JPS60175354A - 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法 - Google Patents
電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法Info
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- JPS60175354A JPS60175354A JP2877984A JP2877984A JPS60175354A JP S60175354 A JPS60175354 A JP S60175354A JP 2877984 A JP2877984 A JP 2877984A JP 2877984 A JP2877984 A JP 2877984A JP S60175354 A JPS60175354 A JP S60175354A
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- B23K15/02—Control circuits therefor
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、を子ビーム加工機において、被加工物の加工
前に行う電子ビームの焦点位置調整方法に関するもので
ある。
前に行う電子ビームの焦点位置調整方法に関するもので
ある。
〔従来技術１
従来の電子ビーム加工機の焦点位置調整方法としては、
被加工物又はこれに代る夕／ゲステン。
被加工物又はこれに代る夕／ゲステン。
銅などのブロックに′電子ビームを照射し、これによっ
て生ずる溶融池を目視するかあるいは直接電子ビームを
目視しつつ集束レンズの電流を調整する方法が一般的で
ある。しかしながらこのような方法では、作業者による
焦点位置判断の個人差が生ずるという不都合がある。
て生ずる溶融池を目視するかあるいは直接電子ビームを
目視しつつ集束レンズの電流を調整する方法が一般的で
ある。しかしながらこのような方法では、作業者による
焦点位置判断の個人差が生ずるという不都合がある。
特に、溶接作業においては、電子ビームの焦点位置が溶
は込み形状に大きく影響する。第１図ないし第６図には
、この電子ビームの焦点位置と溶は込み形状とが示され
ている。第１図ないし第６図の（Ａ）には、電子ビーム
の焦点位置が各々示されており、（Ｂ）には、溶は込み
形状が各々示されている。ここで 集束レンズと焦点位置との距離 とすると、第１図に示されている状態は、ａｂ＝１の場
合であり、電子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの
表面にある場合である。このときの溶は込み形状は、第
１図（Ｂ）の如く望ましいものとなる。第２図に示され
ている状態は ａｂ （ｉの場合であり、電子ビームＥ
Ｂの焦点位置が被加工物ＷＫの中にある場合である。ま
た、第３図に示されている状態は、ａｂ〉１の場合であ
り、電子ビームＦＢの焦点位置が被加工物ＷＫの表１ｍ
より上部にある場合である。これらａｂ（１，ａｂ：）
’ｌの場合の溶は込み形状は、第２図（Ｂ）、第６図
（Ｂ）に各々示されているように必ずしも好ましいもの
ではない。
は込み形状に大きく影響する。第１図ないし第６図には
、この電子ビームの焦点位置と溶は込み形状とが示され
ている。第１図ないし第６図の（Ａ）には、電子ビーム
の焦点位置が各々示されており、（Ｂ）には、溶は込み
形状が各々示されている。ここで 集束レンズと焦点位置との距離 とすると、第１図に示されている状態は、ａｂ＝１の場
合であり、電子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの
表面にある場合である。このときの溶は込み形状は、第
１図（Ｂ）の如く望ましいものとなる。第２図に示され
ている状態は ａｂ （ｉの場合であり、電子ビームＥ
Ｂの焦点位置が被加工物ＷＫの中にある場合である。ま
た、第３図に示されている状態は、ａｂ〉１の場合であ
り、電子ビームＦＢの焦点位置が被加工物ＷＫの表１ｍ
より上部にある場合である。これらａｂ（１，ａｂ：）
’ｌの場合の溶は込み形状は、第２図（Ｂ）、第６図
（Ｂ）に各々示されているように必ずしも好ましいもの
ではない。
このように、焦点位置の調整いかんによって溶は込み形
状が大きく変化する。従来の目視による方法では、焦点
の位置調整を正確に行うことが困難であり、好ましい溶
は込み形状が得られない。
状が大きく変化する。従来の目視による方法では、焦点
の位置調整を正確に行うことが困難であり、好ましい溶
は込み形状が得られない。
このような不都合を改善するものとしては、例えば特開
昭４８−３３９号公報に開示されるものがある。この発
明によれば電子ビーム照射によって生ずる溶融池を目視
するかわりに、被加工物の電子ビーム照射部分から発生
する光を検出し、この変化を指示計器に表示するように
して電子ビームの集束調整が行なわれる。
昭４８−３３９号公報に開示されるものがある。この発
明によれば電子ビーム照射によって生ずる溶融池を目視
するかわりに、被加工物の電子ビーム照射部分から発生
する光を検出し、この変化を指示計器に表示するように
して電子ビームの集束調整が行なわれる。
しかしながらかかる方法においては、加工時よりも小さ
い電流の電子ビームを用いて電子ビームの集束調整を行
い、調整後電子ビームの電流を増大させて加工を行うこ
ととしている。すなわち、電子ビームの電流増大に伴う
焦点位置の変化に対して何らの配慮がなされておらず、
必ずしも良好に電子ビームの集束調整を行い得るもので
はない。
い電流の電子ビームを用いて電子ビームの集束調整を行
い、調整後電子ビームの電流を増大させて加工を行うこ
ととしている。すなわち、電子ビームの電流増大に伴う
焦点位置の変化に対して何らの配慮がなされておらず、
必ずしも良好に電子ビームの集束調整を行い得るもので
はない。
また、指示計器を参照しながら集束調整を行うため、溶
融池等の目視による場合よりも精度が向上するものの作
業者によるバシッキは生じざるを得ない。
融池等の目視による場合よりも精度が向上するものの作
業者によるバシッキは生じざるを得ない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、作業
者による個人差を除いて高い積置で焦点位置調整を行う
ことができるとともに、かかる調整の自動化を図ること
ができる焦点位置調整方法を提供することをその目的と
するものである。
者による個人差を除いて高い積置で焦点位置調整を行う
ことができるとともに、かかる調整の自動化を図ること
ができる焦点位置調整方法を提供することをその目的と
するものである。
すなわち本発明は、あらかじめめた補正データを参照す
ることにより、焦点調整時の電子ビーム電流と加工時の
電子ビーム′ｗ１．流とが異なることによって生ずる焦
点位置の変動を補正することによって前記目的を達成し
ようとするものである。
ることにより、焦点調整時の電子ビーム電流と加工時の
電子ビーム′ｗ１．流とが異なることによって生ずる焦
点位置の変動を補正することによって前記目的を達成し
ようとするものである。
以下、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位置調整
方法を添附図面に示す実施例に従って詳細に説明する。
方法を添附図面に示す実施例に従って詳細に説明する。
第４図には、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位
置調整方法を実施する焦点位置Ａ整装置の一構成例が示
されている。また、第５図には、この調整装置の一部と
、電子ビーム照射時の状態が示されている。
置調整方法を実施する焦点位置Ａ整装置の一構成例が示
されている。また、第５図には、この調整装置の一部と
、電子ビーム照射時の状態が示されている。
これら第４図及び第５図において、電子ビーム（ＥＢ）
は、電子銃０１から被加工物（ＷＫ ）に向がって照射
されるようになっている。この電子ビーム（ＥＢ）の通
路には、集束し／ズ＠及び電子コレクタαゆが適宜位置
に配置されている。集束レンズ（ロ）は電子ビーム（Ｅ
Ｂ）を集束させるためのもので、通電電流を変化δせる
ことにより電子ビーム（ＥＢ）の集束の程度が変化する
ようになっている。本実施例では、例えば第６図に示す
経時変化をもって集束レンズ四の電流が変化せしめられ
、この変化の幅は、被加工物（ＷＫ ）が加工を行うチ
ャンバ（図示せず）内のいずれに載置されても電子ビー
ム（ＥＢ）の焦点が被加工物上に位置するように設定さ
れる。また、焦点位置調整を行う場合には、電子ビーム
の電流値が加工時よりも小さく設定される。
は、電子銃０１から被加工物（ＷＫ ）に向がって照射
されるようになっている。この電子ビーム（ＥＢ）の通
路には、集束し／ズ＠及び電子コレクタαゆが適宜位置
に配置されている。集束レンズ（ロ）は電子ビーム（Ｅ
Ｂ）を集束させるためのもので、通電電流を変化δせる
ことにより電子ビーム（ＥＢ）の集束の程度が変化する
