JP6414901B2 - Electron beam processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は電子ビーム加工装置に関し、特に被加工物を電子ビームを用いて加工する電子ビーム加工装置に関する。 The present invention relates to an electron beam processing apparatus, and more particularly to an electron beam processing apparatus that processes a workpiece using an electron beam.
電子ビーム加工装置は、電子銃で生成した電子ビームを被加工物に照射し、電子の衝突エネルギーを利用して、被加工物に対して溶接、焼き入れ、表面改質、溶断等の加工を行う装置である。 An electron beam processing device irradiates a workpiece with an electron beam generated by an electron gun and uses the collision energy of electrons to perform processing such as welding, quenching, surface modification, fusing, etc. on the workpiece. It is a device to perform.
特許文献１には、高速、高精度の加工を行うことができる電子ビーム加工装置に関する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique related to an electron beam processing apparatus capable of performing high-speed and high-precision processing.
特許文献２には、加工制御データに基づいて、ＹＡＧレーザ装置から繰り返し出射されるパルスレーザ光を透明絶縁性基板上の透明導電膜に照射しながら、透明導電膜とパルスレーザ光の照射ポイントとを相対移動させることにより透明導電膜を加工するビーム加工方法に関する技術が開示されている。 In Patent Document 2, based on processing control data, while irradiating a transparent conductive film on a transparent insulating substrate with pulsed laser light repeatedly emitted from a YAG laser device, A technique related to a beam processing method for processing a transparent conductive film by relatively moving the film is disclosed.
電子ビーム加工装置は、電子ビームを発生させる電子銃と、被加工物を任意の位置に移動させるステージと、を備える。電子銃から照射される電子ビームは、電子ビームの設定パラメータをアナログ制御することで調整することができる。一方、ステージの制御には多軸制御装置が使用されており、例えば、ステージの各々の軸を変位させる各々のモータをパルス制御することで、ステージを任意の位置に移動することができる。 The electron beam processing apparatus includes an electron gun that generates an electron beam and a stage that moves a workpiece to an arbitrary position. The electron beam emitted from the electron gun can be adjusted by analog control of the setting parameters of the electron beam. On the other hand, a multi-axis control device is used to control the stage. For example, the stage can be moved to an arbitrary position by pulse-controlling each motor that displaces each axis of the stage.
しかしながら、電子銃の制御とステージの制御とでは制御方式が異なるため、電子銃とステージとを一元的に制御することができなかった。このため、電子銃とステージとをそれぞれ別々に制御する必要があり、複雑な加工（例えば、ステージを移動させながら電子ビームの照射条件を変化させて行う加工など）を行う場合は、熟練者による高度な技術が必要とされていた。 However, since the control method is different between the control of the electron gun and the control of the stage, the electron gun and the stage cannot be controlled centrally. For this reason, it is necessary to control the electron gun and the stage separately, and when performing complicated processing (for example, processing performed by changing the irradiation condition of the electron beam while moving the stage), a skilled worker Advanced technology was needed.
上記課題に鑑み本発明の目的は、複雑な加工を容易に実施することが可能な電子ビーム加工装置を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an electron beam machining apparatus capable of easily performing complicated machining.
本発明にかかる電子ビーム加工装置は、被加工物が載置されるステージと、前記ステージを駆動するステージ駆動部と、前記被加工物に電子ビームを照射する電子銃と、前記電子銃から照射される電子ビームを制御する電子ビーム制御部と、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を制御する主制御部と、を備える。そして、前記主制御部は、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を同期的に制御可能に構成されている。 An electron beam processing apparatus according to the present invention includes a stage on which a workpiece is placed, a stage driving unit that drives the stage, an electron gun that irradiates the workpiece with an electron beam, and irradiation from the electron gun. An electron beam control unit for controlling the electron beam to be performed, and a main control unit for controlling the stage driving unit and the electron beam control unit. The main control unit is configured to be able to control the stage driving unit and the electron beam control unit synchronously.
本発明により、複雑な加工を容易に実施することが可能な電子ビーム加工装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electron beam processing apparatus capable of easily performing complicated processing.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる電子ビーム加工装置の概要を説明するためのブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１は、ステージ１１、ステージ駆動部１２、電子銃１３、電子ビーム制御部１４、及び主制御部１５を備える。本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１は、電子銃１３で生成した電子ビーム１７を被加工物１８に照射し、電子の衝突エネルギーを利用して、被加工物１８に対して溶接、焼き入れ、表面改質、溶断等の加工を行う装置である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the outline of the electron beam machining apparatus according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a stage 11, a stage driving unit 12, an electron gun 13, an electron beam control unit 14, and a main control unit 15. The electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment irradiates the workpiece 18 with the electron beam 17 generated by the electron gun 13, and welds and bakes the workpiece 18 using the collision energy of electrons. It is a device that performs processing such as pouring, surface modification and fusing.
ステージ１１には被加工物１８が載置される。ステージ駆動部１２は、ステージ１１を各々の軸方向（例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸等）に変位させる。電子銃１３は電子ビームを生成し、生成した電子ビーム１７を被加工物１８に照射する。電子ビーム制御部１４は、電子銃１３から照射される電子ビーム１７を制御する。主制御部１５は、ステージ駆動部１２および電子ビーム制御部１４を制御する。ここで主制御部１５は、ステージ駆動部１２および電子ビーム制御部１４を同期的に制御可能に構成されている。 A workpiece 18 is placed on the stage 11. The stage drive unit 12 displaces the stage 11 in each axial direction (for example, x axis, y axis, z axis, etc.). The electron gun 13 generates an electron beam and irradiates the workpiece 18 with the generated electron beam 17. The electron beam control unit 14 controls the electron beam 17 emitted from the electron gun 13. The main control unit 15 controls the stage driving unit 12 and the electron beam control unit 14. Here, the main control unit 15 is configured to control the stage driving unit 12 and the electron beam control unit 14 synchronously.
