相绕组偏转扫描装置的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法，首先将第1相绕组的偏转扫描轨迹与直角坐标系中的x轴重合，将第1相绕组的轴线定义为直轴，带电粒子束斑点中心原始位置定义为直角坐标系原点；其次将偏转扫描轨迹依次分解成有限点直角坐标数据；再次将扫描点直角坐标数据按比例换算成对应点合励磁电流数据；然后将合励磁电流数据按圆形偏转扫描轨迹原则或正2n边形偏转扫描轨迹原则分解成n相绕组励磁电流数据；再将n相绕组励磁电流数据通过D/A转换器转换成对应的n相控制指令电信号输出至驱动电源，经过驱动电源的n相驱动电路线性放大后提供给对应的n相偏转扫描绕组作为励磁电流。

Control method of scanning device for deflection of polyphase winding

【技术实现步骤摘要】
多相绕组偏转扫描装置的控制方法
本专利技术涉及带电粒子束加工装备
，更具体的说是涉及一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法。
技术介绍
目前，常规带电粒子束加工装备磁偏转扫描装置主要由铁磁框架和偏转扫描绕组组成。磁偏转扫描装置铁磁框架呈轴对称结构，具有两相轴线正交的偏转扫描绕组。在带电粒子束需要大广角偏转时，如粉末床电子束增材制造装备，采用多于两相的偏转扫描绕组，各相绕组的轴线在偏转扫描装置的截面上呈对称分布，更能提高偏转扫描装置有效作用区间内磁感应强度呈均匀分布，减少偏转扫描磁场对带电粒子束的附加散焦作用；此外从驱动电路角度看，采用多相偏转扫描绕组，更有利于拓展偏转扫描装置的工作宽频。但多相绕组偏转扫描装置与两相绕组偏转扫描装置比较也具有明显的缺点，其中最为突出的是多相绕组偏转扫描装置合励磁电流与各相励磁电流不存在一一对应关系。合励磁电流不同的分解方式由于铁磁磁路的非线性，会造成扫描位置的误差及附加散焦校正数值的不确定性。为了充分发挥多相绕组偏转扫描装置的优点，克服其缺点，在控制方法上需要有所改进与创新。因此，如何实现偏转扫描装置的合磁动势与分磁动势一一对应，进行多相绕组偏转扫描装置的控制是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法，根据洛仑兹力公式可推导出：带电粒子束从轴向通过偏转扫描装置后，带电粒子束轴线偏移到偏转扫描装置截面合磁场轴线的垂直方向上，偏移的锥度角与偏转扫描装置截面合磁动势的幅值成正比，即带电粒子束在轴向飞行速度相同时需要偏移原始位置某个位移，偏转扫描装置的合磁动势是唯一的，但当偏转扫描装置的绕组相数大于2时，各相绕组分磁动势的分配不是唯一的。为了控制需要，将合磁动势按一定规律分解成各相绕组磁动势分量，建立合磁动势空间矢量与各相磁动势分量间的一一对应关系。鉴于多相绕组偏转扫描装置每相绕组的匝数相同、结构对称，将磁动势控制转化为励磁电流控制，为多相绕组偏转扫描装置实现数字化控制起了关键的桥梁作用，同时为偏转扫描引起的像散的精确矫正提供保障。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：定义坐标轴；步骤2：将所述多相绕组偏转扫描装置的偏转扫描轨迹离散化和数字化，得到所述偏转扫描轨迹上有限扫描点的直角坐标数据(x，y)，并进行存储；步骤3：将所述偏转扫描轨迹上扫描点的所述直角坐标数据(x，y)换算成合励磁电流数据(Id，Iq)，其中Id直轴分量数据，Iq为交轴分量数据；步骤4：将所述合励磁电流数据(Id，Iq)按一定规律分解成n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In；步骤5：根据所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In生成n相控制指令电信号步骤6：根据所述n相控制指令电信号产生n相励磁电流，所述多相绕组偏转扫描装置实现控制所述偏转扫描轨迹功能。