KR19990037157A

KR19990037157A - 고전력 전자비임 작동 방법

Info

Publication number: KR19990037157A
Application number: KR1019980043318A
Authority: KR
Inventors: 마틴 배르; 에릭 라욱스
Original assignee: 좀머캄프 패터; 발쩌스 운트 라이볼트 도이췰란트 홀딩 악티엔게젤샤프트; 부라 코린
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 1999-05-25
Also published as: DE19745771B4; TW423016B; EP0910110A2; EP0910110A3; CN1165951C; DE19745771A1; EP0910110B1; US6436466B2; CN1241800A; US6214408B1; KR100551606B1; US20010016237A1; JP4410325B2; JPH11217667A; DE59812827D1

Abstract

이 발명은 물질을 기상화하는 고전력 전자비임의 작동 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에서 정적 및 동적 편향 에러가 보정된다. 먼저, 정적 및 동적 편향 에러는 티치-인 과정에 의하여 구체적인 공간 좌표와 구체적인 편향 전류에 대하여 확인되고 메모리에 저장된다. 이 저장된 데이터는 전자비임의 조사 지점에 해당하는 기하학적 입력 데이터가 입력 지점으로 정확하게 조사되도록 하는 보정된 전류값으로 자동적으로 재계산되는 데에 사용된다. 편향 전류에 대한 주파수 입력에서도 해당 과정이 수행된다. 주파수와 관련된 감쇠 효과를 제거하기 위하여 입력 주파수가 주파수와 크기 측면에서 자동적으로 보정된다. 정적 및 동적 편향 에러에 대하여, 티치-인 과정에서 고려되지 않은 공간 좌표 및 주파수조차 고려된다는 것이 적합한 보간 방법에 의하여 인증된다. 결과적으로, 도가니 상의 전력 분산만으로도 특정 데이터가 만족되도록 전자비임을 제어할 수가 있다.

Description

고전력 전자비임 작동 방법

이 발명은 고전력 전자비임 작동 방법에 관한 것이다.

고품질의 금속 및 금속 합금은 전자비임 용해 공정에 의하여 만들어진다. 전자비임은 편향성이 있어서 금속이나 금속 용해물의 표면상의 여러 위치에 조사될 수 있기 때문에, 금속 및 금속 합금을 용해시키는 열원으로서 전자비임을 사용하면 매우 복잡한 용해 공정이라도 구축할 수가 있다. 전자비임 기술은 어떠한 물질이라도 거의 효과적으로 기상화(vaporization)시킬 수가 있다. 기상화율은 스퍼터링(sputtering) 공정에 비하여 거의 100배 정도 더 크다. 알루미늄을 사용하는 표준 공정과는 별도로, 높은 용해점과 높은 기상화 온도를 갖는 물질들은 전자비임 기상화 기술에 관하여 특별히 효과적이다. 예를 들어, 이러한 물질에는 Cr, Co, Ni, Ta, W 합금 또는 SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO 등과 같은 산화물이 있다. 또한, 전자비임 기술은 Al + O₂→ Al₂O₃와 같은 기상화 반응을 위하여 안정적이고 균일한 기상화율을 제공한다.

전자비임 기상화 응용의 중요한 분야는 매우 커다란 표면을 다양한 물질로 코팅하는 분야이다. 예를 들어, CoNi 합금으로 마그네틱 테이프를 코팅하거나 식료품 포장을 위한 필름의 코팅과 같은 코팅 분야이다(이에 관하여, DE-OS 42 03 632 = US-PS 5 302 208을 참조한다.).

또 다른 응용 분야는 터빈 날개의 작동 효과가 증가되도록 하기 위한 터빈날의 부식 방지 코팅 분야이다. 예를 들어, 100μm 내지 200μm 두께의 MCrAlY층이 형성되고 100μm 내지 200μm 두께의 이트륨(yttrium) 또는 안정된 ZrO₂의 열 감소층이 부가적으로 형성된다.

전자비임 코팅은 전자비임의 초점에서의 에너지 밀도가 거의 1 MW/cm²정도로 높다는 것이 주요한 이점이다. 이와 같은 높은 에너지 밀도로 인하여 표면 온도가 높아져서 용해점이 높은 물질이라도 기상화될 수가 있다. 일반적으로 초점의 표면적은 1 cm²보다 더 작기 때문에 생성되는 기상화 영역은 매우 작다. 따라서, 전자비임이 고정되어 있거나 기상화될 표면을 지나가는 속도가 너무 느리다면, 대부분의 전자비임 에너지가 물질의 깊이에 관하여 작용하기 때문에 기상화가 잘 되지 않는다.

기상화되어야할 표면상의 에너지 분포는 최신 장비를 사용하여 제어될 수가 있다. 예를 들어 증기-침전 물질이 비임 스캐닝 패턴의 변화에 의하여 간단하게 적용될 수가 있다.

전자 비임 기상화에 의하여 형성된 층은 스퍼터된 층과 비교하여 종종 밀도가 높지 않고, 그 층의 특성 또한 다르다. 전자비임 기상화에 의하여 형성된 층의 특성을 개선하기 위하여 플라즈마 지원이 증기-침전 공정동안에 부가될 수가 있다.

잔여 가스 입자와 전자비임 사이의 상호작용으로 인하여, 코팅 챔버 내의 압력과 전자비임 총과 기상화될 물질 사이의 간격, 즉 비임 길이는 특정된 값을 초과해서는 안된다. 예를 들어, 20 내지 50 kV의 가속 전위에 대하여 아력은 10^-2보다 커서는 안된다. 전자비임의 길이는 1 m를 초과해서는 안된다. 더 높은 압력과 더 긴 전자비임 길이가 필요하다면 가속 전위가 더 증가되어야 한다.

높은 에너지 레벨에서의 압력 증가로 인하여 불순물의 차폐 효과, 예를 들어 H₂O나 물의 결정화가 발생된다. 게다가, 일부 산화물은 금속과 산소로 분해된다. 압력 증가로 인하여 층의 특성이 변화되거나 전자비임의 초점이 흐려질 수도 있다. 따라서, 기상화 물질들은 불순물 및 물의 차폐 효과에 관하여 방비되어야 한다.

최고 1000 kW까지의 전력과 최고 160 kV까지의 가속 전위를 갖는 전자비임 총이 사용될 수가 있다. 150 내지 300 kW의 전력과 35 kV의 가속 전위를 갖는 전자비임 총이 일반적으로 코팅을 위하여 사용된다. 전자비임 편향과 초점 조절은 일반적으로 마그네틱 코일에 의하여 행해진다. 비임 초점 조절과 비임 편형은 둘 다 마그네틱 코일에 흐르는 전류를 변화시킴으로써 쉽게 제어할 수가 있다.