つまり、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、電子銃１３から照射される電子ビーム１７を制御する電子ビーム制御部１４と、ステージ１１を各々の軸方向に変位させるステージ駆動部１２と、を一元的に制御するための主制御部１５を設けている。よって、電子銃１３とステージ１１とをそれぞれ同期的に制御することができるため、例えば、ステージを移動させながら電子ビームの照射条件を変化させる加工など複雑な加工を容易に実施することが可能になる。 That is, in the electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment, the electron beam control unit 14 that controls the electron beam 17 emitted from the electron gun 13, the stage drive unit 12 that displaces the stage 11 in each axial direction, and , A main control unit 15 is provided for centralized control. Therefore, since the electron gun 13 and the stage 11 can be controlled synchronously, for example, complicated processing such as processing for changing the irradiation condition of the electron beam while moving the stage can be easily performed. Become.
以下、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置について詳細に説明する。
図２は、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置の詳細を説明するためのブロック図である。図２に示すように、電子銃１３は、フィラメント５１、グリッド５２、及びアノード５３を備える。電子銃１３を制御するパラメータとしては主として、フィラメント電流、バイアス電圧、及び加速電圧がある。フィラメント電流はフィラメント５１に流れる電流である。バイアス電圧は、フィラメント５１とグリッド５２との間に印加される電圧である。加速電圧は、アノード５３に印加される電圧である。フィラメント電流、バイアス電圧、及び加速電圧は、高圧電源３１から供給される。
Hereinafter, the electron beam machining apparatus according to the present embodiment will be described in detail.
FIG. 2 is a block diagram for explaining details of the electron beam machining apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the electron gun 13 includes a filament 51, a grid 52, and an anode 53. The parameters for controlling the electron gun 13 mainly include a filament current, a bias voltage, and an acceleration voltage. The filament current is a current that flows through the filament 51. The bias voltage is a voltage applied between the filament 51 and the grid 52. The acceleration voltage is a voltage applied to the anode 53. The filament current, bias voltage, and acceleration voltage are supplied from the high-voltage power supply 31.
また、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１は、フォーカスコイル３５、Ｘ偏向コイル３６、及びＹ偏向コイル３７を備える。フォーカスコイル３５は、電子銃１３から照射された電子ビームのフォーカスを調整する。つまり、フォーカスコイル３５は、電子銃１３から照射された電子ビームのｚ軸方向における焦点位置を調整する。電子ビーム１７はフォーカスコイル３５の中央部を通過するので、フォーカスコイル３５に流れる電流を制御してフォーカスコイル３５の中央部における磁界を変化させることで、電子ビーム１７の焦点位置を調整することができる。フォーカスコイル３５には、コイル電源３２から電源が供給される。 The electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a focus coil 35, an X deflection coil 36, and a Y deflection coil 37. The focus coil 35 adjusts the focus of the electron beam emitted from the electron gun 13. That is, the focus coil 35 adjusts the focal position of the electron beam emitted from the electron gun 13 in the z-axis direction. Since the electron beam 17 passes through the central portion of the focus coil 35, the focal position of the electron beam 17 can be adjusted by changing the magnetic field in the central portion of the focus coil 35 by controlling the current flowing through the focus coil 35. it can. The focus coil 35 is supplied with power from a coil power supply 32.
Ｘ偏向コイル３６は、電子銃１３から照射された電子ビーム１７のｘ軸方向における軌道を調整する。電子ビーム１７はＸ偏向コイル３６の中央部を通過するように構成されており、Ｘ偏向コイル３６に流れる電流を制御してＸ偏向コイル３６の中央部における磁界を変化させることで、電子ビーム１７のｘ軸方向における軌道を調整することができる。Ｘ偏向コイル３６には、コイル電源３３から電源が供給される。 The X deflection coil 36 adjusts the trajectory in the x-axis direction of the electron beam 17 emitted from the electron gun 13. The electron beam 17 is configured to pass through the central portion of the X deflection coil 36, and the electron beam 17 is controlled by changing the magnetic field in the central portion of the X deflection coil 36 by controlling the current flowing through the X deflection coil 36. The trajectory in the x-axis direction can be adjusted. The X deflection coil 36 is supplied with power from a coil power supply 33.
Ｙ偏向コイル３７は、電子銃１３から照射された電子ビーム１７のｙ軸方向における軌道を調整する。電子ビーム１７はＹ偏向コイル３７の中央部を通過するように構成されており、Ｙ偏向コイル３７に流れる電流を制御してＹ偏向コイル３７の中央部における磁界を変化させることで、電子ビーム１７のｙ軸方向における軌道を調整することができる。Ｙ偏向コイル３７には、コイル電源３４から電源が供給される。 The Y deflection coil 37 adjusts the trajectory in the y-axis direction of the electron beam 17 emitted from the electron gun 13. The electron beam 17 is configured to pass through the central portion of the Y deflection coil 37, and the electron beam 17 is controlled by changing the magnetic field in the central portion of the Y deflection coil 37 by controlling the current flowing through the Y deflection coil 37. The trajectory in the y-axis direction can be adjusted. The Y deflection coil 37 is supplied with power from a coil power supply 34.
