DE102008009410B4 - Elektronenstrahlvorrichtung und Verfahren zum Justieren eines Elektronenstrahls - Google Patents

Elektronenstrahlvorrichtung und Verfahren zum Justieren eines Elektronenstrahls Download PDF

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Abstract

Elektronenstrahlvorrichtung, mit
einem Elektronenstrahlerzeuger (1) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls entlang einer Elektronenstrahlachse (5),
einer auf der Elektronenstrahlachse (5) nach dem Elektronenstrahlerzeuger (1) angeordneteten Justier- und Fokussiereinheit (2) zum Justieren der Elektronenstrahlachse (5) und zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Fokusebene (6) und
einer Steuerung (3) zum Steuern der Justier- und Fokussiereinheit (2),
bei der die Steuerung dazu angepasst ist, die Justier- und Fokussiereinheit (2) zum Verschieben der Fokusebene (6) entlang der Elektronenstrahlachse (5) so anzusteuern, dass die Fokusebene mit einer vorbestimmten Frequenz hin und her verschoben wird, während die Position, in der die Elektronenstrahlachse (5) die Justier- und Fokussiereinheit (2) passiert, justiert wird,
wobei die Elektronenstrahlvorrichtung dazu angepasst ist, dass eine Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) auf der Elektronenstrahlachse (5) im Bereich der Hin- und Herbewegung der Fokusebene (6) angeordnet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenstrahlvorrichtung und ein Verfahren zum Justieren eines Elektronenstrahls, der von einer Elektronenstrahlvorrichtung erzeugt wird.
  • Zum Elektronenstrahlschweißen wird der im System Katode-Wehneltelektrode-Anode erzeugte Strahl anschließend durch Magnetfelder geformt bzw. abgelenkt, wobei die Fokussierung in der Bohrung einer stromdurchflossenen Spule einen wichtigen Einfluss hat.
  • Vor allem für die Fokussierung ist es erforderlich, dass der Strahl zentrisch durch die Fokussierspule hindurch tritt, damit rotationssymmetrische Felder auf den Strahl einwirken und beim Fokussieren nur die Lage der Fokusebene verändert wird. In allen anderen Fällen wird der Strahl zusätzlich zur Fokusänderung abgelenkt, so dass der Auftreffpunkt des Strahles auf einem Werkstück bei Variation des Fokusspulenstromes „wandert”.
  • Damit der Elektronenstrahl den gewünschten mittigen Weg durch die Fokussierspule nimmt, wird er üblicherweise nach der Erzeugung – vor der Fokussierung – durch so genannte Zentrier- bzw. Justierspulen geführt. Diese erzeugen zwei gekreuzt (x- und y- Richtung) angeordnete Magnetfelder. Durch geeignete Änderung der Stromstärke in den beiden Spulen kann der Strahlweg so justiert werden, dass er die Fokussierspule im Magnetfeldzentrum passiert.
  • Ein Problem besteht darin, die Zentrierströme für die korrekte Justierung zu finden. Dafür gibt es unterschiedliche bekannte Lösungen.
  • Ganz traditionell beobachtet der Bediener der EB-Maschine (EB = Electron Beam = Elektronenstrahl) das Auftreffen des Elektronenstrahls (geringer Leistung) auf einer ebenen Fläche, die orthogonal zur Strahlrichtung angeordnet ist. Dies kann eine Werkstückebene sein oder auch ein separater Probekörper; vorteilhafterweise verwendet man einen speziellen Leuchtschirm, d. h. eine mit nachleuchtender Beschichtung versehene Platte, welche im Folgenden zur Erläuterung beispielhaft verwendet wird.