일반적으로, 10 kHz보다 더 높은 주사 주파수가 전자비임 용접 기술에서 사용된다. 한편, 코팅 분야에서 통상적인 주파수는 100 내지 1000 Hz 정도의 주파수이다. 고조파가 존재한다면, 예를 들어 10 kHz의 주파수들이 포함된다. 주사 주파수는 예를 들어 도가니의 표면 상의 두점 사이를 전자비임이 왕복하는 주파수를 의미한다.

고전력의 전자비임 제어에서, 총으로의 전원 공급, 총 내부의 전자비임 안내 및 공정 표면 위에서 전자비임의 안내 등과 같은 사항은 매우 유의하여야 한다.

(고)전력의 전자비임을 제어하기 위한 여러 방법들이 이미 공지되어 있고, 그러한 방법 중 하나로 용해물 상에 전자비임의 조사점을 검출하기 위한 센서(EP 0 184 680, DE 39 02 274 C2, EP 0 368 037, DE 35 38 857 A1)를 갖는 특수 편향 시스템(DE 42 08 484 A1)이 제공된다. 또한, 하나 이상의 전자비임을 갖는 편향 시스템(US-A 4 988 844) 또는 자계 센서를 갖는 전자비임 위치 조절 장치(DE 35 32 888 C2)가 이미 제안되었다.

또한, 마이크로프로세서에 의하여 고전력 전자비임 제어가 수행되는 것은 이미 공지되었고, 이러한 일반적인 하드웨어는 용해 명령이나 공식들을 수행할 때 균일한 비임 분산과 양호한 굴곡성을 갖도록 소프트웨어에 의하여 작동된다(M. Blum, A. Choudhury, F.Hugo, F. Knell, H. Scholz, M. Bahr: Application of a New Fast EB-Gun Control System for Complex Melting Processes, EB Conference, Reno/USA, October 11-13, 1995). 고주파수로 제어되는 전자비임 시스템의 특성은 가스상으로의 요소 농축을 위한 열 카메라와 측정 장치이다. 이러한 제어 시스템은 다양한 형태로 사용되는데, 예를 들어 티타늄의 노변 용해 또는 탄탈륨의 강하 용해 등에서 사용된다. 이것은 또한 전자비임 총이 최대 5개까지 장착될 수 있는 다수의 용광로를 동시에 제어하는 데에 적합하다. 또한, 이것은 비대칭 용해 배열을 위하여 표면 온도 분산이 정확하게 제어되어야 하는 전자비임 공정에도 사용된다. 예를 들어, 용해될 물질이 물로 냉각된 구리를 통하여 한쪽 면상으로 공급되는 수평 강하 용해나, 넘치는 용해 물질로 인하여 한쪽 면이 고입력 에너지가 발생되는 다른 전자비임 배열에서 사용된다. 이러한 제어는 윈도우즈에서 수행되는 소프트웨어에 의하여 동작되는 일반적인 개인용 컴퓨터에 의하여 공지된 배열에서 수행될 수 있다. 상기한 바와 같은 고전력 전자비임 제어에서, 전자비임 주사율이 직접적으로 제어되는 전자비임 주사와 제어 시스템이 사용된다(M. Bahr, G. Hoffmann, R. Ludwig, G. Steiniger: New Scan and Control System (ESCOSYS^TM)for High-Power Electron Beam Techniques, Fifth International Conference on Plasma, Surface Engineering, Garmisch-Partenkirchen, September 1996). 소위 "내부 지성"에 근거한 제어 시스템은 두 개의 중요한 특성을 갖고 있다. 하나는 에러 보상에 관한 것이다. 여기에서, 전자비임의 동작은 먼저 저전력으로 스크린상에서 시작하는 "훈련"이다. 이러한 "훈련 과정" 이후에, 전자비임 총의 주파수 감쇠와 편향 에러가 자동적으로 보상된다. 비임의 원형 패턴은 조사각이 다를지라도 도가니 내에서 타원이 아니라 원을 유지한다. 주사 주파수가 변하더라도 이러한 원의 크기는 일정하다. 편향 에러 보상은 2 × n 차원의 다항 함수를 사용하여 수행된다. 주파수 감쇠는 패스트 푸리에 트랜스폼 알고리듬(fast fourier transform algorithm)을 사용하여 진폭 및 위상-각도 회전에 대하여 보상된다. 따라서, 기하학적인 패턴뿐만아니라, 매우 정밀한 패턴까지도 보상된다. 그럼에도 불구하고, 시스템은 10 kHz 주파수로 제한되어 동작하고, 이러한 싸이클 주파수는 최대 1 kHz까지 허용된다. 이러한 것은 주파수 감쇠 보상의 필요성을 최소화한다. 상기한 에러 보상과 함께, 주어진 표면에 대한 전력 보상의 직접적인 입력이 있어야 한다. 공지된 시스템에서, 매우 균일하게 증기-침전된 층들은 고속 코팅 속도를 갖는다. 예를 들어, Al₂O₃반응 공정에서, 10 m/sec 속도까지 가능하다. 상기한 편향 에러 보상과 주파수 감쇠 보상이 수행되는 방법에 관하여 상세하게 설명하지는 않았다.

상기한 종래의 기술은 전자비임을 자동적으로 편향하는 방법과 프리셋(preset) 주사나 전력 패턴에 대한 에러 보상 방법등을 생성하는 것이 문제다.

이러한 문제는 후술할 청구항 1, 2, 6, 또는 15의 특성에 의하여 해결된다.

도 1은 전자비임 편향이 가능한 전자비임 용해 장치 또는 전자비임 기상화 장치의 구조를 도시한 도면이고,

도 2는 편향되는 전자비임이 조사되는 표면을 갖는 용해로를 도시한 도면이고,

도 3은 측정을 위하여 용해로 상에 배열되는 스크린 플레이트를 도시한 도면이고,

도 4는 특정 패턴을 얻기 위한 실제 x, y 전류에 관하여 도시한 도면이고,

도 5는 편향 주파수를 증가시켜서 전자비임의 편향 에러를 증가시키는 것에 대한 설명을 도시한 도면이고,

도 6은 전류 크기가 주파수 증가에 따라 방사상으로 그리고 접선 방향으로 증가할 때의 주파수 감쇠 보상을 도시한 도면이고,

도 6a는 보정된 편향 전류의 프로파일에 대한 x, y 전류의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이고,

도 7은 편향 에러의 정적 및 동적 보정이 수행될 때의 배열을 도시한 도면이고,

도 8은 직사각형 용해로에서의 특정 전력 분산을 도시한 도면이고,

도 9는 도 8에 따른 전력 분산에 대한 전자비임 패스를 도시한 도면이고,

도 10은 원형 용해로에서의 특정 전력 분산을 도시한 도면이고,

도 11은 도 10에 따른 전력 분산에 대한 전자비임 패스를 도시한 도면이고,

도 12는 이 발명의 실시예에 따른 두 개의 전자비임 총을 구동하는 블록도이고,

도 13은 이 발명의 실시예에 따른 폐쇄 제어 시스템의 블록도이고,

도 14는 이 발명의 실시예에 따른 다양한 공정 패스를 기하학적으로 도시한 도면이다.

