CN103367086A - 在粒子射线设备内调整支架元件的位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调整安置在粒子射线设备内的支架元件的位置的方法，其中，所述支架元件设计用于支承物体，所述粒子射线设备具有至少一个用于粒子射线的射线发生器和至少一个用于聚焦粒子射线的物镜，并且其中支架元件设计借助至少一个第一步进电动机可运动。所述方法具有如下步骤：通过以作为交流电的第一电动机电流控制操纵所述第一步进电动机，使所述支架元件开始运动；将所述第一电动机电流调节至第一频率和第一振幅；通过减小所述第一电动机电流的第一频率和第一振幅，对所述支架元件的运动进行制动，其中，将第一频率在第一可预设时间区间内减小至零，并且其中，将第一振幅在第一可预设时间区间内减小至可预设的第一保持电流的振幅。

Description

在粒子射线设备内调整支架元件的位置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调整安置在粒子射线设备内的支架元件的位置的方法。在此，所述支架元件例如被设计为可移动安置的试验台，在所述试验台安置待检测和/或处理的试样(物体)。

背景技术

由现有技术已知一种粒子射线设备，例如具有试验台的电子扫描显微镜或离子束设备，在试验台上安置待检测和/或处理的物体。试验台被设计为可移动的，其中通过多个运动元件保证试验台的可移动的设计，由这些元件组装成试验台。这些运动元件能够使试验台沿至少一个规定的方向运动。尤其已知试验台具有多个平动的运动元件(例如约3至4个平动的运动元件)以及多个转动的运动元件(例如2至3个转动的运动元件)。例如试验台沿第一平移轴(例如x轴)、沿第二平移轴(例如y轴)以及沿第三平移轴(例如z轴)可移动地安置。第一平移轴、第二平移轴和第三平移轴相互垂直取向。此外，试验台可围绕第一转轴和围绕垂直于第一转轴的第二转轴转动。

在现有技术中，通过步进电动机提供用于借助运动元件而运动的驱动力。为每一个沿平移轴的运动和围绕转轴的转动各提供一个步进电动机。在此，步进电动机可以被安置在粒子射线设备的真空室内或者也在粒子射线设备的真空室外。在后一种情况下，设置有相应的真空通道和机械装置，以便保证步进电动机和试验台之间的控制。

现有技术中已知的步进电动机具有如下结构原理。步进电动机具有可转动地安置在步进电动机内的转子。此外，步进电动机具有围绕转子设置的线圈。线圈提供受控的、以步进方式旋转的电磁场，借助该电磁场转子能够以一个最小的角度或者该最小的角度的倍数旋转。以这种方式使得转子每转一周可以步进一定步数。由现有技术已知，转子每转一周转动使步进电动机进行不同的步数，例如每转一周进步100步。在具有转子每转一周步进100步的步进电动机中，在一整步中转子转动3.6度。

在已知的步进电动机中，步进电动机除了执行整步步进外，还可以执行所谓的微步。在微步方式下步进小于整步。为此要缩小步进角度。这通过控制用于步进电动机内所使用的线圈的电动机电流实现。通过接通或者断开步进电动机的单个线圈上的电动机电流，实现阶梯形的总控制电流变化曲线，其通过在单个线圈上施加的电动机电流的振幅比率获得。因此，通过可选择地对在步进电动机中所使用的单个线圈的电动机电流的控制实现对步进电动机的控制。通过对步进电动机的单个线圈的电动机电流的可选择的相移的控制，能够实现整步步进或小步步进(例如半步、八分之一步或者更小的步进)。在步进电动机的第一线圈上施加的第一电动机电流的振幅和在步进电动机的第二线圈上施加的第二电动机电流的振幅与步宽(亦即例如整步、半步或者另外的步长)无关，因此任何所选择的步宽始终相等。

在粒子射线设备中希望尽可能精确地进行试验台的位置调整。这尤其对于在试验台上安置的物体(试样)的良好的分辨能力或准确的成像是所期待的。如果在步进电动机使用微步方式，则当步进电动机停止时可能在调整试验台位置过程中产生问题。为使步进电动机停止要制动步进电动机的转子。这意味着，在制动试验台时(因而也在停止试验台时)，将用于单个线圈的电动机电流的频率降低到零。步进电动机的电动机电流的频率决定步进电动机的速度，因此也决定试验台的速度。在停止步进电动机时，转子停留在可预设位置，该位置通过微步预先确定。电动机电流在该位置取一个值，其通过在该电动机位置所需要的电动机电流的运行振幅和运行相位而预先确定。该运行振幅是静态的。它能够导致步进电动机出现所不希望的过量的热负荷。由此在现有技术中规定，在停止后电动机电流的振幅降低到可预设的保持振幅。具有该保持振幅的电动机电流也称保持电流。在保持电流下构件被加热到合理的程度。

关于现有技术参照DE10 2009 028 600A1以及DE10 2010 020 550A1。

然而由于存在电磁场，在将电动机电流降低到预设的保持振幅时，会导致步进电动机的转子向下一个整步的方向做微小的运动。由此试验台也运动。这导致额外的所不希望的移动并使试验台处于所不希望的位置。在试验台上安置的物体在有的情况下位于错误的位置。

发明内容

由此希望一方面能够精确地、不出现所不希望的额外移动地控制试验台的位置，另一方面使试验台的位置始终具有较高精确度。因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种实现上述希望的方法。