  • Auf dem Schirm entsteht bei exakt auf dessen Oberfläche fokussiertem Strahl ein leuchtender Punkt. Dieser weitet sich mit zunehmender Defokussierung auf und umgekehrt. Beim so genannten Durchfokussieren, d. h. Änderung der Fokussierebene von einer Lage oberhalb des Schirms bis zu einer Lage unterhalb dessen „atmet” dann der Leuchtfleck. Das heißt, er wird bei zyklischem Vorgehen kleiner bis zum Punkt und dann wieder größer usw.
  • Gemäß der oben beschriebenen Abhängigkeit der Leistungsdichteverteilung und der Strahllage von der Qualität des zentrierten (oder nicht zentrierten) Durchgangs durch die Fokussierspule ergibt sich zusätzlich zum oben beschriebenen „Atmen” ein seitliches „Wandern” des Leuchtbildes auf dem Schirm. Letzteres ist durch korrekte Einstellung der Zentrierströme auszuschließen (oder bei nicht so guten Systemen zu minimieren).
  • Zu diesem Zweck arbeitet der Bediener iterativ: Er wählt eine bestimmte Einstellung der Zentrierströme und führt dann ein zyklisches Durchfokusssieren aus. Abhängig von seiner Beobachtung der Bildveränderung auf dem Leuchtschirm erkennt er dann, dass der eine oder/und der andere Zentrierstrom in einer gewissen Richtung zu ändern ist, und wiederholt das Durchfokussieren. Diese Iteration kann – abhängig von der Erfahrung des Ausführenden – eine merkliche Zeit verbrauchen, was für die Verfügbarkeit der EB-Maschine von Nachteil ist. Und ungeübte Bediener erreichen unter Umständen die optimale Zentrierung überhaupt nicht, was für das Schweißergebnis kritisch sein kann.
  • Bekannt ist deshalb eine Alternative, die auf der Vermessung des Elektronenstrahls entlang der Strahlachse beruht.
  • Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist die Notwendigkeit eines nicht unerheblichen apparativen Aufbaus. Insbesondere bei Kurztakt-Produktionsmaschinen, die üblicherweise kleine Kammerabmessungen und darin komplizierte Werkstückspannvorrichtungen aufweisen, kann ein solcher Mess-Sensor nicht dauerhaft installiert sein, zumal er dort durch Prozesseinflüsse schnell verschmutzen würde. Ihn im Bedarfsfalle einzubringen, setzt nicht nur den notwendigen (und oft nicht gegebenen) Freiraum voraus, sondern erfordert auch geeignete Halterungen und eine nach außen geführte elektrische Verbindung.
  • Die US 4 160 150 beschreibt eine Elektronenstrahlschweißvorrichtung, die dazu angepasst ist, die Neigung der Schmelze, aus der Schweißzone herauszufließen, durch laufendes Ändern des Fokussierungszustandes des Elektronenstrahls zu verringern.
  • Die US 3 748 467 beschreibt ein Abtastelektronenmikroskop mit einem Mittel zum periodischen Änderung der Brennweite der letzten Kondensorlinse zwischen zwei Werten und einem Mittel zum gleichzeitigen Anzeigen von zwei Bildern, die den zwei Brennweiten entsprechen.
  • Die US 7 075 076 B2 beschreibt eine Inspektionsvorrichtung, die dazu angepasst ist, Bilder eines Inspektionsbereichs bei unterschiedlichen Fokussiereinstellungen aufzunehmen.
  • Im Unterschied dazu ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik zum Justieren einer Elektronenstrahlvorrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Justieren eines Elektronenstrahls nach Anspruch 7.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch das Verschieben der Fokusebene kann zunächst ein immer wiederkehrendes Abbild des atmenden und – bei nicht zentrierter Einstellung – wandernden Elektronenstrahls auf einem Schirm oder einem Werkstück erzeugt werden.