이 발명은 특히 전자비임의 기하학적인 패스(path)나 특정 용해물 표면 상에 전자비임에 의해 발생되는 전력 밀도가 자유롭게 선택될 수 있고 에러가 보상된다는 이점이 있다. 사용자는 더 이상 에러 발생을 고려할 필요가 없고 공간 좌표상에서 직접 입력할 수가 있다. 게다가, 사용자는 전력 분산을 직접 한정할 수가 있고 기하학적 편향 패턴을 적당하게 조합하여 경험적으로 미리 전력 분산을 할 필요가 없다. 또한, 이 발명에서는 폐쇄 제어 루프를 사용할 수가 있다. 예를 들어, 기상화 공정에서 기상화율이 측정되고 보다 더 균일한 코팅을 수행하도록 제어 알고리듬에 의하여 기상화 공정으로부터 새로운 전력 분산이 발생되면, 에러 보상이 정확하게 수행되는 경우에 그러한 제어 루프는 매우 정확하게 재조정될 수 있다. 이러한 에러들이 보상되지 않는다면 잔여 에러들이 폐쇄 제어 루프동안 남아 있게 된다.

용해되는 동안에 적합한 측정 시스템이 사용된다면 도가니 또는 잉곳 상에서의 온도 분산이 제어되고 조절될 수가 있다. 이와 같이, 합금 구성 요소의 물질 구조와 기상화 로스가 매우 최적화될 수가 있다.

이 발명은 패시브 시스템, 즉 용해되는 물질 상에 전자비임의 조사 지점을 측정하지 않는 시스템을 포함한다. 오히려, 이러한 시스템은 용해 공정 초기에 한 번 수행된 인식("티치-인(teach-in)")을 통하여 조사 지점을 안다. 그러나, 이 발명은 전자비임의 조사 지점을 직접 측정하는 자동 측정 시스템과 결합될 수 있다. 이러한 패시브 시스템에서, 편향 패턴은 먼저 공간 좌표계에서 정의된 다음 메모리에 임시 저장된다. 전자비임의 편향 속도는 전자비임의 특정 편향 주파수와 용해 물질 표면 상의 특정 지점들 사이의 거리에 의하여 산출된다. 다음, 에러 보상 알고리듬을 포함하는 특수 알고리듬은 공간 좌표계로 정의된 편향 패턴을 평향 코일에 대하여 통상적인 값으로 정의되는 편향 패턴으로 변환한다. 여기에서, 편향 속도는 부가적으로 규정된 주파수에 의해 결정된다. 따라서, 결과적인 편향 패턴은 마그네틱 편향 코일을 구동하는 전류 증폭기로 직접 공급되고, 결과적으로 전자비임이 자기적으로 편향된다. 펄스 출력과 전자비임 사이의 주파수 응답에서 여러 형태의 비선형성은 물론, 역전류에 의해 발생되는 주파수 관련 감쇠와 전류 증폭기에서의 주파수 관련 비선형적 왜곡은 이 점에 있어서 고려되지 않고 있다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 전자비임 편향이 가능한 전자비임 용해 장치 또는 전자비임 기상화 장치의 구조를 도시한 도면이다.

여기에, 고전력 전자비임 총(1)의 원리가 나타나 있다. 가열 필라멘트(2)는 전압(Uf)에 연결되어 전자(3)를 방출한다. 필라멘트(2) 아래에 고정되고 통상적으로 블록 형태의 캐소드(4)가 배치된다. 이러한 블록(4)은 전자 전류에 의하여 가열되어 전자(6)를 방출한다. 블록(4)과 애노드(8) 사이에 전자(6)를 가속하는 고전압(Ub)이 인가된다. 웨넬트 전극(whenelt cylinder)(5)은 전자가 애노드(8) 사이의 홀로 모여서 전자비임(7)을 형성하도록 정전계를 형성시킨다. 이러한 전자비임은 마그네틱 렌즈(9, 10)에 의하여 더욱 집중된다. 마그네틱 편향부(11)는 파워 서플라이(12)로부터 전류(Id)를 공급받는다. 이러한 파워 서플라이(12)는 직류 또는 교류를 공급할 수 있고, 이러한 직류 또는 교류의 크기 및 주파수는 가변될 수 있다. 전자비임 총(1)의 바로 아래에, 금속 또는 금속 합금(14)이 들어 있는 용해로(13)가 배치된다. 수평축(16)을 기준으로 편향각(α)만큼 편향된 전자비임(7')은 이러한 금속(14)의 표면(15)을 때린다.

열 카메라(20)는 금속(14)의 표면(15) 상의 온도 분산을 검출할 수가 있다.

도 2는 편향되는 전자비임이 조사되는 표면을 갖는 용해로를 도시한 도면이다.

도 2에는 전자비임 총(1)의 하부(22)만이 도시되어 있다. 편향부(11)가 따로 도시되어 있지 않고 하부(22) 내에 위치한다. 용해로(13)와 금속 표면(15)이 원근법에 의해 도시되어 있다.

여기에서, 선으로서만 도시되어 있는 전자비임(7')이 표면(15) 전체로 편향될 수 있다는 것을 알 수 있다. 표면(15) 상에서 전자비임(7')의 각 조사 지점은 P1∼P8로 표시된다.

조사 지점(P1∼P8)은 표면(15) 상에서 x, y 좌표 또는 극(polar) 좌표로 정의될 수 있다. 전자비임(7')의 길이가 점 좌표 체계에 속한다면 구 좌표가 논리적으로 선택된다. 여기에서, 거리(23 - P1)는 전자비임 총의 출구로부터 점(P1)까지의 거리를 나타내는 반면에, 제1각도(α)(도시되지 않음)는 중심축으로부터의 비임의 편향을 나타내고, 제2각도(β)(도시되지 않음)는 시계 방향으로의 회전 각도를 나타낸다. 이미 공지된 텔레비전 음극선관의 기술에서 알 수 있듯이, 임의의 전류가 x, y 편향 코일로 흐르면 전자비임이 특정 지점으로 편향된다. 따라서, x, y 편향 코일을 통하여 흐르는 전류와 전자비임(7')의 조사 지점 사이에는 명백하게 연관관계가 있다.

