CN108526675A - 一种电子束设备的自动聚焦装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子束设备的自动聚焦装置，所述装置包括：发射单元，所述发射单元用于在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；获取单元，所述获取单元用于根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值，由此，避免电子束散射以及折射导致的测量不准确的问题，提高了测量精度。

Description

一种电子束设备的自动聚焦装置及方法

技术领域

本发明涉及电子加工设备技术领域，具体涉及一种电子束设备的自动聚焦装置及方法。

背景技术

电子束是是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25-300kV)加速电场作用下被加速至很高的速度(0.3-0.7倍光速)，经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流，其具有高能量密度。

电子束焊接因具有高能量、高功率密度(104～108W/cm2)、不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使工件焊接处熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。

聚焦电流是电子束焊接过程中一个非常重要的参数，调节聚焦电流可以控制电子束的焦点相对于工件的位置。焊接时，调节工艺参数时首先要确定焦点位置，再来调节束流品质和其他焊接参数，可见焦点对电子束焊接工艺的影响。

现有电子束聚焦系统分为以下两种：

1、手动找最佳聚焦电流，通过对电子束打在工件表面反射电子的明暗度，然后通过图像传感器(Charged Coupled Device，CCD)进行观察，找出最亮的反射点，记录当前的聚焦电流，以此作为最佳聚焦电流。此方法找出来的最佳聚焦电流值，很大程度上会受人眼的主观影响，结果不够准确。

2、通过传感器对电子束打在工件表面反射的电子进行监测接收，然后对接收结果进行放大比对计算，取其中的最大反射电子量对应的聚焦电流值，以此作为最佳聚焦电流。此方法较手动找焦点准确度有所提高，但是由于电子束在真空腔室内的散射以及可折射特性，会使位于真空室顶部的传感器接收到的值有一定波动误差，存在结果不够精确的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子束设备的自动聚焦装置及方法，用以解决现有的聚焦电流不够准确的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电子束设备的自动聚焦装置，所述装置包括：

发射单元，所述发射单元用于在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；

获取单元，所述获取单元用于根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

优选的，所述发射单元还用于，在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；

所述获取单元还用于，根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；

修正单元，所述修正单元用于根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

优选的，所述修正单元具体用于：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。

优选的，所述修正单元具体用于：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。

第二方面，本发明提供了一种电子束设备的自动聚焦方法，所述电子束设备的自动聚焦方法包括：

在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；

根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

优选的，所述方法之后还包括：

在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；

根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；

根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

优选的，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值，具体包括：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。

优选的，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最佳聚焦值，具体包括：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。

本发明具有如下优点：

避免电子束散射以及折射导致的测量不准确的问题，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电子束设备的自动聚焦装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电子束设备的自动聚焦方法流程示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1为本发明实施例提供的电子束设备的自动聚焦装置结构示意图。如图1所示，该电子束设备的自动聚焦装置包括发射单元110、获取单元120。

发射单元110用于在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上。

获取单元120，所述获取单元用于根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

进一步地，所述发射单元110还用于，在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；

所述获取单元120还用于，根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；

修正单元130，所述修正单元130用于根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

进一步地，所述修正单元130具体用于：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。进一步地，所述修正单元130具体用于：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。

由此，避免电子束散射以及折射导致的测量不准确的问题，提高了测量精度。

实施例2

图2为本发明实施例提供的电子束设备的自动聚焦方法流程示意图。如图2所示，所述电子束设备的自动聚焦方法包括以下步骤：

在此之前，需要准备好电子束，并保证稳定的真空条件，将高压固定在需要的电压值，利用十字对中系统将十字插线与电子束完全重合，然后将能量测试仪的测试小孔对准十字插线，确保电子束完全覆盖小孔。