次に、電子ビーム制御部１４について詳細に説明する。電子ビーム制御部１４は、主制御部１５からの制御信号に応じて、電子銃１３、フォーカスコイル３５、Ｘ偏向コイル３６、及びＹ偏向コイル３７を制御する。電子ビーム制御部１４は、パルスカウンタ２１_１〜２１_４、ビーム電流制御部２２、デジタルアナログ変換部（ＤＡＣ）２３_１〜２３_４、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）２４、フォーカス制御部２５、Ｘ偏向制御部２６、及びＹ偏向制御部２７を備える。 Next, the electron beam control unit 14 will be described in detail. The electron beam control unit 14 controls the electron gun 13, the focus coil 35, the X deflection coil 36, and the Y deflection coil 37 in accordance with a control signal from the main control unit 15. The electron beam control unit 14 includes a pulse counter 21_1 to 21_4, a beam current control unit 22, a digital / analog conversion unit (DAC) 23_1 to 23_4, an analog / digital conversion unit (ADC) 24, a focus control unit 25, an X deflection control unit 26, And a Y deflection control unit 27.
主制御部１５は、電子銃１３（つまり、電子ビーム１７）を制御するためのパルス制御信号をパルスカウンタ２１_１に出力する。パルスカウンタ２１_１は、主制御部１５から供給されたパルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、パルスカウンタ値をビーム電流制御部２２に出力する。ビーム電流制御部２２は、パルスカウンタ２１_１から供給されたパルスカウンタ値に応じて電子ビーム１７の制御パラメータ（具体的にはバイアス電圧設定値）を設定する。ＤＡＣ２３_１は、ビーム電流制御部２２から供給されたバイアス電圧設定値をＤＡ変換し、ＤＡ変換後のバイアス電圧設定値を高圧電源３１に出力する。高圧電源３１は、ＤＡＣ２３_１から供給されたバイアス電圧設定値に応じたバイアス電圧を電子銃１３に供給する。 The main control unit 15 outputs a pulse control signal for controlling the electron gun 13 (that is, the electron beam 17) to the pulse counter 21_1. The pulse counter 21_1 acquires the pulse counter value of the pulse control signal supplied from the main control unit 15 and outputs the pulse counter value to the beam current control unit 22. The beam current control unit 22 sets a control parameter (specifically, a bias voltage setting value) of the electron beam 17 according to the pulse counter value supplied from the pulse counter 21_1. The DAC 23_1 DA converts the bias voltage setting value supplied from the beam current control unit 22, and outputs the bias voltage setting value after DA conversion to the high-voltage power supply 31. The high voltage power supply 31 supplies the electron gun 13 with a bias voltage corresponding to the bias voltage setting value supplied from the DAC 23_1.
例えば、ビーム電流制御部２２は、高圧電源３１から取得したビーム電流値を用いて電子銃１３をフィードバック制御してもよい。ここで、ビーム電流値は、被加工物１８に照射された電子ビームと同量の電流値である。例えば、高圧電源３１はビーム電流値をＡＤＣ２４に出力する。ＡＤＣ２４は、高電圧源３１から供給されたビーム電流値をＡＤ変換してビーム電流制御部２２に供給する。 For example, the beam current control unit 22 may perform feedback control of the electron gun 13 using a beam current value acquired from the high voltage power supply 31. Here, the beam current value is the same current value as the electron beam irradiated to the workpiece 18. For example, the high voltage power supply 31 outputs a beam current value to the ADC 24. The ADC 24 AD converts the beam current value supplied from the high voltage source 31 and supplies it to the beam current control unit 22.
図３は、ビーム電流制御部２２の一例を説明するためのブロック図である。図３に示すように、ビーム電流制御部２２は、ビーム電流変換部６１、フィルタ６２、フィードバック制御部６３、及びバイアス電圧変換部６４を備える。ビーム電流変換部６１は、パルスカウンタ２１_１から供給されたパルスカウンタ値をビーム電流設定値に変換する。フィルタ６２は、ＡＤＣ２４から供給されたビーム電流値（実測値）からノイズを除去し、ノイズ除去後のビーム電流値（実測値）をフィードバック制御部６３に供給する。 FIG. 3 is a block diagram for explaining an example of the beam current control unit 22. As shown in FIG. 3, the beam current control unit 22 includes a beam current conversion unit 61, a filter 62, a feedback control unit 63, and a bias voltage conversion unit 64. The beam current converter 61 converts the pulse counter value supplied from the pulse counter 21_1 into a beam current set value. The filter 62 removes noise from the beam current value (actually measured value) supplied from the ADC 24 and supplies the beam current value (actually measured value) after noise removal to the feedback control unit 63.