  • Vorteilhafterweise wird die Frequenz so hoch gewählt, dass eine Art Stroboskop-Effekt entsteht und das Auge des Bedieners das Atmen nicht mehr wahrnehmen kann. Dann ist ein summarischer Lichteffekt, welcher die gesamte beim Durchfokussieren angeregte Fläche umfasst, zu sehen. Diese angeregte Fläche zeigt sich typischerweise hantelförmig (zweidimensional), wobei die „Kugeln”, genauer Kreisflächen, durch die Umkehrpunkte der Wanderbewegung des Strahls gebildet werden. Die „Stange” der Hantel zeigt sich in der Mitte vergleichsweise dünn. Dort liegt der Fokus.
  • Das beschriebene Hantelbild verformt sich, wenn die Zentrierströme verändert werden. Die Hantel wird in der Bildebene gedreht und verlängert oder verkürzt. Dies geschieht in einer solchen Weise, dass der Bediener mühelos sofort und dank des Stroboskopeffekts quasi statisch das Ergebnis seiner Änderung bewerten kann.
  • Eine optimale Zentrierung ist erreicht, wenn die Hantelstangenlänge Null geworden ist und beide Kugeln zur Deckung gekommen sind.
  • Diese Optimierung kann in einfacher Weise „manuell” vorgenommen werden. Dabei ändert der Bediener die Zentrierströme mittels Potentiometer oder Digitaleingabe und beobachtet visuell das Ergebnis. Eine Ausführung mittels automatischer Bildauswertung ist ebenfalls möglich. Das z. B. mit einer geeigneten Kamera aufgenommene Bild wird mit einer geeigneten Software ausgewertet und die Zentrierströme werden automatisch verändert, bis das Bild die oben beschriebene optimale Situation (Deckung beider Hantel-Kugeln) zeigt.
  • Gerade für eine Kurztakt-Produktionsmaschine eignen sich die angegebenen Lehren besonders gut zur exakten Einstellung der Zentrierung des Elektronenstrahls.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen.
  • 1 eine Ausführungsform einer Elektronenstrahlvorrichtung;
  • 2 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform einer Elektronenstrahlvorrichtung;
  • 3 eine Prinzipskizze einer Ausführungsform einer Justiereinheit;
  • 4 ein erstes Beispiel von Leuchtbildern auf einem Schirm, die bei Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung entstehen; und
  • 5 ein zweites Beispiel von Leuchtbildern auf einem Schirm, die bei Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung entstehen.
  • 1 zeigt eine Elektronenstrahlvorrichtung, die einen Elektronenstrahlerzeuger 1 und eine Justier- und Fokussiereinheit 2 aufweist. Der Elektronenstrahlerzeuger 1 erzeugt einen Elektronenstrahl, der sich entlang einer Elektronenstrahlachse 5 ausbreitet. Die Justier- und Fokussiereinheit 2 ist auf der Elektronenstrahlachse 5 in Strahlrichtung nach dem Elektronenstrahlerzeuger 1 angeordnet. Der Elektronenstrahlerzeuger 1 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Katode 11, einer Elektrode 12, wie einer Wehnelt-Elektrode, und einer Anode 13. Die Justier- und Fokussiereinheit 2 besteht bei dieser Ausführungsform aus einer Justiereinheit 21 und einer Fokussiereinheit 22. In dieser Ausführungsform ist die Justiereinheit 21 zwischen dem Elektronenstrahlerzeuger 1 und der Fokussiereinheit 22 angeordnet. Eine Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 ist auf der Elektronenstrahlachse 5 vor der Elektronenstrahlvorrichtung angeordnet. In dieser Ausführungsform ist die Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 senkrecht zu der Elektronenstrahlachse 5 angeordnet. Der Elektronenstrahl wird mittels der Justier- und Fokussiereinheit 2, bei dieser Ausführungsform mittels der Fokussiereinheit 22, in einer Fokusebene 6 fokussiert. Die Fokusebene 6 ist somit eine Ebene, die senkrecht zu der Elektronenstrahlachse 5 ist und den Fokus des Elektronenstrahls enthält.
