JPS61176042A - 電子ビ−ム加工機の陰極モニタリング方法及びそのための装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空雰囲気（１０″″’ａＨｆ程度）中に被
加工物を置き、これに高電圧で加速された電子ビームを
集束レンズ（電子レンズともいう）で集束させて被加工
物に照射すると、その運動エネルギの大部分は熱エネル
ギに菅わるため、この電子ビームが照射された部分は加
熱され、たとえば１〜１０μｓでその材料の融点に違し
、材料が蒸発し、その蒸発圧力くよって所定の加工（穴
あけ、切断、溶接、溶解および蒸着等）を行なう°電子
ビーム加工装置に関するもので、％に本発明は、電子ビ
ームを発生させる電子銃内の陰極の状態を自動的に、か
つ正確にモニタリングすることができる電子ビーム加工
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の電子ビーム加工装置における電子銃の＃
ｓ律状態のモニタリング手段としては、たとえば加工前
に、試験用被加工物に電子ビームを照射することによっ
て生成され九ビードの断面を観察する方法がある。第６
図（ａ）ｅ　（ｂ）および第７図（ａ）　、　（ｂ）は
被加工物ｍＫ照射される電子ビーム（３ａ）。

（６ｂ）の形状と、被加工物■内に生成されるビード（
３０ａ）　、　　（３０ｂ）の溶は込み形状を示す断面
図で、第６図（（転）は電子銃内の良好な状態の陰極（
図示せず）から発生した正常電子ビーム（６ａ）を被加
工物−に照射している状態を示し、この場合、被加工物
−に生成されるビード（３０ａ）は、第６図（ｂ）に示
すように好ましい溶は込み形状となる。また、第７図（
ａ）は電子銃内の劣化している陰極から発生した異常電
子ビーム（６ｂ）を被加工物−に照射している状態、す
なわち＄４ｆの劣化によって集束レンズ（図示せず）を
どのように調整しても電子ビーム（５ｈ　）を細く絞る
ことができない状態を示し、この場合、被加工物顛内に
生成されるビード１’３０ｂ）は、第７図（ｂ）に示す
ように深さが浸く、好ましい溶は込み形状とならない。

〔発明が解決しようとする間融点３ 以上述べ友従来の電子銃の陰極状態のモニタリング手段
によれば、上述した被加工物■のビード（３０ａ）　、
　（３０ｂ）の断面形状を観察するためには、この被加
工物０Ｑを切断するかあるいは研磨しなければならない
ので、モニタリング作業がきわめて面倒で作業能ぶがき
わめて悪く作業て熟練を要するばかりでなく、正確を欠
く欠点がるる。

本発明は、かかる点にＮ目してなされたもので、電子ビ
ームを発生させる電子銃内の陰極の状態を自動的に、か
つ正確にモニタリングすることができる電子ビーム加工
機の陰極モニタリング方法及びそのための装置を得るこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、
集束レンズ電流を順次変化させ、変化させるたびに電子
ビーム標準試片に設けた溝を横切るように走査させ、こ
のときに発生する放射線、または電子線の何れかを検出
して、電子銃内の陰極状態をモニタリングするようＫし
た電子ビーム加工機の陰極モニタリング方法及びそのた
めの装置を提供するものである。

