CN111261314A - 带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法 - Google Patents

带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法 Download PDF

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CN111261314A CN202010054663.7A CN202010054663A CN111261314A CN 111261314 A CN111261314 A CN 111261314A CN 202010054663 A CN202010054663 A CN 202010054663A CN 111261314 A CN111261314 A CN 111261314A
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Abstract

本发明提供了一种带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，通过建立带电粒子束扫描点合位移与扫描装置的理想n相绕组扫描轴线上相位移的一一对应关系、校正相绕组扫描线偏差、试验建立相绕组相位移数据与相绕组励磁电流的数学关系，推导出扫描点坐标与n相绕组励磁电流指令的数学模型，由励磁电流指令数学模型控制特征扫描线的点扫描，获得点扫描对应的精确聚焦电流指令，建立特征扫描线上扫描点坐标与聚焦电流指令的数学模型，最后推导出扫描域内扫描点坐标与聚焦电流指令的数学模型，完成校准标定工作，扫描系统将按照校准标定数据精确控制带电粒子束扫描轨迹，而聚焦系统将按照校准标定数据同步精确控制每个扫描点的聚焦。

Description

带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法
技术领域
本发明涉及带电粒子束加工设备技术领域，更具体的说是涉及一种带电 粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法。
背景技术
带电粒子束加工设备常采用磁扫描装置控制粒子束在二维平面上移动。 磁扫描装置呈轴对称结构，主要由铁磁框架和绕组组成。在粉末床电子束增 材制造设备等要求大广角精确扫描设备中，磁扫描装置绕组量化分布使其内 部磁感应强度分布不均匀的因素造成带电粒子束的附加散焦作用较严重，依 靠聚焦电流补偿难以实现有效的消像散。实践证明多相扫描装置内部磁感应 强度均匀性优于常规两相绕组扫描装置。此外从驱动电路角度看，在每相励 磁电流值域相同时，多相扫描装置扫描区域更大，有利于拓展扫描装置的工 作宽频。因此在需要大广角精确扫描的带电粒子束加工设备中，采用多相扫 描装置更为有利。
但是现有校正方法对于多相绕组扫描装置来说，电子束斑点中心对准试 验板上特征点孔的操作复杂；另外在大广角偏转时，试验板上特征点孔与电 子束轴线严重不同轴，势必造成较大的试验误差；多相绕组扫描装置合励磁 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，将造成扫描位置与消像散聚焦电流补偿数值的不确定性。 总之，多相绕组扫描装置的聚焦系统的补偿问题更为复杂，难度更大。
因此，如何实现扫描系统，特别是多相扫描装置的扫描场中各扫描点的 消像散聚焦电流补偿数值快速精准地校准标定是本领域技术人员亟需解决的 问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方 法，快速有效地建立带电粒子束在工作平面上每一扫描点的精确聚焦电流值， 实现带电粒子束扫描过程的消像散。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
扫描装置为n(n为不小于2的整数)相绕组，调节所述扫描装置的位置， 使得在加工平面上所述扫描装置的第1相绕组扫描轴线与直角坐标系的x轴 重合，按逆时针依次定义所述扫描装置上所述第1相、第2、…、第n相绕组 的相序号，所述第1相、第2、…、第n相绕组扫描轴线与所述x轴的夹角分 别为
Figure BDA00023723885100000221
其中
Figure BDA00023723885100000222
所述扫描装置的绕组不通电时在工作平面 上带电粒子束的中心位置定义为带电粒子束的原始位置，所述原始位置定义 为所述工作平面上直角坐标系的原点(0，0)，所述扫描装置的绕组通电时在工作 平面上带电粒子束中心位置的直角坐标(x，y)定义为所述带电粒子束的扫描 点坐标(x，y)，所述扫描点相对于所述原点的位移定义为所述带电粒子束在所 述工作平面上的合位移
Figure BDA0002372388510000021
所述合位移
Figure BDA0002372388510000022
的幅值为A，所述合位移
Figure BDA0002372388510000023
与x轴的 夹角为θ。所述扫描装置的理想n相绕组轴线呈对称分布，定义所述第1相绕 组扫描轴线、所述理想第1相绕组扫描轴线、所述x轴等三线重合，当n为 奇数时，所述理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴线与x轴的夹 角
Figure BDA0002372388510000024
分别为0、
Figure BDA0002372388510000025
当n为偶数时，所述理想第 1、理想第2、理想第n相绕组扫描轴线与x轴的夹角
Figure BDA0002372388510000026
分别为
Figure BDA0002372388510000027
由于制造工艺制约，所述第i相绕组扫描轴线与x轴的 夹角
Figure BDA0002372388510000028
与所述理想第i相绕组扫描轴线与x轴的夹角
Figure BDA0002372388510000029
存在偏差。定义第i(i＝1、 2、…、n)相绕组励磁电流指令为
Figure BDA00023723885100000210
对应于所述励磁电流指令
Figure BDA00023723885100000211
在工作平面 上带电粒子束的中心在第i相绕组扫描轴线上偏离所述原始位置的位移定义 为第i相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000212
定义λi为第i相绕组相位移数据，第i相 绕组扫描轴线与x轴的夹角为
Figure BDA00023723885100000213
则
Figure BDA00023723885100000214
j为单位虚数；定义理想第i相 绕组励磁电流指令为
Figure BDA00023723885100000215
对应于所述励磁电流指令
Figure BDA00023723885100000216
在工作平面上带电粒子束 的中心在理想第i相绕组扫描轴线上偏离所述原始位置的位移定义为理想第i 相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000217
定义λ'i为理想第i相绕组相位移数据，理想第i 相绕组扫描轴线与x轴的夹角为
Figure BDA00023723885100000218
则
Figure BDA00023723885100000219
一种带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，包括如下步骤：
步骤1：建立带电粒子束在工作平面上扫描点偏移原点(0，0)的合位移
Figure BDA00023723885100000220
与 扫描装置的理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000031
之间的一一对应 关系
Figure BDA0002372388510000032
步骤2：建立所述扫描装置的n相绕组相位移数据λ1、λ2、…、λn与理想 n相绕组相位移数据λ'1、λ'2、…、λ'n之间的数学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，...，λ'n)， 由所述数学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，…，λ'n)及所述步骤1中的所述对应关系
Figure BDA0002372388510000033
推导出所述合位移
Figure BDA0002372388510000034
与n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000035
之 间的一一对应关系
Figure BDA0002372388510000036
步骤3：建立所述扫描装置的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000037
与所 述带电粒子束在所述工作平面上扫描点坐标(x，y)的对应关系
Figure BDA0002372388510000038
2、…、n；
步骤4：根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure BDA0002372388510000039
控制所述带电粒子 束在所述工作平面上定义的特征扫描线上移动，获取第σ特征扫描线上有限目 标点对应的精确聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000310
由所述目标点的所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000311
建立 所述第σ特征扫描线上所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000312
与所述扫描点坐标(x，y)之间对应 关系的特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100000313
步骤5：根据所述步骤4中的所述特征线扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100000314
由线 到面建立所述带电粒子束在所述工作平面上扫描域内所述聚焦电流指令F*与 所述扫描点坐标(x，y)之间对应关系的扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)，从而完成 所述带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定工作。
优选的，所述扫描系统包括中央控制器、扫描驱动电源和所述扫描装置； 所述中央控制器连接所述扫描驱动电源，所述扫描驱动电源连接所述扫描装 置；所述扫描装置安装在带电粒子束发生器的出口端，所述扫描装置包含n 相绕组；所述带电粒子束发生器产生的所述带电粒子束经过所述扫描装置投 射至所述工作平面上，在所述工作平面上形成扫描轨迹；所述扫描驱动电源 根据所述中央控制器发送的所述n相绕组励磁电流指令产生n相励磁电流， 令所述扫描装置控制所述带电粒子束在所述工作平面上移动。
优选的，所述聚焦系统包括聚焦驱动电源和聚焦装置；所述中央控制器 连接所述聚焦驱动电源，所述聚焦驱动电源连接所述聚焦装置；所述带电粒 子束发生器产生的所述带电粒子束经过所述聚焦装置后在所述工作平面上汇 聚成一束斑；所述中央控制器通过所述聚焦驱动电源控制所述聚焦装置绕组 励磁电流的大小，改变所述带电粒子束在所述工作平面上所述束斑的大小。
优选的，所述步骤1中所述带电粒子束在所述工作平面上所述扫描点偏 移所述原始(0，0)的合位移为
