CN112397363B - 一种电子枪束斑校对装置及校对方法 - Google Patents

一种电子枪束斑校对装置及校对方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电子枪束斑校对装置及校对方法，解决现有电子枪束斑标定成本较高，不利于箱体密封、保持真空度的问题。该校对装置包括粗校对组件和精校对组件；粗校对组件包括粗校对板、粗校对底座和粗校对支撑板，粗校对板通过粗校对支撑板设置在粗校对底座上方；粗校对板上设置有多个粗校准孔；精校对组件包括精校对板、绝缘支撑板、精校对底座、续流电阻和检流表；精校对板上设置有多个精校准孔，每个精校准孔内设置有十字钨丝；精校对板通过绝缘支撑板设置在精校对底座上方，使得精校对板和精校对底座之间有一定距离并相互绝缘形成电容器；续流电阻的两端分别与精校对板和精校对底座电连接，检流表用于检测通过续流电阻的电流。

Description

一种电子枪束斑校对装置及校对方法
技术领域
本发明属于增材制造领域，具体涉及一种电子枪束斑校对装置及校对方法。
背景技术
电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造技术采用电子束作为能量源，在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高，使得其制件具有致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、打印效率高、材料利用率高等特点，在医疗、航空航天等领域得到应用广泛。
电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造的工艺过程为：首先，在铺粉平面表面铺展一层粉末，电子束对粉末进行预热保温，使其满足打印工艺参数需求；其次，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下熔化，并与下面已成形部分粘接，实现层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末即可得到所需的三维产品。
目前，电子束选区熔化成形技术已逐渐成熟，成形效率和成形精度逐步得到提高，但是该技术不能满足大构件的制作要求，无法成形大尺寸的构件。因此，突破大尺寸构件连续制造的技术瓶颈，是提高大型电子束成形设备成形效率的关键技术。若要满足大构件的制作要求，需采用多个电子枪按一定方式进行有序排列，每一个电子枪负责一个区域，所有区域组成了整个打印面。由于电子束经过偏转线圈后并不是完全垂直于工作表面，而是与竖直方向成一定夹角。随着电子束偏转角度的增大，电子束束流品质大幅下降，束斑有一定变形，从而影响影响加工工艺的质量。例如，束斑尺寸过大，会导致能量不集中，造成加工缺陷；畸变的束斑会导致加工的精度下降，束斑的位置存在偏差的束斑会导致加工的精度下降。因此，在进行高能束加工前，需要对束斑进行标定。
图1所示为现有用于增材制造的电子枪检测技术，该检测技术对束斑进行自动化标定，即依靠计算机和检测器来调节束斑的尺寸、形状和位置，使之达到预设的状态。该方法将电子束扫描到参考对象上生成X射线信号，从而校准扫描电子束的束斑大小及位置。参考对象为平行且彼此间隔的下部板和上部板，上部板包括多个孔，并在孔内提供了预定的中空图案，电子束扫过有中空图案的钨板时，在图案边缘处被检测记录。但是，该方法存在以下缺陷：1)通过成像设备拍摄、提取束斑尺寸、形状和位置信息；例如，检测器采用X射线照相机(CCD相机)，使得标定设备的成本大幅增加；2)上部板(检测板)采用钨板等较高成本的金属板，使得检测成本较高；3)检测器置于真空箱体的外侧，此时需在真空箱体上开设多个检测开口，不利于箱体密封、保持真空度；4)在大尺寸EBSM上使用时，需更大的检测范围，检测器的视野要求更大，需要多个检测器进行检测。
发明内容
本发明的目的是解决现有电子枪束斑标定成本较高，不利于箱体密封、保持真空度的问题，提供一种电子枪束斑校对装置及校对方法，使用该方法进行校对后可得到电子束扫描区内任意点的电子枪参数，以便在打印时通过控制电子***数更精确的控制电子枪束斑的位置、大小及形状，从而提高打印质量。
为解决以上问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电子枪束斑校对装置，包括粗校对组件和精校对组件；所述粗校对组件包括粗校对板、粗校对底座和粗校对支撑板，所述粗校对板通过粗校对支撑板设置在粗校对底座上方；所述粗校对板上设置有多个粗校准孔，多个粗校准孔按矩阵排列，其排布范围大于等于电子枪的扫描区域；所述精校对组件包括精校对板、绝缘支撑板、精校对底座、续流电阻和检流表；所述精校对板上设置有多个精校准孔，多个精校准孔按矩阵排列，其排布范围大于等于电子枪的扫描区域；每个精校准孔内设置有十字钨丝，或精校准孔的上方设置有十字钨丝，用于作为校准标靶；所述精校对板和精校对底座均为导电板，所述精校对板通过绝缘支撑板设置在精校对底座上方，使得精校对板和精校对底座之间有一定距离并相互绝缘形成电容器；所述续流电阻的两端分别与精校对板和精校对底座电连接，所述检流表与续流电阻连接，用于检测通过续流电阻的电流。