  • 2 zeigt eine Blockdarstellung der Ausführungsform. Die Justier- und Fokussiereinheit 2 weist die Justiereinheit 21 und die Fokussiereinheit 22 auf und ist mit einer Steuerung 3 verbunden. Die Justier- und Fokussiereinheit 2 ist in dieser Ausführungsform auch mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung 7 verbunden.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der Justiereinheit 21, die eine erste Justierspule 211 und eine zweite Justierspule 213 aufweist. Die erste Justierspule 211 weist Justierstromanschlüsse 212 auf und die zweite Justierspule 213 weist Justierstromanschlüsse 214 auf. Die erste Justierspule 211 weist in dieser Ausführungsform zwei einander gegenüberliegenden angeordneten Spulen 211a (auf der linken Seite der 3 gezeigt) und 211b (auf der rechten Seite der 3 gezeigt) auf. Einer Justierstromanschlüsse 212 ist mit der Spule 211a verbunden und der andere der Justierstromanschlüsse 212 ist mit der gegenüberliegenden Spule 211b verbunden. Die zwei Spulen 211a und 211b sind zusätzlich so miteinander verbunden, dass ein Stromweg zwischen den Justierstromanschlüssen 212 durch die beiden Spulen 211a und 211b gebildet wird. Die zweite Justierspule 213 weist in dieser Ausführungsform ebenso zwei einander gegenüberliegende Spulen 213a (unten in der 3 gezeigt) und 213b (oben in der 3 gezeigt) auf, die in ähnlicher Weise so miteinander verbunden sind, dass ein Stromweg zwischen den Justierstromanschlüssen 214 durch die beiden Spulen 213a und 213b gebildet wird.
  • Die in 3 abgebildete Justiereinheit 21 ist in dieser Ausführungsform einer Elektronenstrahlvorrichtung so angebracht, dass die Elektronenstrahlachse 5 sich senkrecht zu der Ebene der 3 und durch den Bereich innerhalb der Spulen 211a, 211b, 213a und 213b erstreckt. Bevorzugterweise sind die Abstände zwischen den jeweiligen Spulen 211a, 211b, 213a und 213b und der Elektronenstrahlachse 5 alle gleich.
  • Nachfolgend wird die Funktion der beschriebenen Ausführungsform der Elektronenstrahlvorrichtung beschrieben. Im Betrieb erzeugt der Elektronenstrahlerzeuger 1 einen Elektronenstrahl entlang der Elektronenstrahlachse 5. Der erzeugte Elektronenstrahl wird mittels der Justier- und Fokussiereinheit 2 justiert und in einer Fokusebene 6 fokussiert. Das Justieren des Elektronenstrahls erfolgt in der Ausführungsform, die in den Figuren abgebildet ist, durch Einstellen der Justierströme, die den Justierstromanschlüssen 212 und 214 zugeführt werden. Die Justierströme erzeugen zwei gekreuzte Magnetfelder zwischen den Spulen 211a und 211b der ersten Justierspule 211 und den Spulen 213a und 213b der zweiten Justierspule 213, die den Elektronenstrahl ablenken. Somit wird die Position, in der der Elektronenstrahl die Fokussiereinheit 22 passiert, in Abhängigkeit von den Justierströmen festgelegt. Die Fokussiereinheit 22 wird mittels der Steuerung 3 so angesteuert, dass die Fokusebene 6 mit einer vorbestimmten Frequenz entlang der Elektronenstrahlachse 5 hin und her verschoben wird. Die Verschiebung der Fokusebene 6 erfolgt so, dass die Fokusebene 6 zwischen einer ersten Ebene, die sich zwischen der Fokussiereinheit 22 und der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 befindet, und einer zweiten Ebene, die sich in Richtung der Strahlachse 5 auf der anderen Seite der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 befindet, verschoben wird.