所述技术问题通过一种用于调整安置在粒子射线设备内的支架元件的位置的方法得以解决。本发明还涉及一种具有适合执行相应方法的程序代码的计算机程序产品。本发明还涉及一种粒子射线设备，其执行相应方法和/或具有控制处理器，其中可加载执行相应方法的计算机程序产品。

按照本发明的方法用于调整安置在粒子射线设备内的支架元件的位置。所述支架元件也称为试验台或物体台。支架元件设计用于支承或容纳待检测和/或处理的物体。粒子射线设备具有至少一个用于产生粒子射线的射线发生器和至少一个用于聚焦该粒子射线的物镜。借助粒子射线例如检测和/或处理物体。

所述支架元件设计借助至少一个第一步进电动机可运动。根据本发明所述方法具有如下步骤：

-通过以作为交流电的第一电动机电流控制操纵所述第一步进电动机，使所述支架元件开始运动，

-将所述第一电动机电流调节至第一频率和第一振幅，和

-通过减小所述第一电动机电流的第一频率和第一振幅，对所述支架元件的运动进行制动，其中，将所述第一频率在第一可预设时间区间内减小至零，并且其中，将所述第一振幅在第一可预设时间区间内减小至可预设的第一保持电流的振幅。

本发明源于以下认识。尤其在第一步进电动机的微步运行方式下在第一步进电动机的制动过程中，使第一电动机电流的频率在制动时间间隔内减小并被调节至零，第一电动机电流的第一振幅也发生变化。第一振幅在制动过程期间一直降低，直至达到保持电流。在该保持电流下，第一步进电动机处于静止状态。尚在第一步进电动机运动过程中，便控制电动机电流达到停止位置(也就是将电动机电流的振幅减小到保持电流)。本发明一方面能够使第一步进电动机(从而还有支架元件)停留在希望的位置并且第一步进电动机不再向下一个整步的方向移动。另一方面，本发明能够使第一步进电动机不致过热。第一频率和/或第一振幅的减小可以在第一可预设时间区间内骤然地进行(也就是说在第一可预设时间区间内的一个规定的时间点)或者在第一可预设时间区间内持续进行。第一电动机电流例如相位错开地向包含在第一步进电动机内的线圈供给电流。

在此明确指出，上述及下述所描述的方法步骤的顺序是任意的。可以使用方法步骤的每一种合适的顺序。

在按照本发明的方法的实施方式中附加或备选地规定，所述支架元件的起始运动包括在第二可预设时间区间内的加速。在第二可预设时间区间内，对具有第一加速频率和第一加速振幅的所述第一电动机电流进行控制，其中，所述第一加速频率和所述第一加速振幅在第二可预设时间区间内例如通过升高而发生变化，直至被调整到所述第一频率和所述第一振幅。在此规定，所述第一频率大于所述第一加速频率并且所述第一振幅大于所述第一加速振幅。在一种实施例中规定，第一加速振幅的改变在第二可预设时间区间内持续或骤然地进行。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，第一频率和/或第一振幅在第三可预设时间区间内保持恒定。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，支架元件沿至少一个平移轴移动。例如规定，支架元件沿至少一个第一平移轴和沿至少一个第二平移轴移动。在该实施例中，在一个平面内移动，所述平面由第一平移轴和第二平移轴撑开。例如附加或备选地规定，第一平移轴和第二平移轴相互垂直定向。在另一个实施例中规定，支架元件沿第三平移轴移动。例如规定，支架元件沿第一平移轴、沿第二平移轴和/或沿第三平移轴移动。尤其规定，第一平移轴、第二平移轴和/或第三平移轴相互垂直定向。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，支架元件围绕至少一个第一转轴转动和/或围绕至少一个第二转轴转动。例如规定，第一转轴和第二转轴相互垂直定向。

在此明确指出，平移轴和转轴的数目不限于上述数目。相反可以为本发明的方法使用各种数目的平移轴和转轴。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，为支架元件使用多个步进电动机。由此例如规定，借助第一步进电动机使支架元件沿第一平移轴移动。此外例如规定，借助第二步进电动机使支架元件沿第二平移轴移动。附加或备选地规定，借助第三步进电动机使支架元件沿第三平移轴移动。