进一步地，所述粗校准孔的直径小于精校准孔的直径。
进一步地，所述十字钨丝设置在精校准孔的上方，并通过压圈压紧。
进一步地，所述粗校对板和精校对板的平面度在0.01mm以内。
进一步地，所述粗校对板和精校对板均为不锈钢板。
进一步地，所述粗校准孔的数量为81个，呈9×9矩阵排列，其直径为0.8mm，相邻粗校准孔的间距为37.5mm。
进一步地，所述十字钨丝的直径为0.2mm，所述精校准孔呈9×17矩阵排列。
同时，本发明还提供一种基于上述电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，包括以下步骤：
步骤一、粗校对
1.1)将电子枪A1和粗校对组件安装于电子枪试验台上，调整粗校对板与电子枪的相对位置，使得粗校对板的校对面和电子枪A1的距离与设备打印面和电子枪A1的距离相等；
1.2)将真空箱体抽真空后，打开电子枪A1，将其电子射束入射至粗校对板上，此时可观察到束斑亮点；
1.3)调整电子枪A1的参数，控制其束斑在粗校对板上向所要校对的粗校准孔移动，当束斑亮点消失时，束斑入射至该粗校准孔内，记录此时电子枪参数；
1.4)控制电子枪移动束斑到下一个粗校准孔，重复步骤1.3)，记录所有粗校准孔的电子枪参数；
1.5)对所有粗校准孔的电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内所有任意位置的电子枪参数；
1.6)重复步骤1.1)至步骤1.5)，对全部电子枪进行粗校对，得到全部被校对电子枪的电子枪参数；
步骤二、精校对
2.1)将粗校对后的全部电子枪安装在真空箱体上，将精校对组件安装到设备工作台上，且精校对板的标高等于打印工作位置的水平标高；
2.2)对真空箱体抽真空；
2.3)启动电子枪A1，按其粗定位参数控制电子枪A1的电子射束入射至精校对板的精校准孔内，然后将电子射束沿X、Y轴正方向移动，使得电子枪A1的束斑在十字钨丝的第一象限内；
2.4)调整电子枪A1的电子枪参数，控制其电子射束按一定规律移动，当电子射束碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.41)调整电子枪参数控制其电子射束向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.42)使电子射束移动至十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.43)控制电子射束在十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.44)使电子射束移动至十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.45)控制电子射束在十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.46)使电子射束移动至十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.47)控制电子射束在十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.48)使电子射束移动至十字钨丝的第一象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.5)对步骤2.4)得到参数进行计算，得到精定位参数和束斑大小；
2.51)获取精定位参数；
将步骤2.41)、步骤2.42)、步骤2.45)和步骤2.46)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔X坐标的精定位参数；将步骤2.43)、步骤2.44)、步骤2.47)和步骤2.48)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔Y坐标的精定位参数；从而得出精校准孔X和Y坐标的精定位参数；
2.52)获取束斑大小；
将步骤2.41)、步骤2.42)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX1；将步骤2.45)、步骤2.46)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX2；将步骤2.43)、步骤2.44)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为Y轴方向的束斑直径DY1；将步骤2.47)、步骤2.48)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DY2；取DX1和DX2平均值记为X轴方向的束斑直径DX，取DY1和DY2平均值记为Y轴方向的束斑直径DY；
