JP2836224B2 - 電子ビームの焦点調整方法 - Google Patents
電子ビームの焦点調整方法Info
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- JP2836224B2 JP2836224B2 JP23870090A JP23870090A JP2836224B2 JP 2836224 B2 JP2836224 B2 JP 2836224B2 JP 23870090 A JP23870090 A JP 23870090A JP 23870090 A JP23870090 A JP 23870090A JP 2836224 B2 JP2836224 B2 JP 2836224B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子ビームの焦点を所定の照射面上に結
ばせる焦点調整方法に関する。
ばせる焦点調整方法に関する。
〔従来の技術〕 第４図は高エネルギー密度の電子ビームを被加工部材
に照射して加工する電子ビーム加工装置を示す模式図
で、「マイクロ加工技術」月刊工業新聞社昭和56年11月
発行第33ページに記載されたものである。図において、
（１）はハウジング、（２）はこのハウジング（１）内
の上部に配設された電子銃、（３）および（４）はこの
電子銃（２）から射出された電子ビームEBを集束する集
束装置としてのそれぞれ集束コイルおよびこれに電流を
供給する集束用電源である。（５）は突き合せ溶接等が
なされる被加工部材で、台車（６）上に載置されてい
る。
に照射して加工する電子ビーム加工装置を示す模式図
で、「マイクロ加工技術」月刊工業新聞社昭和56年11月
発行第33ページに記載されたものである。図において、
（１）はハウジング、（２）はこのハウジング（１）内
の上部に配設された電子銃、（３）および（４）はこの
電子銃（２）から射出された電子ビームEBを集束する集
束装置としてのそれぞれ集束コイルおよびこれに電流を
供給する集束用電源である。（５）は突き合せ溶接等が
なされる被加工部材で、台車（６）上に載置されてい
る。
この場合、電子銃（２）から射出された電子ビームEB
は集束コイル（３）により所望のスポット径に集束され
被加工部材（５）の加工位置、ここでは、溶接位置に照
射される。台車（６）は溶接線に沿い図の矢印の方向に
所定の速度で移動し溶接が進行する。
は集束コイル（３）により所望のスポット径に集束され
被加工部材（５）の加工位置、ここでは、溶接位置に照
射される。台車（６）は溶接線に沿い図の矢印の方向に
所定の速度で移動し溶接が進行する。
ところで、これら高エネルギー密度の電子ビームを使
用した電子ビーム加工装置においては、そのビーム径従
ってエネルギー密度を正確に設定することは、加工精度
や加工製品の信頼性、安定性を確保する観点から極めて
重要な管理内容となる。このため、電子ビームEBの焦点
を被加工部材（５）の照射面上に正確に結ばせる必要が
ある。
用した電子ビーム加工装置においては、そのビーム径従
ってエネルギー密度を正確に設定することは、加工精度
や加工製品の信頼性、安定性を確保する観点から極めて
重要な管理内容となる。このため、電子ビームEBの焦点
を被加工部材（５）の照射面上に正確に結ばせる必要が
ある。
以下、この焦点調整のため行われていた従来の方法を
第４図により説明する。即ち、先ず、被加工部材（５）
に替わってサンプル材（７）を台車（６）上に載置す
る。サンプル材（７）は被加工部材（５）と同質の材料
で構成し、その照射面位置が実際の被加工部材（５）の
照射面位置に一致するように配置する。そして、溶接時
と同様にこのサンプル材（７）に電子ビームEBを照射す
る。但し、ここでは、第５図に示すように、集束コイル
（３）に流す電流を種々変化させた（ａ→ｅの順に電流
を大きくする）例えば５種類のビードを形成する。そし
て、その断面を観察することにより溶け込みｈが最も深
くなる条件を見つけ出す。図示の例では、ｃのケースが
該当し、この時にビームのエネルギー密度が最大、従っ
てその焦点がサンプル材（７）の照射面上にあるとみな
して、集束コイル（３）の電流をｃのケースの値に保持
して、以下、具体的な被加工部材（５）の加工工程に入
ることになる。
第４図により説明する。即ち、先ず、被加工部材（５）
に替わってサンプル材（７）を台車（６）上に載置す
る。サンプル材（７）は被加工部材（５）と同質の材料
で構成し、その照射面位置が実際の被加工部材（５）の
照射面位置に一致するように配置する。そして、溶接時
と同様にこのサンプル材（７）に電子ビームEBを照射す