ようになっている。本実施例では、例えば第６図に示す
経時変化をもって集束レンズ四の電流が変化せしめられ
、この変化の幅は、被加工物（ＷＫ ）が加工を行うチ
ャンバ（図示せず）内のいずれに載置されても電子ビー
ム（ＥＢ）の焦点が被加工物上に位置するように設定さ
れる。また、焦点位置調整を行う場合には、電子ビーム
の電流値が加工時よりも小さく設定される。
電子コレクタ（１４は、電子線を検出するためのもので
あり、また被加工物（ＷＫ ）に対する電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の照射位置近傍には、ＸＩｖ！を検出するＸ瞼セン
サα→が配置されている。な訃、電子コレクタαゆ及び
Ｘ線センサＱＱは、必要に応じて少なくとも一方を設け
るようにすればよい。これら電子コレクタ０４及びＸ線
センナ１．１１の作用を第５図に基づいて説明する。第
５図において、′甑子コレクタα◆と、被加工物（ＷＫ
）との間には、コレクタ電源Ｑ峠が接続されている。
あり、また被加工物（ＷＫ ）に対する電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の照射位置近傍には、ＸＩｖ！を検出するＸ瞼セン
サα→が配置されている。な訃、電子コレクタαゆ及び
Ｘ線センサＱＱは、必要に応じて少なくとも一方を設け
るようにすればよい。これら電子コレクタ０４及びＸ線
センナ１．１１の作用を第５図に基づいて説明する。第
５図において、′甑子コレクタα◆と、被加工物（ＷＫ
）との間には、コレクタ電源Ｑ峠が接続されている。
このコレクタ電源慎→は、電子コレクタは４に被加工物
（ＷＫＩに対して正又は負の電位をも与えるものである
。被加工？Ｉ（ＷＫ）に電子ビーム（ＥＢ）が照射され
ると、放射電子線（ＲＢ）及びＸＩｔＭ（ＲＸ）が生ず
る。放射電子線（ＲＢ）には、反射電子、二次電子及び
熱電子が含まれており、これらの電子の有するエネルギ
ーには次のような関係がある。
（ＷＫＩに対して正又は負の電位をも与えるものである
。被加工？Ｉ（ＷＫ）に電子ビーム（ＥＢ）が照射され
ると、放射電子線（ＲＢ）及びＸＩｔＭ（ＲＸ）が生ず
る。放射電子線（ＲＢ）には、反射電子、二次電子及び
熱電子が含まれており、これらの電子の有するエネルギ
ーには次のような関係がある。
反射電子のエネルギー〉二次電子のエネルギー反射電子
のエネルギー〉熱電子のエネルギー従って、電子コレク
タ０にコレクタ電源α→によって負の電位を与えた場合
には、放射電子線（ＲＢ）に含まれる電子のうち反射電
子のみが電子コレクタα→に到達し、逆に正の電位を与
えた場合には、反射電子の他に二次電子及び熱電子も電
子コレクタｑ４に到達する。また、Ｘ線（ＲＸ）は、Ｘ
巌センサＱＱに到達する。これらの放射電子線（ＲＢ）
及びＸ Ｈ（ＲＸ ）の到達による電気４１号が電子コ
レクタＯ→又はＸ線センサａＱから出力される。これら
の信号は、電子ビーム（ＥＢ）の焦点位置の移動に伴っ
て変化する。
のエネルギー〉熱電子のエネルギー従って、電子コレク
タ０にコレクタ電源α→によって負の電位を与えた場合
には、放射電子線（ＲＢ）に含まれる電子のうち反射電
子のみが電子コレクタα→に到達し、逆に正の電位を与
えた場合には、反射電子の他に二次電子及び熱電子も電
子コレクタｑ４に到達する。また、Ｘ線（ＲＸ）は、Ｘ
巌センサＱＱに到達する。これらの放射電子線（ＲＢ）
及びＸ Ｈ（ＲＸ ）の到達による電気４１号が電子コ
レクタＯ→又はＸ線センサａＱから出力される。これら
の信号は、電子ビーム（ＥＢ）の焦点位置の移動に伴っ
て変化する。
成子コレクタＱ４は、波形格納装置−に接続されており
、ｘｍセッサ（１１は、アンプ（イ）を介して波形格納
装置（イ）に接続きれている。この波形格納装置−は、
入力される信号の波形を一時的に格納蓄積する機能を有
する。なお、アンプに）は、Ｘ線センサα→の感度が小
さく、出力信号が小さいので、これを増幅するために接
続はれている。
、ｘｍセッサ（１１は、アンプ（イ）を介して波形格納
装置（イ）に接続きれている。この波形格納装置−は、
入力される信号の波形を一時的に格納蓄積する機能を有
する。なお、アンプに）は、Ｘ線センサα→の感度が小
さく、出力信号が小さいので、これを増幅するために接
続はれている。
次に、波形格納装置（イ）は、計算処理装置（ハ）に接
続されている。この計算処理装置（ハ）は、波形格納装
置（ホ）に格納された信号波形を解析し、後述する補正
データを利用して所定の制御信号を出力する。
続されている。この計算処理装置（ハ）は、波形格納装
置（ホ）に格納された信号波形を解析し、後述する補正
データを利用して所定の制御信号を出力する。
計算処理装置（ハ）は、制御装置（ハ）に接続され、更
に制御装置（ハ）は、電子銃ａＱ及び集束レンズ（６）
に接続されている。この制御装置（ハ）により計算処理
装置（ハ）から出力される制御信号に基づいて電子銃０
＊及び集束レンズ（６）の動作が制御される。
に制御装置（ハ）は、電子銃ａＱ及び集束レンズ（６）
に接続されている。この制御装置（ハ）により計算処理
装置（ハ）から出力される制御信号に基づいて電子銃０
＊及び集束レンズ（６）の動作が制御される。
次に上貫ζ実施例における作用動作について説明する。
まず、放射電子線（ＲＢ）によって焦点位置調整を行う
場合について説明する。この場合には、電子コレクタα
ゆが検知手段として使用される。まず、実際の加工時よ
りも小電流の電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）
に対して照射される。次に、集束レンズ（ロ）の電流が
第６図に示すように変化させられる。
場合について説明する。この場合には、電子コレクタα
ゆが検知手段として使用される。まず、実際の加工時よ
りも小電流の電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）
に対して照射される。次に、集束レンズ（ロ）の電流が
第６図に示すように変化させられる。
第７図には、集束レンズ（６）の電流を第６図、に示す
ように変化させた場合の放射電子線（ＲＢ＞の強度すな
わち電子コレクタα樽の出力の変化が示されている。こ
の図において（Ａ）は、電子コレクタ←◆に被加工物（
ＷＫ ）に対して正の電位を与えた場合が示されており
、同図ＣＢ）は、電子コレクタ◇噌に被加工物（ＷＫ
）に対して負の電位を与えた場合が示されている。
ように変化させた場合の放射電子線（ＲＢ＞の強度すな
わち電子コレクタα樽の出力の変化が示されている。こ
の図において（Ａ）は、電子コレクタ←◆に被加工物（
ＷＫ ）に対して正の電位を与えた場合が示されており
、同図ＣＢ）は、電子コレクタ◇噌に被加工物（ＷＫ
）に対して負の電位を与えた場合が示されている。
すでに述べたように、電子コレクタ０◆に正の電位を与
えた場合には、反射電子、二次電子、熱電子が放射電子
線（ＲＢ ）として電子コレクタα→に到達する。この
場合、電子ビーム（ＥＢ ）が被加工物（ｗＫ ）の表
面で集束すると被加工物（ＷＫ）の温度が上昇し、熱電
子が増加することとなる。従って第７図（Ａ）に示すよ
うな極太値が生ずる。この極大値を示す時刻に第６図に
示す線図に基づいて集束レンズ（６）に通電されている
ｔ ｔｌｌｆ、値が焦点位置に対応するものとなる。
えた場合には、反射電子、二次電子、熱電子が放射電子
線（ＲＢ ）として電子コレクタα→に到達する。この
場合、電子ビーム（ＥＢ ）が被加工物（ｗＫ ）の表
面で集束すると被加工物（ＷＫ）の温度が上昇し、熱電
子が増加することとなる。従って第７図（Ａ）に示すよ
うな極太値が生ずる。この極大値を示す時刻に第６図に
示す線図に基づいて集束レンズ（６）に通電されている
ｔ ｔｌｌｆ、値が焦点位置に対応するものとなる。
電子コレクタＱ４に負の電位を与えｆｃ場合には、反射
電子が放射電子線（ＲＢ）として電子コレクタα→に到
達する。この場合、被加工物（ＷＫ）の表面における電
子ビーム（ＥＢ）のスポット径は、焦点のずれた拡大し
た状態から時間とともに絞られ、焦点が合ったときに最
小となり、更に時間が経つと再び焦点のずれた拡大した
状態となる。焦点が合ったときにビーム密度が増加し、
微小な被加工物（ＷＫＩの溶融及び蒸発が生じる。この
ため、電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表面
から内部に落ち込むようになり、第７図（Ｂ）に示す如
く極小値が生ずる。この極小値を示す時刻に第６図に示
す線図に基づいて集束レンズ（６）に通電されている電
流が焦点位置に対応するものである。
電子が放射電子線（ＲＢ）として電子コレクタα→に到
達する。この場合、被加工物（ＷＫ）の表面における電
子ビーム（ＥＢ）のスポット径は、焦点のずれた拡大し
た状態から時間とともに絞られ、焦点が合ったときに最
小となり、更に時間が経つと再び焦点のずれた拡大した
状態となる。焦点が合ったときにビーム密度が増加し、
微小な被加工物（ＷＫＩの溶融及び蒸発が生じる。この
ため、電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表面