2.6)判断束斑大小、形状是否符合要求；
2.61)束斑大小的校对；
将DX1和DY1的平均值作为束斑的直径D，若直径D符合要求，记录符合D值要求的电子枪参数；若直径D不符合要求，则调整电子***数，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至得到符合要求的直径D，记录符合直径D值要求电子枪参数；
2.62)束斑形状矫正
判断DX和DY是否相等，若相等，则为标准束斑，若不相等，则为不标准束斑，此时调整电子***数，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至DX＝DY，形成标准束斑，并记录该点的电子枪参数值；
2.7)按粗定位的电子枪参数控制电子枪A1的电子射束入射至精校对板上的下一个精校准孔内，重复步骤2.3)～步骤2.6)，直至所有精校准孔检测完成；
2.8)对所有精校准孔的点位置参数和电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内任意位置的电子枪参数、电子射束斑大小和电子射束斑形状；
2.9)关闭电子枪A1，启动其他校对的电子枪，重复步骤2.3)～步骤2.8)，得到所有电子枪扫描范围内任意位置的电子枪参数、电子射束斑大小和电子射束斑形状。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果为：
1.本发明电子枪束斑校对装置及校对方法获得的检测信号为电流信号，比传统方法省略了X射线照相机(CNC)等检测部件，从而降低了检测设备的成本；同时，本发明采用十字钨丝作为标靶，节省了钨金属使用量，使得检测成本大幅降低。
2.本发明电子枪束斑校对装置及校对方法对电子枪进行标定后，可得到电子束扫描区内任意点的电子枪参数，以便在打印时通过控制电子***数精确控制束斑的位置、大小及形状，从而提高打印质量。
3.本发明电子枪束斑校对装置将全部设备放置在真空室箱体内，在真空室箱体上不用开设X射线照相机所用孔，有利于对箱体密封并保持其真空度。
附图说明
图1为现有电子束金属增材制造设备结构图；
图2为本发明电子枪及粗校对组件结构示意图；
图3为本发明粗校对板上布置粗校准孔的示意图；
图4为本发明精校对组件的结构示意图；
图5为本发明精校对板与工作台相对位置示意图；
图6为本发明各电子枪扫描区域与粉床位置示意图；
图7为本发明精校对时束斑的移动示意图；
图8为本发明不标准束斑的示意图。
附图标记：1-电子枪，2-粗校对组件，3-精校对组件，5-真空室箱体，11-阴极，12-栅极，13-高压电源，14-栅极电压，15-阳极，16-动态线圈，17-消像散线圈，18-聚焦线圈，19-偏转线圈，21-粗校对底座，22-粗校对支撑板，23-粗校对板，231-粗校准孔，31-精校对底座，32-绝缘支撑板，33-续流电阻，34-精校对板，35-检流表，36-十字钨丝，37-压圈，341-精校准孔，51-视窗。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种电子枪束斑校对装置及校对方法，校对具体包括粗校对和精校对，分别使用不同的装置进行。本发明所需标定的区域为扫描区域，即扫描区域的任意点都要标定给出电子枪的具体参数，这是校对工作的目的和结果。该电子枪的粗校对是在电子枪安装或检修、更换部件后进行，对每个电子枪都要进行校对，得出电子枪束斑位置的粗定位参数。精校对是设备调整安装后或检修、更换部件后，特别是电子枪调整安装于箱体后，在增材制造设备开始制造工件之前进行，对电子枪束斑的位置参数进行标定、记录，对束斑大小进行检测、修正，得出打印区内任意点的高质量束斑对应的电子枪参数，以便打印工件时，使用这些参数保证打印精度。
如图2所示，电子枪1主要由阴极11、栅极12、高压电源13(也叫加速电源)、栅极电压14、阳极15、动态线圈16、消像散线圈17、聚焦线圈18(也叫磁聚焦镜)、偏转线圈19(也叫磁聚焦镜)组成。粗校对在电子枪试验台上进行，需单个电子枪逐步进行校对。该粗校对组件2包括粗校对板23、粗校对底座21和粗校对支撑板22，粗校对板23通过粗校对支撑板22设置在粗校对底座21上方；粗校对板23上设置有多个粗校准孔231，多个粗校准孔231按矩阵排列(可以为9×9＝81个)，粗校准的排布范围大于等于电子枪的扫描区域。