在按照本发明的方法的实施例中，对第二步进电动机和/或第三步进电动机的控制如对第一步进电动机的控制。由此附加或备选地规定，通过以作为交流电的第二电动机电流控制操纵所述第二步进电动机，使所述支架元件开始运动。此外，将所述第二电动机电流调节至第二频率和第二振幅。此外，通过减小所述第二电动机电流的第二频率和第二振幅，对所述支架元件的运动进行制动。在此，将所述第二频率在第四可预设时间区间内减小至零，并且将所述第二振幅在第四可预设时间区间内减小至可预设的第二保持电流的振幅。在此还规定，第二频率和/或第二振幅在第四可预设时间区间内可以骤然地减小(也就是说在第四可预设时间区间内的一个规定的时间点)。在此还备选地规定，在第四可预设时间区间内第二频率和/或第二振幅持续地减小。例如相位错开地向包含在第二步进电动机内的线圈供给第二电动机电流。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，通过以作为交流电的第三电动机电流控制操纵所述第三步进电动机，使所述支架元件开始运动。之后，将所述第三电动机电流调节至第三频率和第三振幅。此外，通过减小所述第三电动机电流的第三频率和第三振幅，对所述支架元件的运动进行制动，其中，将所述第三频率在第五可预设时间区间内减小至零，并且将所述第三振幅在第五可预设时间区间内减小至可预设的第三保持电流的振幅。第三频率和/或第三振幅在第五可预设时间区间内可以骤然地减小(也就是说在第五可预设时间区间内的一个规定的时间点)。在此还备选地规定，在第五可预设时间区间内第三频率和/或第三振幅持续地减小。例如相位错开地向包含在第三步进电动机内的线圈供给第三电动机电流。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，特别设置第二步进电动机开始运动的时间区间。由此，在该实施例中，所述支架元件的起始运动包括在第六可预设时间区间内的加速。在第六可预设时间区间内，对具有第二加速频率和第二加速振幅的所述第二电动机电流进行控制。所述第二加速频率和所述第二加速振幅在第六可预设时间区间内例如通过升高而发生变化，直至被调整到所述第二频率和所述第二振幅。所述第二频率大于所述第二加速频率并且所述第二振幅大于所述第二加速振幅。在实施例中规定，在第六可预设时间区间内持续或骤然地改变第二加速振幅。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，特别设置第三步进电动机的运动的起始阶段。由此例如规定，所述支架元件的起始运动包括在第七可预设时间区间内的加速。在第七可预设时间区间内，对具有第三加速频率和第三加速振幅的所述第三电动机电流进行控制。所述第三加速频率和所述第三加速振幅在第七可预设时间区间内例如通过升高而发生变化，直至被调整到所述第三频率和所述第三振幅。所述第三频率大于所述第三加速频率并且所述第三振幅大于所述第三加速振幅。在实施例中规定，在第七可预设时间区间内持续或骤然地改变第三加速振幅。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，第二频率和/或第二振幅在第十一时间区间内保持恒定。例如还附加或备选地规定，第三频率和/或第三振幅在第十二可预设的时间区间内保持恒定。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，借助第四步进电动机使支架元件围绕第一转轴转动。在按照本发明的方法中附加或备选地规定，借助第五步进电动机使支架元件围绕第二转轴转动。

对第四步进电动机和/或第五步进电动机的控制例如类似于对至少一个上述步进电动机的控制。由此在按照本发明的方法中附加或备选地规定，通过以作为交流电的第四电动机电流控制操纵所述第四步进电动机，使所述支架元件开始运动。之后，将所述第四电动机电流调节至第四频率和第四振幅。此外，通过减小所述第四电动机电流的第四频率和第四振幅，对所述支架元件的运动进行制动。将所述第四频率在第八可预设时间区间内减小至零。此外，将所述第四振幅在第八可预设时间区间内减小至可预设的第四保持电流的振幅。第四频率和/或第四振幅在第八可预设时间区间内可以骤然地减小(也就是说在第八可预设时间区间内的一个规定的时间点)。在此还备选地规定，在第八可预设时间区间内第四频率和/或第四振幅持续地减小。例如相位错开地向包含在第四步进电动机内的线圈供给第四电动机电流。

附加或备选地规定，通过以作为交流电的第五电动机电流控制操纵所述第五步进电动机，使所述支架元件开始运动。此外附加或备选地，将所述第五电动机电流调节至第五频率和第五振幅。此外，通过减小所述第五电动机电流的第五频率和第五振幅，对所述支架元件的运动进行制动，其中，将所述第五频率在第九可预设时间区间内减小至零，并且其中，将所述第五振幅在第九可预设时间区间内减小至可预设的第五保持电流的振幅。在此，第五频率和/或第五振幅在第九可预设时间区间内可以骤然地减小(也就是说在第九可预设时间区间内的一个规定的时间点)。在此还备选地规定，在第九可预设时间区间内第五频率和/或第五振幅持续地减小。例如相位错开地向包含在第五步进电动机内的线圈供给第五电动机电流。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，第四频率和/或第四振幅在第十三可预设时间区间内保持恒定。例如附加或备选地规定，第五频率和/或第五振幅在第十四可预设时间区间内保持恒定。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，所述支架元件的起始运动包括在第十可预设时间区间内的加速。在第十可预设时间区间内，对具有第四加速频率和第四加速振幅的所述第四电动机电流进行控制。所述第四加速频率和所述第四加速振幅在第十可预设时间区间内例如通过升高而发生变化，直至被调整到所述第四频率和所述第四振幅。所述第四频率大于所述第四加速频率并且所述第四振幅大于所述第四加速振幅。在实施例中规定，在第十可预设时间区间内持续或骤然地改变第四加速振幅。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，所述支架元件的起始运动包括在第十五可预设时间区间内的加速。在第十五可预设时间区间内，对具有第五加速频率和第五加速振幅的所述第五电动机电流进行控制。所述第五加速频率和所述第五加速振幅在第十五可预设时间区间内例如通过升高而发生变化，直至被调整到所述第五频率和所述第五振幅。所述第五频率大于所述第五加速频率并且所述第五振幅大于所述第五加速振幅。在实施例中规定，在第十五可预设时间区间内持续或骤然地改变第五加速振幅。

在此明确指出，至少两个、例如所有上述步进电动机可以被设计为相同的。例如附加或备选地规定，至少两个上述步进电动机(例如所有上述步进电动机)以相同的电动机电流运行。例如至少两个上述时间区间也可以是相同的。