から内部に落ち込むようになり、第７図（Ｂ）に示す如
く極小値が生ずる。この極小値を示す時刻に第６図に示
す線図に基づいて集束レンズ（６）に通電されている電
流が焦点位置に対応するものである。
次に、第７図体）又は（Ｂ）に示す電子コレクタαゆの
出力信号の波形は、波形格納装置翰に一度格納される。
出力信号の波形は、波形格納装置翰に一度格納される。
他方、計算処理装置（ハ）には、第８図又は第９図に示
す補正データがあらかじめ格納されており、これらの補
正データに基づいて制御信号が制御装置（ハ）に出力さ
れる。
す補正データがあらかじめ格納されており、これらの補
正データに基づいて制御信号が制御装置（ハ）に出力さ
れる。
まず、第８図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第８図に示す補正データは、
電子ビーム（ＦＢＩの電流を変化させた場合に、焦点位
置をそのまま保持する集束レンズα→の電流を示すグラ
フであり、集束レンズα）と被加工物（ＷＫ ）との距
離（ワークディスタンス）毎の複数の補正データがある
。ｉｔ算処理装置（ハ）では、まず波形格納装置翰に格
納された第７図に示す波形から極値を示す時刻をめ、次
にこの時刻に対応する集束レンズαオの電流を第６図か
らめる。次に計算処理装置ＩＴｈｔ）では、該当するワ
ークディスタンスに対応する第８図に示す、補正データ
を選択する。例えばめた集束し／ズ（６）の電流（ＩＣ
１）に対応する電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＥｌ）は
、第８図に示す如くである。すなわち、ワークディスク
メス毎に用意された補正データのうちの該当するものの
選択は、集束レンズ（６）の電流と、電子ビーム（ＥＢ
ｌの電流（ＩＥｌ）とがめられれば、これ ・によって
第８図のグラフ上に表わされる交点を通過するグラフを
選択することにより行なわれる。
合について説明する。この第８図に示す補正データは、
電子ビーム（ＦＢＩの電流を変化させた場合に、焦点位
置をそのまま保持する集束レンズα→の電流を示すグラ
フであり、集束レンズα）と被加工物（ＷＫ ）との距
離（ワークディスタンス）毎の複数の補正データがある
。ｉｔ算処理装置（ハ）では、まず波形格納装置翰に格
納された第７図に示す波形から極値を示す時刻をめ、次
にこの時刻に対応する集束レンズαオの電流を第６図か
らめる。次に計算処理装置ＩＴｈｔ）では、該当するワ
ークディスタンスに対応する第８図に示す、補正データ
を選択する。例えばめた集束し／ズ（６）の電流（ＩＣ
１）に対応する電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＥｌ）は
、第８図に示す如くである。すなわち、ワークディスク
メス毎に用意された補正データのうちの該当するものの
選択は、集束レンズ（６）の電流と、電子ビーム（ＥＢ
ｌの電流（ＩＥｌ）とがめられれば、これ ・によって
第８図のグラフ上に表わされる交点を通過するグラフを
選択することにより行なわれる。
次に、選択された補正データから、加工時の電子ビーム
（ＥＢ ）の電流（ＩＦ５＞に対応する集束レンズ（６
）の゛底流（ＩＣ２）がめられる。これらのデータに基
づいて、制御信号が制御装置（ハ）に出力され、更に制
御装置（ハ）によって電子銃αＱ１集束レンズ（６）が
制御され、電子ビーム（ＥＢ）の電流が前記（ＩＦ５）
に設定されるとともに、集束レンズ（６）の電流が前記
（ＩＣ２）に再調整畑れる。
（ＥＢ ）の電流（ＩＦ５＞に対応する集束レンズ（６
）の゛底流（ＩＣ２）がめられる。これらのデータに基
づいて、制御信号が制御装置（ハ）に出力され、更に制
御装置（ハ）によって電子銃αＱ１集束レンズ（６）が
制御され、電子ビーム（ＥＢ）の電流が前記（ＩＦ５）
に設定されるとともに、集束レンズ（６）の電流が前記
（ＩＣ２）に再調整畑れる。
次に、第９図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第９図に示す補正データは電
子ビーム（ＥＢ）の電流を変化させた場合に焦点距離が
どのように変化するかを示すグラフであり、集束レンズ
（６）の電流毎の複数のデータがある。計算処理装置（
ハ）では、１ず上述した手頚で焦点が調整されたときの
集束レンズ（ロ）の電流がめられる。次に、この集束レ
ンズ（６）の電流に対応する第９図に示す補正データが
選択される。
合について説明する。この第９図に示す補正データは電
子ビーム（ＥＢ）の電流を変化させた場合に焦点距離が
どのように変化するかを示すグラフであり、集束レンズ
（６）の電流毎の複数のデータがある。計算処理装置（
ハ）では、１ず上述した手頚で焦点が調整されたときの
集束レンズ（ロ）の電流がめられる。次に、この集束レ
ンズ（６）の電流に対応する第９図に示す補正データが
選択される。
この補正データにおいて、焦点調整時の電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の電流を（ＩＦ５）とすると、焦点調整時の被加工
物（ＷＫ ）の位置すなわち焦点距離は（ＬＦＩ）とな
る。次にこの補正データから、加工時の電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の電流（ＩＦ５）に対応する焦点距離（ＬＰ０１が
められる。これらのデータすなわち焦点距離（ＬＦｌｌ
、 （ＩＦ２）及び電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＦ４
）に基づいて制御信号が制御装置（イ）に出力される。
Ｂ）の電流を（ＩＦ５）とすると、焦点調整時の被加工
物（ＷＫ ）の位置すなわち焦点距離は（ＬＦＩ）とな
る。次にこの補正データから、加工時の電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の電流（ＩＦ５）に対応する焦点距離（ＬＰ０１が
められる。これらのデータすなわち焦点距離（ＬＦｌｌ
、 （ＩＦ２）及び電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＦ４
）に基づいて制御信号が制御装置（イ）に出力される。
更に、制御装置に）は、入力された制御信号に基づいて
電子銃αＱ及び被加工物（ＷＫ ）が載置されているテ
ーブル（図示せず）を制御する。すなわち、電子銃αＱ
は、電子ビーム（ＥＢ）の電流が（ＩＦ５）となるよう
に制御され、テーブルは、焦点距離が（ＬＦＩＩから（
ＩＦ２）となるように調整される。
電子銃αＱ及び被加工物（ＷＫ ）が載置されているテ
ーブル（図示せず）を制御する。すなわち、電子銃αＱ
は、電子ビーム（ＥＢ）の電流が（ＩＦ５）となるよう
に制御され、テーブルは、焦点距離が（ＬＦＩＩから（
ＩＦ２）となるように調整される。
なお、明らかなように、第８図に示す補正データを使用
する場合には、集束レイズ＠の電流が調整され被加工物
（ＷＫｌの位置はその−１まであるのに対し、第９図に
示す補正データを使用する場合には、集束レンズ（６）
の電流はそのままとされ被加工物（ＷＫｌの位置が調整
される。
する場合には、集束レイズ＠の電流が調整され被加工物
（ＷＫｌの位置はその−１まであるのに対し、第９図に
示す補正データを使用する場合には、集束レンズ（６）
の電流はそのままとされ被加工物（ＷＫｌの位置が調整
される。
次に、Ｘ線（ＲＸ）によって焦点位置調整を行う場合に
ついて説明する。この場合には、Ｘ線センサｑＱが検知
手段として使用される。まず前述した場合と同様に被加
工物（ＷＫ ）に対して電子ビーム（ＫＢ）が照射され
る。次に集束レンズ（２）の電流が同様に第６図に示す
ように変化させられる。この場合のＸ線強度すなわちＸ
線センサ←りの出力の変化が第１０図に示されている。
ついて説明する。この場合には、Ｘ線センサｑＱが検知
手段として使用される。まず前述した場合と同様に被加
工物（ＷＫ ）に対して電子ビーム（ＫＢ）が照射され
る。次に集束レンズ（２）の電流が同様に第６図に示す
ように変化させられる。この場合のＸ線強度すなわちＸ
線センサ←りの出力の変化が第１０図に示されている。
このＸ線強度の変化は、電子コレクタα→に負の電位を
与えた第７図（Ｂ）に示す場合に対応する。すなわち、
被加工物（ＷＫ）の表面で焦点が合った場合に、電子ビ
ーム（ＥＢ）の密度が増大し、微小な溶融及び蒸発が生
じて電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表面か
ら内部に落ち込むようになるため、焦点が合うときに極
小値となる。
与えた第７図（Ｂ）に示す場合に対応する。すなわち、
被加工物（ＷＫ）の表面で焦点が合った場合に、電子ビ
ーム（ＥＢ）の密度が増大し、微小な溶融及び蒸発が生
じて電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表面か
ら内部に落ち込むようになるため、焦点が合うときに極
小値となる。
この第１０図に示す信号がアンプ（イ）によって増幅さ
れた後波形格納装置−に格納される。以後の動作は上述
した通りである。
れた後波形格納装置−に格納される。以後の動作は上述