フィードバック制御部６３は、フィルタ６２から供給されたビーム電流値（実測値）がビーム電流変換部６１から供給されたビーム電流設定値となるような制御信号を生成する。フィードバック制御部６３は、例えばＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御を用いて制御信号を生成してもよい。バイアス電圧変換部６４は、フィードバック制御部６３で生成された制御信号をバイアス電圧設定値に変換する。例えば、バイアス電圧変換部６４は、バイアス電圧基準値から制御信号を減算してバイアス電圧設定値を決定してもよい。例えば、バイアス電圧基準値として、ビーム電流が出力され始めるバイアス電圧の境界値を用いてもよい。このようにして生成されたバイアス電圧設定値は、ＤＡＣ２３_１でＤＡ変換された後、高圧電源３１に供給される。高圧電源３１は、供給されたバイアス電圧設定値に応じたバイアス電圧を電子銃１３に供給する。 The feedback control unit 63 generates a control signal such that the beam current value (actually measured value) supplied from the filter 62 becomes the beam current set value supplied from the beam current conversion unit 61. The feedback control unit 63 may generate a control signal using, for example, PID (Proportional-Integral-Differential) control. The bias voltage converter 64 converts the control signal generated by the feedback controller 63 into a bias voltage setting value. For example, the bias voltage conversion unit 64 may determine the bias voltage setting value by subtracting the control signal from the bias voltage reference value. For example, a boundary value of the bias voltage at which the beam current starts to be output may be used as the bias voltage reference value. The bias voltage setting value generated in this manner is DA-converted by the DAC 23_1 and then supplied to the high-voltage power supply 31. The high voltage power supply 31 supplies a bias voltage corresponding to the supplied bias voltage set value to the electron gun 13.
このように、ビーム電流制御部２２は、被加工物１８に照射された電子ビームのビーム電流値（実測値）とパルスカウンタ値に応じたビーム電流設定値とを用いて電子銃１３のバイアス電圧を決定することができる。 As described above, the beam current control unit 22 uses the beam current value (actually measured value) of the electron beam irradiated to the workpiece 18 and the beam current setting value corresponding to the pulse counter value to bias the electron gun 13. Can be determined.
ここで、バイアス電圧は電子ビーム１７の量を制御する電圧であり、バイアス電圧が低くなるほどビーム電流が大きくなる。本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、このバイアス電圧を制御することで電子ビーム１７の出力（ビーム電流）を制御している。 Here, the bias voltage is a voltage for controlling the amount of the electron beam 17, and the beam current increases as the bias voltage decreases. In the electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment, the output (beam current) of the electron beam 17 is controlled by controlling the bias voltage.
また、主制御部１５は、フォーカスコイル３５を制御するためのパルス制御信号をパルスカウンタ２１_２に出力する。パルスカウンタ２１_２は、主制御部１５から供給されたパルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、パルスカウンタ値をフォーカス制御部２５に出力する。フォーカス制御部２５は、パルスカウンタ２１_２から供給されたパルスカウンタ値に応じてフォーカスコイル３５の設定値（電流値）を決定する。ＤＡＣ２３_２は、フォーカス制御部２５から供給された設定値をＤＡ変換し、ＤＡ変換後の設定値をコイル電源３２に出力する。コイル電源３２は、ＤＡＣ２３_２から供給された設定値に応じた電流をフォーカスコイル３５に供給する。このような制御により、フォーカスコイル３５を用いて電子ビーム１７の焦点位置を制御することができる。 In addition, the main control unit 15 outputs a pulse control signal for controlling the focus coil 35 to the pulse counter 21_2. The pulse counter 21_2 acquires the pulse counter value of the pulse control signal supplied from the main control unit 15 and outputs the pulse counter value to the focus control unit 25. The focus control unit 25 determines the set value (current value) of the focus coil 35 according to the pulse counter value supplied from the pulse counter 21_2. The DAC 23_2 DA converts the set value supplied from the focus control unit 25, and outputs the set value after DA conversion to the coil power supply 32. The coil power supply 32 supplies a current corresponding to the set value supplied from the DAC 23_2 to the focus coil 35. With such control, the focus position of the electron beam 17 can be controlled using the focus coil 35.
また、主制御部１５は、Ｘ偏向コイル３６を制御するためのパルス制御信号をパルスカウンタ２１_３に出力する。パルスカウンタ２１_３は、主制御部１５から供給されたパルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、パルスカウンタ値をＸ偏向制御部２６に出力する。Ｘ偏向制御部２６は、パルスカウンタ２１_３から供給されたパルスカウンタ値に応じてＸ偏向コイル３６の設定値（電流値）を決定する。ＤＡＣ２３_３は、Ｘ偏向制御部２６から供給された設定値をＤＡ変換し、ＤＡ変換後の設定値をコイル電源３３に出力する。コイル電源３３は、ＤＡＣ２３_３から供給された設定値に応じた電流をＸ偏向コイル３６に供給する。このような制御により、Ｘ偏向コイル３６を用いて電子ビーム１７のｘ軸方向における軌道を制御することができる。 Further, the main control unit 15 outputs a pulse control signal for controlling the X deflection coil 36 to the pulse counter 21_3. The pulse counter 21_3 acquires the pulse counter value of the pulse control signal supplied from the main control unit 15 and outputs the pulse counter value to the X deflection control unit 26. The X deflection control unit 26 determines a set value (current value) of the X deflection coil 36 according to the pulse counter value supplied from the pulse counter 21_3. The DAC 23_3 performs DA conversion on the set value supplied from the X deflection control unit 26, and outputs the set value after DA conversion to the coil power supply 33. The coil power supply 33 supplies a current corresponding to the set value supplied from the DAC 23_3 to the X deflection coil 36. By such control, the trajectory of the electron beam 17 in the x-axis direction can be controlled using the X deflection coil 36.