그러나, 공간 좌표계와 이상적인 전류 좌표계에서 이러한 연관관계는 고정적으로 편향된 전자비임(7'), 즉 전자비임(7')이 움직이지 않고 방해 받지 않을 경우의 전자비임에만 적용된다. 만약 전자비임 총이 용해로에 경사지도록 설치되거나 용해로(13)에 전자계 간섭이 발생한다면, 편향부가 이상적인 조건하에서 이러한 지점들에 해당하는 전류가 공급될지라도 전자비임(7')은 특정된 지점(P1 ∼ P8)에 조사될 수가 없다. 그러나, 기상화 공정에서 전자비임은 음극선관 총이 내부적으로 손상을 입지 않도록 일반적으로 특정 각도에 위치하지 않고 용해로의 중앙에 위치한다. 이로 인하여, 표면(15) 상에서 사각형 편향 패턴이 사다리꼴 편향 패턴으로 혹은 원형 편향 패턴이 타원 편향 패턴으로 왜곡된다. 이럼에도 불구하고, 기화될 물질 상에 사각형이나 원을 발생시키기 위하여 이상적인 전류 파라미터로 보정이 수행되어야 한다.

후술할 기상화 공정에서, 전자비임(7')의 강도는 항상 일정하거나 조금씩 변화될 수 있다. 전자비임(7')에 의한 표면(15)으로의 전력 입력은 한 지점으로부터 다음 지점으로 움직이는 속도에 의하여 결정된다. 혹자는 비임이 정확하게 점이 아니라 어떤 시간동안에 한 지점에서 비임의 직경을 유지하기 때문에 표면의 한 지점 상에서 전자비임이 머무르는 시간에 의하여 결정된다고도 한다.

상기한 정적 편향 에러와 그 영향을 결정하기 위하여, 실제 편향과 이상적인 편향과의 차이가 확인되어야 한다. 이상적인 편향은 쉽게 계산되지만 실제 편향은 그렇지가 못하다. 따라서, 실제 편향은 훈련(티치-인) 과정을 통하여 결정된다.

도 3은 측정을 위하여 용해로 상에 배열되는 스크린 플레이트를 도시한 도면이다.

여기에서, 편향 에러의 보정을 위한 훈련 과정이 설명된다. 이러한 편향 에러는 용해로의 중심축에 관한 전자 총의 경사나 용해로 상의 자계에 의하여 발생된다. 이러한 편향 에러의 보정이 움직이지 않는 전자비임에 의하여 수행되기 때문에 정적 보정이라고도 한다. 여기에는 전자비임 총(22)과 전자비임(7')만이 도시되어 있다. 티치-인 과정의 훈련에서의 구성은 용해로 상에 배치된 표시 시트(50)와 표시 지점(P9 ∼ P19)이다. 이러한 표시 지점들은 전자비임(7')에 대한 편향 전류를 변화시켜서 수동적으로 조사될 수가 있다. 만약 전자비임(7')이 도 3에 도시되어 있듯이 P10 지점에 조사되면, P10 지점에 대한 공지된 공간 좌표(x10, y10)가 메모리(51)에 저장된다. 이러한 공간 좌표는 전류 좌표(Ix10, Iy10)와 관련되고, 이러한 전류 좌표(Ix10, Iy10)는 전자비임(7')이 P10 지점에 조사되도록 하는 x, y 편향에 대한 전류이다. 이러한 전류는 x, y 좌표와 관련된 이상적인 전류가 아닌 이미 에러 보정된 전류로 실제로 흐르는 전류이다. P10 지점에 조사하기 위하여 필요한 실제 흐르는 전류(Ix10, Iy10)의 크기는 P10의 공간 좌표와 관련되어 메모리(51)에 저장된다. P9 및 P11 ∼ P19의 공간 좌표에 대해서도 상기한 바와 같은 과정이 수행되고, 결과적으로 메모리내의 모든 지점(P9 ∼ P19)이 특정 편향 전류(Ix9, Iy9, …)와 연관되어진다. 만약 전자비임이 지점(P9 ∼ P19)에 정확하게 조사되는 것을 확인하려면, 이러한 지점과 관련되고 훈련 과정을 통하여 확인된 전류를 해당 x, y 편향부로 공급할 필요가 있다. 훈련 과정에서 편향 전류로 직류가 선호되지만, 결과 보정 인자는 교류의 크기에도 또한 적용된다.

공간 x, y 좌표와 각각의 전류 좌표와 관련되어, 금속 표면의 공간 도메인(domain)으로부터 편향 코일의 전류 도메인상으로의 변환이 수행된다. 이러한 전류 좌표는 전자비임이 특정 x, y 지점에 조사되는데 필요한 전류의 크기를 포함한다. 그러나, 각 x, y 지점에 실제 전류 좌표를 할당하고, 다음에 실제 전류 좌표를 보정 인자로 할당할 수가 있다. 이러한 보정 인자는 I_ideal/I_actual로 표현될 수가 있다.

도 4는 특정 패턴을 얻기 위한 실제 x, y 전류에 관하여 도시한 도면이다.

여기에는 사각형 용해로(60)에 대한 훈련 과정의 결과가 도시되어 있다. 여기에서, 용해로(60)의 각 지점(P1 ∼ P22)이 정확하게 조사되는 것을 알 수가 있다. 상기한 정적 편향 에러에 영향을 받는 전자비임에 의하여 정확하게 조사되도록 하기 위하여, x와 y 좌표에 대한 전류는 61에 도시된 값을 가져야 한다. 지점(P1' ∼ P22')으로 표시된 전류들은 보정되고 사각형이 아닌 왜곡된 사다리꼴 형태 내에 놓여 있다.

전자비임이 용해로의 지점(P1 ∼ P22)에 조사되도록 하기 위하여 편향 코일은 보정된 전류 크기를 사용하여야 한다. 용해로(60)에 나타나있는 격자(grid)는 티치-인 과정에 있어서는 충분하지만 작동에 있어서는 비교적 조잡하다. 중간 영역에 해당하는 편향 코일에 보정 전류를 인가할 수 있도록 하기 위하여 보간법이 사용될 수 있다. 도 4에서 용해로(60)에 도시된 점 밀도보다 더 큰 밀도를 얻기 위한 적합한 방법은 최소 스퀘어(least square) 방법이다. 이러한 방법에서, 보상식 a_ixⁱ는 x_i, y_i가 측정되었을 때 정수 n에 대하여 결정된다. 보상식으로부터 구해지는 각 측정 지점의 스퀘어 일탈량의 총합이 보상 표준으로서, 이러한 총합은 최소가 되어야 한다(H. Frohner, E. Ueckert: Grundlagen der elektrischeno Mebtechnik [Foundations of electrical metrology], 1984, pp. 208, 209). 이러한 보상 과정에서 각 전류, 즉 지점들(P1 ∼ P22) 사이의 중간 위치에 대한 전류가 다음식을 통하여 확인된다.

전류 크기_k= a_i,j,k· (공간 좌표 x)ⁱ· (공간 좌표 y)ⁱ

여기에서, k는 x′, y′이고 a_i,j,k는 지점(P1 ∼ P22)에서 훈력 과정의 경로에서 결정된다.