した通りである。
なお、上述した実施例においては、いずれの場合にも直
接被加工物に電子ビームを照射することにより焦点位置
を行うこととしたが適宜の焦点位置調整用部材を被加工
物の位置に配置するようにしてもよい。特に、被加工物
の表面に微細な傷等が形成されることも許容されない場
合には有益である。
接被加工物に電子ビームを照射することにより焦点位置
を行うこととしたが適宜の焦点位置調整用部材を被加工
物の位置に配置するようにしてもよい。特に、被加工物
の表面に微細な傷等が形成されることも許容されない場
合には有益である。
以上説明したように本発明による電子ビーム加工機の焦
点位置調整方法によれば、焦点調整時における電子ビー
ム電流と加工時における電子ビーム電流との相違に基づ
いて生ずる焦点位置の変動をあらかじめめた補正データ
に基づいて補正することとしたので、作業者による個人
差が除かれて高い精度で焦点位置が調整され、加工を良
好に行うことができるとともに、焦点位置調整の時間が
短縮され、更には焦点位置調整の自動化を図ることがで
きるという効果がある。
点位置調整方法によれば、焦点調整時における電子ビー
ム電流と加工時における電子ビーム電流との相違に基づ
いて生ずる焦点位置の変動をあらかじめめた補正データ
に基づいて補正することとしたので、作業者による個人
差が除かれて高い精度で焦点位置が調整され、加工を良
好に行うことができるとともに、焦点位置調整の時間が
短縮され、更には焦点位置調整の自動化を図ることがで
きるという効果がある。
第１図ないし第６図は電子ビームの焦点位置と溶は込み
形状を示す説明図、第４図は本発明を実施する焦点位置
調整装置の一構成例を示す回路ブロック図、第５図は被
加工物表面における電子線及びＸｆｆｊＡの生成状態を
示す説明図、第６図は本発明の一実施例における焦点調
整時の集束レンズの電流変化の一例を示す線図、第７図
は放射電子線強度の変化の一例を示す線図、第８図は電
子ビーム電流と集束レンズの電流との関係の一例を示す
線図、第９図は電子ビーム電流と焦点距離との関係の一
例を示す線図、第１０図はＸ線強雇の変化の一例を示す
線図である。 図において、１０は電子銃、１２は集束レンズ、１４は
電子コレクタ、１６はＸ線センサ、２４は計算処理装置
、ＥＢは電子ビーム、Ｒ１１：ｊ放射線電子線、ＲＸば
Ｘ線、ＷＫは対象物である被加工物である。なお、図中
同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人弁理士 木 村 三 朗 第１図 １８２図 第３図 （Ｂ） （Ｂ） （８） 第４図 １０ Ｋ 第 ５図 Ｋ 刊行間 （４ε東しχｉ゛１２の電尭）１８ 図 電壬ご゛−八へ８ つ電三組 第１０図 ｆ４閉 （１１ζし一ス１２の１ンジ尭−）手続補正書
（自発） 昭和５９年 ６岸９ 口 特許庁長官殿 ■、事件の表示 特願昭 ５９−２８７７９号２、発明
の名称 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法３、補正を
する者 ４、代理人 補、正 明 細 書 １、発明の名称 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法２、特許請
求の範囲 （２）第１の電流値の電子ビームを対象物に照射しつつ
集束レンズの電流を変化させ、この場合に生ずる電子線
または放射線のいずれかを検知し、この検知結果から焦
点位置が対象物表面となる集束レンズの電流をめ、次に
この電流に基づきあらかじめ用意された補正データを参
照して焦点位置の補正を行い、加工時の第２の電流値の
電子ビームに対応する焦点位置を設定することを特徴と
する電子ビーム加工機の焦点位置調整方法。 （３）前記補正データは、各ワークディスタンスにおい
て焦点位置が一定となる電子ビーム電流と集束レンズの
電流の関係を表わすデータであシ、前記焦点位置の設定
は集束レンズの電流を変化させて行なわれる特許請求の
範囲第２項記載の焦点位置調整方法。 （４）前記補正データは、集束レンズの各電流において
電子ビーム電流と焦点距離の関係を表わすデータであシ
、前記焦点位置の設定は対象物の位置を調整することに
よって行われる特許請求の範囲第２項記載の焦点位置調
整方法。 （５）前記電子線は、二次電子９反射電子又は熱電子の
少なくとも１つである特許請求の範囲第２項。 第３項又は第４項のいずれかに記載の焦点位置調整方法
。 （６）前記放射線は、Ｘ線である特許請求の範囲第２項
、第６項又は第４項のいずれかに記載の焦点位置調整方
法。 ５、 発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子ビーム加工機において、被加工物のカロ
エ前に行う電子ビームの焦点位置検出・調整方法に関す
るものである。 〔従来技術〕 従来の電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法とし
ては、被加工物又はこれに代るタングステン、銅などの
ブロックに電子ビームを照射し、これによって生ずる溶
融池を目視するかあるいは直接電子ビームを目視しつつ
集束レンズの電流を調整する方法が一般的である。しか
しながらこのような方法では、作業者による焦点位置判
断の個人差が生ずるという不都合がある。 特に、溶接作業においては、電子ビームの焦点位置が溶
は込み形状に大きく影響する。第１図ないし第３図には
、この電子ビームの焦点位置と溶は込み形状とが示され
ている。第１図ないし第６図の（４）には、電子ビーム
の焦点位置が各々示されてお！Ｉｌｌ、（Ｂ）には、溶
は込み形状が各々示されている。ここで 集束レンズと焦点位置との距離 とすると、第１図に示されている状態は、ａｂ＝１の場
合であシ、電子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの
表面にある場合である。このときの溶は込み形状は、第
１図（段の如く望ましいものとなる。第２図に示されて
いる状態はａｂ〈１の場合であυ、電子ビームＥＢの焦
点位置が被加工物ＷＫの中にある場合である。また、第
６図に示されている状態は、ａｂ）１の場合であシ、電
子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの表面より上部
にある場合である。これらａｂ＜１．ａｂ＞１の場合の
溶は込み形状は、第２図（Ｂ）、第６図（Ｂ）に各々示
されているように必ずしも好ましいものではない。 このように、焦点位置の調整いかんによって溶は込み形
状が大きく変化する。従来の目視による方法では、焦点
の位置調整を正確忙行うことが困難であシ、好ましい溶
は込み形状が得られない。 このような不都合を改善するものとしては、例えば特開
昭４８−３３９号公報に開示されるものがある。この発
明によれば電子ビーム照射によって生ずる溶融池を目視
するかわりに、被加工物の電子ビーム照射部分から発生
する光を検出し、この変化を指示計器に表示するように
して電子ビームの集束調整が行なわれる。 しかしながらかかる方法においては、加工時よシも小さ
い電流の電子ビームを用いて電子ビームの集束調整を行
い、調整後電子ビームの電流を増大させて加工を行うこ
ととしている。すなわち、電子ビームの電流増太姉伴う
焦点位置の変化に対して何らの配慮がなされておらす、
必ずしも良好に電子ビームの集束調整を行い得るもので
はない。 また、指示計器を参照しながら集束調整を行うため、溶
融池等の目視による場合よシも精度が向上するものの作
業者によるバラツキは生じざるを得ない。 〔発明の概要〕 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであシ、その
目的は、作業者による個人差を除いて高い精度で焦点位
置の検出及び調整を行うことである。 また、本発明の他の目的は、焦点位置調整の時間を短縮
し更には焦点位置調整の自動化を図ることである。 本発明による焦点位置検出方法によれば、電子操作時に
対象物から生ずる電子線または放射線のいずれかを検知
し、この検知信号の変化によシ焦点位置の検出が行なわ
れる。 本発明による焦点位置調整方法によれば、あらかじめめ
た補正データを参照することによル、焦点調整時の電子
ビーム電流と加工時の電子ビーム電流とが異なることに
よって生ずる焦点位置の変動を補正することによって焦
点位置の調整が行表われる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位置検出
調整方法を添附図面に示す実施例に従って詳細に説明す
る。 第４図には、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位
置検出調整方法を実施する焦点位置検出調整装置の一構
成例が示されている。また、第５図には、この調整装置
の一部と、電子ビーム照射時の状態が示されている。 これら第４図及び第５図において、電子ビーム（ＥＢ）
は、電子就θ０から被加工物（ＷＫ）に向かって照射さ
れるようになっている。この電子ビーム（ｌｌｉ２Ｂ）
の通路には凍菜レンズ（１２１及び電子コレクタα力が