また、主制御部１５は、Ｙ偏向コイル３７を制御するためのパルス制御信号をパルスカウンタ２１_４に出力する。パルスカウンタ２１_４は、主制御部１５から供給されたパルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、パルスカウンタ値をＹ偏向制御部２７に出力する。Ｙ偏向制御部２７は、パルスカウンタ２１_４から供給されたパルスカウンタ値に応じてＹ偏向コイル３７の設定値（電流値）を決定する。ＤＡＣ２３_４は、Ｙ偏向制御部２７から供給された設定値をＤＡ変換し、ＤＡ変換後の設定値をコイル電源３４に出力する。コイル電源３４は、ＤＡＣ２３_４から供給された設定値に応じた電流をＹ偏向コイル３７に供給する。このような制御により、Ｙ偏向コイル３７を用いて電子ビーム１７のｙ軸方向における軌道を制御することができる。 Further, the main control unit 15 outputs a pulse control signal for controlling the Y deflection coil 37 to the pulse counter 21_4. The pulse counter 21_4 acquires the pulse counter value of the pulse control signal supplied from the main control unit 15 and outputs the pulse counter value to the Y deflection control unit 27. The Y deflection control unit 27 determines the set value (current value) of the Y deflection coil 37 according to the pulse counter value supplied from the pulse counter 21_4. The DAC 23_4 performs DA conversion on the set value supplied from the Y deflection control unit 27, and outputs the set value after DA conversion to the coil power supply 34. The coil power supply 34 supplies a current corresponding to the set value supplied from the DAC 23_4 to the Y deflection coil 37. With such control, the trajectory of the electron beam 17 in the y-axis direction can be controlled using the Y deflection coil 37.
なお、上記で説明したフォーカス制御部２５、Ｘ偏向制御部２６、及びＹ偏向制御部２７はそれぞれ、フィードバック制御可能に構成されていてもよい。この場合は、ビーム電流制御部２２の場合と同様に、フィードバック信号をＡＤ変換するアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）をそれぞれ設ける。 Note that the focus control unit 25, the X deflection control unit 26, and the Y deflection control unit 27 described above may be configured to be capable of feedback control. In this case, as in the case of the beam current control unit 22, an analog / digital conversion unit (ADC) that AD converts the feedback signal is provided.
また、ステージ駆動部１２は、モータドライバ４１_１〜４１_ｎとモータ４２_１〜４２_ｎとを備える（ｎは２以上の整数）。モータ４２_１〜４２_ｎは、ステージ１１を各々の軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸等）に沿って変位させる。モータ４２_１〜４２_ｎは、ステージ１２の駆動軸の数だけ設けられている。モータドライバ４１_１〜４１_ｎは、モータ４２_１〜４２_ｎに駆動信号を供給する。モータドライバ４１_１〜４１_ｎは、主制御部１５から供給されたパルス制御信号に応じてモータ４２_１〜４２_ｎを駆動する。つまり、主制御部１５は、ステージ駆動部１２にパルス制御信号を供給することでステージ１１を所定の方向に変位させることができる。 The stage drive unit 12 includes motor drivers 41_1 to 41_n and motors 42_1 to 42_n (n is an integer of 2 or more). The motors 42_1 to 42_n displace the stage 11 along each axis (x axis, y axis, z axis, etc.). The motors 42_1 to 42_n are provided as many as the number of drive shafts of the stage 12. The motor drivers 41_1 to 41_n supply drive signals to the motors 42_1 to 42_n. The motor drivers 41_1 to 41_n drive the motors 42_1 to 42_n according to the pulse control signal supplied from the main control unit 15. That is, the main control unit 15 can displace the stage 11 in a predetermined direction by supplying a pulse control signal to the stage driving unit 12.
以上で説明したように、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、主制御部１５は、パルス制御信号を用いてステージ駆動部１２および電子ビーム制御部１４を同期的に制御可能に構成されている。つまり、被加工物１８が載置されているステージ１１と、電子ビーム１７のフォーカス、ｘ軸方向における軌道、ｙ軸方向における軌道、及び電子ビームの量（バイアス電圧）と、を主制御部１５を用いて一元的に制御することができる。よって、例えば、ステージ１１を移動させながら電子ビーム１７の照射条件を変化させる加工など複雑な加工を容易に実施することができる。 As described above, in the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, the main control unit 15 is configured to be able to control the stage driving unit 12 and the electron beam control unit 14 synchronously using a pulse control signal. Has been. That is, the stage 11 on which the workpiece 18 is placed, the focus of the electron beam 17, the trajectory in the x-axis direction, the trajectory in the y-axis direction, and the amount (bias voltage) of the electron beam are controlled by the main control unit 15. Can be controlled in a centralized manner. Therefore, for example, complicated processing such as processing for changing the irradiation condition of the electron beam 17 while moving the stage 11 can be easily performed.
つまり、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、電子ビーム１７の制御とステージ１１（被加工物１８の位置）の制御とを主制御部１５（多軸制御装置）で一元的に管理している。よって、例えば、加工プログラムを用いて全てのパラメータを制御することができるので、品質の再現性を向上させることができ、また装置の操作性が向上する。また、専用のハードウェアやソフトウェアが不要となる。 That is, in the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, the control of the electron beam 17 and the control of the stage 11 (position of the workpiece 18) are centrally managed by the main control unit 15 (multi-axis control apparatus). doing. Therefore, for example, since all parameters can be controlled using a machining program, the reproducibility of quality can be improved and the operability of the apparatus is improved. In addition, dedicated hardware and software are not required.