る。但し、ここでは、第５図に示すように、集束コイル
（３）に流す電流を種々変化させた（ａ→ｅの順に電流
を大きくする）例えば５種類のビードを形成する。そし
て、その断面を観察することにより溶け込みｈが最も深
くなる条件を見つけ出す。図示の例では、ｃのケースが
該当し、この時にビームのエネルギー密度が最大、従っ
てその焦点がサンプル材（７）の照射面上にあるとみな
して、集束コイル（３）の電流をｃのケースの値に保持
して、以下、具体的な被加工部材（５）の加工工程に入
ることになる。
従来の電子ビームの焦点調整方法は以上のようになさ
れていたので、その都度、集束の条件を複数のレベルで
設定してビードを形成しその断面を観察する必要があ
り、作業が極めて煩雑で作業効率も悪いという問題点が
あった。
れていたので、その都度、集束の条件を複数のレベルで
設定してビードを形成しその断面を観察する必要があ
り、作業が極めて煩雑で作業効率も悪いという問題点が
あった。
また、集束の条件はステップ状に設定するので、最適
（合焦点）の状態が得られない可能性もある。
（合焦点）の状態が得られない可能性もある。
この発明は、以上のような問題点を解消するためにな
されたもので、ビードを形成することなく合焦点の最適
の集束条件が得られる電子ビームの焦点調整方法を実現
するものである。
されたもので、ビードを形成することなく合焦点の最適
の集束条件が得られる電子ビームの焦点調整方法を実現
するものである。
この発明に係る電子ビームの焦点調整方法は、電子ビ
ームの最小スポット径より小さい幅のスリットを有する
スリット板と、上記電子ビームを上記スリット板に照射
したときに発生するＸ線を検出するＸ線検出装置とを備
え、上記スリット板をその表面位置が照射面位置に一致
するように配置し、上記電子ビームを上記スリット板の
スリット位置に照射したときの上記Ｘ線検出装置の出力
が最小になるように上記集束装置を制御するものであ
る。
ームの最小スポット径より小さい幅のスリットを有する
スリット板と、上記電子ビームを上記スリット板に照射
したときに発生するＸ線を検出するＸ線検出装置とを備
え、上記スリット板をその表面位置が照射面位置に一致
するように配置し、上記電子ビームを上記スリット板の
スリット位置に照射したときの上記Ｘ線検出装置の出力
が最小になるように上記集束装置を制御するものであ
る。
また、請求項２に係る方法は、電子ビームの最小スポ
ット径より小さい幅でかつ上記電子ビームの照射方向に
貫通するスリットを有するスリット板と、上記電子ビー
ムを上記スリット板に照射したときに上記スリットを貫
通した電子ビーム成分を捕捉するコレクタ電極とを備
え、上記スリット板をその表面位置が照射面位置に一致
するように配置し、上記電子ビームを上記スリット板の
スリット位置に照射したときの上記コレクタ電極からの
電流出力が最大になるように上記集束装置を制御するも
のである。
ット径より小さい幅でかつ上記電子ビームの照射方向に
貫通するスリットを有するスリット板と、上記電子ビー
ムを上記スリット板に照射したときに上記スリットを貫
通した電子ビーム成分を捕捉するコレクタ電極とを備
え、上記スリット板をその表面位置が照射面位置に一致
するように配置し、上記電子ビームを上記スリット板の
スリット位置に照射したときの上記コレクタ電極からの
電流出力が最大になるように上記集束装置を制御するも
のである。
以下、電子ビーム加工装置を示す第１図によりこの発
明の一実施例による電子ビームの焦点調整方法を説明す
る。図において、（１）〜（４）、（６）は第４図の場
合と同一で説明を省略する。（８）は電子ビームEBの偏
向を行う偏向コイル、（９）は偏向コイル（８）に電流
を供給する偏向用電源、（10）は焦点調整時、被加工部
材（５）に替って台車（６）上に載置されるスリット板
である。このスリット板（10）は電子ビームEBを照射し
ても溶融しない例えばタングステン等の高融点材料を使
用した熱容量の大きなもので、その中央には、その幅が
ビームスポットの最小径より十分小さい値に設定された
スリットＳが形成されている。
明の一実施例による電子ビームの焦点調整方法を説明す
る。図において、（１）〜（４）、（６）は第４図の場
合と同一で説明を省略する。（８）は電子ビームEBの偏
向を行う偏向コイル、（９）は偏向コイル（８）に電流
を供給する偏向用電源、（10）は焦点調整時、被加工部
材（５）に替って台車（６）上に載置されるスリット板
である。このスリット板（10）は電子ビームEBを照射し
ても溶融しない例えばタングステン等の高融点材料を使
用した熱容量の大きなもので、その中央には、その幅が