在按照本发明的方法的另一个实施方式中附加或备选地规定，测量支架元件的位置并且把通过该测量确定的支架元件的位置用于控制至少一个上述步进电动机。为此规定，粒子射线设备具有至少一个用于测量支架元件的位置的测量装置和至少一个控制单元，用于通过控制至少一个上述步进电动机调整支架元件的位置。该实施例例如可以实现对支架元件的位置的标准控制。对此备选地规定，对支架元件的位置实现被标准的控制。

本发明还涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码可加载(或已加载)到粒子射线设备的控制处理器内，并且在所述粒子射线设备的控制处理器内运行时如此控制，使得能够执行具有至少一个上述方法步骤或者至少两个上述方法步骤的组合的方法。

本发明还涉及一种粒子射线设备，其具有至少一个用于产生粒子射线的射线发生器；至少一个用于在物体上聚焦粒子射线的物镜；至少一个检测器，用于检测当所述粒子射线射在所述物体上时所产生的相互作用的粒子和/或相互作用的射线；至少一个用于安置所述物体的支架元件和至少一个用于移动所述支架元件的步进电动机。此外，所述粒子射线设备还具有至少一个控制处理器，其具有具备至少一个上述技术特征的计算机程序产品。所述粒子射线设备例如具有至少一个测量装置用于测量支架元件的位置，和至少一个控制单元，用于通过控制至少一个上述步进电动机调整支架元件的位置。

此外本发明还涉及一种粒子射线设备，其具有至少一个用于产生粒子射线的射线发生器；至少一个用于在物体上聚焦粒子射线的物镜；至少一个检测器，用于检测当所述粒子射线射在所述物体上时所产生的相互作用的粒子和/或相互作用的射线；至少一个用于安置所述物体的支架元件和至少一个用于移动所述支架元件的步进电动机。如此配置所述粒子射线设备、例如粒子射线设备的控制处理器，使得通过以作为交流电的第一电动机电流控制操纵所述第一步进电动机，使所述支架元件开始运动；将所述第一电动机电流调节至第一频率和第一振幅；并且通过减小所述第一电动机电流的第一频率和第一振幅，对所述支架元件的运动进行制动，其中，将所述第一频率在第一可预设时间区间内减小至零，并且其中，将所述第一振幅在第一可预设时间区间内减小至可预设的第一保持电流的振幅。所述粒子射线设备的实施例规定，如此配置所述粒子射线设备，使得能够执行具有至少一个上述方法步骤或者至少两个上述方法步骤的组合的方法。

附图说明

下面根据附图借助实施例详细说明本发明。在附图中：

图1示出粒子射线设备的示意图；

图2示出试验台形式的支架元件的示意图；

图3示出根据图2的支架元件的另一示意图；

图4示出步进电动机的速度的曲线变化示意图；

图5示出步进电动机的电动机电流的示意图；和

图6示出步进电动机的电动机电流的另一示意图。

具体实施方式

图1示出粒子射线设备的粒子射线柱1的示意图，其被设计为电子束柱，并且基本上与电子扫描显微镜的电子束柱相符。但是在此明确指出，本发明不限于电子扫描显微镜。而是，本发明可以用于各种粒子射线设备，特别用于离子束设备。

粒子射线柱1具有光学轴线1a、电子源2(阴极)形式的射线发生器、引出电极3和阳极，它们同时构成射线导管5的末端。例如电子源2是热场发射极。从电子源2发出的电子由于电子源2和阳极4之间的电位差而向阳极电位加速。由此提供了电子射线形式的粒子射线。

此外粒子射线柱1具有物镜6。该物镜6具有钻孔，射线导管5被引导通过该钻孔。此外物镜6具有极靴7，其内安置有线圈8。

在射线导管5后面接入一个静电延迟装置。该装置由单电极9和管式电极10组成。管式电极10紧靠射线导管5的与支架元件11相邻的末端。关于支架元件11下面还将详细说明。管式电极10与射线导管5一起位于阳极电位。与此相反，单电极9以及安置在支架元件11上的试样位于相对于阳极电位较低的电位。以这种方式，粒子射线的电子能够被减缓至所希望的为检查安置在支架元件11上的试样所需要的能量。此外，粒子射线柱1具有扫描装置12，通过该扫描装置12能够偏转粒子射线并且在安置于支架元件11上的试样之上进行扫描。

为形成图像，借助安置在射线导管5内的检测器13检测二次电子和/或背向散射电子，这种电子由于粒子射线与安置在支架元件上的试样的相互作用而产生。由检测器13产生的信号为了形成图像而传输至电子单元(未示出)。

下面详细说明支架元件11。如图2和2所示，支架元件11被设计为可移动的试验台。在此已指出，本发明不限于这里描述的支架元件11。而是，本发明可以提供可移动支架元件的各种设计方案。

所示支架元件11具有试样支座14，试样安置于其上。设计为试验台的支架元件11具有运动元件，其如此保证支架元件11的移动，使得能够借助粒子射线检测试样上的一个感兴趣的区域。运动元件在图2和3中示意表示并在下面说明。

支架元件11在试样舱的外壳16上具有第一运动元件18，支架元件11安置在所述试样舱内并且该试样舱与粒子射线柱1(未图示)相连接。使用第一运动元件18能够使支架元件11沿z轴(第一平移轴)运动。此外提供第二运动元件15。该第二运动元件15能够使支架元件11围绕第一转轴17旋转，第一转轴17也称倾斜轴(第一转轴)。该第二运动元件15用于使安置在试样支座14内的试样围绕第一转轴17发生斜置。