如图3所示，粗校对板23是粗校对组件2的关键部件，材料为不锈钢，上表面要有一定的水平度，平面度应达一定要求，具体要求在0.01mm以内，粗校对板23的形状与扫描区域相同，且其尺寸比扫描区域的范围大10mm，其校对面与电子枪的距离必须与设备中打印面与电子枪的距离相等。粗校对板23上均匀分布若干直径为a(可以是0.8mm)的粗校准孔231，粗校准孔231的排布范围与扫描区域相同。每个粗校准孔231即为粗校对的点，粗校对误差为a值。粗校准孔231的位置度也有一定要求，这是保证校对准确的前提，孔直径越小、孔间距越小，标定的越精确；但是标定工作越多，费时越多，所以要综合考虑精确和经济关系，确定一个合理的间距。在保证精度的前提下考虑经济性，该装置中孔间距定为37.5mm。校对时，电子射束在校对板上扫过，未遇到孔时，光斑可见，当扫到孔时，光斑不可见，此时记录孔位置坐标及电子***数，逐个孔扫过并记录参数，得到一组对应的电子枪参数，对这些参数进行样条函数插补法得到扫描区内任意点的电子枪参数(电子枪的偏转电流等)，这些参数是进行精校对的依据，若校对板上孔直径和位置都是理想的准确，校对结果的误差就是a值。
对电子枪进行粗校对后，进行精校对工作，精校对使束斑位置标定精度比a值更小，而且通过样条函数插补法得到打印区任意点的精确电子枪参数。精校对还要测出各标定位置处束斑形状和束斑直径，然后对不理想的束斑形状、束斑直径通过调整电子枪参数使其理想化，精校对后的参数是精确完成打印的依据。
如图4所示，精校对组件3包括精校对板34、绝缘支撑板32、精校对底座31、续流电阻33、压圈37和检流表35；精校对板34上设置有多个精校准孔341，多个精校准孔341按矩阵排列，其排布范围大于等于电子枪的扫描区域；每个精校准孔341内设置有十字钨丝36，用于作为校准标靶，或者将十字钨丝36设置在精校准孔341的上方，采用压圈37压紧。精校对板34和精校对底座31均为导电板，精校对板34通过绝缘支撑板32设置在精校对底座31上方；续流电阻33的两端分别与精校对板34和精校对底座31电连接，检流表35与续流电阻33连接用于检测通过续流电阻33的电流。校对时，精校对底座31接地，精校对板34与底座之间有一定距离并相互绝缘形成一个电容器。当有电子轰击到精校对板34或钨丝时，精校对板34带电，该电子会通过续流电阻33被检流表35检测到，并将检测到的信号传入电脑进行记录。
如图5所示，精校对板34是精校对组件3的关键部件，其材料为不锈钢，形状与扫描区域相同，且尺寸比扫描区域的范围大10mm，其上表面要有一定的水平度，具体要求在0.01mm以内。精校对板34上均匀分布若干直径为b(大于a)的精校准孔341，精校准孔341的排布范围与扫描区域相同，精校准孔341位置度也要有一定要求。钨丝直径为c(可以取为0.2mm)，每孔内两个钨丝成90度，分别位于X和Y轴上，两钨丝交叉中心点即为校对基准点，所以钨丝及校对板应精确加工安装。精校对要在所有电子枪安装于设备上，并且设备安装调整好后进行，精校对时，精校对组件3要在设备工作台上精确定位，钨丝上表面必须与打印面保持同标高，钨丝交叉中心点精确定位。
如图6所示，该精校对组件3用于高效、连续不间断的双螺旋打印，粉床形状为圆环形，内径350mm，外径1500mm。精校对板34为两个320mm×620mm的矩形板，分别负责两个300mm×600mm的扫描区的校对，两个精校对板34以打印中心对称布置在粉床上。每个校对板上有9×17＝153个均匀布置于300mm×600mm范围的小孔，每个300mm×600mm的扫描区由两个300mm×300mm的单个电子枪的扫描区组成。每个电子枪需校对的孔为9×9个(按方阵排列)，两枪接缝处的9个孔是两枪都要校对的。
各电子枪扫描的区域与粉床位置如图6所示，该设备共4个电子枪A1、A2、A3、A4，每个电子枪的扫描区范围都为300mm×300mm，电子枪A1、A2的电子束形成扫描区E1(面积300mmX600mm)，电子枪B1、B2的电子束形成扫描区E1(面积300mmX600mm)，粉床在工作台的基板上形成，旋转工作台连续不断的旋转并下降，从而铺粉装置落下的粉就会以圆环半径为扫略线螺旋扫略铺到工作台的基板上，从而完成连续铺粉，然后在打印区进行连续打印。
本发明使用较简单的校准装置对扫描电子射束位置进行精确标定，其得的检测信号为电流信号，比传统方法节省了X射线照相机(CNC)等检测部件，从而降低了检测设备造价，而且真空室箱体5上不用开X射线照相机所用孔，对箱体密封并保持真空度有利。同时，该装置使用的十字钨丝36标靶成均匀矩阵分布于检测板上，使用十字钨丝36作为标靶，节省钨金属使用量。
同时，本发明还提供了一种基于上述电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其包括以下步骤：
步骤一、粗校对
1.1)将电子枪A1和粗校对组件2安装于电子枪试验台上，调整粗校对板23与电子枪的相对位置，使得粗校对板23的校对面和电子枪A1的距离与设备打印面和电子枪A1的距离相等，然后将调整好的粗校对板23和电子枪A1固定；
1.2)将真空箱体抽真空后，打开电子枪A1，将其电子射束入射至粗校对板23上，此时从视窗51可观察到束斑亮点；