〔作用〕

集束レンズ電流を順次１化させ、変イヒさせるたびに、
電子ビームを標準試片に設けた溝を横切るように走査し
、走査中に発生する放射線、または電子線の何れかの極
小値を検出し、集束レンズ電流を変化させるたびに検出
した極小値の最小値とあらかじめ設定した値とを比較す
ること釦よって電子銃内の陰極状態を自動でモニタリン
グする。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明に係る電子ビーム加工機の一例を示す
ブロック図である。（１）は高電圧電源、イ２）は電子
銃、（３）は電子ビーム、（４）は標準試験片、（５）
は電子銃（２）よシ発生した電子ビーム（３）を標準試
験片、＋４ｉ’は表面に集束させるための集束レンズ、
（６）は標準試験片、（４）の溝（７）を横切るように
電子ビーム（３）を走査させるための偏向レンズである
。（８１は反射電子および二次電子（９）を補足するコ
レクタ、（２４はシステム全体を制御するシステム制御
装置である。１）１）はシステム制御＠１）１２４Ｊの
指令にしたがって偏向レンズ（６）の制御信号を発生す
る信号発生器、ααは信号発生器ａυからの信号を偏向
レンズｆ（３１に印加するための電流増幅器、Ｒ１およ
びＲ，は抵抗器である。０１はコレクタ（８）で補足し
た反射電子および二次電子などの二次エネルギ検出信号
のノイズ分を除去するためのフィルタ、ｏＩＦｉ入力信
号の極小値を検出し、これを記憶保持する極小値検出保
持部、（ロ）はこの最小値をＡ／Ｄ　愛換するためのＡ
／Ｄ変換器である。＋ｔ５は偏向レンズｒ６１を流れる
偏向レンズ電流の正および負のピークを検出して、正ピ
ークから負ピークまたは負ピークから正ピークまでの間
、極小値検出保持部（至）を動作させる制御信号を出力
するピーク検出制御部である。弼はシステム制御装置Ｑ
４からの指令にしたがって集束ルンズ１５）を制御する
集束レンズ制御装置である。

第２図は標準試験片（４１の溝（７）を横切るように電
子ビーム（３）を走査させた時、コレクタ（８）によっ
て検出される反射電子および二次電子などの電子線（９
）の変化を示したものである。標準試験片（４）の溝（
７）のところでは電子線量が減少するが、この減少は照
射電子ビームの出力およびビーム径によって変化する。

焦電電子ビームの出力を一定とした場合にはこの減少は
ビーム径のみに依存して変化する。

第６図（ａ）、　（ｂ）、（ｃ）、　（ｄ）は、電子線
信号変化の極小値検出動作の説明図、第４図（ａ）、　
（ｂ）は、集束レンズＩＥｆｉとそれに対応した電子線
信号の極小値との関係を示す説明図、第５図（ａ）は正
常な陰極、第５図（ｂ）は劣化した異常な陰極の場合の
集束レンズ［流と電子線信号の極小値との関係を示す比
較図である。

次に動作について説明する。第２図に示すように、標準
試験片（４）の溝（７）を横切るように電子ビーム（；
（１を走査させたとき、コレクタ（８）によって検出さ
れる電子線量は溝（７）の近傍で変化する。この変化ｉ
１、Ａ、　　Ｂ、　　Ｃは、溝（７）の福や照射する電
子ビーム（３）の径に対応した変化を示す。すなわち、
ビーム電流を標準条件ＶＣｆｊ４整し、電子ビームを標
準試験片（４）の溝（７）を横切るように走査すると、
ビーム径が大きくなるほど、Ｂ＋Ｃの値は大きく、Ａの
値は小さくなシ、逆にビーム径が小さくなるほどＥ−？
Ｃの値は小さく、Ａの値は大きくなる。そこで、システ
ム制御装置（２４により電子銃（２）を制御して、ビー
ム電流を設定する。システム制御装置＠からの指令にし
たがって集束レンズ制御装置（ハ）より集束レンズ（５
）に集束レンズ電流Ｉｃ　＝　ｉｓ　（第４図参照）を
供給する。この間に、信号発生装置１Ｊ１）は第６図（
ｊＬ）に示すような正弦波ま九は三角波を発生して、電
流増幅器ａ１を介して偏向レンズ（６）に偏向レンズ電
流を供給する。この電流を抵抗Ｒ１の両端、の電圧とし
て検出しピーク検出制御部α９で正・負それぞれのピー
クを検出し、極小値検出保持部Ｑで第３図（ｂ）Ｋ示す
ような制御信号を発生する。

極小値検出保持部（至）ではｔｌからｔ３までの間の電
子線量の極小値を検出記憶保持する。したがって、ｔｌ
で保持部をリセットし、電子線信号の極小値を検出して
、これを保持する。そして、検出・保持した電子線信号
の極小値をＡ／Ｄ変換器（ロ）でＡ／Ｄ変換して、シス
テム制御装置２４１に取り込む。次にシステム制御装置
（２４）より集束レンズ制御装置四に集束レンズ電流の
増加指令をだし、集束レンズ電流を一定量増加させて、
再び、同様の電子線信号の極小値検出の動作を、集束レ
ンズ電流Ｉｃ　＝　ｉｅとなるまで反復する。