また、主制御部１５は、パルス制御信号を用いてステージ駆動部１２および電子ビーム制御部１４を同期的に制御することができる。これにより、複雑で精密な加工を実現することができる。つまり、ステージ１１の駆動軸である機械軸と、電子ビーム１７のフォーカスや偏向方向である電気軸とを同期的に制御することができるので、複雑で精密な加工を実現することができる。よって、複雑な形状の溶接、予熱、後熱、偏向溶接、焼き入れ、表面改質、溶断等を行うことができる。 Further, the main control unit 15 can synchronously control the stage driving unit 12 and the electron beam control unit 14 using a pulse control signal. Thereby, complicated and precise processing can be realized. That is, since the mechanical axis that is the drive axis of the stage 11 and the electric axis that is the focus and deflection direction of the electron beam 17 can be controlled synchronously, complicated and precise machining can be realized. Therefore, complicated shape welding, preheating, afterheating, deflection welding, quenching, surface modification, fusing, etc. can be performed.
また、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、主制御部１５から供給されるパルス制御信号を用いて電子ビーム１７を制御するようにしている。このように、電子ビーム１７をデジタルで制御可能にしたので、電子ビームを制御するための制御ユニットの調整など煩雑な作業が不要となり、装置のセットアップを熟練者が不在でも容易に行えるようになる。 In the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, the electron beam 17 is controlled using a pulse control signal supplied from the main control unit 15. As described above, since the electron beam 17 can be controlled digitally, complicated operations such as adjustment of a control unit for controlling the electron beam are not required, and the apparatus can be easily set up without an expert. .
次に、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１を用いた加工例について説明する。
図４は、電子ビーム加工装置１を用いて加工する被加工物１８を説明するための上面図である。以下で説明する加工例では、ワークＡ（７１）とワークＢ（７２）とを接合部７３で溶接する場合について説明する。なお、ワークＡ（７１）およびワークＢ（７２）の高さにはギャップはなく平坦であるものとする。
Next, a processing example using the electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a top view for explaining the workpiece 18 to be processed using the electron beam processing apparatus 1. In the processing example described below, the case where the workpiece A (71) and the workpiece B (72) are welded at the joint 73 will be described. Note that the height of the workpiece A (71) and the workpiece B (72) is flat with no gap.
また、以下で説明する加工例では、ワークＡ（７１）とワークＢ（７２）との接合部７３における溶接ビードの幅が全ての溶接部位において同じになるようにすることを目的とする。つまり、溶接する際、コーナー部７４には熱エネルギーが溜まりやすく、ビードの幅が広くなる傾向にある。本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、ビーム電流を溶接部位に応じて変化させることで、溶接ビードの幅を同じにすることができる。 Moreover, in the processing example demonstrated below, it aims at making the width | variety of the weld bead in the junction part 73 of the workpiece | work A (71) and the workpiece | work B (72) become the same in all the welding parts. That is, when welding, thermal energy tends to accumulate in the corner portion 74 and the width of the bead tends to increase. In the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, the width of the weld bead can be made the same by changing the beam current in accordance with the welding site.
図５は、図４に示した被加工物１８を加工する際の加工プログラムの一例を説明するための表である。図５に示すプログラムは、主制御部１５（多軸制御装置（ＮＣ：Numerical Control））において実行される。加工プログラムは７つのブロックを有し、ブロック１〜２はｘ軸方向における加工、ブロック３〜５はコーナー部７４における加工、ブロック６〜７はｙ軸方向における加工を示している。 FIG. 5 is a table for explaining an example of a machining program when machining the workpiece 18 shown in FIG. The program shown in FIG. 5 is executed in the main control unit 15 (multi-axis control device (NC: Numerical Control)). The machining program has seven blocks. Blocks 1 and 2 represent machining in the x-axis direction, blocks 3 to 5 represent machining in the corner portion 74, and blocks 6 to 7 represent machining in the y-axis direction.
図６は、図４に示した被加工物１８を加工する際のＸ軸位置、Ｙ軸位置、及びビーム電流出力を説明するためのグラフである。ここで、ビーム電流出力は電子ビーム１７の量に対応しており、電子ビーム制御部１４が電子銃１３のバイアス電圧を調整することで制御することができる。また、Ｘ軸位置およびＹ軸位置は、被加工物１８におけるｘ座標およびｙ座標に対応しており、図４に示す座標位置（０、１５）は溶接開始点を示し、座標位置（１５、０）は溶接終了点を示している。 FIG. 6 is a graph for explaining the X-axis position, the Y-axis position, and the beam current output when processing the workpiece 18 shown in FIG. Here, the beam current output corresponds to the amount of the electron beam 17 and can be controlled by the electron beam control unit 14 adjusting the bias voltage of the electron gun 13. Further, the X-axis position and the Y-axis position correspond to the x-coordinate and the y-coordinate in the workpiece 18, the coordinate position (0, 15) shown in FIG. 4 indicates the welding start point, and the coordinate position (15, 0) indicates the welding end point.
図６に示すように、ブロック１では、Ｙ軸位置を固定し、Ｘ軸位置を変位させる。このとき、ビーム電流は一定とする。ブロック２では、Ｙ軸位置を固定し、Ｘ軸位置を変位させる。このとき、ビーム電流を徐々に減少させる。 As shown in FIG. 6, in the block 1, the Y-axis position is fixed and the X-axis position is displaced. At this time, the beam current is assumed to be constant. In block 2, the Y-axis position is fixed and the X-axis position is displaced. At this time, the beam current is gradually decreased.