Figure BDA0002372388510000041
则
Figure BDA00023723885100000412
获得所述步骤1中的所述一一对应关系
Figure RE-GDA0002440322930000043
的方法，是将所述合位 移
Figure RE-GDA0002440322930000044
按圆形扫描轨迹原则分解成所述理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure RE-GDA0002440322930000045
Figure RE-GDA0002440322930000046
的组合，具体步骤为：将所述合位移
Figure RE-GDA0002440322930000047
的末端看作以幅值A为半 径的所述圆形扫描轨迹上的一点，则
Figure BDA0002372388510000047
优选的，获得所述步骤1中的所述一一对应关系
Figure BDA0002372388510000048
的另一方法， 是将所述合位移
Figure BDA0002372388510000049
按正2n边形扫描轨迹原则分解成所述理想n相绕组扫描轴 线上相位移
Figure BDA00023723885100000410
的组合，具体步骤为：
步骤11：将所述工作平面分成2n个扇区，每一个扇区的所占角度为
Figure BDA00023723885100000411
扇区号从所述第1相扫描轴线开始按逆时针依次定义为第1扇区、第2扇 区、…、第2n扇区，当n为奇数时，所述理想n相绕组扫描轴线为所述扇区 的分界线，当n为偶数时，所述理想n相绕组扫描轴线为所述扇区的平分线；
步骤12：将所述合位移
Figure BDA0002372388510000051
的末端看作正2n边形扫描轨迹上的点，所述合 位移
Figure BDA0002372388510000052
位于第k(k＝1，2，…，2n)扇区内，过所述合位移
Figure BDA0002372388510000053
末端作所述第k 扇区平分线的垂线，所述垂线与所述第k扇区的两分界线分别相交，两个所 述交点连线为所述第k扇区内正2n边形的边，所述正2n边形边矢量的正方 向定义为逆时针旋转方向，所述第k扇区内的所述边矢量必平行且仅平行于1 条所述理想n相绕组扫描轴线，与所述边矢量平行的所述理想n相绕组的扫 描轴线定义为所述第k扇区的所述边矢量的平行扫描轴线，所述理想n相绕 组的其余扫描轴线定义为所述第k扇区的所述边矢量的非平行扫描轴线；
步骤13：所述合位移
Figure BDA0002372388510000054
与所述第k扇区的平分线的夹角为γ，所述第k扇 区内所述合位移
Figure BDA0002372388510000055
在理想n相绕组的非平行扫描轴线上相位移数据的幅值都 相等为α，所述合位移
Figure BDA0002372388510000056
在平行扫描轴线上相位移数据β与所述夹角γ有关，即
Figure BDA0002372388510000057
步骤14：当所述非平行扫描轴线正方向与所述第k扇区平分线的射线处 在所述平行扫描轴线同侧，则所述非平行扫描轴线上相位移数据为α；当所述 非平行扫描轴线正方向与所述第k扇区平分线的射线处于所述平行扫描轴线 异侧，则所述非平行扫描轴线上相位移数据为-α；当所述第k扇区内的所述 边矢量与所述平行扫描轴线方向一致时，则所述平行扫描轴线上相位移数据 为β；当所述第k扇区内的所述边矢量与所述平行扫描轴线方向相反时，则所 述平行扫描轴线上相位移数据为-β。
优选的，所述步骤2的具体实现过程如下：
步骤21：在所述工作平面上对所述扫描装置的所述第1、第2、…、第n 相绕组分别进行单独通电扫描试验，然后检测所述第1、第2、…、第n相绕 组扫描轴线与所述第1相绕组扫描轴线的夹角
Figure BDA0002372388510000058
步骤22：理想第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000059
与理想第t相绕组扫描轴线 上相位移
Figure BDA00023723885100000510
可合成分位移
Figure BDA00023723885100000511
且s≠t，所 述分位移
Figure BDA0002372388510000061
实际由第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000062
与第t相绕组扫描轴线上相 位移
Figure BDA0002372388510000063
合成，即
Figure BDA0002372388510000064
由此推导出第s相绕组相位移数据为λs、 第t相绕组相位移数据λt与理想第s相绕组相位移数据λ's、理想第t相绕组相 位移数据λ't之间的关系：
Figure BDA0002372388510000065
步骤23：当n为奇数时，将所述理想第2、理想第3、…、理想第n相绕 组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000066
两两合成分位移，所述理想第2、理想第 3、…、理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000067
都进行且仅进行一 次合成，共生成
Figure BDA0002372388510000068
个所述分位移
Figure BDA0002372388510000069
则所述合位移
Figure BDA00023723885100000610
由所述理想第1相绕组 扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000611
和
Figure BDA00023723885100000612
个所述分位移
Figure BDA00023723885100000613
组合而成，即
Figure BDA00023723885100000614
当n为偶数时，将所述理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴 线上相位移
Figure BDA00023723885100000615
两两合成分位移，所述理想第1、理想第2、…、 理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000616
都进行且仅进行一次合成， 共生成
Figure BDA00023723885100000617
个所述分位移
Figure BDA00023723885100000618
则所述合位移
Figure BDA00023723885100000619
由
Figure BDA00023723885100000620
个所述分位移
Figure BDA00023723885100000621
组合而成，即
Figure BDA00023723885100000622
步骤24：所述合位移
Figure BDA00023723885100000623
实际由所述第1、第2、…、第n相绕组扫描轴线 上相位移
Figure BDA00023723885100000624
合成，即
Figure BDA00023723885100000625
当n为奇数时，所述第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000626
等于所述理想第1 相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100000627
所述合位移
Figure BDA00023723885100000628
所述第s 相绕组相位移数据λs和所述第t相绕组相位移数据λt由所述理想第s相绕组相 位移数据λ's和所述理想第t相绕组相位移数据λ't根据所述步骤22中式(2)计 算获得；
当n为偶数时，所述合位移
Figure BDA0002372388510000071
所述第s相绕组相位移数据λs和所 述第t相绕组相位移数据λt由所述理想第s相绕组相位移数据λ's和所述理想第 t相绕组相位移数据λ't根据所述步骤22中式(2)计算获得。
优选的，所述步骤3的具体实现过程如下：
步骤31：在所述工作平面上对所述扫描装置的所述第1、第2、…、第n 相绕组分别进行单独通电打点试验，打点试验过程所述第i相绕组励磁电流指 令包括m个正指令、零指令和m个负指令，m为不小于2的整数，在所述工 作平面上获得第i相绕组扫描轴线上正负方向上各m个所述带电粒子束的打 点痕迹及所述原点的打点痕迹，测量所述第1相、第2、…、第n相绕组对应 的m个所述励磁电流正指令和m个所述励磁电流负指令对应的2m个打点痕迹中心相对于所述原点的2m个相位移数据，并记录；
步骤32：根据所述步骤31中的所述第i相绕组的2m个所述相位移数据， 建立所述第i相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000072
与所述第i相绕组相位移数据λi之间关系 的数学模型
Figure BDA0002372388510000073
步骤33：根据所述步骤2中的所述对应关系
Figure BDA0002372388510000074
以及所述步骤32中 的所述数学模型
Figure BDA0002372388510000075
计算获得所述合位移
Figure BDA0002372388510000076
对应的所述n相绕组励磁 电流指令
Figure BDA0002372388510000077
建立所述第i相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000078
与所述带电粒 子束在所述工作平面上所述扫描点坐标(x，y)的对应关系
Figure BDA0002372388510000079
优选的，所述步骤4的具体实现过程如下：
步骤41：在所述工作平面上定义ε条所述特征扫描线，ε为不小于2的整 数，所述特征扫描线为过所述原点(0，0)的直线，且ε条所述特征扫描线呈对称 分布，两相邻所述特征扫描线间的夹角为
Figure BDA00023723885100000710
从所述第1相绕组扫描轴线开始 按逆时针依次定义所述特征扫描线序号为第1、第2、…、第ε特征扫描线， 所述第1、第2、…、第ε特征扫描线与所述第1相绕组扫描轴线的夹角分别 为ω1、ω2、…、ωε，第σ特征扫描线方程表达式如下，其中σ＝1、2、…、ε：
Figure BDA00023723885100000711
步骤42：通过试验获取所述第σ特征扫描线上有限点所述扫描点坐标 (x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000712
具体方法为：
在所述第σ特征扫描线上在x轴或y轴的负向和正向各取μ个目标点，所 述μ为不小于2的整数，加上原点则在所述第σ特征扫描线上共有2μ+1个目标 点，从所述x轴或所述y轴的负向到正向定义所述目标点序号分别为第1、第 2、…、第2μ+1目标点，根据所述步骤41中的式(3)计算所述第τ目标点坐 标(xστ，yστ)，根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure BDA0002372388510000081
计算所述第τ目标点 (xστ，yστ)对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000082
其中τ＝1、2、…、 2μ+1；
将金属测试板放置在所述带电粒子束加工设备工作室内，并令所述金属 测试板上平面与所述工作平面等高，启动所述带电粒子束加工设备在恒定加 速电压下小束流工作，所述中央控制器发出所述第τ目标点(xστ，yστ)对应的所述 n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000083