在第二运动元件15上还安置有第三运动元件19，其被设计为用于滑块的导轨并且保证支架元件11沿x方向运动(第二平移轴)。上述滑块又是另一个运动元件，亦即第四运动元件20。第四运动元件20这样构造，使得支架元件11沿y方向可移动(第三平移轴)。为此，第四运动元件20具有导轨，在该导轨内导引另一个在其上设置有试样支座14的滑块。

试样支座14还设计有第五运动元件21，其能够使试样支座14围绕第二转轴22旋转(第二转轴)。第二转轴22垂直于第一转轴17定向。

根据上述安置方式，在此讨论的实施例中的支架元件11具有以下运动学耦合：第一运动元件18(沿z轴运动)、第二运动元件15(围绕第一转轴17转动)、第三运动元件19(沿x轴运动)、第四运动元件20(沿y轴运动)、第五运动元件21(围绕第二转轴22转动)。

在另一个(这里未图示)实施例中规定，提供另外的运动元件，使得能够沿另外的平移轴和/或另外的转轴运动。

如从图3所见，上述每一个运动元件都和一个步进电动机相连接。这样，第一运动元件18与第一步进电动机M1连接并且凭借第一步进电动机M1提供的驱动力被驱动。第二运动元件15与驱动第二运动元件15的第二步进电动机M2连接。第三运动元件19又与第三步进电动机M3连接。该第三步进电动机M3提供用于驱动第三运动元件19的驱动力。第四运动元件20与第四步进电动机M4连接，其中第四步进电动机M4驱动第四运动元件20。此外，第五运动元件21与第五步进电动机M5连接。第五步进电动机M5提供驱动第五运动元件21的驱动力。

通过控制单元23控制上述步进电动机M1至M5(参见图1和3)。控制单元23具有存储单元24，其内加载计算机程序产品，该计算机程序产品执行如下所述的方法。

控制单元23与操控单元(未图示)连接，该操控单元控制被设计为试验台的支架元件11的位置。在此，例如可以通过操控单元输入支架元件11的新位置，从而输入试样的新位置。在输入指令后，支架元件11执行所述的用于控制步进电动机的方法运行到预设的新位置。为此，根据支架元件11所需要的移动行程或者所需要的角度变化，在已知驱动器步宽的情况下(亦即计算相关步进电动机M1至M5的每一次步进的移动距离或倾斜角度)，计算出每个步进电动机M1至M5为到达新位置所需要的步进个数。接着确定，应该在哪些步数内对支架元件11进行加速并且由此使每个步进电动机M1至M5的电动机电流的振幅提升，以及应该在哪些步数内对支架元件11进行减速并且由此使每个步进电动机M1至M5的电动机电流的振幅降低到各自的保持电流。然后行驶到该新位置。

现在借助图4到6根据对第一步进电动机M1的控制举例说明本方法。对另外的步进电动机M2到M5的控制类似对第一步进电动机M1的控制。

图4示出步进电动机M1从而还有第一运动元件18在一定时间内的速度的时间变化曲线。图5示出向第一步进电动机M1的一个线圈供给的第一电动机电流I在该一定时间内的变化曲线。第一步进电动机M1具有多个线圈。第一电动机电流I相位错移地被供给至第一步进电动机M1的这些线圈。

首先，在起动时间点t0借助交流电形式的第一电动机电流I通过控制第一步进电动机M1使支架元件11开始移动。移动的开始包括第一步进电动机M1从而还有第一运动元件18在加速阶段Δt₁期间的加速。加速阶段Δt₁是一个由第一时间点t₁到起动时间点t₀之差所获得的时间区间。到第一时间点t₁达到目标速度V1。现在由控制单元23如此调节第一电动机电流I，使得第一电动机电流I在加速阶段Δt₁期间首先具有第一加速频率和第一加速振幅。第一加速频率和第一加速振幅在加速阶段Δt₁期间升高，直至在第一时间点t₁达到第一电动机电流I的第一频率和第一振幅。在根据图5的实施例中，第一电动机电流I的振幅和频率在加速阶段Δt₁期间持续升高，直至达到第一电动机电流I的第一频率和第一振幅。在图6详细示出的另一个实施例中，可选地规定，虽然第一电动机电流I的频率在加速阶段Δt1期间持续升高，直至达到第一频率。然而与此相反地，第一电动机电流I的振幅在一个位于加速阶段Δt₁内的时间点t₅骤然地升高到第一振幅。基本上这是第一电动机电流I的振幅的跃升。在此，所述跃升可以在一步内实现，但也可以多次分级地升高，直至达到第一振幅。

第一步进电动机M1的速度V取决于频率。因此目标速度V1取决于并由第一电动机电流I的第一频率确定。第一电动机电流I的第一加速频率和第一加速振幅的调节如此进行，使得第一频率大于第一加速频率并且使得第一振幅大于第一加速振幅。

在调整阶段Δt₃期间，第一电动机电流I的第一频率和第一振幅保持恒定，使得在调整阶段Δt₃期间第一步进电动机M1具有目标速度V1。调整阶段Δt₃通过第二时间点t₂到第一时间点t₁之差获得。