ブロック３〜５では、コーナー部７４と対応するようにＸ軸位置およびＹ軸位置を変位させる（Ｘ−Ｙ軸円弧補間）。ブロック３では、ビーム電流を徐々に減少させ、ブロック４ではビーム電流を一定とし、ブロック５ではビーム電流を徐々に増加させる。 In blocks 3 to 5, the X-axis position and the Y-axis position are displaced so as to correspond to the corner part 74 (XY axis circular interpolation). In block 3, the beam current is gradually decreased, in block 4, the beam current is made constant, and in block 5, the beam current is gradually increased.
ブロック６では、Ｘ軸位置を固定し、Ｙ軸位置を変位させる。このとき、ビーム電流を徐々に増加させる。ブロック７では、Ｙ軸位置を固定し、Ｘ軸位置を変位させる。このとき、ビーム電流は一定とする。 In block 6, the X-axis position is fixed and the Y-axis position is displaced. At this time, the beam current is gradually increased. In block 7, the Y-axis position is fixed and the X-axis position is displaced. At this time, the beam current is assumed to be constant.
図７は、図４に示した被加工物１８を加工する際のビーム電流量と溶接ビード形状とのシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図７においてビーム電流量を示す円はビーム電流量の大きさを示しており、電子ビームが照射された位置を示すものではない。 FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the beam current amount and the weld bead shape when the workpiece 18 shown in FIG. 4 is processed. In FIG. 7, the circle indicating the beam current amount indicates the magnitude of the beam current amount and does not indicate the position where the electron beam is irradiated.
図７に示すように、本実施の形態では、被加工物１８を加工する際、コーナー部７４においてビーム電流を低減させている。よって、コーナー部７４に熱エネルギーが溜まることを抑制することができるので、直線部とコーナー部とで溶接ビードの幅を同じにすることができる。 As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the beam current is reduced at the corner portion 74 when the workpiece 18 is processed. Therefore, since it can suppress that a heat energy accumulates in the corner part 74, the width | variety of a weld bead can be made the same in a linear part and a corner part.
以上で説明したように、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、被加工物１８を加工する際に、主制御部１５はステージ駆動部１２と電子ビーム制御部１４とを同期させながら制御している。よって、ステージ１１を移動させながら、電子ビーム１７のビーム電流を増減させることができ、被加工物１８に対して複雑な加工を行うことができる。 As described above, in the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, when the workpiece 18 is machined, the main control unit 15 synchronizes the stage driving unit 12 and the electron beam control unit 14. I have control. Therefore, the beam current of the electron beam 17 can be increased or decreased while moving the stage 11, and complicated processing can be performed on the workpiece 18.
次に、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１を用いた他の加工例について説明する。図８は、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置を用いた他の加工例を説明するための図である。図８において、Ｘ−Ｙ座標は被加工物１８のｘｙ座標位置に対応しており、高さ方向はビーム電流に対応している。図８に示す加工例は、例えば自動車のギアの溶接で用いられるスキップ溶接の例を示している。本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１を用いた場合は、図８に示すように、ステージ１１を円弧補間して移動する制御と、ビーム電流の制御とを同期させながら実施することができる。つまり、被加工物の円周上の任意の箇所において電子ビームの電流量を低減させることができる。よって、被加工物１８に対して複雑な加工を行うことができる。 Next, another processing example using the electron beam processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining another processing example using the electron beam processing apparatus according to the present embodiment. In FIG. 8, the XY coordinate corresponds to the xy coordinate position of the workpiece 18, and the height direction corresponds to the beam current. The processing example shown in FIG. 8 shows an example of skip welding used in welding of automobile gears, for example. When the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment is used, as shown in FIG. 8, the stage 11 can be moved while being circularly interpolated and the beam current control can be synchronized. . That is, the current amount of the electron beam can be reduced at any location on the circumference of the workpiece. Therefore, complicated processing can be performed on the workpiece 18.
また、例えば、本実施の形態にかかる電子ビーム加工装置１では、ステージ１１を動かしながら被加工物１８を加工する際に、電子ビーム１７のフォーカスを動的に調整しながら加工を行ってもよい。これにより、被加工物１８の表面に凹凸がある場合であっても、被加工物１８の表面の凹凸に電子ビーム１７の焦点を合わせることができ、被加工物１８を精度よく加工することができる。このとき、ステージ駆動部１２はステージ１１をｚ軸方向に動かす必要がなくなるため、例えばｚ軸方向に対応したモータを省略することができる。 Further, for example, in the electron beam machining apparatus 1 according to the present embodiment, when machining the workpiece 18 while moving the stage 11, the machining may be performed while dynamically adjusting the focus of the electron beam 17. . Thereby, even when the surface of the workpiece 18 has irregularities, the electron beam 17 can be focused on the irregularities of the surface of the workpiece 18, and the workpiece 18 can be processed with high accuracy. it can. At this time, since the stage drive unit 12 does not need to move the stage 11 in the z-axis direction, for example, a motor corresponding to the z-axis direction can be omitted.
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiment, the present invention is not limited only to the configuration of the above embodiment, and within the scope of the invention of the claims of the present application. It goes without saying that various modifications, corrections, and combinations that can be made by those skilled in the art are included.