控制所述带电粒子束偏移到所述第σ 特征扫描线上的所述第τ目标点(xστ，yστ)，在所述第τ目标点调节所述聚焦电流 指令使得所述带电粒子束(在金属测试板上处于最佳聚焦状态，记录所述第τ 目标点的所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000084
步骤43：根据步骤42中的所述第σ特征扫描线上2μ+1个所述目标点的所 述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000085
建立所述第σ特征扫描线上聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000086
与所述扫描点 坐标(x，y)之间对应关系的所述特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000087
优选的，所述步骤5中的所述聚焦电流指令与所述扫描点坐标(x，y)之间 对应关系的所述特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000088
基于模拟圆形扫描轨迹推 导得出所述扫描域数学模型
Figure BDA0002372388510000089
的具体实现过程为：
步骤511：所述带电粒子束在所述工作平面上的所述扫描点坐标(x，y)位 于所述第σ特征扫描线上，根据所述步骤43中的所述特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100000810
直接计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000811
步骤512：所述带电粒子束在所述工作平面上的所述扫描点坐标(x，y)位 于所述第σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线之间，以所述原点(0，0)为圆心过所 述扫描点(x，y)作圆弧，所述圆弧与所述第σ特征扫描线和所述第σ+1特征扫描 线分别相交于P、Q两点，由几何关系及所述步骤41中的式(3)计算所述P 点坐标(xP，yP)和所述Q点坐标(xQ，yQ)，根据所述步骤43获得的第σ特征扫描 线数学模型
Figure BDA00023723885100000812
计算所述P点对应的所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000813
根据所述步 骤43获得的第σ+1特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000091
计算所述Q点对应的 所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000092
最后由所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000093
计算所述扫描点(x，y) 的所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000094
优选的，所述步骤5中的所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000095
与所述扫描点坐标(x，y)之 间对应关系的所述特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000096
基于模拟正2ε边形扫描轨 迹推导出所述扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)的具体实现过程为：
步骤521：所述带电粒子束在所述工作平面上的所述扫描点坐标(x，y)位 于所述第σ特征扫描线上，根据所述步骤43中的所述特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000097
直接计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000098
步骤522：所述带电粒子束在所述工作平面上的所述扫描点(x，y)位于所 述第σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线之间，作由所述第σ特征扫描线和所述 第σ+1特征扫描线构成的扇区的平分线，过所述扫描点坐标(x，y)作所述平分 线的垂线，所述垂线与所述第σ特征扫描线和所述第σ+1特征扫描线分别相交 于M、N两点，由几何关系及所述步骤41中的式(3)计算所述M点坐标(xM，yM) 和所述N点坐标(xN，yN)，根据所述步骤43获得的第σ特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000099
计算所述M点对应的所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000910
根据所述步骤43获得 的第σ+1特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100000911
计算所述N点对应的所述聚焦电 流指令
Figure BDA00023723885100000912
最后由所述聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100000913
计算所述扫描点(x，y)的所述聚焦 电流指令
Figure BDA00023723885100000914
优选的，所述带电粒子束加工设备进行加工工作时，所述中央控制器将 所述工作平面上的所述带电粒子束的所述扫描点坐标(x，y)转换成对应的所述 n相绕组励磁电流指令
Figure BDA00023723885100000915
并计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所 述聚焦电流指令F*，控制所述带电粒子束扫描轨迹及焦点，具体实现过程如 下：
步骤61：所述中央控制器将所述带电粒子束的扫描轨迹离散化和数字化， 依次得到所述扫描轨迹上有限扫描点坐标数据；
步骤62：所述中央控制器根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure BDA0002372388510000101
计算每个所述扫描点坐标(x，y)对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000102
Figure BDA0002372388510000103
根据所述步骤5的所述扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)依次计算所述步骤61 中的每个所述扫描点对应的所述聚焦电流指令F*，并依次存储；
步骤63：所述扫描系统根据所述步骤62中的所述n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000104
控制所述带电粒子束在所述工作平面上按所述步骤61中的所 述扫描点依次移动，所述聚焦系统根据所述步骤62中的所述聚焦电流指令F*同步控制所述扫描点的聚焦电流，完成所述轨迹扫描及精确聚焦。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种带 电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，带电粒子束在工作平面上扫描点 偏移原点的合位移
Figure BDA0002372388510000105
与扫描装置的理想n相绕组扫描轴线上相位移的一一对 应关系，由扫描装置的n相绕组扫描轴线的夹角推导n相绕组相位移数据与 理想n相绕组相位移数据的关系，通过试验建立相绕组相位移数据与相绕组 励磁电流的数学关系的基础上，推导出扫描点坐标与n相绕组励磁电流指令 的数学模型，由励磁电流指令数学模型控制特称扫描线的点扫描，试验获得点扫描对应的精确聚焦电流指令，根据点扫描数据建立特称扫描线上扫描点 坐标与聚焦电流指令的数学模型，最后由多条线数学模型推导出扫描域内扫 描点坐标与聚焦电流指令的数学模型，完成校准标定工作，扫描系统将按照 校准标定数据精确控制带电粒子束扫描轨迹，而聚焦系统将按照校准标定数 据同步精确控制每个扫描点的聚焦。
建立n相绕组励磁电流指令与带电粒子束在对应相绕组扫描轴线上相位 移的关系；并获得n相绕组扫描轴线的夹角；然后根据夹角把带电粒子束合 位移的理想n相绕组扫描轴线上相位移校正成n相绕组扫描轴线上相位移； 最后根据相励磁电流指令与相位移的关系、合位移与n相绕组扫描轴线上相 位移的关系，建立带电粒子束合位移与n相绕组励磁电流指令的对应关系， 完成校准标定工作，扫描系统将按照校准标定数据精确控制带电粒子束扫描 轨迹。将多相绕组扫描装置各相扫描轴线分布不对称的复杂校正问题简化为 两相扫描轴线校正问题的组合。对同一台设备运行条件发生变化，各相扫描 轴线分布不对称的问题不需重新校正。
在建立n相绕组励磁电流指令与带电粒子束的扫描点坐标数据关系的过 程中，首先找出扫描点精确偏移定位的方法，然后从特称扫描线的数学模型 推导扫描域的数学模型，解决了多相绕组扫描装置的聚焦系统校准标定难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的聚焦系统校准标定流程示意图；
图2附图为本发明提供的聚焦系统与扫描系统关联示意图；
图3附图为本发明提供的基于模拟圆形扫描轨迹推导聚焦电流指令数学 模型用图；
图4附图为本发明提供的基于模拟正2ε边形扫描轨迹推导聚焦电流指令 数学模型用图；
图5附图为本发明提供的实施例2带方向的特征扫描线示意图；
图6附图为本发明提供的实施例2第σ特征扫描线上聚焦补偿电流指令函 数拟合图。
图2中：1-中央控制器，2-聚焦驱动电源，3-扫描驱动电源，4-聚焦装置， 5-扫描装置，6-带电粒子束发生器，61-带电粒子束，7-工作扫描平面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
带电粒子束加工设备中包括聚焦系统、扫描系统、带电粒子束发生器6 工作平面7等，如图2所示。
扫描系统包括中央控制器1、扫描驱动电源4和扫描装置5；中央控制器 1连接扫描驱动电源4，扫描驱动电源4连接扫描装置5；扫描装置5安装在 带电粒子束发生器6的出口端，扫描装置5包含n相绕组；带电粒子束发生 器6产生的带电粒子束61经过扫描装置6投射至工作平面7上，在工作平面 上7形成扫描轨迹；扫描驱动电源7根据中央控制器1发送的n相绕组励磁 电流指令产生n相励磁电流，令扫描装置5控制带电粒子束61在工作平面7 上移动。
聚焦系统包括聚焦驱动电源2和聚焦装置3；中央控制器1连接聚焦驱动 电源2，聚焦驱动电源2连接聚焦装置3；带电粒子束发生器6产生的带电粒 子束61经过聚焦装置3后在工作平面7上汇聚成一束斑；中央控制器1通过 聚焦驱动电源2控制聚焦装置3绕组励磁电流的大小，改变带电粒子束61在 工作平面上束斑的大小。
扫描装置5为n(n为不小于2的整数)相绕组，调节扫描装置5的位置， 使得在加工平面7上扫描装置5的第1相绕组扫描轴线与直角坐标系的x轴 重合，按逆时针依次定义扫描装置5上第1相、第2、…、第n相绕组的相序 号，第1相、第2、…、第n相绕组扫描轴线与x轴的夹角分别为
Figure BDA0002372388510000121
Figure BDA0002372388510000122
其中
Figure BDA0002372388510000123