모든 좌표에 대한 상기한 에러를 보정하기 위하여, 편향 에러는 2차원 n차 다항식에 의하여 계산된다. 즉, 전류 크기(Ix, Iy)는 평면상의 임의의 지점(x, y)에 대한 다항식으로 계산된다.

이러한 과정에 의하여, 티치-인 과정 동안에 측정되지 않는 지점조차도 공간 도메인으로부터 전류 도메인으로 변환된다.

정적 편향 보정이 수행된 후, 동적 주파수 보정이 행해진다. 즉, 보정된 교류는 편향 코일에 인가된 사인파 교류로부터 결정된다. 주파수 에러는 실제 동작 중에 발생되기 때문에 이러한 교류 보정이 필요하다. 주파수 에러가 포함하고 있는 것에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다.

전자비임의 일차원적인 동작이 도시되어 있는 도 5에 전자비임(7')의 사인파 편향이 나타나 있다. 이 경우에, 전자비임(7')의 편향은 편향부를 통하여 흐르는 전류(I=I₀·sinωt)의 크기 및 주파수에 의하여 결정된다. 이 때, 전류는 파워 서플라이(12)로부터 공급되는 전압(U=U₀·sinωt)에 의한 전류이다. 미리 특정된 전류 강도(I₀)와 순환 교류 주파수(ω₁)으로 인하여 전자비임(7')은 제1지점(I)로부터 제2지점(II)로 왕복 이동한다. 따라서, 전자비임(7')은 표면 상에서 제1지점(I)과 제2지점(II) 사이의 직선을 그리면서 이동된다. 이 경우에, 중심축(16)으로부터 우측의 편향각(α₁)은 중심축으로부터 좌측의 편향각(α₁′)과 일치한다. 이러한 편향각(α_1,α₁′)은 편향부(11)를 통하여 흐르는 교류의 전류 강도에 의해 결정된다. 만약 교류 주파수가 일정 전류 강도까지 증가되면, 전자비임(7')은 지점(I)과 지점(I′) 사이를 계속 왕복 운동하지만, 보다 높은 주파수에서는 그렇지가 않다.

그러나, 실제적으로 주파수 감쇠가 발생하기 때문에 편향각(α_1,α₁′)은 주파수에 종속적이다. 마그네틱 편향 시스템에서 역전류 손실로 인하여 주파수-종속 감쇠가 발생한다. 편향 시스템이 코일 뿐만아니라 철도 포함하고 있기 때문에, 철을 통하여 흐르는 역전류에 의해 주파수-종속 반응들이 발생한다.

또한, 코일을 공급하는 증폭기의 비선형적 주파수 특성으로 인하여 코일 전류가 주파수에 종속적이다. 결국, 이러한 것은 전류 강도가 같고 주파수가 ω₂로 증가되면 편향각(α_2,α₂′)가 편향각(α_1,α₁′)보다 더 작다는 것을 의미한다. 두 편향각 사이의 차(α₁- α₂)는 통상 주파수 감쇠의 상 천이(Θ)라고 한다. 이러한 주파수 감쇠(Θ)는 교류 주파수의 함수이다. 즉, Θ = f(ω)이다.

상 천이(Θ)는 x, y 방향에 대한 편향 시스템이 다를 때에도 발생된다. 이러한 상 천이(Θ)는 x, y 편향 방향을 좌우하는 편향 코일에서 전류의 시간-도메인 오프셋을 의미한다.

도 6은 전류 크기가 주파수 증가에 따라 방사상으로 그리고 접선 방향으로 증가할 때의 주파수 감쇠 보상을 도시한 도면이다.

도 6의 상부에 표시된 그래프(31)는 전자비임을 특정 지점으로 정확하게 조사하기 위하여 주파수를 증가시킴에 따라 x 방향에서의 편향부의 전류 크기가 어떻게 변하여야 하는 것을 나타내고 있다. 한편, 그래프(32)는 특정 지점에 정확하게 조사될 수 있도록 하기 위하여 y 방향의 크기가 주파수 증가에 따라 어떻게 변하여야 하는가를 나타내고 있다. 각 경우에 있어서, 전류 크기는 주파수 증가에 따라 나타나는 감쇠 인자를 보상하도록 증가되어야 한다. 상기한 기능적 연결인 크기=f(ω)는 다른 주파수에 대해서도 실험적으로 결정될 수 있고, 학습될 수 있다. 즉, 메모리에 저장될 수 있는 것이다. 이러한 목적을 위하여, 훈련동안 검출되어야 하는 6개의 다른 주파수들이면 충분하다. 정적 편향 에러와 대비하여, 전자 비임이 다른 지점들(P1 ∼ P19)로 조사될 필요는 없다. 오히려, 전자비임이 두 지점, 예를 들어 P9과 P10 사이를 왕복 운동한다면 하나의 좌표만을 고려하여도 충분하다. 6개의 주파수 각각에 대하여 전자비임이 지점(P9, P10)에 조사될 수 있도록 전류 크기가 충분히 변화된다.

실제로, 이러한 티치-인 과정은 두 개의 좌표에 대하여 수행된다. 이 점에 있어서, 두 개의 편향부에 대하여 사인파 전류가 특정된다. 주파수 감쇠가 발생하면, 타원형상 또는 원형상 또는 선의 크기가 감소한다. x, y 방향에 대한 전류 크기는 특정된 편향 크기가 다시 조정되는 것과 같이 새로이 조정된다.

그러나, 주파수 감쇠로 인하여 편향부에 공급되는 전류 크기가 변하여야 하는 것 뿐만아니라, 곡선 형태의 보정 또한 수행되어야 한다. 만약 순수 사인파 전류가 전압 소스로부터 편향부에 공급되면, 동적 에러 때문에 사인파 형태의 왜곡이 발생한다. 즉, 전자비임을 편향하는 전류가 순수한 사인파 형태를 유지하지 못하고, 오히려 고조파가 중첩된 사인파 형태를 갖는다. 이러한 왜곡된 사인파 곡선을 재생하기 위하여 푸리에 변환이 수행된다. 푸리에 변환은 시간-종속 함수를 주파수-종속 푸리에 형태로 변환시키거나, 반대로 주파수-종속 함수를 시간-종속 푸리에 형태로 변환시킨다. 따라서, 푸리에 변환은 시간 도메인 함수로부터 주파수 도메인 함수를 생성하는 동작을 나타내며, 이 때 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로의 변환, 또는 그와 반대의 변환이 발생된다. 편향부를 통하여 전송되는 전류 공급 종료 시간이 푸리에 변환된 것이면 여러게의 주파수들이 다른 크기를 갖게된다.

도 6a는 보정된 편향 전류의 프로파일(profile)에 대한 x, y 전류의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 6a의 상부에 도시된 그래프(57)에 전자비임의 편향 전류의 y요소에 대한 푸리에 계수의 크기가 나타나 있고, 하부에 도시된 그래프(58)에는 편향 전류의 x요소에 대한 푸리에 계수가 나타나 있다.