１ 電子ビーム加工装置
１１ ステージ
１２ ステージ駆動部
１３ 電子銃
１４ 電子ビーム制御部
１５ 主制御部
１７ 電子ビーム
１８ 被加工物
２１_１〜２１_４ パルスカウンタ
２２ ビーム電流制御部
２３_１〜２３_４ デジタルアナログ変換部（ＤＡＣ）
２４ アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）
２５ フォーカス制御部
２６ Ｘ偏向制御部
２７ Ｙ偏向制御部
３１ 高圧電源
３２、３３、３４ コイル電源
３５ フォーカスコイル
３６ Ｘ偏向コイル
３７ Ｙ偏向コイル
４１_１〜４１_ｎ モータドライバ
４２_１〜４２_ｎ モータ
５１ フィラメント
５２ グリッド
５３ アノード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam processing apparatus 11 Stage 12 Stage drive part 13 Electron gun 14 Electron beam control part 15 Main control part 17 Electron beam 18 Work piece 21_1-21_4 Pulse counter 22 Beam current control part 23_1-23_4 Digital-analog conversion part (DAC)
24 Analog-to-digital converter (ADC)
25 focus control unit 26 X deflection control unit 27 Y deflection control unit 31 high voltage power supply 32, 33, 34 coil power supply 35 focus coil 36 X deflection coil 37 Y deflection coil 41_1-41_n motor driver 42_1-42_n motor 51 filament 52 grid 53 anode
Claims (5)
前記ステージを駆動するステージ駆動部と、
前記被加工物に電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子銃から照射される電子ビームを制御する電子ビーム制御部と、
前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を制御する主制御部と、を備え、
前記主制御部は、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部の各々にパルス制御信号を供給することで、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を同期的に制御可能に構成されており、
前記電子ビーム制御部はパルスカウンタを備え、
前記主制御部は前記電子ビームを制御するための前記パルス制御信号を前記電子ビーム制御部に供給し、
前記電子ビーム制御部は、前記パルスカウンタを用いて前記パルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、当該取得したパルスカウンタ値に応じて前記電子ビームの制御パラメータを設定し、
前記電子ビーム制御部は、前記被加工物に照射された電子ビームのビーム電流値の実測値と前記パルスカウンタ値に応じたビーム電流設定値とを用いて前記電子銃のバイアス電圧をフィードバック制御する、電子ビーム加工装置。 A stage on which the workpiece is placed;
A stage drive unit for driving the stage;
An electron gun for irradiating the workpiece with an electron beam;
An electron beam control unit for controlling an electron beam emitted from the electron gun;
A main control unit that controls the stage drive unit and the electron beam control unit,
The main control unit is configured to control the stage drive unit and the electron beam control unit synchronously by supplying a pulse control signal to each of the stage drive unit and the electron beam control unit ,
The electron beam control unit includes a pulse counter,
The main control unit supplies the pulse control signal for controlling the electron beam to the electron beam control unit,
The electron beam control unit acquires a pulse counter value of the pulse control signal using the pulse counter, sets the control parameter of the electron beam according to the acquired pulse counter value,
The electron beam control unit feedback-controls the bias voltage of the electron gun using an actual measurement value of a beam current value of an electron beam irradiated on the workpiece and a beam current setting value corresponding to the pulse counter value. , Electron beam processing equipment.
前記ステージを駆動するステージ駆動部と、
前記被加工物に電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子銃から照射される電子ビームを制御する電子ビーム制御部と、
前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を制御する主制御部と、
前記電子銃から照射された電子ビームのフォーカスを調整するフォーカスコイルと、を備え、
前記主制御部は、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部の各々にパルス制御信号を供給することで、前記ステージ駆動部および前記電子ビーム制御部を同期的に制御可能に構成されており、
前記電子ビーム制御部は、パルスカウンタを用いて前記パルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、当該取得したパルスカウンタ値に応じて前記フォーカスコイルを制御する、電子ビーム加工装置。 A stage on which the workpiece is placed;
A stage drive unit for driving the stage;
An electron gun for irradiating the workpiece with an electron beam;
An electron beam control unit for controlling an electron beam emitted from the electron gun;
A main control unit for controlling the stage driving unit and the electron beam control unit;
A focus coil for adjusting the focus of the electron beam irradiated from the electron gun ,
The main control unit is configured to control the stage drive unit and the electron beam control unit synchronously by supplying a pulse control signal to each of the stage drive unit and the electron beam control unit ,
The electron beam processing apparatus , wherein the electron beam control unit acquires a pulse counter value of the pulse control signal using a pulse counter, and controls the focus coil in accordance with the acquired pulse counter value .
前記電子ビーム制御部は、パルスカウンタを用いて前記パルス制御信号のパルスカウンタ値を取得し、当該取得したパルスカウンタ値に応じて前記偏向コイルを制御する、
請求項１又は２に記載の電子ビーム加工装置。 A deflection coil for adjusting the trajectory of the electron beam emitted from the electron gun;
The electron beam control unit acquires a pulse counter value of the pulse control signal using a pulse counter, and controls the deflection coil according to the acquired pulse counter value.
The electron beam processing apparatus according to claim 1 or 2 .
前記モータドライバは、前記主制御部から供給されたパルス制御信号に応じて前記モータを駆動する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子ビーム加工装置。 The stage driving unit includes a motor that drives the stage, and a motor driver that supplies a driving signal to the motor.
The motor driver drives the motor according to a pulse control signal supplied from the main control unit,
The electron beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
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