在第二时间点t₂开始制动阶段Δt₂，其通过第三时间点t₃到第二时间点t₂之差获得。在第三时间点t₃，第一步进电动机M1从而还有支架元件11不再移动。在制动阶段Δt₂期间，通过减小第一电动机电流I的第一频率和同时减小第一振幅对支架元件11的移动进行制动，其中第一频率在整个制动阶段Δt₂持续减小到零。在同一个时间区间内，第一电动机电流I的第一振幅减小到可预设的第一保持电流的振幅。

根据图5所示实施例，在第一步进电动机M1的微步运行方式下，在第一电动机电流I的第一频率减小并被调节至零的整个制动阶段Δt₂中，第一电动机电流I的第一振幅也在改变。第一电动机电流I的第一振幅的改变在该实施例中持续进行。第一振幅在整个制动阶段Δt₂一直这样降低，直到达到保持电流的振幅。在该保持电流下，第一步进电动机M1停止。因此，为到达保持位置对第一电动机电流I的控制还在第一步进电动机M1运动期间就进行，也就是说在第一电动机电流I还具有不为零的频率时就进行。

根据图6所示实施例，第一电动机电流I的第一振幅的改变不是持续地进行，而是在一个位于制动阶段Δt₂内的时间点t₄将第一电动机电流I的振幅从第一振幅降低到保持电流的振幅。基本上这是第一电动机电流I的振幅的跃降。该跃降可以在一步中实现，但也可以多次分级地降低，直至达到保持电流的振幅。在该实施方式中，当第一电动机电流I尚具有不为零的频率时也进行第一电动机电流I的振幅的降低。

如上所述，首先从每一个步进电动机M1至M5的各自的保持电流开始，在加速阶段的规定的步数内升高电动机电流的振幅和频率，直至达到电动机电流的最大振幅和最大频率。然后，在为每一个步进电动机M1至M5的规定的步数内(除去先前为加速和制动规定的步数)，提供具有最大振幅和频率的电动机电流。接着，在为制动支架元件11规定的步数内，重新降低每一个步进电动机M1至M5的电动机电流的振幅和频率，直至电动机电流的振幅重新达到保持电流并且电动机电流的频率达到零，也就是说提供时间上恒定的具有保持电流的振幅的电动机电流。为每一个单个的步进电动机M1至M5为它的每一绕组提供一个电动机电流。为同一步进电动机的不同的绕组提供的电动机电流分别具有相同的振幅和相同的频率，但是彼此相位不同。由此，每一个步进电动机M1至M5能够在制动阶段实现，步进电动机停留在某个微步位置，也就是停留在两个完整步进之间的位置。如果每一个步进电动机M1至M5具有两个绕组，则为每一个绕组提供各自的电动机电流，其具有同一频率，但是在它们之间存在相移。

也就是说如果第一绕组的电流是I1＝A cos ft，则第二绕组的电流是I2＝Acos(ft+phi)，式中A是电流的振幅，f是电流的频率，t是时间，phi是两个电动机电流之间的相移。如果每一个步进电动机M1至M5具有两个以上的绕组，则为每一个绕组提供具有相同振幅和相同频率、但不同相移的电动机电流。在加速阶段和制动阶段内，同一步进电动机的所有电动机电流相同地升高振幅A和频率，或者在制动阶段内相同地降低。在到达保持位置时，电动机电流的振幅A是保持电流的值，并且全部绕组的电动机电流的频率为零。然后在保持阶段内，对每一个步进电动机的每个绕组加载直流电，其中对同一步进电动机的不同的绕组所加载的直流电的强度与相移的余弦相互一致。

上述关于步进电动机M1的方法，如上所述，可以扩展到所有的步进电动机M2到M5。多个步进电动机也可以同时实施所述方法。特别是当控制单元23配备操控单元，其使支架元件11同时沿多个平移轴且围绕转轴进行运动时，可以如此实施。由此，例如操纵杆或滚动球允许同时在x和y方向运动。此外，操纵杆的偏转的强度或者滚动球的转动的速度能够控制步进电动机M1至M5的速度。在此这样规定每个步进电动机M1至M5的保持电流，使得由步进电动机在保持电流下产生的转矩大于被驱动的机械机构为克服机械的静摩擦力所需的起动转矩。保持电流的振幅应同时为行驶电流振幅的25％至70％，优选为40％至60％。

在此，保持电流的振幅如此取值，使得步进电动机在电动机电流的该振幅下能够从该状态起动，并且仅因为保持电流的频率是零，所以保持在静止状态。在从静止状态起动步进电动机时，至少第一微步以相当于保持电流的电流振幅行驶。也就是说首先升高电动机电流的频率，之后是其振幅。反之，对应达到目标位置前的最后的微步又重新以其振幅相当于保持电流的电动机电流行驶。因为在达到保持位置后，电动机电流的振幅不再改变，所以确保即便是步进电动机的微步位置，而电动机也停留在如此调节的位置。

根据图2和3所述的实施例，沿着或者围绕不同的运动轴线运动的起动转矩是不同的，所以不同的步进电动机M1至M5的保持电流的振幅可以不同。然而在全部步进电动机M1至M5中都首先升高电动机电流的振幅，其后步进电动机运行至少一个微步，并且在达到目标位置前执行最后的微步前，就已经将电动机电流的振幅降低至保持电流。