扫描装置5的绕组不通电时在工作平面7上带电粒子束61 的中心位置定义为带电粒子束61的原始位置，原始位置定义为工作平面7上直角坐标系的原点(0，0)，扫描装置5的绕组通电时在工作平面7上带电粒子束 61中心位置的直角坐标(x，y)定义为带电粒子束61的扫描点坐标(x，y)，扫描 点相对于原点(0，0)的位移定义为带电粒子束61在工作平面上7的合位移
Figure BDA0002372388510000124
合位移
Figure BDA0002372388510000125
的幅值为A，合位移
Figure BDA0002372388510000126
与x轴的夹角为θ。扫描装置5的理想n相绕组 轴线呈对称分布，定义第1相绕组扫描轴线、理想第1相绕组扫描轴线、x轴 等三线重合，当n为奇数时，理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴线与x轴的夹角
Figure BDA0002372388510000127
分别为0、
Figure BDA0002372388510000128
当n为偶数 时，理想第1、理想第2、理想第n相绕组扫描轴线与x轴的夹角
Figure BDA0002372388510000129
Figure BDA00023723885100001210
分别为0、
Figure BDA00023723885100001211
由于制造工艺制约，第i相绕组扫描轴线与x 轴的夹角
Figure BDA00023723885100001212
与理想第i相绕组扫描轴线与x轴的夹角
Figure BDA00023723885100001213
存在偏差。定义第i(i＝1， 2，…，n)相绕组励磁电流指令为
Figure BDA00023723885100001214
对应于励磁电流指令
Figure BDA00023723885100001215
在工作平面7上 带电粒子束61的中心在第i相绕组扫描轴线上偏离原始位置的位移定义为第 i相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001216
定义λi为第i相绕组相位移数据，第i相绕组扫 描轴线与x轴的夹角为
Figure BDA0002372388510000131
则
Figure BDA0002372388510000132
j为单位虚数；定义理想第i相绕组励 磁电流指令为
Figure BDA0002372388510000133
对应于励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000134
在工作平面上带电粒子束61的中心 在理想第i相绕组扫描轴线上偏离原始位置的位移定义为理想第i相绕组扫描 轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000135
定义λ'i为理想第i相绕组相位移数据，理想第i相绕组扫描 轴线与x轴的夹角为
Figure BDA0002372388510000136
则
Figure BDA0002372388510000137
一种带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，如图1所示，包括如 下步骤：
S1：建立带电粒子束61在工作平面7上扫描点偏移原点的合位移
Figure BDA0002372388510000138
与扫 描装置6的理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000139
之间的一一对应 关系
Figure BDA00023723885100001310
带电粒子束61在工作平面7上扫描点偏移原始(0，0)的合位移为
Figure BDA00023723885100001311
则
Figure BDA00023723885100001312
获得对应关系
Figure BDA00023723885100001313
的一种方法是将合位移
Figure BDA00023723885100001314
按圆形扫描轨迹原则分 解成理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001315
的组合，具体步骤为： 将合位移
Figure BDA00023723885100001316
的末端看作以幅值A为半径的圆形扫描轨迹上的一点，则
Figure BDA00023723885100001317
获得对应关系
Figure BDA0002372388510000141
的另一方法是将合位移
Figure BDA0002372388510000142
按正2n边形扫描轨迹原 则分解成理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000143
的组合，具体步骤 为：
S11：将工作平面7分成2n个扇区，每一个扇区的所占角度为
Figure BDA0002372388510000144
扇区 号从第1相扫描轴线开始按逆时针依次定义为第1扇区、第2扇区、…、第 2n扇区，当n为奇数时，理想n相绕组扫描轴线为扇区的分界线，当n为偶 数时，理想n相绕组扫描轴线为扇区的平分线；
S12：将合位移
Figure BDA0002372388510000145
的末端看作正2n边形扫描轨迹上的点，合位移
Figure BDA0002372388510000146
位于第 k(k＝1，2，…，2n)扇区内，过合位移
Figure BDA0002372388510000147
末端作第k扇区平分线的垂线，垂 线与第k扇区的两分界线分别相交，两交点连线为第k扇区内正2n边形的边， 正2n边形边矢量的正方向定义为逆时针旋转方向，扇区内的边矢量必平行且 仅平行于1条理想n相绕组扫描轴线，与边矢量平行的理想n相绕组的扫描 轴线定义为第k扇区的边矢量的平行扫描轴线，理想n相绕组的其余扫描轴 线定义为第k扇区的边矢量的非平行扫描轴线；
S13：合位移
Figure BDA0002372388510000148
与第k扇区的平分线的夹角为γ，第k扇区内合位移
Figure BDA0002372388510000149
在理 想n相绕组的非平行扫描轴线上相位移数据的幅值都相等为α，合位移
Figure BDA00023723885100001410
在平 行扫描轴线上相位移数据β与夹角γ有关，即
Figure BDA00023723885100001411
S14：当非平行扫描轴线正方向与第k扇区平分线的射线处在平行扫描轴 线同侧，则非平行扫描轴线上相位移数据为α；当非平行扫描轴线正方向与第 k扇区平分线的射线处于平行扫描轴线异侧，则非平行扫描轴线上相位移数据 为-α；当第k扇区内的边矢量与平行扫描轴线方向一致时，则平行扫描轴线 上相位移数据为β；当第k扇区内的边矢量与平行扫描轴线方向相反时，则平 行扫描轴线上相位移数据为-β；
S2：建立扫描装置5的n相绕组相位移数据
Figure BDA00023723885100001412
与理想n相 绕组相位移数据λ'1、λ'2、…、λ'n之间的数学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，…，λ'n)，由数 学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，…，λ'n)及S1中的一一对应关系
Figure BDA0002372388510000151
推导出合位移
Figure BDA0002372388510000152
与n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000153
之间的一一对应关系
Figure BDA0002372388510000154
S21：在工作平面7上对扫描装置5的第1、第2、…、第n相绕组分别 进行单独通电扫描试验，然后检测第1、第2、…、第n相绕组扫描轴线与第 1相绕组扫描轴线的夹角
Figure BDA0002372388510000155
S22：理想第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000156
与理想第t相绕组扫描轴线上 相位移
Figure BDA0002372388510000157
可合成分位移
Figure BDA0002372388510000158
分 位移
Figure BDA0002372388510000159
实际由第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001510
与第t相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001511
合成，即
Figure BDA00023723885100001512
由此推导出第s相绕组相位移数据为λs、第 t相绕组相位移数据为λt与理想第s相绕组相位移数据λ's、理想第t相绕组相 位移数据λ't之间的关系：
Figure BDA00023723885100001513
S23：当n为奇数时，将理想第2、理想第3、…、理想第n相绕组扫描 轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001514
两两合成分位移，理想第2、理想第3、…、理 想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001515
都进行且仅进行一次合成， 共生成
Figure BDA00023723885100001516
个分位移
Figure BDA00023723885100001517
则合位移
Figure BDA00023723885100001518
由理想第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001519
和
Figure BDA00023723885100001520
个分位移
Figure BDA00023723885100001521
组合而成，即
Figure BDA00023723885100001522
当n为偶数时，将理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴线上 相位移
Figure BDA00023723885100001523
两两合成分位移，理想第1、理想第2、…、理想第n 相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001524
都进行且仅进行一次合成，共生成
Figure BDA00023723885100001525
个分位移
Figure BDA00023723885100001526
则合位移
Figure BDA00023723885100001527
由
Figure BDA00023723885100001528
个分位移
Figure BDA00023723885100001529
组合而成，即
Figure BDA00023723885100001530
S24：合位移
Figure BDA00023723885100001531
实际由第1、第2、…、第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA00023723885100001532
合成，即
Figure BDA00023723885100001533
当n为奇数时，第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000161
等于理想第1相绕组扫 描轴线上相位移
Figure BDA0002372388510000162