適宜位置に配置されている。集束レンズ（１２１は電子
ビーム（ＥＢ ）を集束させるだめのもので、通電電流
を変化させることによシミ子ビーム（ＥＢ）の集束の程
度が変化するようになっている。本実施例では、例えば
第６図に示す経時変化をもって集束レンズａｚの電流が
変化せしめられ、この変化の幅は、被加工物（ＷＫ）が
加工を行うチャンバ（図示せずン内のいずれに載置され
ても電子ビーム（ＥＢ）の焦点が被加工物上に位置する
ように設定される。また、焦点位置調整を行う場合には
、電子ビームの電流値が加工時よシも小さく設定される
。 電子コレクタ口４は、電子線を検出するためのものであ
勺、また被加工物（ＷＫ）に対する電子ビーム（ＦＢ）
の照射位置近傍には、Ｘ線を検出するＸ線センサ（１１
１９が配置されている。なお、電子コレクタ（１４及び
Ｘ線センサ（１６）は、必要に応じて少なくとも一方を
設けるようにすればよい。これら電子コレクタＩ及びＸ
線センサ（［６１の作用を第５図に基づいて説明する。 第５図において、電子コレクタ側と、被加工物（Ｗ、Ｋ
）との間には、コレクタ電源Ｑ＆が接続されている。 このコレクタ電源（岳は、電子コレクタａ４に被加工物
（ＷＫ）Ｋ対して正又は負の電位を４与えるものである
。被加工物（ＷＫ）に電子ビーム（ＥＢ）が照射される
と、放射線電子線（ＲＢ）及びＸ線（ＲＸ）が生ずる。 放射電子線（ＲＢ）には、反射電子、二次電子及び熱電
子が含まれておシ、これらの電子の有するエネルギーに
は次のような関係がある。 反射電子のエネルギー〉二次電子のエネルギー反射電子
のエネルギー〉熱電子のエネルギー従って、電子コレク
タ（１４１にコレクタ電源（１８１によって負の電位を
与えた場合には、放射電子線（ＲＢ）に含まれる電子の
うち反射電子のみが電子コレクタ（１４に到達し、逆に
正の電位を与えた場合には、反射電子の他に二次電子及
び熱電子も電子コレクタ（１４１に到達する。また、Ｘ
線（ＲＸ）は、Ｘ線センサ（１６１に到達する。これら
の放射電子線（ＲＢ）及びＸ線（ＲＸ）の到達による電
気信号が電子コレクタ０滲又はＸ線センサ（１６１から
出力される。これらの信号は、電子ビーム（Ｅｌ：Ｂ）
の焦点位置の移動に伴って変化する。 電子コレクタ（１４Ｊは、波形格納装置（ηに接続され
ており、Ｘ線センサａ６１は、アンプ勾を介して波形格
納装置■に接続されている。この波形格納装置（２０１
は、入力される信号の波形を一時的に格納蓄積する機能
を有する。なお、アンプ（至）は、Ｘ線センサａｅの感
度が小さく、出力信号が小さいので、これを増幅するた
めに接続されている。 次に、波形格納装置（２１］ｌは、計算処理装置（財）
に接続されている。この計算処理装置（財）は、波形格
納装置（２υに格納された信号波形を解析し、後述する
補正データを利用して所定の制御信号を出力する。 引算処理装置（財）は、制御装置■に接続され、更に制
御装置（ハ）は、電子銃（１０１及び集束レンズ（１２
１に接続されている。この制御装置（ハ）により計算処
理装置（ハ）から出力される制御信号に基づいて電子銃
ａω及び集束レンズａ２１の動作が制御される。 次に上記実施例における作用動作について説明する。 まず、放射電子線（ＲＢ）ＶＣよって焦点位置検出調整
を行う場合について説明する。この場合には、電子コレ
クタ＋１４）が検知手段として使用される。まず、実際
の加工時よ）も小型、流の電子ビーム（ＥＢ）が被加工
物（ＷＫ）に対して照射される。次に、集束レンズｆ１
３の電流が第６図に示すように変化させられる。 第７図には、集束レンズ（１２＋の電流を第６図に示す
ように変化させた場合の放射電子線（ＲＢ）の強度すな
わち電子コレクタ（圓の出力の変化が示されている。こ
の図において（２）は、電子コレクタ０優に被加工物（
ＷＫ）Ｋ対して正の電位を与えた場合が示されておシ、
β１図ＣＢ）は、電子コレクタ０滲に被加工物（ＷＫ）
に対して負の電位を与えた場合が示されている。 すでに、述べたように、電子コレクタ（１４１に正の電
位を与えた場合には、反射電子、二次電子、熱電子が放
射電子線（ＲＢ）として電子コレクタＩに到達する。こ
の場合、電子ビーム（ＦＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表
面で集束すると被加工物（ＷＫ）の温度が上昇し、熱電
子が増加することとなる。従って第７図（４）に示すよ
うな極大値が生ずる。この極大値を示す時刻に第６図に
示す線図に基づいて集束レンズ（１２１に通電されてい
る電流値が焦点位置に対応するものとなる。 電子コレクタα滲に負の電位を与えた場合には、反射電
子が放射電子線（ＲＢ）として電子コレクタ（＋４１に
到達する。この場合、被加工物（ＷＫ）の表面における
電子ビーム（ＥＢ）のスポット径は、焦点のずれた拡大
した状態から時間とともに絞られ、焦点が合ったときに
最小となシ、更に時間が経つと再び焦点のずれた拡大し
た状態となる。焦点が合ったときにビーム密度が増力口
し、微小な被加工物（ＷＫ ）の溶融及び蒸発が生じる
。このため、電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）
の表面から内部に落ち込むようになシ、第７図（８）に
示す如く極小値が生ずる。この極小値を示す時刻に第６
図に示す線図に基づいて集束レンズａ２に通電されてい
る電流が焦点位置に対応するものである。 次に、第７図（４）又は（Ｂ）に示す電子コレクタαａ
の出力信号の波形は、波形格納装置（氾に一度格納され
る。 他方、計算処理装置（ハ）には、第８図又は第９図に示
す補正データがあらかじめ格納されておシ、これらの補
正データに基づいて制御信号が制御装置に）に出力され
る。 まず、第８図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第８図に示す補正データは、
電子ビーム（ＥＢ）の電流を変化させた場合に、焦点位
置をそのまま保持する集束レンズ（１２１の電流を示す
グラフであシ、集束レンズα２と被加工物（ＷＫ）との
距離（ワークディスタンス）毎の複数の補正データがあ
る。計算処理装置（ハ）では、まず波形格納装置端に格
納された第７図に示す波形から極値を示す時刻をめ、次
にこの時刻に対応する集束レンズＯ２の電流を第６図か
らめる。次に計算処理装置（ハ）では、該当するワーク
ディスタンスに対応する第８図に示す補正データを選択
する。例えばめた集束レンズ（１２の電流（ＩＣＩ）に
対応する電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＥＩ）は、第８
図に示す如くである。すなわち、ワークディスタンス毎
に用意された補正データのうちの該当するものの選択は
、集束レンズＯ２の電流と、電子ビーム（ＥＢ）の電流
（ＩＥＩ ）とがめられれば、これによって第８図のグ
ラフ上に表わされる交点を通過するグラフを選択すると
とＫよシ行なわれる。 次に、選択された補正データから、加工時の電子ビーム
（ＦＢ）の電流（ＩＦ５）Ｋ対応する集束レンズα２の
電流（ＩＣ２）がめられる。これらのデータに基づいて
、制御信号が制御装置（２）に出力され、更に制御装置
に）によって電子銃ＱＬ集束レンズ１１ｚが制御され、
電子ビームＩＢ）の電流が前記（ＩＦ５）に設定される
とともに、集束レンズａ２１の電流が前記（ＩＣ２）に
再調整される。 次に、第９図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第９図に示す補正データは電
子ビーム（′ｆ２Ｂ）の電流を変化させた場合に焦点距
離がどのように変化するかを示すグラフであり、集束レ
ンズ（【２１の電流毎の複数のデータがある。計算処理
装置（ハ）では、まず上述した手順で焦点が調整された
ときの集束レンズａ２１１７）電流がめられる。次に、
この集束レンズ（１２の電流に対応する第９図に示す補
正データが選択される。 この補正データにおいて、焦点調整時の電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の電流を（ＩＦ５）とすると、焦点調整時の被加工
物（ＷＫ）の位置すなわち焦点距離は（ＬＦｌ）となる
。次にこの補正データから、加工時の電子ビーム（ＥＢ
）の電ｆｉ（ＩＦ５）に対応する焦点距離（ＩＦ２）が
められる。これらのデータすなわち焦点距離（ＬＦＩ）
、（ＩＦ２）及び電子ビームＣＥＢ）の電流（ＩＦ５）
に基づいて制御信号が制御装置（ハ）に出力される。更
に、制御装置（２）は、入力された制御信号に基づいて
電子銃θ〔及び被加工物（ＷＫ）が載置されているテー
ブル（図示せず）を制御する。すなわち、電子銃ＧＯ）
は、電子ビーム（ＥＢ）の電流が（ＩＦ５）となるよう
に制御され、テーブルは、焦点距離が（ＬＦＩ）から（
ＬＦ２）となるように調整される。なお、明らかなよう
に、第８図に示す補正データを使用する場合忙は、集束
レンズα２の電流が調整され被加工物（ＷＫ）の位置は
そのままであるのに対し、第９図に示す補正データを使
用する場合には、集束レンズ（Ｊ７Ｊの電流はそのまま
とされ被加工物（ＷＫ）の位置が調整される。 次に、Ｘ線（ＲＸ）によって焦点位置検出調整を行う場