步骤210，在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上。

其中，将小孔放置在电子束设备的真空仓中，在预设的第一高度，电子束设备以第一电流向小孔发射电子束。第一高度可以是当前的焊接高度，也可以是后期需要用到的焊接高度。第一电流可以是小电流，比如150KV的电子枪(即电子束设备)的最大电流值为10mA，60KV的电子枪最大电流为25mA。由于第一电流设置的比较小，可以避免对小孔的破坏。

小孔的直径可以是50微米。

步骤220，根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

能量测试仪的可以选用市场上的能量测试仪，在不同的聚焦电流下，能量测试仪可以对通过小孔的电子量进行接收并绘制能量曲线。

由此，可以通过能量测试仪，直观的确定峰值对应的电流值，由此，在焊接时，可以以该电流值进行焊接，提高了效率，减少了焊接区域偏移、表面成型不好等风险。

在确定第一最佳聚焦值之后，还可以对该第一最佳聚焦值进行修正，以进一步提高准确性。以下将如何对第一最佳聚焦值修订进行描述。

在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

第N电子束和第一电子束的电流不同，比如，第一电子束的电流值可以是2mA，然后，以2mA递增，多次测量。

在一个示例中，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值，具体包括：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。

比如，当N为二时，可以设定第一最佳聚焦值的权重系数为0.8，第N最佳权重值的吸收为0.2。当N为三时，第一最佳权重值的权重系数可以为0.8，第二最佳权重值的系数可以为0.1，第三最佳权重值的系数可以为0.1。

在另一个示例中，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最佳聚焦值，具体包括：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。

此时，可以将多个最佳聚焦值相加，然后除以测量次数。确定好后最终的最佳聚焦值后，可以将该最终的最佳聚焦值传送给可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)，便于后续根据该最终的最佳聚焦值进行比如焊接等工作。

通过修订，使得最终最佳聚焦值更加准确。由此，通过利用能量测试仪绘制能量曲线，避免电子束散射以及折射导致的测量不准确的问题，提高了测量精度。

需要说明的是，在一个高度的最终聚焦值，为一个数值，不同高度的最终聚焦值，是不相同的。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种电子束设备的自动聚焦装置，其特征在于，所述装置包括：

发射单元，所述发射单元用于在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；

获取单元，所述获取单元用于根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

2.根据权利要求1所述的电子束设备的自动聚焦装置，其特征在于，所述发射单元还用于，在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；

所述获取单元还用于，根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；

修正单元，所述修正单元用于根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

3.根据权利要求1所述的电子束设备的自动聚焦装置，其特征在于，所述修正单元具体用于：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。

4.根据权利要求1所述的电子束设备的自动聚焦装置，其特征在于，所述修正单元具体用于：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。

5.一种电子束设备的自动聚焦方法，其特征在于，所述电子束设备的自动聚焦方法包括：

在第一高度，向能量测试仪的小孔发射第一电子束，所述能量测试仪生成第一能量曲线；其中，所述第一电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；

根据所述第一能量曲线，获取所述第一能量的峰量值对应的电流值，作为第一最佳聚焦值。

6.根据权利要求5所述的聚焦方法，其特征在于，所述方法之后还包括：

在第一高度，向所述小孔发射第N电子束，所述能量测试仪生成第N能量曲线；其中，所述第N电子束的方向和所述小孔的中心处于同一中心线上；N为任一整数；

根据所述第N能量曲线，获取所述第N能量曲线的峰值对应的电流值，作为第N最佳聚焦值；

根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值。

7.根据权利要求5所述的聚焦方法，其特征在于，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最终的最佳聚焦值，具体包括：

分别为所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重，根据各自得权重计算加权平均值，得到最终的最佳聚焦值。

8.根据权利要求5所述的聚焦方法，其特征在于，所述根据所述第N最佳聚焦值对所述第一最佳聚焦值进行修正，获得最佳聚焦值，具体包括：

对所述第一最佳聚焦值和所述第N最佳聚焦值设置权重取平均值，得到最终的最佳聚焦值。