ビームスポットの最小径より十分小さい値に設定された
スリットＳが形成されている。
（11）はＸ線検出装置としてのＸ線センサーで、電子
ビームEBをスリット板（10）に照射したときに発生する
Ｘ線の強度を検出する。（12）は集束コイル（３）およ
び偏向コイル（８）の電流を変化させた場合のＸ線セン
サー（11）の出力の増減を判別する比較器、（13）は比
較器（12）の出力特性からＸ線センサー（11）の出力が
最小となるように集束コイル（３）および偏向コイル
（８）の電流を制御する制御器である。なお、（14）は
ビーム走査過程で一時、ビームを待機しておくためのコ
レクタである。
ビームEBをスリット板（10）に照射したときに発生する
Ｘ線の強度を検出する。（12）は集束コイル（３）およ
び偏向コイル（８）の電流を変化させた場合のＸ線セン
サー（11）の出力の増減を判別する比較器、（13）は比
較器（12）の出力特性からＸ線センサー（11）の出力が
最小となるように集束コイル（３）および偏向コイル
（８）の電流を制御する制御器である。なお、（14）は
ビーム走査過程で一時、ビームを待機しておくためのコ
レクタである。
次にこの発明に係る焦点調整方法を適用した場合の動
作について説明する。先ず、スリット板（10）をその照
射面位置が実際の被加工部材（５）の照射面位置に一致
するように台車（６）上に載置する。次に、偏向コイル
（８）の電流を制御して図中矢印で示すようにスリット
板（10）上を走査する。
作について説明する。先ず、スリット板（10）をその照
射面位置が実際の被加工部材（５）の照射面位置に一致
するように台車（６）上に載置する。次に、偏向コイル
（８）の電流を制御して図中矢印で示すようにスリット
板（10）上を走査する。
一般に、加速された電子ビームが金属に衝突するとＸ
線が発生する。そして、その発生量は電子ビームの出力
と衝突する金属の種類（原子番号）に大きく依存する。
発生したＸ線は無指向性で、平板上に電子ビームを照射
すると遮る部分がないためＸ線はあらゆる方向で検出さ
れることになる。
線が発生する。そして、その発生量は電子ビームの出力
と衝突する金属の種類（原子番号）に大きく依存する。
発生したＸ線は無指向性で、平板上に電子ビームを照射
すると遮る部分がないためＸ線はあらゆる方向で検出さ
れることになる。
第２図（ａ）は、電子ビームEBをスリット板（10）の
スリットＳに照射した場合のＸ線の発生量を検出する状
況を示すもので、Ｘ線センサー（11）の出力を増幅して
表示器により表示している。同図（ｂ）（ｃ）はその表
示出力で、同（ｂ）はスリット板（10）の表面でのビー
ムのスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが大きい
場合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場合、即
ち、焦点ずれが小さい場合を示す。
スリットＳに照射した場合のＸ線の発生量を検出する状
況を示すもので、Ｘ線センサー（11）の出力を増幅して
表示器により表示している。同図（ｂ）（ｃ）はその表
示出力で、同（ｂ）はスリット板（10）の表面でのビー
ムのスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが大きい
場合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場合、即
ち、焦点ずれが小さい場合を示す。
電子ビームEBがスリットＳ以外のスリット板（10）の
平坦な表面を照射しているときのＸ線検出量は高レベル
でほぼ一定となっている。照射がスリットＳにかかると
電子ビームEBの一部がスリットＳの内部に進入し、この
スリットＳの内部でＸ線が発生する。しかし、このスリ
ットＳの内部で発生したＸ線は、その側壁で遮蔽されて
スリット板（10）の表面にはほとんど達しない。この結
果、Ｘ線センサー（11）による検出量はその分低下す
る。そして、この低下度合は、電子ビームEBのエネルギ
ー密度が大きい程、即ちビームスポット径が小さい程大
きくなる。
平坦な表面を照射しているときのＸ線検出量は高レベル
でほぼ一定となっている。照射がスリットＳにかかると
電子ビームEBの一部がスリットＳの内部に進入し、この
スリットＳの内部でＸ線が発生する。しかし、このスリ
ットＳの内部で発生したＸ線は、その側壁で遮蔽されて
スリット板（10）の表面にはほとんど達しない。この結
果、Ｘ線センサー（11）による検出量はその分低下す
る。そして、この低下度合は、電子ビームEBのエネルギ
ー密度が大きい程、即ちビームスポット径が小さい程大