1.3)调整电子枪A1的偏转线圈电流等参数，控制其束斑在粗校对板23上向所要校对的粗校准孔231移动，当束斑亮点消失时，束斑入射至该粗校准孔231内，记录此时电子枪参数；
1.4)控制电子枪移动束斑到下一个粗校准孔，重复步骤1.3)，记录所有粗校准孔231处电子***数；
1.5)对所有粗校准孔的电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内所有任意位置的电子枪参数；
1.6)重复步骤1.1)至步骤1.5)，对电子枪A2、电子枪B1和电子枪B2进行校对，得到全部被校对电子枪参数；
步骤二、精校对
2.1)将电子枪A1、电子枪A2、电子枪B1和电子枪B2安装在设备真空箱体上，将精校对组件3安装到设备工作台上，且精校对板34的标高等于打印工作位置的水平标高；
2.2)关闭真空箱体的箱门，对真空箱体抽真空；
2.3)启动电子枪A1，按其粗定位参数控制电子枪A1的电子射束入射至精校对板34的精校准孔341内，然后将电子射束沿X、Y轴正方向移动，使得电子枪A1的束斑在十字钨丝的第一象限内；
2.4)如图7所示，调整电子枪参数控制其电子射束按一定规律移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表35的电流和电子枪参数；
2.41)调整电子枪参数控制其电子射束向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.42)使电子射束移动至十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.43)控制电子射束在十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.44)使电子射束移动至十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.45)控制电子射束在十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.46)使电子射束移动至十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.47)控制电子射束在十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.48)使电子射束移动至十字钨丝的第一象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.5)对步骤2.4)得到参数进行计算，得到精定位参数和束斑大小；
2.51)获取精定位参数
将步骤2.41)、步骤2.42)、步骤2.45)和步骤2.46)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔341X坐标的精定位参数；将步骤2.43)、步骤2.44)、步骤2.47)和步骤2.48)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔341Y坐标的精定位参数；得出精校准孔341X和Y坐标的精定位参数(电子枪的偏转线圈电流等值)，并将校准参数存储到查找表中，此时完成了电子枪束斑的位置精校对，在进行3D打印时使用其进行精确位置打印；
2.52)获取束斑大小
将步骤2.41)、步骤2.42)所得电子枪参数差换算为距离值(可通过查标定好的曲线图表得到距离值)，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX1；将步骤2.45)、步骤2.46)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX2；将步骤2.43)、步骤2.44)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为Y轴方向的束斑直径DY1；将步骤2.47)、步骤2.48)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DY2；取DX1和DX2平均值记为X轴方向的束斑直径DX，取DY1和DY2平均值记为Y轴方向的束斑直径DY；以上各步骤可以多测几个值取其平均值，这样得到更精确的测量值；
2.6)判断束斑大小、形状是否符合要求，符合要求的记录电子枪参数；不符合要求的调整电子枪参数，重新检测直至符合要求后记录电子枪参数；
2.61)束斑大小的校对；
将DX1和DY1的平均值作为束斑大小的直径D；若直径D符合要求，记录符合D值要求的电子枪参数；若D不符合要求，则调整电子***数(动态线圈电流等)，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至得到符合要求的D，记录符合D值要求电子枪参数，将符合D值要求电子枪参数形成参数表，此时即完成了束斑的大小校对；在进行3D打印时使用其提供每一个位置上高准确性的电子射束斑大小，进行精确打印；