优选的，通过多相绕组偏转扫描装置控制系统对带电粒子束偏转扫描轨迹进行控制，所述多相绕组偏转扫描装置控制系统包括中央控制器、驱动电源和多相绕组偏转扫描装置；所述中央控制器连接所述驱动电源，所述驱动电源连接所述多相绕组偏转扫描装置；所述多相绕组偏转扫描装置安装在带电粒子束发生器的出口端；所述带电粒子束发生器产生的带电粒子束经过所述偏转扫描装置投射至所述工作扫描面上，在所述工作扫描面上形成所述偏转扫描轨迹；所述驱动电源根据所述中央控制器发送的所述n相控制指令电信号产生n相励磁电流，令所述多相绕组偏转扫描装置控制带电粒子束在工作扫描面上的所述斑点中心偏移至所述直角坐标系(x，y)位置。优选的，所述步骤1的具体实现过程为，调节所述偏转扫描装置的位置，使得第1相所述绕组控制所述带电粒子束在所述工作扫描面上所述斑点中心的所述偏转扫描轨迹与所述直角坐标系的x轴重合且正向一致，所述第1相绕组的轴线定义为所述偏转扫描装置横截面上的直轴，从所述工作扫描面投影上看另外分布n-1相绕组，所述n-1相绕组从所述第1相绕组按反时针方向依次定义为所述偏转扫描装置的第2、3、…、n相绕组；当所述合励磁电流为零时所述带电粒子束投射在所述工作扫描面上的所述斑点中心位置定义为所述工作扫描面的所述直角坐标系的原点(0，0)。优选的，所述步骤3具体实现过程为，所述中央控制器将偏转扫描轨迹点的直角坐标数据(x，y)按比例换算成对应点合励磁电流数据(Id，Iq)，即式(1)中λ为常数，不同设备λ值由试验获取。优选的，所述步骤4具体实现过程为，所述中央控制器将所述步骤3中获得的所述合励磁电流数据(Id，Iq)按圆形偏转扫描轨迹原则或按正2n边形偏转扫描轨迹原则分解成所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In。优选的，所述步骤5具体实现过程为，所述中央控制器将所述步骤4中获得的所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In分别输入n路D/A转换器，转换成对应的n相控制指令电信号并分别传输至所述驱动电源中对应的n相驱动电路的指令信号输入端。优选的，所述步骤6具体实现过程为，所述驱动电源接收所述n相控制指令电信号并传输至所述驱动电源内的n相驱动电路，经所述n相驱动电路线性放大后分别传输至所述多相绕组偏转扫描装置中对应相绕组作为所述励磁电流。优选的，根据励磁电流空间矢量概念，所述多相绕组偏转扫描装置横截面上n相对称分布的相励磁电流的合励磁电流空间矢量为所述多相绕组偏转扫描装置横截面的励磁电流空间矢量可分解成相互垂直的直轴(d轴)分量Id和交轴(q轴)分量Iq，所述励磁电流空间矢量可表示成复数形式为(j为单位虚数)，则其中励磁电流交轴分量Iq控制所述带电粒子束在所述工作扫描平面上所述斑点中心偏转扫描轨迹与所述直角坐标系的y轴重合且正向一致。优选的，所述步骤4中按圆形偏转扫描轨迹原则将所述合励磁电流数据(Id，Iq)分解成所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In的具体过程为：步骤411：定义所述多相绕组偏转扫描装置中的所述n相绕组的相序号，通过调整所述多相绕组偏转扫描装置的位置使得某相所述绕组控制所述带电粒子束在所述工作扫描平面上的所述斑点中心偏转扫描轨迹与所述直角坐标系的x轴重合且正向一致，即把该相所述绕组定义为第1相绕组，且把所述第1相绕组的轴线定义为直轴，从所述工作扫描面投影上看按反时针对称分布另外n-1相绕组，另外n-1相绕组按反时针依次定义为所述偏转扫描装置的第2、3、…、n相绕组；绕组相序号以n为计数循环，所述绕组相序号进行规范化，即将所述绕组相序号化为nm+a的形式，其中m为整数，a为正整数且1≤a≤n，并以a代表所述绕组相序号；步骤412：根据对称分布特性，获取所述多相绕组偏转扫描装置横截面上各相所述绕组轴线与所述直轴的夹角θk，以及各相所述绕组轴线上所述励磁电流单位空间矢量每相绕组的匝数相同，每相所述绕组的最大励磁电流相等且正负最大幅值对称，当n为奇数时，所述多相绕组偏转扫描装置横截面上所述第1相绕组、第2相绕组、…本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1：定义坐标轴；/n步骤2：将所述多相绕组偏转扫描装置(3)的偏转扫描轨迹离散化和数字化，得到所述偏转扫描轨迹上有限扫描点的直角坐标数据(x，y)，并进行存储；/n步骤3：将所述偏转扫描轨迹上扫描点的所述直角坐标数据(x，y)换算成合励磁电流数据(I