合について説明する。この場合には、Ｘ線センサ（１６
１が検知手段として使用される。まず前述した場合と同
様に被加工物（ＷＫ）に対して電子ビーム（ＥＢ）が照
射される。次に集束レンズ（１２の電流が同様に第６図
に示すように変化させられる。 この場合のＸ線強度すなわちＸａセンサｆｌｆ９の出力
の変化が第１０図に示されている。このＸｍ強度の変化
は、電子コレクタ（１４に負の電位を与えた第７図（Ｂ
）に示す場合に対応する。すなわち、被加工物（ＷＫ）
の表面で焦点が合った場合に、電子ビーム（ＦＢ）の密
度が増大し、微小な溶融及び蒸発が生じて電子ビーム（
ＥＥ）が被加工物（ＷＫ）の表面から内部に落ち込むよ
うになるため、焦点が合うときに極小値となる。 この第１０図処示す信号がアンプ（財）によって増幅さ
れた後波形格納装置（至）に格納される。以後の動作は
上述した通シである。 なお、上述した実施例においては、いずれの場 −合に
も直接被加工物に電子ビームを照射することによ）焦点
調整を行うこととしたが適宜の焦点位置調整用部材を被
加工物の位置に配置するようにしてもよい。特忙、被加
工物の表面に微細表傷等が形成されることも許容されな
い場合には有益である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明による電子ビーム加工機の焦
点位置検出調整方法によれば、焦点位置を正確に検出す
ることができ、作業者による個人差が除かれて高い精度
で焦点位置が調整され１、加工を良好九行うことができ
る。 また、焦点検出時における電子ビーム電流と加工時にお
ける電子と一ノ、と電流との相違に基づいて生ずる焦点
位置の変動をあらかじめめた補正データに基づいて補正
することとしたので、焦点位置調整の時間が短縮され、
更には焦点位置調整の自動化を図ることができるという
効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図ないし第６図は電子ビームの焦点位置と溶は込み
形状を示す説明図、第４図は本発明を実施する焦点位置
検出調整装置の一構成例を示す回路ブロック図、第５図
は被加工物表面における電子線及びＸ線の生成状態を示
す説明図、第６図は本発明の一実施例における焦点調整
時の集束レンズの電流変化の一例を示す線図、第７図は
放射電子線強度の変化の一例を示す線図、第８図は電子
ビーム電流と集束レンズの電流との関係の一例を示す線
図、第９図は電子ビーム電流と焦点距離との関係の一例
を示す線図、第１０図＃′ｉＸ線強度の変化の一例を示
す線図である。 図建おいて、１０は電子銃、１２は集電レンズ、１４は
電子コレクタ、１６はＸ線センサ、２４は計算処理装置
、ＥＢは電子ビーム、ＲＢは放射電子線、ＲＸ Ｉｄ
Ｘ ｉ、Ｗ Ｋは対象物である被加工物であるみなお、
図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁理士 木 村 三 朗
形状を示す説明図、第４図は本発明を実施する焦点位置
調整装置の一構成例を示す回路ブロック図、第５図は被
加工物表面における電子線及びＸｆｆｊＡの生成状態を
示す説明図、第６図は本発明の一実施例における焦点調
整時の集束レンズの電流変化の一例を示す線図、第７図
は放射電子線強度の変化の一例を示す線図、第８図は電
子ビーム電流と集束レンズの電流との関係の一例を示す
線図、第９図は電子ビーム電流と焦点距離との関係の一
例を示す線図、第１０図はＸ線強雇の変化の一例を示す
線図である。 図において、１０は電子銃、１２は集束レンズ、１４は
電子コレクタ、１６はＸ線センサ、２４は計算処理装置
、ＥＢは電子ビーム、Ｒ１１：ｊ放射線電子線、ＲＸば
Ｘ線、ＷＫは対象物である被加工物である。なお、図中
同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人弁理士 木 村 三 朗 第１図 １８２図 第３図 （Ｂ） （Ｂ） （８） 第４図 １０ Ｋ 第 ５図 Ｋ 刊行間 （４ε東しχｉ゛１２の電尭）１８ 図 電壬ご゛−八へ８ つ電三組 第１０図 ｆ４閉 （１１ζし一ス１２の１ンジ尭−）手続補正書
（自発） 昭和５９年 ６岸９ 口 特許庁長官殿 ■、事件の表示 特願昭 ５９−２８７７９号２、発明
の名称 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法３、補正を
する者 ４、代理人 補、正 明 細 書 １、発明の名称 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法２、特許請
求の範囲 （２）第１の電流値の電子ビームを対象物に照射しつつ
集束レンズの電流を変化させ、この場合に生ずる電子線
または放射線のいずれかを検知し、この検知結果から焦
点位置が対象物表面となる集束レンズの電流をめ、次に
この電流に基づきあらかじめ用意された補正データを参
照して焦点位置の補正を行い、加工時の第２の電流値の
電子ビームに対応する焦点位置を設定することを特徴と
する電子ビーム加工機の焦点位置調整方法。 （３）前記補正データは、各ワークディスタンスにおい
て焦点位置が一定となる電子ビーム電流と集束レンズの
電流の関係を表わすデータであシ、前記焦点位置の設定
は集束レンズの電流を変化させて行なわれる特許請求の
範囲第２項記載の焦点位置調整方法。 （４）前記補正データは、集束レンズの各電流において
電子ビーム電流と焦点距離の関係を表わすデータであシ
、前記焦点位置の設定は対象物の位置を調整することに
よって行われる特許請求の範囲第２項記載の焦点位置調
整方法。 （５）前記電子線は、二次電子９反射電子又は熱電子の
少なくとも１つである特許請求の範囲第２項。 第３項又は第４項のいずれかに記載の焦点位置調整方法
。 （６）前記放射線は、Ｘ線である特許請求の範囲第２項
、第６項又は第４項のいずれかに記載の焦点位置調整方
法。 ５、 発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子ビーム加工機において、被加工物のカロ
エ前に行う電子ビームの焦点位置検出・調整方法に関す
るものである。 〔従来技術〕 従来の電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法とし
ては、被加工物又はこれに代るタングステン、銅などの
ブロックに電子ビームを照射し、これによって生ずる溶
融池を目視するかあるいは直接電子ビームを目視しつつ
集束レンズの電流を調整する方法が一般的である。しか
しながらこのような方法では、作業者による焦点位置判
断の個人差が生ずるという不都合がある。 特に、溶接作業においては、電子ビームの焦点位置が溶
は込み形状に大きく影響する。第１図ないし第３図には
、この電子ビームの焦点位置と溶は込み形状とが示され
ている。第１図ないし第６図の（４）には、電子ビーム
の焦点位置が各々示されてお！Ｉｌｌ、（Ｂ）には、溶
は込み形状が各々示されている。ここで 集束レンズと焦点位置との距離 とすると、第１図に示されている状態は、ａｂ＝１の場
合であシ、電子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの
表面にある場合である。このときの溶は込み形状は、第
１図（段の如く望ましいものとなる。第２図に示されて
いる状態はａｂ〈１の場合であυ、電子ビームＥＢの焦
点位置が被加工物ＷＫの中にある場合である。また、第
６図に示されている状態は、ａｂ）１の場合であシ、電
子ビームＥＢの焦点位置が被加工物ＷＫの表面より上部
にある場合である。これらａｂ＜１．ａｂ＞１の場合の
溶は込み形状は、第２図（Ｂ）、第６図（Ｂ）に各々示
されているように必ずしも好ましいものではない。 このように、焦点位置の調整いかんによって溶は込み形
状が大きく変化する。従来の目視による方法では、焦点
の位置調整を正確忙行うことが困難であシ、好ましい溶
は込み形状が得られない。 このような不都合を改善するものとしては、例えば特開
昭４８−３３９号公報に開示されるものがある。この発
明によれば電子ビーム照射によって生ずる溶融池を目視
するかわりに、被加工物の電子ビーム照射部分から発生
する光を検出し、この変化を指示計器に表示するように
して電子ビームの集束調整が行なわれる。 しかしながらかかる方法においては、加工時よシも小さ
い電流の電子ビームを用いて電子ビームの集束調整を行
い、調整後電子ビームの電流を増大させて加工を行うこ
ととしている。すなわち、電子ビームの電流増太姉伴う
焦点位置の変化に対して何らの配慮がなされておらす、
必ずしも良好に電子ビームの集束調整を行い得るもので
はない。 また、指示計器を参照しながら集束調整を行うため、溶
融池等の目視による場合よシも精度が向上するものの作
業者によるバラツキは生じざるを得ない。 〔発明の概要〕 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであシ、その
目的は、作業者による個人差を除いて高い精度で焦点位
置の検出及び調整を行うことである。 また、本発明の他の目的は、焦点位置調整の時間を短縮
し更には焦点位置調整の自動化を図ることである。 本発明による焦点位置検出方法によれば、電子操作時に