2.62)束斑形状矫正
位置校对完后，要对各点处进行束斑形状矫正，矫正过程为，先判断其是否为标准束斑，即DX和DY是否相等，若相等，则为标准束斑，若不相等，如图8所示，则为不标准束斑，此时调整电子***数(消像散线圈电流等)，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至DX＝DY，形成标准束斑，记录该点的电子枪参数值，并形成参数表，此时即完成了束斑的形状校对；在进行3D打印时使用其提供每一个位置上高准确性的电子射束斑形状，进行精确打印；
2.7)按粗定位的电子枪参数控制电子枪束斑入射至精校对板34上的下一个精校准孔341内，重复2.3)～步骤2.6)，直至所有精校准孔341检测完成；
2.8)对所有精校准孔341处的电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内任意位置的电子枪参数、电子射束斑大小和电子射束斑形状；
2.9)关闭电子枪A1，启动电子枪A2，重复2.3)～步骤2.8)，完成A2电子枪扫描区的束斑检测；关闭电子枪A2，启动电子枪B1，重复2.3)～步骤2.8)，完成B1电子枪扫描区的束斑检测；关闭电子枪B1，启动电子枪B2，重复2.3)～步骤2.8)，完成B2电子枪扫描区的束斑检测；
2.10)整理所有参数存储待用。

Claims (7)

1.电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于，所述电子枪束斑校对装置，包括粗校对组件(2)和精校对组件(3)；
所述粗校对组件(2)包括粗校对板(23)、粗校对底座(21)和粗校对支撑板(22)，所述粗校对板(23)通过粗校对支撑板(22)设置在粗校对底座(21)上方；
所述粗校对板(23)上设置有多个粗校准孔(231)，多个粗校准孔(231)按矩阵排列，其排布范围大于等于电子枪(1)的扫描区域；
所述精校对组件(3)包括精校对板(34)、绝缘支撑板(32)、精校对底座(31)、续流电阻(33)和检流表(35)；所述精校对板(34)上设置有多个精校准孔(341)，多个精校准孔(341)按矩阵排列，其排布范围大于等于电子枪(1)的扫描区域；每个精校准孔(341)内设置有十字钨丝(36)或精校准孔(341)的上方设置有十字钨丝(36)，用于作为校准标靶；
所述精校对板(34)和精校对底座(31)均为导电板，且精校对板(34)通过绝缘支撑板(32)设置在精校对底座(31)上方，使得精校对板(34)和精校对底座(31)之间有一定距离并相互绝缘形成电容器；所述续流电阻(33)的两端分别与精校对板(34)和精校对底座(31)电连接，所述检流表(35)与续流电阻(33)连接，用于检测通过续流电阻(33)的电流；包括以下步骤：
步骤一、粗校对
1.1)将电子枪A1和粗校对组件安装于电子枪试验台上，调整粗校对板与电子枪的相对位置，使得粗校对板的校对面和电子枪A1的距离与设备打印面和电子枪A1的距离相等；
1.2)将真空箱体抽真空后，打开电子枪A1，将其电子射束入射至粗校对板上，此时可观察到束斑亮点；
1.3)调整电子枪A1的参数，控制其束斑在粗校对板上向所要校对的粗校准孔移动，当束斑亮点消失时，束斑入射至该粗校准孔内，记录此时电子枪参数；
1.4)控制电子枪移动束斑到下一个粗校准孔，重复步骤1.3)，记录所有粗校准孔的电子枪参数；
1.5)对所有粗校准孔的电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内所有任意位置的电子枪参数；
1.6)重复步骤1.1)至步骤1.5)，对全部电子枪进行粗校对，得到全部被校对电子枪的电子枪参数；
步骤二、精校对
2.1)将粗校对后的全部电子枪安装在真空箱体上，将精校对组件安装到设备工作台上，且精校对板的标高等于打印工作位置的水平标高；
2.2)对真空箱体抽真空；
2.3)启动电子枪A1，按其粗定位参数控制电子枪A1的电子射束入射至精校对板的精校准孔内，然后将电子射束沿X、Y轴正方向移动，使得电子枪A1的束斑在十字钨丝的第一象限内；