きくなる。
従って、電子ビームEBをスリット板（10）のスリット
Ｓの位置に照射したときのＸ線センサー（11）の検出量
が最小となるように集束コイル（３）の電流を制御すれ
ば、電子ビームEBの焦点がスリット板（10）の照射面上
で結ばれることになる。集束コイル（３）の電流をステ
ップ状に設定して行う従来の方法と異なり、この実施例
では電流を連続的に変化させて制御することができるの
で、合焦点の集束条件が正確に確実に得られる。
Ｓの位置に照射したときのＸ線センサー（11）の検出量
が最小となるように集束コイル（３）の電流を制御すれ
ば、電子ビームEBの焦点がスリット板（10）の照射面上
で結ばれることになる。集束コイル（３）の電流をステ
ップ状に設定して行う従来の方法と異なり、この実施例
では電流を連続的に変化させて制御することができるの
で、合焦点の集束条件が正確に確実に得られる。
第３図（ａ）は他の実施例による方法の概要を説明す
るもので、ここではスリットＳは電子ビームEBの照射方
向に貫通して設けられている。そして、（15）はスリッ
トＳを貫通した電子ビームEBを捕捉するコレクタ電極、
（16）はコレクタ電極（15）に流れる電流を検出する電
流センサーである。
るもので、ここではスリットＳは電子ビームEBの照射方
向に貫通して設けられている。そして、（15）はスリッ
トＳを貫通した電子ビームEBを捕捉するコレクタ電極、
（16）はコレクタ電極（15）に流れる電流を検出する電
流センサーである。
前記実施例と同様、電子ビームEBをスリット板（10）
のスリットＳの位置に照射すると、電子ビームEBの一部
がスリットＳを貫通してコレクタ電極（15）に捕捉さ
れ、電流センサー（16）によりこの捕捉量に相当する電
流が検出される。第３図（ｂ）（ｃ）はこの状況を示す
もので、同（ｂ）はスリット板（10）の表面でのビーム
のスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが大きい場
合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場合、即
ち、焦点ずれが小さい場合を示す。スリットＳの幅は一
定であるため、電子ビームEBのエネルギー密度が大きい
程、スリットＳを貫通するビームエネルギー量が大きく
なり、第３図（ｂ）（ｃ）の通りの特性となる訳であ
る。
のスリットＳの位置に照射すると、電子ビームEBの一部
がスリットＳを貫通してコレクタ電極（15）に捕捉さ
れ、電流センサー（16）によりこの捕捉量に相当する電
流が検出される。第３図（ｂ）（ｃ）はこの状況を示す
もので、同（ｂ）はスリット板（10）の表面でのビーム
のスポット径が大きい場合、即ち、焦点ずれが大きい場
合を示し、同（ｃ）は同スポット径が小さい場合、即
ち、焦点ずれが小さい場合を示す。スリットＳの幅は一
定であるため、電子ビームEBのエネルギー密度が大きい
程、スリットＳを貫通するビームエネルギー量が大きく
なり、第３図（ｂ）（ｃ）の通りの特性となる訳であ
る。
従って、電子ビームEBをスリット板（10）のスリット
Ｓの位置に照射したときの電流センサー（16）の検出量
が最大となるように集束コイル（３）の電流を制御すれ
ば、合焦点の集束条件が自動的に得られることになる。
Ｓの位置に照射したときの電流センサー（16）の検出量
が最大となるように集束コイル（３）の電流を制御すれ
ば、合焦点の集束条件が自動的に得られることになる。
なお、上記各実施例では電子ビームEBをスリットＳを
中心として一定の範囲内で走査するようにしたが、必ず
しもこのような制御が要求される訳ではなく、例えば、
電子ビームEBが常にスリットＳの位置に合致するように
偏向コイル（８）の電流を制御する方式としてもよい。
中心として一定の範囲内で走査するようにしたが、必ず
しもこのような制御が要求される訳ではなく、例えば、
電子ビームEBが常にスリットＳの位置に合致するように
偏向コイル（８）の電流を制御する方式としてもよい。
この発明は以上のように構成されているので、ビード
を作成してその断面を観察するという煩雑な作業が不要
となって作業効率が大幅に向上するとともに、合焦点の
集束条件が正確、確実に得られる。
を作成してその断面を観察するという煩雑な作業が不要
となって作業効率が大幅に向上するとともに、合焦点の
集束条件が正確、確実に得られる。
第１図は電子ビーム加工装置にこの発明の一実施例によ
る電子ビームの焦点調整方法を適用した場合の状況を示
す模式図、第２図はその動作を説明する図、第３図は他
の実施例の動作を説明する図、第４図は電子ビーム加工