  • Durch dieses periodische Durchfokussieren weist das Auftreffen des Elektronenstrahls auf der Elektronenstahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 einen Verlauf defokussiert-fokussiert-defokussiert-fokussiert usw. auf. Wenn die vorbestimmte Frequenz ausreichend hoch (z. B. ≥ 15 Hz) ist, erzeugen die sich – bei unveränderten Justierströmen – laufend verändernden Auftreffpunkte ein ”stehendes” (unveränderliches) Abbild, wie es beispielhaft in den 4 und 5 gezeigt ist. Die Abbilder, die in 4(a) und (b) zu sehen sind, entstehen, wenn der Elektronenstrahl nicht absolut zentrisch durch die Fokussierspule 22 hindurchtritt. In diesem Fall übt die Fokussiereinheit 22 zusätzlich zur Fokusänderung eine Ablenkwirkung aus, so dass die Auftreffpunkte des Elektronenstrahls auf der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 bei Variation des Fokusspulenstromes wandern. Dadurch entstehen hantelförmige Abbildungen, wie sie in den 4(a) und (b) zu sehen sind. Die Länge der Hantel ist in dem Fall, der in 4(a) gezeigt ist, größer als die Länge der Hantel in dem Fall, der in 4(b) gezeigt ist. Die unterschiedliche Hantellänge ergibt sich dadurch, dass der Elektronenstrahl in dem Fall der 4(a) zeitweise mit einem größeren Abstand von dem Zentrum der Fokussierspule 22 durch diese hindurchtritt als in dem Fall, der in 4(b) gezeigt ist. Deswegen ist die Ablenkwirkung, die die Fokussiereinheit 22 auf den Elektronenstrahl ausübt, größer in dem Fall der 4(a). Deshalb ist die Wanderung der auf der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 angezeigten Auftreffpunkte in 4(a) größer als in 4(b). Ferner ist zu bemerken, dass die Richtung des Wanderns in 4(a) und (b) unterschiedlich ist. Das liegt daran, dass die Ablenkwirkung der Justiereinheit (21) unterschiedlich ist, z. B. durch unterschiedliche Verhältnisse zwischen den Justierströmen, die der ersten Justierspule 211 und der zweiten Justierspule 213 zugeführt werden.
  • 4(c) zeigt den Fall, in dem der Elektronenstrahl exakt durch das Zentrum der Fokussiereinheit 22 hindurchtritt. In diesem Fall wandert der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls nicht auf der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 bei Variation des Fokusspulenstromes.
  • Das zyklische Durchfokussieren verursacht eine ständige Veränderung der Größe des Auftreffpunktes. Aber bei einer Frequenz des Durchfokussieren ≥ 15 Hz ist diese Größenänderung für das menschliche Auge nicht mehr erkennbar, d. h. das menschliche Auge sieht eine Kreisfläche, wie sie in 4(c) gezeigt ist.
  • 5 zeigt ein Beispiel, das sich von dem in 4 gezeigten Beispiel dadurch unterscheidet, dass die Amplitude des Durchfokussierens, d. h. das maximale Defokussieren, kleiner ist. Deswegen sind die beiden Hantelformen, die in 5(a) und (b) gezeigt sind, und auch die Kreisfläche, die in 5(c) gezeigt ist, jeweils kleiner als in den entsprechenden Abbildungen aus 4.