2.4)调整电子枪A1的电子枪参数，控制其电子射束按一定规律移动，当电子射束碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.41)调整电子枪参数控制其电子射束向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.42)使电子射束移动至十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.43)控制电子射束在十字钨丝的第二象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.44)使电子射束移动至十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.45)控制电子射束在十字钨丝的第三象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.46)使电子射束移动至十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向Y轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.47)控制电子射束在十字钨丝的第四象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.48)使电子射束移动至十字钨丝的第一象限内，调整电子枪参数控制其束斑向X轴移动，当束斑碰触到十字钨丝时，记录检流表的电流和电子枪参数；
2.5)对步骤2.4)得到参数进行计算，得到精定位参数和束斑大小；
2.51)获取精定位参数；
将步骤2.41)、步骤2.42)、步骤2.45)和步骤2.46)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔X坐标的精定位参数；将步骤2.43)、步骤2.44)、步骤2.47)和步骤2.48)所得电子枪参数取平均值作为该精校准孔Y坐标的精定位参数；从而得出精校准孔X和Y坐标的精定位参数；
2.52)获取束斑大小；
将步骤2.41)、步骤2.42)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX1；将步骤2.45)、步骤2.46)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DX2；将步骤2.43)、步骤2.44)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为Y轴方向的束斑直径DY1；将步骤2.47)、步骤2.48)所得参数差换算为距离值，并减去十字钨丝直径c作为X轴方向的束斑直径DY2；取DX1和DX2平均值记为X轴方向的束斑直径DX，取DY1和DY2平均值记为Y轴方向的束斑直径DY；
2.6)判断束斑大小、形状是否符合要求；
2.61)束斑大小的校对；
将DX1和DY1的平均值作为束斑的直径D，若直径D符合要求，记录符合D值要求的电子枪参数；若直径D不符合要求，则调整电子***数，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至得到符合要求的直径D，记录符合直径D值要求电子枪参数；
2.62)束斑形状矫正
判断DX和DY是否相等，若相等，则为标准束斑，若不相等，则为不标准束斑，此时调整电子***数，调整后重复步骤2.4)和步骤2.5)，直至DX＝DY，形成标准束斑，并记录该点的电子枪参数值；
2.7)按粗定位的电子枪参数控制电子枪A1的电子射束入射至精校对板上的下一个精校准孔内，重复步骤2.3)～步骤2.6)，直至所有精校准孔检测完成；
2.8)对所有精校准孔的点位置参数和电子枪参数进行插补计算，得到电子枪A1扫描范围内任意位置的电子枪参数、电子射束斑大小和电子射束斑形状；
2.9)关闭电子枪A1，启动其他校对的电子枪，重复步骤2.3)～步骤2.8)，得到所有电子枪扫描范围内任意位置的电子枪参数、电子射束斑大小和电子射束斑形状。
2.根据权利要求1所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述粗校准孔(231)的直径小于精校准孔(341)的直径。
3.根据权利要求2所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述十字钨丝(36)设置在精校准孔(341)的上方，并通过压圈(37)压紧。
4.根据权利要求1或2或3所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述粗校对板(23)和精校对板(34)的平面度在0.01mm以内。
5.根据权利要求4所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述粗校对板(23)和精校对板(34)均为不锈钢板。
6.根据权利要求5所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述粗校准孔(231)的数量为81个，呈9×9矩阵排列，直径为0.8mm，相邻粗校准孔(231)之间的间距为37.5mm。
7.根据权利要求6所述的电子枪束斑校对装置的电子枪束斑校对方法，其特征在于：所述十字钨丝(36)的直径为0.2mm，所述精校准孔(341)呈9×17矩阵排列。
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