対象物から生ずる電子線または放射線のいずれかを検知
し、この検知信号の変化によシ焦点位置の検出が行なわ
れる。 本発明による焦点位置調整方法によれば、あらかじめめ
た補正データを参照することによル、焦点調整時の電子
ビーム電流と加工時の電子ビーム電流とが異なることに
よって生ずる焦点位置の変動を補正することによって焦
点位置の調整が行表われる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位置検出
調整方法を添附図面に示す実施例に従って詳細に説明す
る。 第４図には、本発明にかかる電子ビーム加工機の焦点位
置検出調整方法を実施する焦点位置検出調整装置の一構
成例が示されている。また、第５図には、この調整装置
の一部と、電子ビーム照射時の状態が示されている。 これら第４図及び第５図において、電子ビーム（ＥＢ）
は、電子就θ０から被加工物（ＷＫ）に向かって照射さ
れるようになっている。この電子ビーム（ｌｌｉ２Ｂ）
の通路には凍菜レンズ（１２１及び電子コレクタα力が
適宜位置に配置されている。集束レンズ（１２１は電子
ビーム（ＥＢ ）を集束させるだめのもので、通電電流
を変化させることによシミ子ビーム（ＥＢ）の集束の程
度が変化するようになっている。本実施例では、例えば
第６図に示す経時変化をもって集束レンズａｚの電流が
変化せしめられ、この変化の幅は、被加工物（ＷＫ）が
加工を行うチャンバ（図示せずン内のいずれに載置され
ても電子ビーム（ＥＢ）の焦点が被加工物上に位置する
ように設定される。また、焦点位置調整を行う場合には
、電子ビームの電流値が加工時よシも小さく設定される
。 電子コレクタ口４は、電子線を検出するためのものであ
勺、また被加工物（ＷＫ）に対する電子ビーム（ＦＢ）
の照射位置近傍には、Ｘ線を検出するＸ線センサ（１１
１９が配置されている。なお、電子コレクタ（１４及び
Ｘ線センサ（１６）は、必要に応じて少なくとも一方を
設けるようにすればよい。これら電子コレクタＩ及びＸ
線センサ（［６１の作用を第５図に基づいて説明する。 第５図において、電子コレクタ側と、被加工物（Ｗ、Ｋ
）との間には、コレクタ電源Ｑ＆が接続されている。 このコレクタ電源（岳は、電子コレクタａ４に被加工物
（ＷＫ）Ｋ対して正又は負の電位を４与えるものである
。被加工物（ＷＫ）に電子ビーム（ＥＢ）が照射される
と、放射線電子線（ＲＢ）及びＸ線（ＲＸ）が生ずる。 放射電子線（ＲＢ）には、反射電子、二次電子及び熱電
子が含まれておシ、これらの電子の有するエネルギーに
は次のような関係がある。 反射電子のエネルギー〉二次電子のエネルギー反射電子
のエネルギー〉熱電子のエネルギー従って、電子コレク
タ（１４１にコレクタ電源（１８１によって負の電位を
与えた場合には、放射電子線（ＲＢ）に含まれる電子の
うち反射電子のみが電子コレクタ（１４に到達し、逆に
正の電位を与えた場合には、反射電子の他に二次電子及
び熱電子も電子コレクタ（１４１に到達する。また、Ｘ
線（ＲＸ）は、Ｘ線センサ（１６１に到達する。これら
の放射電子線（ＲＢ）及びＸ線（ＲＸ）の到達による電
気信号が電子コレクタ０滲又はＸ線センサ（１６１から
出力される。これらの信号は、電子ビーム（Ｅｌ：Ｂ）
の焦点位置の移動に伴って変化する。 電子コレクタ（１４Ｊは、波形格納装置（ηに接続され
ており、Ｘ線センサａ６１は、アンプ勾を介して波形格
納装置■に接続されている。この波形格納装置（２０１
は、入力される信号の波形を一時的に格納蓄積する機能
を有する。なお、アンプ（至）は、Ｘ線センサａｅの感
度が小さく、出力信号が小さいので、これを増幅するた
めに接続されている。 次に、波形格納装置（２１］ｌは、計算処理装置（財）
に接続されている。この計算処理装置（財）は、波形格
納装置（２υに格納された信号波形を解析し、後述する
補正データを利用して所定の制御信号を出力する。 引算処理装置（財）は、制御装置■に接続され、更に制
御装置（ハ）は、電子銃（１０１及び集束レンズ（１２
１に接続されている。この制御装置（ハ）により計算処
理装置（ハ）から出力される制御信号に基づいて電子銃
ａω及び集束レンズａ２１の動作が制御される。 次に上記実施例における作用動作について説明する。 まず、放射電子線（ＲＢ）ＶＣよって焦点位置検出調整
を行う場合について説明する。この場合には、電子コレ
クタ＋１４）が検知手段として使用される。まず、実際
の加工時よ）も小型、流の電子ビーム（ＥＢ）が被加工
物（ＷＫ）に対して照射される。次に、集束レンズｆ１
３の電流が第６図に示すように変化させられる。 第７図には、集束レンズ（１２＋の電流を第６図に示す
ように変化させた場合の放射電子線（ＲＢ）の強度すな
わち電子コレクタ（圓の出力の変化が示されている。こ
の図において（２）は、電子コレクタ０優に被加工物（
ＷＫ）Ｋ対して正の電位を与えた場合が示されておシ、
β１図ＣＢ）は、電子コレクタ０滲に被加工物（ＷＫ）
に対して負の電位を与えた場合が示されている。 すでに、述べたように、電子コレクタ（１４１に正の電
位を与えた場合には、反射電子、二次電子、熱電子が放
射電子線（ＲＢ）として電子コレクタＩに到達する。こ
の場合、電子ビーム（ＦＢ）が被加工物（ＷＫ ）の表
面で集束すると被加工物（ＷＫ）の温度が上昇し、熱電
子が増加することとなる。従って第７図（４）に示すよ
うな極大値が生ずる。この極大値を示す時刻に第６図に
示す線図に基づいて集束レンズ（１２１に通電されてい
る電流値が焦点位置に対応するものとなる。 電子コレクタα滲に負の電位を与えた場合には、反射電
子が放射電子線（ＲＢ）として電子コレクタ（＋４１に
到達する。この場合、被加工物（ＷＫ）の表面における
電子ビーム（ＥＢ）のスポット径は、焦点のずれた拡大
した状態から時間とともに絞られ、焦点が合ったときに
最小となシ、更に時間が経つと再び焦点のずれた拡大し
た状態となる。焦点が合ったときにビーム密度が増力口
し、微小な被加工物（ＷＫ ）の溶融及び蒸発が生じる
。このため、電子ビーム（ＥＢ）が被加工物（ＷＫ ）
の表面から内部に落ち込むようになシ、第７図（８）に
示す如く極小値が生ずる。この極小値を示す時刻に第６
図に示す線図に基づいて集束レンズａ２に通電されてい
る電流が焦点位置に対応するものである。 次に、第７図（４）又は（Ｂ）に示す電子コレクタαａ
の出力信号の波形は、波形格納装置（氾に一度格納され
る。 他方、計算処理装置（ハ）には、第８図又は第９図に示
す補正データがあらかじめ格納されておシ、これらの補
正データに基づいて制御信号が制御装置に）に出力され
る。 まず、第８図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第８図に示す補正データは、
電子ビーム（ＥＢ）の電流を変化させた場合に、焦点位
置をそのまま保持する集束レンズ（１２１の電流を示す
グラフであシ、集束レンズα２と被加工物（ＷＫ）との
距離（ワークディスタンス）毎の複数の補正データがあ
る。計算処理装置（ハ）では、まず波形格納装置端に格
納された第７図に示す波形から極値を示す時刻をめ、次
にこの時刻に対応する集束レンズＯ２の電流を第６図か
らめる。次に計算処理装置（ハ）では、該当するワーク
ディスタンスに対応する第８図に示す補正データを選択
する。例えばめた集束レンズ（１２の電流（ＩＣＩ）に
対応する電子ビーム（ＥＢ）の電流（ＩＥＩ）は、第８
図に示す如くである。すなわち、ワークディスタンス毎
に用意された補正データのうちの該当するものの選択は
、集束レンズＯ２の電流と、電子ビーム（ＥＢ）の電流
（ＩＥＩ ）とがめられれば、これによって第８図のグ
ラフ上に表わされる交点を通過するグラフを選択すると
とＫよシ行なわれる。 次に、選択された補正データから、加工時の電子ビーム
（ＦＢ）の電流（ＩＦ５）Ｋ対応する集束レンズα２の
電流（ＩＣ２）がめられる。これらのデータに基づいて
、制御信号が制御装置（２）に出力され、更に制御装置
に）によって電子銃ＱＬ集束レンズ１１ｚが制御され、
電子ビームＩＢ）の電流が前記（ＩＦ５）に設定される
とともに、集束レンズａ２１の電流が前記（ＩＣ２）に
再調整される。 次に、第９図に示す補正データに基づいて制御を行う場
合について説明する。この第９図に示す補正データは電
子ビーム（′ｆ２Ｂ）の電流を変化させた場合に焦点距
離がどのように変化するかを示すグラフであり、集束レ
ンズ（【２１の電流毎の複数のデータがある。計算処理
装置（ハ）では、まず上述した手順で焦点が調整された
ときの集束レンズａ２１１７）電流がめられる。次に、
この集束レンズ（１２の電流に対応する第９図に示す補
正データが選択される。 この補正データにおいて、焦点調整時の電子ビーム（Ｅ
Ｂ）の電流を（ＩＦ５）とすると、焦点調整時の被加工
物（ＷＫ）の位置すなわち焦点距離は（ＬＦｌ）となる
。次にこの補正データから、加工時の電子ビーム（ＥＢ
）の電ｆｉ（ＩＦ５）に対応する焦点距離（ＩＦ２）が
められる。これらのデータすなわち焦点距離（ＬＦＩ）
、（ＩＦ２）及び電子ビームＣＥＢ）の電流（ＩＦ５）
に基づいて制御信号が制御装置（ハ）に出力される。更