装置を示す模式図、第５図は従来の電子ビームの焦点調
整方法を説明する図である。 図において、（３）および（４）は集束装置としてのそ
れぞれ集束コイルおよび集束用電源、（10）はスリット
板、Ｓはスリット、（11）はＸ線検出装置としてのＸ線
センサー、（12）は比較器、（13）は制御器、（15）は
コレクタ電極、（16）は電流センサー、EBは電子ビーム
である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
る電子ビームの焦点調整方法を適用した場合の状況を示
す模式図、第２図はその動作を説明する図、第３図は他
の実施例の動作を説明する図、第４図は電子ビーム加工
装置を示す模式図、第５図は従来の電子ビームの焦点調
整方法を説明する図である。 図において、（３）および（４）は集束装置としてのそ
れぞれ集束コイルおよび集束用電源、（10）はスリット
板、Ｓはスリット、（11）はＸ線検出装置としてのＸ線
センサー、（12）は比較器、（13）は制御器、（15）は
コレクタ電極、（16）は電流センサー、EBは電子ビーム
である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】電子ビームの集束装置を制御して上記電子
ビームの焦点を所定の照射面上に結ばせる方法におい
て、 上記電子ビームの最小スポット径より小さい幅のスリッ
トを有するスリット板と、上記電子ビームを上記スリッ
ト板に照射したときに発生するＸ線を検出するＸ線検出
装置とを備え、上記スリット板をその表面位置が上記照
射面位置に一致するように配置し、上記電子ビームを上
記スリット板のスリット位置に照射したときの上記Ｘ線
検出装置の出力が最小になるように上記集束装置を制御
することを特徴とする電子ビームの焦点調整方法。 - 【請求項２】電子ビームの集束装置を制御して上記電子
ビームの焦点を所定の照射面上に結ばせる方法におい
て、 上記電子ビームの最小スポット径より小さい幅でかつ上
記電子ビームの照射方向に貫通するスリットを有するス
リット板と、上記電子ビームを上記スリット板に照射し
たときに上記スリットを貫通した電子ビーム成分を捕捉
するコレクタ電極とを備え、上記スリット板をその表面
位置が上記照射面位置に一致するように配置し、上記電
子ビームを上記スリット板のスリット位置に照射したと
きの上記コレクタ電極からの電流出力が最大になるよう
に上記集束装置を制御することを特徴とする電子ビーム
の焦点調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23870090A JP2836224B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 電子ビームの焦点調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23870090A JP2836224B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 電子ビームの焦点調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118181A JPH04118181A (ja) | 1992-04-20 |
| JP2836224B2 true JP2836224B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=17033994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23870090A Expired - Lifetime JP2836224B2 (ja) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | 電子ビームの焦点調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100836924B1 (ko) * | 2006-12-12 | 2008-06-11 | 현대자동차주식회사 | 전자빔 용접장치의 용접초점 제어장치 및 그 제어방법 |
-
1990
- 1990-09-05 JP JP23870090A patent/JP2836224B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04118181A (ja) | 1992-04-20 |
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