合位移
Figure BDA0002372388510000163
第s相绕组相位移数 据λs和第t相绕组相位移数据λt由理想第s相绕组相位移数据λ's和理想第t相 绕组相位移数据λ't根据S22中式(2)计算获得；
当n为偶数时，合位移
Figure BDA0002372388510000164
第s相绕组相位移数据λs和第t相绕组 相位移数据λt由理想第s相绕组相位移数据λ's和理想第t相绕组相位移数据λ't根据S22中式(2)计算获得；
S3：建立n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000165
与带电粒子束61在工作 平面7上扫描点坐标(x，y)的对应关系
Figure BDA0002372388510000166
S31：在工作平面7上对扫描装置的第1、第2、…、第n相绕组分别进 行单独通电打点试验，打点试验过程第i相绕组励磁电流指令依次为-mδI*、 -(m-1)δI*、…、-δI*、0、δI*、…、(m-1)δI*、mδI*，其中
Figure BDA0002372388510000167
Figure BDA0002372388510000168
为励磁 电流指令的的最大值，m为不小于2的整数，在工作平面7上获得第i相绕组 扫描轴线上正负方向上各m个带电粒子束的打点痕迹及原点的打点痕迹，第 i相绕组励磁电流指令由正到负依次定义打点序号为第1、第2、…、第m、 第m+1、第m+2、…、第2m、第2m+1点，检测得到对应的第i相绕组相位 移数据λi分别为λi1、λi2、…、λim、λi(m+1)、λi(m+2)、…、λi(2m)、λi(2m+1)，第1相、 第2、…、第n相绕组打点数据列于表1；
表1
Figure BDA0002372388510000169
S32：S31中的第i相绕组的2m+1个扫描点第i相绕组扫描轴线上的扫描 域分成正负各m个区域，在每个区域内励磁电流指令差值为δI*，在每个区域 内励磁电流指令按线性插补计算，若第i相绕组相位移数据λi在第d和第d+1 点的区域内(d＝1、2、…、2m)，即λid≤λi≤λi(d+1)，则相位移数据λi对应的 励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000171
由此分区域按线性插补计算建立 了第i相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000172
与第i相绕组相位移数据λi之间关系的数学模型
Figure BDA0002372388510000173
S33：根据S2中的对应关系
Figure BDA0002372388510000174
以及S32中的数学模型
Figure BDA0002372388510000175
计算获得合位移
Figure BDA0002372388510000176
对应的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000177
建立第i相 绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000178
与带电粒子束61在工作平面7上扫描点坐标(x，y)的对应 关系
Figure BDA0002372388510000179
S4：根据S33中的对应关系
Figure BDA00023723885100001710
控制带电粒子束61在工作平面7 上定义的特征扫描线上移动，获取第σ特征扫描线上有限目标点对应的精确 聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100001711
由目标点的聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100001712
建立第σ特征扫描线上聚焦电 流指令
Figure BDA00023723885100001713
与扫描点坐标(x，y)之间对应关系的特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100001714
S41：在工作平面7上定义ε(ε为不小于2的整数)条特征扫描线，特征 扫描线为过原点(0，0)的直线，且ε条特征扫描线呈对称分布，两相邻特征扫描 线间的夹角为
Figure BDA00023723885100001715
从第1相扫描轴线开始按逆时针依次定义特征扫描线序号为 第1、第2、…、第ε特征扫描线，第1、第2、…、第ε特征扫描线与x轴(即 第1相绕组扫描轴线)的夹角分别为ω1、ω2、…、ωε，第σ特征扫描线方程表 达式如下，其中σ＝1、2、…、ε：
Figure BDA00023723885100001716
S42：通过试验获取第σ特征扫描线上有限点扫描点坐标(x，y)对应的聚焦 电流指令
Figure BDA00023723885100001717
具体方法为：
第σ特征扫描线上在x(或y)轴的负向和正向各取μ(μ为不小于2的整 数)个目标点，加上原点则在所述第σ特征扫描线上共有2μ+1个目标点，从x (或y)轴的负向到正向定义目标点序号分别为第1、第2、…、第2μ+1目标 点，按S41中的式(3)计算第τ(τ＝1，2，…，2μ+1)目标点坐标(xστ，yστ)， 按S33中的对应关系
Figure BDA0002372388510000181
计算第τ目标点(xστ，yστ)对应的n相绕组励磁 电流指令
Figure BDA0002372388510000182
其中τ＝1、2、…、2μ+1；
将金属测试板放置在带电粒子束加工设备工作室内，并令金属测试板上 平面与带电粒子束61加工设备的工作平面7等高，启动带电粒子束加工设备 在恒定加速电压下小束流工作，中央控制器1发出第τ目标点(xστ，yστ)的n相绕 组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000183
控制带电粒子束偏移到第τ目标点(xστ，yστ)， 在第τ目标点调节聚焦电流指令使得带电粒子束在金属测试板上处于最佳聚焦 状态，记录第τ目标点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000184
S43：根据S42中的第σ特征扫描线上2μ+1个目标点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000185
建立第σ特征扫描线上聚焦电流指令与扫描点坐标(x，y)之间对应关系的数学 模型
Figure BDA0002372388510000186
S5：根据S43中的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000187
由线到面建立带电粒 子束61在工作平面7上扫描域内聚焦电流指令F*与扫描点坐标(x，y)之间对 应关系的扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)，完成带电粒子束加工设备聚焦系统校准 标定工作；
采用基于模拟圆形扫描轨迹推导出面数学模型(即扫描域数学模型) F*＝ψ(x，y)的具体实现过程为：
S511：带电粒子束61在工作平面7上的扫描点坐标(x，y)位于第σ特征扫 描线上，根据S43中的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000188
直接计算扫描点坐标 (x，y)对应的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000189
S512：带电粒子束61在工作平面7上的扫描点坐标(x，y)位于第σ特征扫 描线和第σ+1特征扫描线之间，以原点(0，0)为圆心过扫描点作圆弧，圆弧与第 σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线分别相交于P、Q两点，由如图3所示的几 何关系及S41中的式(3)计算P点坐标(xP，yP)和Q点坐标(xQ，yQ)，具体计算 式如表2；
表2
Figure BDA00023723885100001810
Figure BDA0002372388510000191
根据S43获得的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000192
计算P点对应的聚焦电 流指令
Figure BDA0002372388510000193
根据S43获得的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000194
计算Q点对应 的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000195
最后由聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000196
计算扫描点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000197
采用基于模拟正2ε边形扫描轨迹推导出面数学模型F*＝ψ(x，y)的具体实 现过程为：
S521：带电粒子束61在工作平面7上的扫描点坐标(x，y)位于第σ特征扫 描线上，根据S43中的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000198
直接计算扫描点坐标对 应的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000199
S522：带电粒子束61在工作平面7上的扫描点坐标(x，y)位于第σ特征扫 描线和第σ+1特征扫描线之间，作由第σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线构成 的扇区的平分线，过扫描点坐标作平分线的垂线，垂线与第σ特征扫描线和第 σ+1特征扫描线分别相交于M、N两点，由如图4所示的几何关系及S41中 的式(3)计算M点坐标(ζM，ηM)和N点坐标(ζN，ηN)，具体计算方法为：所作 垂线与x轴的夹角为
Figure BDA00023723885100001910
所作垂线的方程表达式为
Figure BDA00023723885100001911
当
Figure BDA00023723885100001912
且
Figure BDA00023723885100001913
时解方程组
Figure BDA00023723885100001914
得到 M点坐标为(x，x tanωσ)，当
Figure BDA00023723885100001915
且
Figure BDA00023723885100001916
时解方程组
Figure BDA00023723885100001917
得 到M点坐标为(0，y-x tanν)，当
Figure BDA00023723885100001918
且
Figure BDA00023723885100001919
时解方程组
Figure BDA00023723885100001920
得到M点坐标为
Figure BDA00023723885100001921
其中 ν、ωσ不能同时等于
Figure BDA0002372388510000201
当
Figure BDA0002372388510000202
且
Figure BDA0002372388510000203
时，解方程组
Figure BDA0002372388510000204
得到N点 坐标为(x，x tanωσ+1)，当
Figure BDA0002372388510000205
且
Figure BDA0002372388510000206