패스트 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 변환할 때 디지털 컴퓨터를 사용한다.

패스트 푸리에 변환(FFT)은 푸리에 계수를 계산하기 위한 알고리듬으로, 일반적인 계산 방법(Cooley and J.W. Turkey, "An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series, "Math. of Computers, Vol. 19, pp. 297-301, April, 1965)에 비하여 계산이 용이하다.

FFT는 시간열의 이산 푸리에 변환 형태(DFT), 즉 이산 데이터 패턴을 효율적으로 계산하기 위한 방법을 포함한다. DFT는 푸리에 적분 변환 또는 푸리에 시리즈 변환과 같은 독립적인 변환이다.

연속적인 파형에 대한 푸리에 변환은 나이키스트(Nyquist) 샘플과 같은 샘플링 원리에 따라 취해진 펄스 샘플에 대한 DFT이다. DFT는 특히 전력 스펙트럼 분석과 디지털 컴퓨터에 의한 필터 시뮬레이션에 유용하다.

노멀(nomal) 또는 패스트 푸리에 변환이 수행되든지 안되든지, 이 발명에서 중요한 것은 주파수 도메인에서 보정이 수행되어야 한다는 것이다. 이것은 특정 주파수에 대한 티치-인 동안에 기화될 물질 표면 상에 필요한 조사 패턴을 생성하기 위한 (왜곡된) 전류가 푸리에 변환과 관련되어 있다는 것을 의미한다.

이러한 것이 1.631 kHz의 주파수 및 전류의 x, y요소에 대하여 분리되어 도 6a에 도시되어 있다. x요소는 상부 그래프(57)에 나타나 있고, y요소는 하부 그래프(58)에 나타나 있다. 편향부에 순수 사인파 주파수가 공급되면 필요한 편향 패턴을 생성하기 위하여 전류에 의한 보정이 수행된다. 여기에서, 사인파 주파수가 푸리에 변환되고, 티치-인 과정에서 결정된 값에 일치하도록 FFT에 의하여 푸리에 계수가 보정된다.

보정된 전류 프로파일 I'(ωt)는 다음과 같은 역변환에 의하여 얻어진다.

여기에서, I는 편향부의 이상적인 전류이고, F는 푸리에 크기이고, l은 정수이고, I'는 보정 전류이고, F'는 보정된 푸리에 크기이고, α는 전자비임의 편향을 나타낸다.

만약 교류를 사용하여 표면(15)의 한 지점으로 전자비임을 조사하려면, 직류의 해당 강도에 의하여 편향되는 것과 같이 단순히 전류 강도를 조절하는 것만으로는 충분하지 않고, 차라리 상 또는 각도 에러가 보상되는 것과 같이 교류의 전류 강도를 조절하여야 한다. 교류에 관한 이러한 원리는 직류에도 적용된다.

주파수 감쇠, 즉 전자비임의 편향 크기의 감쇠이외에, 상-각도 회전 또한 이미 상기한 바와 같이 발생될 수 있다. 만약 다른 폴 피스 차원(pole piece dimension)으로 인하여 편향 시스템이 x, y 방향에 대하여 대칭이 아니라면, 이러한 두 방향 사이에서 상 천이가 발생된다. 이러한 상 천이 또는 상 에러는 이 발명에 따라서 보정된다.

다른 주파수에 대하여, 용해로 상에서 대각선으로 운동하도록 사인파 전류 프로파일이 다시 편향부로 공급된다. 만약 상-각도 회전이 발생되면 이러한 대각선이 타원형으로 된다. 따라서, 선이 다시 보이도록 하기 위하여 다른 주파수들에서도 상 차이가 수동적으로 조절된다. 여러 측정 지점, 예를 들어 6개의 측정 지점에서 이와 같은 조절을 수행하였을 때, 임의의 주파수에 대해 필요한 상 천이를 계산할 수가 있다.

훈련 또는 티치-인 동안 6개의 주파수들만이 푸리에 변환된다. 만약 다른 주파수에 대해 편향 코일을 통하여 흐르는 보정된 전류 프로파일을 결정하려면, 상기한 바와 같은, 근사(approximation) 과정을 사용하여야 한다. 이러한 과정은 임의의 주파수(ω_q)에 대하여 다음과 같은 공식에 따라 보정 인자를 계산하는 과정이다.

여기에서, l은 x 또는 y이고, a_i,l는 티치-인 과정에 의해 결정되는 계수이다.

도 7은 편향 에러의 정적 및 동적 보정이 수행될 때의 배열을 도시한 도면이다.

도 7에 도시되어 있듯이, 파워 서플라이(12)로부터 공급되는 전압은 Ud = f(x)로 표시된다. 이러한 표현은 전류가 임의의 형태, 즉 직류 또는 교류일 수 있고, x-편향 코일로 공급되는 것을 나타내고자 하는 것이다.

파워 서플라이(12)로부터 공급되는 전압(Ud)에 의한 전류는 Id = f(t)이고, 이러한 전류는 블록(40)으로 공급되어 정적 편향 에러 보정된다. 블록(40)으로부터의 결과는 블록(41)에서 동적 주파수-감쇠 보정된다. 이와 같이 보정된 전류로 인하여 전자비임(7)은 조사 예정된 x좌표에 정확하게 조사된다. 이러한 결과로부터, 이 발명에서는 먼저 전자비임에 의하여 조사될 수 있는 지점에 대한 기하학적인 x, y 데이터가 지정되어야 한다. 예를 들어, 원형 표면 또는 타원형 표면 등을 들 수 있다. 따라서, 이러한 좌표들은 편향 에러를 보정하는 보정 전류값과 관련이 있다. 컴퓨터로 입력되는 공간 좌표 대신에, 전자비임이 표면 상에 생성하여야 하는 전력 분산을 직접 입력할 수도 있다. 그러므로, 얻어진 전류 프로파일은 시간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 계속 변환되고, 각 고조파의 크기를 보정함으로써 주파수 도메인 상에서 보정된다. 즉, 고 주파수 요소의 크기가 저 주파수 요소의 크기보다 더 강하게 증가된다. 그 후, 보정된 주파수 스펙트럼은 보정 전류 프로파일을 생성하기 위하여 시간 도메인으로 다시 변환된다.

이렇게 직접적으로 전력 분산을 입력하기 위한 전제 조건은 정적 및 동적 에러 보정이다. 만약 에러 보정이 수행되지 않는다면 지정된 전력 분산도 재생될 수 없다.

이하, 전력 분산에 대하여 설명한다.

도 8은 사각형 용해로에서의 특정 전력 분산을 도시한 도면이다.

도 8에 도시되어 있듯이, 사각형 용해로(60)에서 매우 검게 표시된 부분은 전자비임 충돌 전력이 크다는 것을 나타내고, 반면에 약간 검게 표시된 부분은 전자비임 충돌 전력이 비교적 적다는 것을 나타낸다.