【技术特征摘要】
1.一种多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：定义坐标轴；
步骤2：将所述多相绕组偏转扫描装置(3)的偏转扫描轨迹离散化和数字化，得到所述偏转扫描轨迹上有限扫描点的直角坐标数据(x，y)，并进行存储；
步骤3：将所述偏转扫描轨迹上扫描点的所述直角坐标数据(x，y)换算成合励磁电流数据(Id，Iq)，其中Id直轴分量数据，Iq为交轴分量数据；
步骤4：将所述合励磁电流数据(Id，Iq)按一定规律分解成n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In；
步骤5：根据所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In生成n相控制指令电信号
步骤6：根据所述n相控制指令电信号产生n相励磁电流，所述多相绕组偏转扫描装置(3)实现控制所述偏转扫描轨迹功能。


2.根据权利要求1所述的多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，通过多相绕组偏转扫描装置控制系统对带电粒子束偏转扫描轨迹进行控制，所述多相绕组偏转扫描装置控制系统包括中央控制器(1)、驱动电源(2)和多相绕组偏转扫描装置(3)；所述中央控制器(1)连接所述驱动电源(2)，所述驱动电源(2)连接所述多相绕组偏转扫描装置(3)；所述多相绕组偏转扫描装置(3)安装在带电粒子束发生器(4)的出口端；所述带电粒子束发生器(4)产生的带电粒子束(41)经过所述偏转扫描装置(3)投射至所述工作扫描面(5)上，在所述工作扫描面(5)上形成所述偏转扫描轨迹；所述驱动电源(2)根据所述中央控制器(1)发送的所述n相控制指令电信号产生n相励磁电流，令所述多相绕组偏转扫描装置(3)控制带电粒子束(41)在工作扫描面(5)上的所述斑点中心偏移至所述直角坐标系(x，y)位置。


3.根据权利要求2所述的多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，所述步骤1具体实现过程为，调节所述偏转扫描装置(3)的位置，使得第1相所述绕组控制所述带电粒子束(41)在所述工作扫描面(5)上所述斑点中心的所述偏转扫描轨迹与所述直角坐标系的x轴重合且正向一致，所述第1相绕组的轴线定义为所述偏转扫描装置(3)横截面上的直轴，从所述工作扫描面(5)投影上看另外分布有n-1相绕组，所述n-1相绕组从所述第1相绕组按反时针方向依次定义为所述偏转扫描装置(3)的第2、3、…、n相绕组；当所述合励磁电流为零时所述带电粒子束(41)投射在所述工作扫描面(5)上的所述斑点中心位置定义为所述工作扫描面(5)的所述直角坐标系的原点(0，0)。


4.根据权利要求1所述的多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体实现过程为，所述中央控制器将偏转扫描轨迹点的直角坐标数据(x，y)按比例换算成对应点合励磁电流数据(Id，Iq)，



其中λ为设定常数。


5.根据权利要求1所述的多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，所述步骤4具体实现过程为，所述中央控制器(1)将所述步骤3中获得的所述合励磁电流数据(Id，Iq)按圆形偏转扫描轨迹原则或按正2n边形偏转扫描轨迹原则分解成所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In。


6.根据权利要求1所述的多相绕组偏转扫描装置的控制方法，其特征在于，所述步骤5具体实现过程为，所述中央控制器(1)将所述步骤4中获得的所述n相绕组励磁电流数据I1，I2，…，In分别输入n路D/A转换器，转换成对应的n相控制指令电信号并分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小东，韦寿祺，费翔，秦玉江，董阳，黄奉宾，郭文明，
申请(专利权)人：桂林狮达技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45