时，解方程组
Figure BDA0002372388510000207
得 到N点坐标为(0，y-x tanν)，当
Figure BDA0002372388510000208
且
Figure BDA0002372388510000209
时，解方程组
Figure BDA00023723885100002010
得到N点坐标为
Figure BDA00023723885100002011
其 中ν、ωσ+1不能同时等于
Figure BDA00023723885100002012
根据S43获得的特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100002013
计算M点对应的聚焦电 流指令
Figure BDA00023723885100002014
根据S43获得的特征扫描轴线数学模型
Figure BDA00023723885100002015
计算N点 对应的聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100002016
最后由聚焦电流指令
Figure BDA00023723885100002017
计算扫描点的聚焦电流 指令
Figure BDA00023723885100002018
为了进一步优化上述技术方案，带电粒子束加工设备进行加工工作时， 中央控制器1将工作平面7上带电粒子束61的扫描点坐标(x，y)转换成对应的 n相绕组励磁电流指令
Figure BDA00023723885100002019
并计算扫描点坐标对应的聚焦电流指 令F*，控制带电粒子束61扫描轨迹及焦点，具体实现过程如下：
S61：中央控制器1将带电粒子束61的扫描轨迹离散化和数字化，依次 得到扫描轨迹上有限扫描点坐标数据；
S62：中央控制器1根据S3中的对应关系
Figure BDA00023723885100002020
计算每个扫描点坐 标(x，y)对应的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA00023723885100002021
根据S5的扫描域数学 模型F*＝ψ(x，y)依次计算S61中的每个扫描点对应的聚焦电流指令F*，并依次 存储；
S63：扫描系统根据S62中的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA00023723885100002022
控制 带电粒子束61在工作平面7上按S61中的扫描点依次移动，根据S62中的聚 焦电流指令F*同步控制扫描点的聚焦电流，完成轨迹扫描及精确聚焦。
实施例1
带电粒子束加工设备的扫描装置5为n相绕组，根据S1、S2及S3建立 起第i相绕组励磁电流指令
Figure BDA00023723885100002023
与带电粒子束61在工作平面7上扫描点坐标(x，y)的对应关系为
Figure BDA0002372388510000211
在工作平面7上定义3条特征扫描线，特征扫描线为过原点(0，0)的直线， 第1特征扫描线的方程表达式为y＝0，第2特征扫描线的方程表达式为
Figure BDA0002372388510000212
第3特征扫描线的方程表达式为
Figure BDA0002372388510000213
每条特征扫描线在扫描域内的长度为2L，用11个目标点将每条特征扫描 线等分成10小段，由左到右定义目标点序号为第1、第2、…、第11目标点， 第σ特征线扫描上第τ目标点坐标为(xστ，yστ)，各特征扫描线上目标点坐标如表 3；
表3
Figure BDA0002372388510000214
将金属测试板放置在带电粒子束加工设备工作室内，并令金属测试板上 平面与带电粒子束加工设备的工作平面7等高，启动带电粒子束加工设备在 恒定加速电压下工作，按S3中的对应关系
Figure BDA0002372388510000215
计算第σ特征扫描线上 第τ目标点坐标对应的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000216
中央控制器1 发出n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000217
控制带电粒子束61偏移到第τ目 标点，在第τ目标点调节聚焦电流指令使得带电粒子束61在金属测试板上处于 最佳聚焦状态，记录目标点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000218
各特征扫描线上各目标点的 聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000219
如表4；
表4
Figure BDA0002372388510000221
根据表4中的第σ特征扫描线上11个目标点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000222
按分段 线性插补计算第σ特征扫描线上扫描点坐标(x，y)对应的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000223
当 扫描点(x，y)位于第τ目标点和第τ+1目标点之间时，
Figure BDA0002372388510000224
或
Figure BDA0002372388510000225
由此建立 了第σ特征扫描线上与扫描点坐标(x，y)之间对应关系的特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000226
根据特征扫描线数学模型
Figure BDA0002372388510000227
及
Figure BDA0002372388510000228
采用基 于模拟圆形扫描轨迹推导出面数学模型(即扫描域数学模型)F*＝ψ(x，y)。
实施例2
带电粒子束加工设备的扫描装置5为n相绕组，根据S1、S2及S3建立 起第i相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000229
与带电粒子束61在工作平面7上扫描点坐标 (x，y)的对应关系为
Figure BDA00023723885100002210
在工作平面7上定义4条带方向的特征扫描线如图5所示，特征扫描线 为过原点(0，0)的直线，第1、第2、第3、第4特征扫描线与x轴的夹角ω1、ω2、 ω3、ω4分别为
Figure BDA00023723885100002211
第σ特征扫描线方程表达式为
Figure BDA00023723885100002212
第σ特征扫描线上扫描点(x，y)相对于原点(0，0)的位移
Figure BDA00023723885100002213
每条特征扫描线在扫描域内的长度为2L，用21个目标点将每条特征扫描 线等分成20小段，由左到右定义目标点序号为第1、第2、…、第21目标点， 第σ特征线扫描上第τ目标点坐标为(xστ，yστ)，第τ目标点的位移数据为 ρστ＝(0.1τ-1.1)L，令0.1L＝1，则ρστ＝τ-11；
将金属测试板放置在带电粒子束加工设备工作室内，并令金属测试板上 平面与带电粒子束加工设备的工作平面7等高，启动带电粒子束加工设备在 恒定加速电压下工作，按S3中的对应关系
Figure BDA0002372388510000231
计算第σ特征扫描线上 第τ目标点坐标对应的n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000232
中央控制器1 发出n相绕组励磁电流指令
Figure BDA0002372388510000233
控制带电粒子束61偏移到第τ目 标点，在第τ目标点调节聚焦电流指令使得带电粒子束61在金属测试板上处于 最佳聚焦状态，记录目标点的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000234
各特征扫描线上各目标点的 聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000235
及聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000236
与原点(0，0)的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000237
的差值
Figure BDA0002372388510000238
如表5；
表5
Figure BDA0002372388510000239
Figure BDA0002372388510000241
以第σ特征扫描线的位移数据ρσ为横坐标，以第σ特征扫描线的位移数据 ρσ对应的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000242
与原点(0，0)的聚焦电流指令
Figure BDA0002372388510000243
的差值
Figure BDA0002372388510000244
为纵坐标，建立直角坐标系，将表5中第σ特征扫描线数据描绘在直角坐标系 上，
Figure BDA0002372388510000245
随着ρστ的绝对值增加而单调增加，且增加的斜率随ρστ的绝对值增大 而增大，用二阶函数拟合聚焦电流指令偏差
Figure BDA0002372388510000246
与位移数据ρσ的数学关系(即 偏差数学模型)
Figure BDA0002372388510000247
正负方向分别拟合，如图6所示， 第σ特征扫描线的偏差数学模型为
Figure BDA0002372388510000248
偏差数学模型中的参数aσ+、bσ+计算过程如下：
将表5中τ＝12，13时的数据分别代入
Figure BDA0002372388510000249
得解方程组
Figure BDA00023723885100002410
解方程组得aσ+、bσ+的一组解为
Figure BDA00023723885100002411
记为第1组解a1σ+、b1σ+；同理由表5中τ＝14，15 时的数据得到第2组解a2σ+、b2σ+；由表5中τ＝16，17时的数据得到第3组解 a3σ+、b3σ+；由表5中τ＝18，19时的数据得到第4组解a4σ+、b4σ+；由表5中τ＝20， 21时的数据得到第5组解a5σ+、b5σ+；
参数aσ+、bσ+由5组解按加权平均值求得，即
Figure BDA00023723885100002412
用相同的方法计算参数aσ-、bσ-，计算过程如下：
将表5中τ＝10，9时的数据分别代入
Figure BDA00023723885100002413
得解方程组
Figure BDA00023723885100002414
解方程组得aσ-、bσ-的一组解为
Figure BDA0002372388510000251
记为第1组解a1σ-、b1σ-；同理由表5中τ＝8，7时的 数据得到第2组解a2σ-、b2σ-；由表5中τ＝6，5时的数据得到第3组解a3σ-、b3σ-； 由表5中τ＝4，3时的数据得到第4组解a4σ-、b4σ-；由表5中τ＝2，1时的数据 得到第5组解a5σ-、b5σ-；
参数aσ-、bσ-由5组解按加权平均值求得，即
Figure BDA0002372388510000252
由此建立了第σ特征扫描线上的偏差数学模型
Figure BDA0002372388510000253
根据第σ特征扫描线的
Figure BDA0002372388510000254
及
Figure BDA0002372388510000255
推导出
Figure BDA0002372388510000256
及
Figure BDA0002372388510000257