여기에서, 용해로(60)의 길이는 약 1 m이고, 폭은 약10 cm이다. 컴퓨터 모니터 스크린(68) 상에 용해로(60)와 격자 필드(66, 67)가 함께 도시되어 있다. x 방향에서 필요한 전력 분산(59)과 y 방향에서 필요한 전력 분산(69)은 수동 입력 장치나 유사한 장치를 통하여 입력될 수 있다.

이 발명의 실시예에서, 이러한 전력 분산은 자동적으로 생성된다. 이러한 것은 전자비임의 패스가 자동적으로 계산되고 상기한 에러 보정을 고려한다는 점에서 일치한다. 이러한 계산의 결과가 도 9에 도시되어 있고, 전자비임의 패스(70)를 확인할 수가 있다. 따라서, 사각형 용해로(60) 상의 전력 분산은 세로 및 가로 프로파일(P_x(x), P_y(y))로서 규정된다. 결국, 이러한 표면 상의 전력 분산은 곱셈 에 의하여 결정된다. 만약 사각형 용해로가 아니고 원형 용해로라도 마찬가지로 설명될 수가 있다.

도 10은 원형 용해로에서의 특정 전력 분산을 도시한 도면이다.

도 10에 도시되어 있듯이, 모니터 스크린(79) 상에 원형 용해로(75)가 극 좌표(77)와 반경-전력 플레인(78)으로 표시되어 있다. 곡선(80, 81)은 수동 입력 장치 등을 통하여 규정될 수 있고, 이러한 규정은 용해로의 전력 분산 특정하는 것이다.

도 10에 도시되어 있는 전력 분산과 관련된 전자비임의 패스(82)가 도 11에 도시되어 있다. 원형 용해로(75)의 경우에는 방사상 및 방위각상 전력 분산 P_r(r), P_φ(φ)이 규정된다. 따라서, 결과적인 전력은 에 의하여 구해진다. 여기에서, 이다. 편향 전류의 주파수들(ω_x, ω_y또는 ω_r,ω_θ)은 원칙적으로 선택이 자유롭다. 주파수 차이를 적당하게 선택함으로써 편향 패턴의 해상도와 형태를 결정할 수가 있다. 비임 패스의 시작점과 종료점은 상(ρ_x,ρ_y또는 ρ_r, ρ_θ)으로서 정의된다. 시간(T=1/ω)에 대하여 평균하면 상기 정의된 전력 프로파일은 주파수와 상 선택과는 독립적으로 생성된다.

특히, 주파수 차이는 적게 선택되어질 수가 있고, 반면 동시에 편향 패턴은 고 해상도를 나타내도록 생성될 수 있다. 따라서, 편향 주파수가 수평 및 수직 방향에서 비슷하다. 이러한 점은 고주파수의 전송 특성상 편향 시스템에서의 요구 사항을 감소시켜준다(텔레비전 기술에서의 반대 예: 선 주파수(수평 편향)가 영상 주파수(수직 편향)에 비하여 매우 크다).

도 12는 이 발명의 실시예에 따른 두 개의 전자비임 총을 구동하는 블록도이다.

도 12에 도시되어 있듯이, 두 개의 전자비임 총(90, 91)은 컴퓨터(92)에 의하여 구동된다. 이 컴퓨터(92)는 제어부(93)와 통신 가능하게 연결되어 있다. 전자비임 총(90, 91)은 각각 전자비임(94, 95)을 생성하고, 이러한 전자비임(94, 95)의 위치 및 강도는 컴퓨터(92)에 의하여 정해진다. 컴퓨터로부터 출력되는 신호는 디지털/아날로그(D/A) 변환기가 내장된 트랜스퓨터(96, 97)로 전송된다. 트랜스퓨터(96, 97)는 각각 증폭기(98, 99)를 구동하며, 증폭기(98, 99)는 두 개의 전자비임 총(90, 91)에 각각 연결되어 있다. 트랜스퓨터는 32비트 칩을 장착하고 있는 컴퓨터로서, 영국 회사 INMOS에 의하여 개발된 장치이며, 상기한 모든 것을 병렬로 처리, 즉 광대한 양의 데이터를 동시에 처리한다. 여기에서, 통상의 마이크로프로세서는 4개의 통신부를 포함하고, 이러한 통신부는 10 MB의 데이터를 전송할 수가 있다. 따라서, 계산 업무가 많은 일들을 처리하는데 시간이 짧게 걸린다.

도 13은 이 발명의 실시에에 따른 폐쇄 제어 시스템의 블록도이다.

도 13에 도시되어 있듯이, 도가니(101)는 감긴 필름(102)의 한쪽 끝을 위로하여 형성된 기상화 제품이다. 측정부(103, 104)에 의하여 도가니(101) 또는 필름(102)으로부터 검출된 측정 데이터, 즉 전기적인 저항값 또는 광 투과율 등의 데이터가 PID 제어기(105)로 제공되고, PID 제어기(105)의 제어 신호는 장치(106)에서 전자비임 편향 패턴으로 재산출된 후 전자비임 총(90, 91)을 구동하는 트랜스퓨터(96, 97)로 공급된다.

도 14에 도시되어 있듯이, 전력 분산이나 기하학적 패턴을 지정할 수가 있다. 블록(112)에서 전자비임에 대한 기하학적 패턴, 예를 들어 원, 타원 등이 정의되면, 블록(113)에서 공간 좌표가 정적 보정을 갖는 편향 전류로 변환된다. 이와 같이, 공간정으로 보정된 편향 전류는 블록(114)에서 동적 주파수 보정된다. 블록(115)에서 역변환된 결과가 트랜스퓨터로 공급된다.

한편, 기하학적 패턴 대신에 블록(110)에서 전력 분산이 입력된다. 기하학적인 형태가 블록(111)에서 산출된다. 이후의 과정은 기하학적 패턴이 정의된 때와 동일하게 진행된다.

이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 전자비임의 기하학적인 패스나 특정 용해물 표면 상에 전자비임에 의해 발생되는 전력 밀도가 자유롭게 선택될 수 있고 에러가 보상된다는 이점이 있다. 사용자는 더 이상 에러 발생을 고려할 필요가 없고 공간 좌표상에서 직접 입력할 수가 있다. 게다가, 사용자는 전력 분산을 직접 한정할 수가 있고 기하학적 편향 패턴을 적당하게 조합하여 경험적으로 미리 전력 분산을 할 필요가 없다. 또한, 이 발명에서는 폐쇄 제어 루프를 사용할 수가 있다.

비록, 이 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.