  • Die für das Erreichen einer Kreisform (wie in 4(c) und 5(c)) erforderliche Einstellung der Steuerung der Justier- und Fokussiereinheit 2 kann manuell unter Beobachtung der von der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 angezeigten Auftreffpunkte gemacht werden. Bevorzugterweise erfolgt die Einstellung aber mittels einer Bildverarbeitungsvorrichtung 7, die dazu angepasst ist, ein Bild der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 abzutasten und auszuwerten, so dass die entsprechenden Einstellungen der Steuersignale, wie z. B. Justierströme, die den Justierstromanschlüssen 212 und 214 zuzuführen sind, automatisiert erzeugt werden können. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 7 ist dazu angepasst, das Bild der von der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 angezeigten Auftreffpunkte auszuwerten und die Justier- und Fokussiereinheit 2 so zu steuern, dass eine Kreisfläche, wie die in 4(c) und 5(c) gezeigte, erzeugt wird. Die Auswertung des Bildes und die Steuerung erfolgen vorteilhafterweise iterativ. Die Auswertung kann z. B. darin bestehen, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung die Richtung der Hantel in dem Bild bestimmt. Diese Richtung entspricht der Richtung, in der der Elektronenstrahl gegenüber einem mittigen Durchgang durch die Fokussiereinheit 22 verschoben ist. Mit Kenntnis dieser Richtung berechnet die Steuerung 3 dann iterativ Korrekturen der Steuersignale an die Justier- und Fokussiereinheit 2. Abhängig von der sich verändernden Größe der „Hantel”, die von der Bildverarbeitungsvorrichtung erkannt wird, kann die Iteration so gesteuert werden, dass der Elektronenstrahl immer näher an das Zentrum des Fokussiereinheit 22 gebracht wird. Abhängig von der Leistungsfähigkeit und Genauigkeit der Bildverarbeitungsvorrichtung (7) kann es vorteilhaft sein, die vorbestimmte Frequenz ≥ 20 Hz, ≥ 25 Hz, ≥ 30 Hz, ≥ 50 Hz oder ≥ 100 Hz oder noch größer auszuwählen. Vorteilhaft ist, dass das von der Bildverarbeitungsvorrichtung zu bearbeitende Bild so stabil ist, dass eine einfache Auswertung des oder der Bilder möglich ist. Hier ist es vorteilhaft, die vorbestimmte Frequenz so auszuwählen, dass sie größer als die Bildaufnahmefrequenz ist. Alternativ kann die Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevor richtung 4 nachleuchtend gestaltet sein, so dass auch bei niedriger vorbestimmter Frequenz ein stabiles Bild entsteht. Ebenfalls können natürlich auch sich ändernden Frames (Einzelbilder) einer Videokamera ausgewertet werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Elektronenstrahlvorrichtung Teil einer Maschine, die zum Bearbeiten von Werkstücken mittels Elektronenstrahl, z. B. Elektronenstrahlschweißen, -härten o. ä. angepasst ist. Dann kann zusätzlich zu einer Spannvorrichtung für Werkstücke auch die Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4, z. B. ein Leuchtschirm, in die Arbeitskammer der Maschine eingebracht werden. Z. B kann die Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung 4 auf die Spannvorrichtung aufgelegt und gegen Verrutschen gesichert werden. Die Elektronenstrahlachse 5 und der Leuchtschirm 4 werden so ausgerichtet, dass der Elektronenstrahl den Leuchtschirm trifft.
  • Bei einer manuellen Einstellung schaltet der Bediener einen geeigneten (geringen) Strahlstrom ein, bedient die Steuerung 3 so, dass die Fokusebene 6 entlang der Elektronenstrahlachse 5 verschoben wird, und nimmt dann – unter visueller Beobachtung, vorteilhafterweise mit Hilfe einer Videokamera und angeschlossenen Monitor – mit den vorhandenen Einstellelementen die Optimierung der Justierströme vor.
  • Bei automatischer Einstellung werden die Justierströme mittels der Bildverarbeitung und daraus folgenden automatischen Einstellung, die oben beschrieben wurde, eingestellt.
  • Nach Abschluss der Einstellung – die bei geübtem Bediener oder automatischer Einstellung maximal 1 Minute dauert – kann das nächste (z. B. im Wechseltakt inzwischen geladene) Werkstück unmittelbar der Bearbeitung zugeführt werden. Der Elektronenstrahl ist dann optimal zentriert. Der Leuchtschirm wird normalerweise zuvor aus der Maschine entnommen, weil das Volumen der Arbeitskammer oft so klein ist, dass der notwendige Platz zum Verstauen, z. B. durch Wegklappen des Leuchtschirms, nicht vorhanden ist. Das Entnehmen des Leuchtschirms aus der Maschine vermeidet auch, dass der Leuchtschirm während Benutzung der Elektronenstrahlvorrichtung verschmutzt wird.
  • Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.

Claims (10)

  1. Elektronenstrahlvorrichtung, mit einem Elektronenstrahlerzeuger (1) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls entlang einer Elektronenstrahlachse (5), einer auf der Elektronenstrahlachse (5) nach dem Elektronenstrahlerzeuger (1) angeordneteten Justier- und Fokussiereinheit (2) zum Justieren der Elektronenstrahlachse (5) und zum Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Fokusebene (6) und einer Steuerung (3) zum Steuern der Justier- und Fokussiereinheit (2), bei der die Steuerung dazu angepasst ist, die Justier- und Fokussiereinheit (2) zum Verschieben der Fokusebene (6) entlang der Elektronenstrahlachse (5) so anzusteuern, dass die Fokusebene mit einer vorbestimmten Frequenz hin und her verschoben wird, während die Position, in der die Elektronenstrahlachse (5) die Justier- und Fokussiereinheit (2) passiert, justiert wird, wobei die Elektronenstrahlvorrichtung dazu angepasst ist, dass eine Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) auf der Elektronenstrahlachse (5) im Bereich der Hin- und Herbewegung der Fokusebene (6) angeordnet wird.
  2. Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung (7), die zum Auswerten der von der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) angezeigten Auftreffpunkte angeordnet ist.
  3. Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die vorbestimmte Frequenz ≥ 15 Hz, bevorzugt ≥ 20 Hz, noch bevorzugter ≥ 50 Hz ist.
  4. Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Justier- und Fokussiereinheit (2) eine Justiereinheit (21) und eine Fokussiereinheit (22) aufweist.
  5. Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Justier- und Fokussiereinheit (2) zwei Justierspulen (211, 213) aufweist, die angepasst sind zum Erzeugen zweier gekreuzt angeordneter Magnetfelder.
  6. Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Justier- und Fokussiereinheit (2) eine Fokussierspule aufweist, die um die Elektronenstrahlachse angeordnet ist.
  7. Verfahren zum Justieren eines Elektronenstrahls, der von einer Elektronenstrahlvorrichtung erzeugt wird, mit den Schritten: a) Erzeugen eines Elektronenstrahls, wobei eine Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) auf der Elektronenstrahlachse (5) angeordnet ist, b) Fokussieren des Elektronenstrahls in einer Fokusebene (6) mittels einer Justier- und Fokussiereinheit der Elektronenstrahlvorrichtung, wobei diese Fokusebene (6) im Bereich der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) liegt, c) Hin- und Herverschieben der Fokusebene (6) entlang der Elektronenstrahlachse (5) mit einer vorbestimmten Frequenz über einen Bereich der Elektronenstrahlachse (5), der die Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) enthält, und d) Einstellen der exakten Richtung der Elektronenstrahlachse (5) in dem Bereich mit Hilfe der Justier- und Fokussiereinheit derart, dass von der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) in Schritt c) angezeigte Auftreffpunkte eine Kreisfläche bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die vorbestimmte Frequenz so hoch gewählt ist, dass die von der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) in Schritt c) angezeigten Auftreffpunkte den visuellen Eindruck eines stehenden Bildes ergeben.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die vorbestimmte Frequenz ≥ 15 Hz, bevorzugt ≥ 20 Hz, noch bevorzugter ≥ 50 Hz ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Auftreffpunkte auf der Elektronenstrahlauftreffpunktanzeigevorrichtung (4) mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung (7) ausgewertet werden und das Ergebnis der Auswertung zum automatischen Einstellen in Schritt d) verwendet wird.
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