当位移
Figure BDA0002372388510000258
与第σ特征扫描线同向时，位移数据
Figure BDA0002372388510000259
当位移
Figure BDA00023723885100002510
与第σ特征 扫描线反向时，位移数据
Figure BDA00023723885100002511
然后将第σ特征扫描线的偏差数学模型
Figure BDA00023723885100002512
转换成对应的特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100002513
根据特征扫描线数学模型
Figure BDA00023723885100002514
及
Figure BDA00023723885100002515
采用基于模拟正4边形扫描轨迹推导出面数学模型(即扫描域数 学模型)F*＝ψ(x，y)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1：建立带电粒子束(61)在工作平面(7)上扫描点偏移原点的合位移
Figure FDA0002372388500000011
与扫描装置(5)的理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000012
之间的一一对应关系
Figure FDA0002372388500000013
步骤2：建立所述扫描装置(5)的n相绕组相位移数据λ1、λ2、…、λn与理想n相绕组相位移数据λ'1、λ'2、…、λ'n之间的数学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，…，λ'n)，由所述数学关系式λi＝fi(λ'1，λ'2，…，λ'n)及所述步骤1中的所述对应关系
Figure FDA0002372388500000014
推导出所述合位移
Figure FDA0002372388500000015
与n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000016
之间的一一对应关系
Figure FDA0002372388500000017
步骤3：建立所述扫描装置(5)的n相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000018
与所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上扫描点坐标(x，y)的对应关系
Figure FDA0002372388500000019
步骤4：根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure FDA00023723885000000110
控制所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上定义的特征扫描线上移动，获取第σ特征扫描线上有限目标点对应的聚焦电流指令
Figure FDA00023723885000000111
由所述目标点的所述聚焦电流指令
Figure FDA00023723885000000112
建立所述第σ特征扫描线上所述聚焦电流指令
Figure FDA00023723885000000113
与所述扫描点坐标(x，y)之间对应关系的特征扫描线数学模型
Figure FDA00023723885000000114
步骤5：根据所述步骤4中的所述特征线扫描线数学模型
Figure FDA00023723885000000115
由线到面建立所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上扫描域内所述聚焦电流指令F*与所述扫描点坐标(x，y)之间对应关系的扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)，从而完成所述带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定工作。
2.根据权利要求1所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述扫描系统包括中央控制器(1)、扫描驱动电源(4)和所述扫描装置(5)；所述中央控制器(1)连接所述扫描驱动电源(4)，所述扫描驱动电源(4)连接所述扫描装置(5)；所述扫描装置(5)安装在带电粒子束发生器(6)的出口端，所述扫描装置(5)包含n相绕组；所述带电粒子束发生器(6)产生的所述带电粒子束(61)经过所述扫描装置(5)投射至所述工作平面(7)上，在所述工作平面(7)上形成扫描轨迹；所述扫描驱动电源(4)根据所述中央控制器(1)发送的所述n相绕组励磁电流指令产生n相励磁电流，令所述扫描装置(5)控制所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上移动。
3.根据权利要求2所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述聚焦系统包括聚焦驱动电源(2)和聚焦装置(3)；所述中央控制器(1)连接所述聚焦驱动电源(2)，所述聚焦驱动电源(2)连接所述聚焦装置(3)；所述带电粒子束发生器(6)产生的所述带电粒子束(61)经过所述聚焦装置(3)后在所述工作平面(7)上汇聚成一束斑；所述中央控制器(1)通过所述聚焦驱动电源(3)控制所述聚焦装置(3)绕组励磁电流的大小，改变所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上所述束斑的大小。
4.根据权利要求1所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤1中所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上所述扫描点(x，y)偏移原点(0，0)的合位移为
Figure FDA0002372388500000021
则
Figure FDA0002372388500000022
Figure FDA0002372388500000023
Figure FDA0002372388500000024
获得所述合位移
Figure FDA0002372388500000025
与所述理想n相绕组扫描轴上相位移
Figure FDA0002372388500000026
的所述一一对应关系
Figure FDA0002372388500000027
的方法，是将所述合位移
Figure FDA0002372388500000028
按圆形扫描轨迹原则或按正2n边形扫描轨迹原则分解成所述理想n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000029
Figure FDA00023723885000000210
的组合。
5.根据权利要求1所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现过程如下：
步骤21：在所述工作平面(7)上对所述扫描装置(5)的所述第1、第2、…、第n相绕组分别进行单独通电扫描试验，然后检测所述第1、第2、…、第n相绕组扫描轴线与所述第1相绕组扫描轴线的夹角
Figure FDA0002372388500000031
步骤22：理想第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000032
与理想第t相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000033
可合成分位移
Figure FDA0002372388500000034
s＝1、2、…、n，t＝1、2、…、n，且s≠t，所述分位移
Figure FDA0002372388500000035
实际由第s相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000036
与第t相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000037
合成，则
Figure FDA0002372388500000038
由此得出第s相绕组相位移数据λs、第t相绕组相位移数据λt与理想第s相绕组相位移数据λ's、理想第t相绕组相位移数据λ't之间的关系：
Figure FDA0002372388500000039
步骤23：当n为奇数时，将所述理想第2、理想第3、…、理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA00023723885000000310
两两合成分位移，所述理想第2、理想第3、…、理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA00023723885000000311
都进行且仅进行一次合成，共生成
Figure FDA00023723885000000312
个所述分位移
Figure FDA00023723885000000313
则所述合位移
Figure FDA00023723885000000314
由所述理想第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA00023723885000000315
和
Figure FDA00023723885000000316
个所述分位移
Figure FDA00023723885000000317
组合而成，表达式为
Figure FDA00023723885000000318
当n为偶数时，将所述理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA00023723885000000319
两两合成分位移，所述理想第1、理想第2、…、理想第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA00023723885000000320
都进行且仅进行一次合成，共生成
Figure FDA00023723885000000321
个所述分位移
Figure FDA00023723885000000322
则所述合位移
Figure FDA00023723885000000323
由
Figure FDA00023723885000000324
个所述分位移
Figure FDA00023723885000000325
组合而成，表达式为
Figure FDA00023723885000000326
步骤24：所述合位移
Figure FDA00023723885000000327
实际由所述第1、第2、…、第n相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000041
合成，表达式为
Figure FDA0002372388500000042
当n为奇数时，所述第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000043
等于所述理想第1相绕组扫描轴线上相位移
Figure FDA0002372388500000044
所述合位移
Figure FDA0002372388500000045
所述第s相绕组相位移数据λs和所述第t相绕组相位移数据λt由所述理想第s相绕组相位移数据λ's和所述理想第t相绕组相位移数据λ't根据所述步骤22中式(2)计算获得；
当n为偶数时，所述合位移
Figure FDA0002372388500000046