如果同时起动沿着或者围绕多个轴线的运动，则在图2和3所述的实施例中，原则上可以实现两种不同的运行模式，即所谓的标准控制和所谓的路径控制。在标准控制下，根据加速相位为每一个步进电动机M1至M5提供电动机电流的最大可能的频率和振幅。结果是，所有驱动器同时起动。当围绕或者沿着相关轴线的运动到达目标位置时，随后停止每个驱动器。通常，不同的驱动器在不同的时间到达它们的目标位置并停止。在路径控制下，虽然所有激活的驱动器同样同时起动，但是如此相互确定用于不同轴线的电动机电流的频率，使得所有激活的驱动器在相同的时间点到达它们各自的目标位置并停止。

除上述新位置的参数外，还可以通过操控单元预先选择希望的支架元件11和试验台的运行速度。除通过输入例如位置和速度控制试验台外，优选还可以为操控单元装备用于位置控制的操纵杆、滚动球、按键或类似操作元件。借助该操控单元既能够起动和终止运动，也能够预设运动方向和速度。但是无论如何都在开始运动时，也就是当操作元件从静止位置转换到行驶位置时，首先升高相应受控电动机电流的频率然后升高振幅，直到电动机电流的频率和振幅都达到最大值。同样当操作元件重新到达静止位置时，既降低电动机电流的频率也降低振幅，直到电动机电流重新回到保持电流的振幅且频率为零，亦即电动机电流重新作为直流电。在此在起动时的第一微步和静止状态前的最后的微步也具有与相应保持电流相符的相应电动机电流的振幅。

本发明能够使每一个步进电动机M1至M5(从而还有支架元件11)停留在希望的位置并且不再在下一整步的方向上出现该步进电动机的任何移动。此外本发明能够使步进电动机M1至M5不被过高地加热。

附图标记列表

1  粒子射线设备的粒子射线柱

1a 光学轴线

2  电子源

3  引出电极

4  阳极

5  射线导管

6  物镜

7  极靴

8  线圈

9  单电极

10 管式电极

11 支架元件

12 扫描装置

13 检测器

14 试样支座

15 第二运动元件

16 外壳

17 第一转轴

18 第一运动元件

19 第三运动元件

20 第四运动元件

21 第五运动元件

22 第二转轴

23 控制单元

24 存储单元

M1 第一步进电动机

M2 第二步进电动机

M3 第三步进电动机

M4 第四步进电动机

M5 第五步进电动机

Claims (21)

1.一种用于调整安置在粒子射线设备(1)内的支架元件(11)的位置的方法，其中，

-所述支架元件(11)设计用于支承物体，

-所述粒子射线设备(1)具有至少一个用于产生粒子射线的射线发生器(2)和至少一个用于聚焦粒子射线的物镜(6)，并且其中

-所述支架元件(11)设计借助至少一个第一步进电动机(M1至M5)可运动，

其中，所述方法具有如下步骤：

-通过以作为交流电的第一电动机电流(I)操纵控制所述第一步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第一电动机电流(I)调节至第一频率和第一振幅，和

-通过减小所述第一电动机电流(I)的第一频率和第一振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第一频率在第一可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第一振幅在第一可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第一保持电流的振幅。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

-所述支架元件(11)的起始运动包括在第二可预设时间区间(Δt₁)内的加速，和其中

-在第二可预设时间区间(Δt₁)内，对具有第一加速频率和第一加速振幅的所述第一电动机电流(I)进行控制，其中，所述第一加速频率和所述第一加速振幅在第二可预设时间区间(Δt₁)内发生变化，直至被调整到所述第一频率和所述第一振幅，其中，所述第一频率大于所述第一加速频率并且所述第一振幅大于所述第一加速振幅。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一频率和/或所述第一振幅在第三可预设时间区间(Δt₃)内保持恒定。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，

-使所述支架元件(11)沿至少一个第一平移轴(x轴线)移动，和/或

-使所述支架元件(11)沿至少一个第二平移轴(y轴线)移动，和/或

-使所述支架元件(11)沿至少一个第三平移轴(z轴线)移动。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一平移轴(x轴线)和所述第二平移轴(y轴线)相互垂直定向。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一平移轴(x轴线)、所述第二平移轴(y轴线)和/或所述第三平移轴(z轴线)相互垂直定向。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，

-使所述支架元件(11)围绕至少一个第一转轴(17)转动，和/或

-使所述支架元件(11)围绕至少一个第二转轴(22)转动。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一转轴(17)和所述第二转轴(22)相互垂直定向。

9.根据权利要求4和上述权利要求之一所述的方法，其中，

-借助所述第一步进电动机(M1至M5)使所述支架元件(11)沿所述第一平移轴(x轴线)移动，和/或

-借助第二步进电动机(M1至M5)使所述支架元件(11)沿所述第二平移轴(y轴线)移动，和/或

-借助第三步进电动机(M1至M5)使所述支架元件沿所述第三平移轴(z轴线)移动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法具有如下步骤：

-通过以作为交流电的第二电动机电流(I)控制操纵所述第二步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第二电动机电流(I)调节至第二频率和第二振幅，

-通过减小所述第二电动机电流(I)的第二频率和第二振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第二频率在第四可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第二振幅在第四可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第二保持电流的振幅，

-通过以作为交流电的第三电动机电流(I)控制操纵所述第三步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第三电动机电流(I)调节至第三频率和第三振幅，和

-通过减小所述第三电动机电流(I)的第三频率和第三振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第三频率在第五可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第三振幅在第五可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第三保持电流的振幅。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