に、制御装置（２）は、入力された制御信号に基づいて
電子銃θ〔及び被加工物（ＷＫ）が載置されているテー
ブル（図示せず）を制御する。すなわち、電子銃ＧＯ）
は、電子ビーム（ＥＢ）の電流が（ＩＦ５）となるよう
に制御され、テーブルは、焦点距離が（ＬＦＩ）から（
ＬＦ２）となるように調整される。なお、明らかなよう
に、第８図に示す補正データを使用する場合忙は、集束
レンズα２の電流が調整され被加工物（ＷＫ）の位置は
そのままであるのに対し、第９図に示す補正データを使
用する場合には、集束レンズ（Ｊ７Ｊの電流はそのまま
とされ被加工物（ＷＫ）の位置が調整される。 次に、Ｘ線（ＲＸ）によって焦点位置検出調整を行う場
合について説明する。この場合には、Ｘ線センサ（１６
１が検知手段として使用される。まず前述した場合と同
様に被加工物（ＷＫ）に対して電子ビーム（ＥＢ）が照
射される。次に集束レンズ（１２の電流が同様に第６図
に示すように変化させられる。 この場合のＸ線強度すなわちＸａセンサｆｌｆ９の出力
の変化が第１０図に示されている。このＸｍ強度の変化
は、電子コレクタ（１４に負の電位を与えた第７図（Ｂ
）に示す場合に対応する。すなわち、被加工物（ＷＫ）
の表面で焦点が合った場合に、電子ビーム（ＦＢ）の密
度が増大し、微小な溶融及び蒸発が生じて電子ビーム（
ＥＥ）が被加工物（ＷＫ）の表面から内部に落ち込むよ
うになるため、焦点が合うときに極小値となる。 この第１０図処示す信号がアンプ（財）によって増幅さ
れた後波形格納装置（至）に格納される。以後の動作は
上述した通シである。 なお、上述した実施例においては、いずれの場 −合に
も直接被加工物に電子ビームを照射することによ）焦点
調整を行うこととしたが適宜の焦点位置調整用部材を被
加工物の位置に配置するようにしてもよい。特忙、被加
工物の表面に微細表傷等が形成されることも許容されな
い場合には有益である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明による電子ビーム加工機の焦
点位置検出調整方法によれば、焦点位置を正確に検出す
ることができ、作業者による個人差が除かれて高い精度
で焦点位置が調整され１、加工を良好九行うことができ
る。 また、焦点検出時における電子ビーム電流と加工時にお
ける電子と一ノ、と電流との相違に基づいて生ずる焦点
位置の変動をあらかじめめた補正データに基づいて補正
することとしたので、焦点位置調整の時間が短縮され、
更には焦点位置調整の自動化を図ることができるという
効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図ないし第６図は電子ビームの焦点位置と溶は込み
形状を示す説明図、第４図は本発明を実施する焦点位置
検出調整装置の一構成例を示す回路ブロック図、第５図
は被加工物表面における電子線及びＸ線の生成状態を示
す説明図、第６図は本発明の一実施例における焦点調整
時の集束レンズの電流変化の一例を示す線図、第７図は
放射電子線強度の変化の一例を示す線図、第８図は電子
ビーム電流と集束レンズの電流との関係の一例を示す線
図、第９図は電子ビーム電流と焦点距離との関係の一例
を示す線図、第１０図＃′ｉＸ線強度の変化の一例を示
す線図である。 図建おいて、１０は電子銃、１２は集電レンズ、１４は
電子コレクタ、１６はＸ線センサ、２４は計算処理装置
、ＥＢは電子ビーム、ＲＢは放射電子線、ＲＸ Ｉｄ
Ｘ ｉ、Ｗ Ｋは対象物である被加工物であるみなお、
図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 弁理士 木 村 三 朗
Claims (5)
- （１）第１の電流値の電子ビームを対象物に照射しつつ
集束レンズの電流を変化させ、この場合に生ずる放射線
の少々〈てもいずれか１つを検知し、この検知結果から
焦点位置が対象物表面となる集束レンズの電流をめ、次
にこの電流に基づきあらかじめ用意された補正データを
参照して焦点位置の補正を行い、加工時の第２の電流値
の電子ビームに対応する焦点位置を設定することを特徴
とする電子ビーム加工機の焦点位置調整方法。 - （２）前記補正データは、各ワークディスタンスにおい
て焦点位置が一定となる電子ビーム電流と集束レンズの
′電流の関係を表わすデータであり、前記焦点位置の設
定は集束レンズの電流を変化させて行なわれる特許請求
の範囲第１項記載の焦点位置調整方法。 - （３）前記補正データは、集束レンズの各電流において
電子ビーム電流と焦点距離の関係を表わすデータであり
、前記焦点位置の設定は対象物の位置を調整することに
よって行われる特許請求の範囲第１項記載の焦点位置調
整方法。 - （４）前記放射線は、二次電子１反射電子又は熱電子の
少々くとも１つの電子線である特許請求の範囲第１項、
第２項又は第３項記載の焦点位置調整方法。 - （５）前記放射線は、Ｘ線である特許請求の範囲第１項
、第２項又は第６項記載の焦点位置調整方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2877984A JPS60175354A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法 |
| FR8502359A FR2559695B1 (fr) | 1984-02-20 | 1985-02-19 | Procede et appareil pour detecter et reguler la position d'un faisceau electronique de soudage |
| DE19853505857 DE3505857A1 (de) | 1984-02-20 | 1985-02-20 | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen und regeln der position eines schweisselektronenstrahlenbuendels |
| US06/703,565 US4654506A (en) | 1984-02-20 | 1985-02-20 | Method and apparatus for detecting and regulating position of welding electron beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2877984A JPS60175354A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60175354A true JPS60175354A (ja) | 1985-09-09 |
| JPH05813B2 JPH05813B2 (ja) | 1993-01-06 |
Family
ID=12257886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2877984A Granted JPS60175354A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 電子ビーム加工機の焦点位置検出・調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60175354A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015095397A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 日本電子株式会社 | 集束イオンビーム装置及びイオンビームの焦点調整方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5573487A (en) * | 1978-11-29 | 1980-06-03 | Nec Corp | Electron beam welding device |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP2877984A patent/JPS60175354A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5573487A (en) * | 1978-11-29 | 1980-06-03 | Nec Corp | Electron beam welding device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015095397A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 日本電子株式会社 | 集束イオンビーム装置及びイオンビームの焦点調整方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05813B2 (ja) | 1993-01-06 |
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