所述第s相绕组相位移数据λs和所述第t相绕组相位移数据λt由所述理想第s相绕组相位移数据λ's和所述理想第t相绕组相位移数据λ't根据所述步骤22中式(2)计算获得。
6.根据权利要求1所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现过程如下：
步骤31：在所述工作平面(7)上对所述扫描装置(5)的所述第1、第2、…、第n相绕组分别进行单独通电打点试验，所述打点试验过程中所述第i相绕组励磁电流指令包括m个正指令、零指令和m个负指令，m为不小于2的整数，在所述工作平面(7)上获得第i相绕组扫描轴线上正负方向上各m个所述带电粒子束的打点痕迹及所述原点的打点痕迹，测量所述第1相、第2、…、第n相绕组对应的m个所述励磁电流正指令和m个所述励磁电流负指令对应的2m个打点痕迹中心相对于所述原点的2m个相位移数据，并记录；
步骤32：根据所述步骤31中的所述第i相绕组的2m个所述相位移数据，建立所述第i相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000047
与所述第i相绕组相位移数据λi之间关系的数学模型
Figure FDA0002372388500000048
步骤33：根据所述步骤2中的所述对应关系
Figure FDA0002372388500000049
以及所述步骤32中的所述数学模型
Figure FDA00023723885000000410
计算获得所述合位移
Figure FDA00023723885000000411
对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA00023723885000000412
建立所述第i相绕组励磁电流指令
Figure FDA00023723885000000413
与所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上所述扫描点坐标(x，y)的对应关系
Figure FDA00023723885000000414
7.根据权利要求2所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现过程如下：
步骤41：在所述工作平面(7)上定义ε条所述特征扫描线，ε为不小于2的整数，所述特征扫描线为过所述原点(0，0)的直线，且ε条所述特征扫描线呈对称分布，两相邻所述特征扫描线间的夹角为
Figure FDA0002372388500000051
从所述第1相绕组扫描轴线开始按逆时针依次定义所述特征扫描线序号为第1、第2、…、第ε特征扫描线，所述第1、第2、…、第ε特征扫描线与所述第1相绕组扫描轴线的夹角分别为ω1、ω2、…、ωε，第σ特征扫描线方程表达式如下，其中σ＝1、2、…、ε：
Figure FDA0002372388500000052
步骤42：通过试验获取所述第σ特征扫描线上有限点所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000053
具体方法为：
在所述第σ特征扫描线上x轴或y轴的负向和正向各取μ个目标点，所述μ为不小于2的整数，加上原点(0，0)则在所述第σ特征扫描线上共有2μ+1个目标点，从所述x轴或所述y轴的负向到正向定义所述目标点序号分别为第1、第2、…、第2μ+1目标点，根据所述步骤41中的式(3)计算所述第τ目标点坐标(xστ，yστ)，根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure FDA0002372388500000054
计算所述第τ目标点(xστ，yστ)对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000055
其中τ＝1、2、…、2μ+1；
将金属测试板放置在所述带电粒子束加工设备工作室内，并令所述金属测试板上平面与所述工作平面(7)等高，启动所述带电粒子束加工设备在恒定加速电压下小束流工作，所述中央控制器(1)发出所述第τ目标点(xστ，yστ)对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000056
控制所述带电粒子束(61)偏移到所述第σ特征扫描线上的所述第τ目标点(xστ，yστ)，在所述第τ目标点调节所述聚焦电流指令使得所述带电粒子束(61)在金属测试板上处于最佳聚焦状态，记录所述第τ目标点的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000057
步骤43：根据步骤42中的所述第σ特征扫描线上2μ+1个所述目标点的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000058
建立所述第σ特征扫描线上聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000059
与所述扫描点坐标(x，y)之间对应关系的所述特征扫描线数学模型
Figure FDA00023723885000000510
8.根据权利要求7所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤5中的基于模拟圆形扫描轨迹由所述步骤4中的所述特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000061
推导出所述扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)的具体实现过程为：
步骤511：所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上的所述扫描点坐标(x，y)位于所述第σ特征扫描线上，根据所述步骤4中的所述特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000062
直接计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000063
步骤512：所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上的所述扫描点坐标(x，y)位于所述第σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线之间，以所述原点(0，0)为圆心过所述扫描点(x，y)作圆弧，所述圆弧与所述第σ特征扫描线和所述第σ+1特征扫描线分别相交于P、Q两点，由几何关系及所述步骤41中的式(3)计算所述P点坐标(xP，yP)和所述Q点坐标(xQ，yQ)，根据所述步骤4获得的第σ特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000064
计算所述P点对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000065
根据所述步骤4获得的第σ+1特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000066
计算所述Q点对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000067
最后由所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000068
计算所述扫描点(x，y)的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000069
9.根据权利要求7所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述步骤5中的基于模拟正2ε边形扫描轨迹由所述步骤4中的所述特征扫描线数学模型
Figure FDA00023723885000000610
推导出所述扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)的具体实现过程为：
步骤521：所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上的所述扫描点坐标(x，y)位于所述第σ特征扫描线上，根据所述步骤4中的所述特征扫描线数学模型
Figure FDA00023723885000000611
直接计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA00023723885000000612
步骤522：所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上的所述扫描点坐标(x，y)位于所述第σ特征扫描线和第σ+1特征扫描线之间，作由所述第σ特征扫描线和所述第σ+1特征扫描线构成的扇区的平分线，过所述扫描点坐标(x，y)作所述平分线的垂线，所述垂线与所述第σ特征扫描线和所述第σ+1特征扫描线分别相交于M、N两点，由几何关系及所述步骤41中的式(3)计算所述M点坐标(xM，yM)和所述N点坐标(xN，yN)，根据所述步骤4获得的第σ特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000071
计算所述M点对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000072
根据所述步骤4获得的第σ+1特征扫描线数学模型
Figure FDA0002372388500000073
计算所述N点对应的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000074
最后由所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000075
计算所述扫描点(x，y)的所述聚焦电流指令
Figure FDA0002372388500000076
10.根据权利要求1所述的带电粒子束加工设备聚焦系统校准标定方法，其特征在于，所述带电粒子束加工设备进行加工工作时，所述中央控制器(1)将所述工作平面(7)上的所述带电粒子束(61)的所述扫描点坐标(x，y)转换成对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000077
并计算所述扫描点坐标(x，y)对应的所述聚焦电流指令F*，控制所述带电粒子束(61)扫描轨迹及焦点，具体实现过程如下：
步骤61：所述中央控制器(1)将所述带电粒子束(61)的扫描轨迹离散化和数字化，依次得到所述扫描轨迹上有限扫描点坐标数据；
步骤62：所述中央控制器(1)根据所述步骤3中的所述对应关系
Figure FDA0002372388500000078
计算每个所述扫描点坐标(x，y)对应的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA0002372388500000079
根据所述步骤5的所述扫描域数学模型F*＝ψ(x，y)依次计算所述步骤61中的每个所述扫描点对应的所述聚焦电流指令F*，并依次存储；
步骤63：所述扫描系统根据所述步骤62中的所述n相绕组励磁电流指令
Figure FDA00023723885000000710
Figure FDA00023723885000000711
控制所述带电粒子束(61)在所述工作平面(7)上按所述步骤61中的所述扫描点依次移动，所述聚焦系统根据所述步骤62中的所述聚焦电流指令F*同步控制所述扫描点的聚焦电流，完成所述轨迹扫描及精确聚焦。
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