-所述支架元件(11)的起始运动包括在第六可预设时间区间(Δt₁)内的加速，和其中

-在第六可预设时间区间(Δt₁)内，对具有第二加速频率和第二加速振幅的所述第二电动机电流(I)进行控制，其中，所述第二加速频率和所述第二加速振幅在第六可预设时间区间(Δt₁)内发生变化，直至被调整到所述第二频率和所述第二振幅，其中，所述第二频率大于所述第二加速频率并且所述第二振幅大于所述第二加速振幅。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，

-所述支架元件(11)的起始运动包括在第七可预设时间区间(Δt₁)内的加速，和其中

-在第七可预设时间区间(Δt₁)内，对具有第三加速频率和第三加速振幅的所述第三电动机电流(I)进行控制，其中，所述第三加速频率和所述第三加速振幅在第七可预设时间区间(Δt₁)内发生变化，直至被调整到所述第三频率和所述第三振幅，其中，所述第三频率大于所述第三加速频率并且所述第三振幅大于所述第三加速振幅。

13.根据权利要求10到12之一所述的方法，其中，

-所述第二频率和/或所述第二振幅在第十一可预设时间区间(Δt₃)内保持恒定，和/或其中

-所述第三频率和/或所述第三振幅在第十二可预设时间区间(Δt₃)内保持恒定。

14.根据上述权利要求之一所述的方法，但是始终与权利要求7或8结合，其中，

-借助第四步进电动机(M1至M5)使支架元件(11)围绕第一转轴(17)转动，和/或其中

-借助第五步进电动机(M1至M5)使支架元件(11)围绕第二转轴(22)转动。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法具有如下步骤：

-通过以作为交流电的第四电动机电流(I)控制操纵所述第四步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第四电动机电流(I)调节至第四频率和第四振幅，

-通过减小所述第四电动机电流(I)的第四频率和第四振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第四频率在第八可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第四振幅在第八可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第四保持电流的振幅，

-通过以作为交流电的第五电动机电流(I)控制操纵所述第五步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第五电动机电流(I)调节至第五频率和第五振幅，和

-通过减小所述第五电动机电流(I)的第五频率和第五振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第五频率在第九可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第五振幅在第九可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第五保持电流的振幅。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，

-所述第四频率和/或所述第四振幅在第十三可预设时间区间(Δt₃)内保持恒定，和/或其中

-所述第五频率和/或所述第五振幅在第十四可预设时间区间(Δt₃)内保持恒定。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，

-所述支架元件(11)的起始运动包括在第十可预设时间区间(Δt₁)内的加速，和其中

-在第十可预设时间区间(Δt₁)内，对具有第四加速频率和第四加速振幅的所述第四电动机电流(I)进行控制，其中，所述第四加速频率和所述第四加速振幅在第十可预设时间区间(Δt₁)内发生变化，直至被调整到所述第四频率和所述第四振幅，其中，所述第四频率大于所述第四加速频率并且所述第四振幅大于所述第四加速振幅。

18.根据权利要求15到17之一所述的方法，其中，

-所述支架元件(11)的起始运动包括在第十五可预设时间区间(Δt₁)内的加速，和其中

-在第十五可预设时间区间(Δt₁)内，对具有第五加速频率和第五加速振幅的所述第五电动机电流(I)进行控制，其中，所述第五加速频率和所述第五加速振幅在第十五可预设时间区间(Δt₁)内发生变化，直至被调整到所述第五频率和所述第五振幅，其中，所述第五频率大于所述第五加速频率并且所述第五振幅大于所述第五加速振幅。

19.一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码可加载到粒子射线设备(1)的控制处理器(23)内并且在所述粒子射线设备(1)的控制处理器(23)内运行时如此控制，使得实施如上述权利要求之一所述的方法。

20.一种粒子射线设备(1)，具有：

-至少一个用于产生粒子射线的射线发生器(2)，

-至少一个用于在物体上聚焦粒子射线的物镜(6)，

-至少一个检测器(13)，用于检测当所述粒子射线射在所述物体上时所产生的相互作用的粒子和/或相互作用的射线，

-至少一个用于安置所述物体的支架元件(11)，和至少一个用于移动所述支架元件(11)的步进电动机(M1至M5)，以及

-至少一个控制处理器(23)，其具有如权利要求19所述的计算机程序产品。

21.一种粒子射线设备(1)，具有：

-至少一个用于产生粒子射线的射线发生器(2)，

-至少一个用于在物体上聚焦粒子射线的物镜(6)，

-至少一个检测器(13)，用于检测当所述粒子射线射在所述物体上时所产生的相互作用的粒子和/或相互作用的射线，

-至少一个用于安置所述物体的支架元件(11)，和至少一个用于移动所述支架元件(11)的步进电动机(M1至M5)，

其中，如此配置所述粒子射线设备(1)，使得

-通过以作为交流电的第一电动机电流(I)控制操纵所述第一步进电动机(M1至M5)，使所述支架元件(11)开始运动，

-将所述第一电动机电流(I)调节至第一频率和第一振幅，和

-通过减小所述第一电动机电流(I)的第一频率和第一振幅，对所述支架元件(11)的运动进行制动，其中，将所述第一频率在第一可预设时间区间(Δt₂)内减小至零，并且其中，将所述第一振幅在第一可预设时间区间(Δt₂)内减小至可预设的第一保持电流的振幅。

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