Claims

도가니 내의 물질을 기상화하는데 사용되는 고전력 전자비임의 작동 방법에 있어서,

a) 상기 전자비임용 편향부가 제공되는 단계;

b) 상기 전자비임이 거의 일정한 강도로 기상화될 물질에 조사되는 단계;

c) 상기 전자비임이 기상화될 상기 물질의 표면 상의 다수의 지점에 각각 특정가능 속도로 안내되는 단계; 및

d) 용융될 상기 물질의 표면상의 지점의 기하학적 좌표가 선택되는 단계

를 포함하고,

상기 선택된 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)가 보정된 편향 전류(I_x,I_y; I_r,I_ψ)로 변환되어 상기 해당 편향부로 공급되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
도가니 내의 물질을 기상화하는데 사용되는 고전력 전자비임의 작동 방법에 있어서,

a) 상기 전자비임용 편향부가 제공되는 단계;

b) 상기 전자비임이 거의 일정한 강도로 기상화될 물질에 조사되는 단계;

c) 상기 전자비임이 기상화될 상기 물질의 표면 상의 다수의 지점에 각각 특정가능 속도로 조사되는 단계;

d) 기상화될 상기 물질의 표면 상에 상기 전자비임의 기하학적인 전력 분산을 특정하는 단계;

e) 상기 전력 분산에 해당하는 기상화될 상기 물질의 표면 상의 상기 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)가 확인되는 단계; 및

f) 상기 확인된 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)가 보정 편향 전류(I_x,I_y; I_r,I_ψ)로 변환되어 상기 해당 편향 코일로 공급되는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 보정 편향 전류가 정적으로 보정되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 보정 편향 전류가 동적으로 보정되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 편향 전류가 먼저 정적으로 보정되고, 다음에 동적으로 보정되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
도가니 내의 물질을 기상화하는데 사용되는 고전력 전자비임의 작동 방법에 있어서,

a) 상기 전자비임이 거의 일정한 강도로 기상화될 물질에 조사되는 단계;

b) 상기 전자비임이 기상화될 상기 물질의 표면 상의 다수의 지점에 각각 특정가능 속도로 조사되는 단계;

c) 용융될 상기 물질의 표면 상의, 상기 전자비임이 차례로 조사될 지점들의 기하학적 좌표가 차례로 선택되는 단계;

d) 상기 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)와 편향-전류 좌표(I_x,I_y; I_r,I_ψ) 사이의 실제 관계가 상기 전자비임의 정적 동작을 통하여 확인되는 단계;

e) 상기 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)와 편향-전류 좌표(I_x,I_y; I_r,I_ψ) 사이의 실제 관계가 상기 전자비임의 동적 동작을 통하여 확인되는 단계;

f) 상기 기하학적 좌표(x,y; r,ψ)와 연관된 이상적인 전류 좌표(I_xi,I_yi; I_ri,I_ψi)와 상기 실제 편향 전류 좌표(I_x,I_y; I_r,I_ψ) 사이의 일탈량을 결정하는 보정 파라미터가 확인되는 단계; 및

g) 상기 확인된 파라미터로 전자비임을 제어하기 위하여 상기 이상적인 전류 좌표가 보정되는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제6항에 있어서,

상기 보정 파라미터가 훈련 과정(티치-인 과정)을 통하여 특정 기하학적 좌표에 대하여 확인되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제6항에 있어서,

상기 전류 좌표의 보정이 주파수 도메인 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제6항에 있어서,

상기 특정 기하학적 좌표 사이의 중간 지점에 대한 보정 파라미터가 최소 스퀘어 방법을 사용하여 정적 동작에 대하여 확인된 상기 보정 파라미터로부터 확인되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제9항에 있어서,

상기 훈련 과정에서 고려되지 않은 기상화될 상기 표면의 한 지점(x',y')에 대한 보정된 전류가 아래의 수식

전류_{크기 x',y'}=

여기에서, a_i,j 는 상기 좌표 x, y와 관련된 상기 훈련 과정에서 확인 된 보정 인자이고, i와 j는 1보다 큰 수임

에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제6항에 있어서,

상기 특정 기하학적 좌표 사이의 중간 지점에 대한 보정 파라미터가 패스트 푸리에 변환을 사용하여 동적 동작에 대하여 확인된 상기 보정 파라미터로부터 확인되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제11항에 있어서,

편향 코일에 흐르는 상기 이상적인 전류는

여기에서,

F_l 는 푸리에 크기

ω_Τ 는 순환 주파수

l는 1이상의 수임

으로 의하여 정의되고,

상기 동적 에러에 관하여 보정된 편향 코일에 흐르는 전류 I'는

여기에서, 보정된 푸리에 크기 F_l′ 는 다음식으로

계산되고, 여기에서,

α(I,ω=0) 는 상기 전자비임의 직류 편향에 대한 편향각도이고,

α(I,ω=l⋅ω_Τ) 는 상기 전자비임의 교류 편향에 대한 편향각도임

으로 정의되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제7항에 있어서,

상기 정적 동작에 대한 리드-인 과정이

a) 특정 표시 지점에 제공되는 패턴이 상기 도가니 상에 배치되는 단계;

b) 상기 전자비임이 상기 표시 지점에 도달하는 단계; 및

c) 상기 전자비임이 상기 표시 지점에 도달하였을 때, 상기 각 표시 지점과 상기 편향 코일에 흐르는 전류가 저장되는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제7항에 있어서,

상기 동적 동작에 대한 리드-인 과정이

a) 특정 표시 지점에 제공되는 패턴이 상기 도가니 상에 배치되는 단계;

b) 상기 전자비임이 두 개의 특정 표시 지점 사이를 왕복 이동하는 단계;

c) 상기 왕복 이동의 주파수가 변하는 단계; 및

d) 상기 전자비임이 상기 각 표시 지점에 도달하도록 교류의 크기가 변하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
도가니 내의 물질을 기상화하는데 사용되는 고전력 전자비임의 작동 방법에 있어서,

a) 상기 전자비임이 거의 일정한 강도로 기상화될 물질에 조사되는 단계;

b) 상기 전자비임이 기상화될 상기 물질의 표면 상의 다수의 지점에 각각 특정가능 속도로 조사되는 단계;

c) 기상화될 상기 물질의 표면 상의 특정 기하학적인 지점들이 상기 해당 지점에 충돌하는 전자비임의 강도 및 속도에 의해 결정되는 상기 전자비임의 전력과 연관되는 단계; 및

d) 상기 전자비임의 특정 전력이 상기 기하학적 지점에 공급되는 것을 보증하도록 상기 전자비임의 이상적인 기하학적 이동 패턴에 대한 좌표가 확인되는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제15항에 있어서,

상기 이상적인 이동 패턴이 상기 이상적인 편향 전류 내로 재계산되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제16항에 있어서,

상기 이상적인 편향 전류가 정적 및 동적 편향 에러에 대하여 보정되는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.
제1항, 제2항, 제6항 및 제15항에 있어서,

상기 전자비임(7')의 강도가 천천히 변하는 것을 특징으로 하는 고전력 전자비임의 작동 방법.