このような動作によって、第４図に示すように集束レン
ズ電流値にそれぞれ対応した電子線信号の極小値がシス
テム制御装置１）（２４）　Ｋ蓄積される。

蓄積される極小値は、収束レンズ電流の変化に対応して
照射電子ビームの径、すなわち、電子ビームの集束状態
によって、第５図のような変化を示す。第５図（ａ）は
電子ビームがよく絞られている場合、すなわち、正常な
陰極を用いた場合、第５図（ｈ）は、電子ビームがあま
り絞れていない場合、すなわち、陰極が劣化している場
合の電子線信号の極小値を示したものである。この極小
値の最小値と、あらかじめ設定した標準陰極の場合の基
準値とを比較して、その差が所定限度を越える場合には
陰極が劣化、異常であると判定でき、陰極状態のモニタ
リングができる。

なお、上記実施例においては、電子線量の極小値（第２
図に示すＢ）を検出する場合について示したが、第２図
に示したＡの極大値やＣの極小値を検出するようにして
もよい。

また、上記実施例においては、電子ビーム（３）の照射
により発生する電子線を検出する場合について示したが
、コレクタ（８）の代りにフォトダイオードなどの素子
をセンサとしてＸＩ／Ｍを検出するようにしても、検出
されるＸ線信号は、電子線とまったく同様な挙動を示し
、まったく同様な効果が得られる。

さらに、上記実施例においては、検出信号をＡ／Ｄ変換
して、システム制御装置に取シ込んで、比較判断する場
合について示したが、検出信号をＡ／Ｄ変換せずにアナ
ログ回路で比較、判別するようにしても同様な効果を奏
する。

〔発明の効果〕

以上述べ九ように、この発明によれば、電子ビーム出力
を標準値に調整後、集束レンズ電流を順次変化させつつ
電子ビームを標準試験片に設けた溝を横切るように走査
し、その時に発生する放射線、または電子線の何れかの
信号変化を検出し、あらかじめ設定した標準陰極の場合
の基準値とを比較して、陰極状態を自動的にモニタリン
グするようにし九ので、ビームの品質が常に保証され、
常に正確な電子ビーム加工を行なうことができる優れた
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の方法のために使用する電子ビ
ーム溶接装置を示すブロック図、第２図は被加工物の継
目を横切るよう忙電子ビームを走査させた時の二次エネ
ルギの変化を示した説明図、第３図（ａ）、（ｈ）ｔ　
（ｃ）ｌ（ｄ）は電子線信号変化の極小値検出動作の説
明図、第４図（ａ）ｔ　（ｂ）は集束レンズ電流とそれ
〈対応した電子線信号の極小値との関係を示す説明図、
第５図（ａ）、　（ｂ）は正常な陰極の場合と劣化した
陰極の場合との集光レンズ電流を変化させた場合の電子
線信号の極小値変イヒの比較図、第６図（〜、（ｂ）及
び第７図（ａ）　、　（ｂ）は、被加工物に照射される
電子ビーム形状と、被加工物中に形成されるピードの溶
は込み形状を示す断面図である。 （２）・・・電子銃　（３）・・・電子ビーム　（４）
・・・標準試験片（５）・・・集束レンズ　（６）・・
・偏向レンズ　（７）・・・Ｒ（８）・・・コレクタ　
（９）・・・電子線　Ｑ４・・・システム制御装置（至
）・・・極小値検出保持部 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビーム電流を所定値に調整後、集束レンズ電
   流を順次変化させ、変化させる毎に加工台の一部に設置
   した標準試験片の溝を横切るように電子ビームを走査し
   たときに発生する放射線または電子線の何れかの信号変
   化を検出し、この検出値とあらかじめ設定した標準陰極
   の基準値とを比較して陰極状態を自動的にモニタリング
   するようにしたことを特徴とする電子ビーム加工機の陰
   極モニタリング方法。
2. （２）集束レンズ電流を順次変化させる装置と、電子ビ
   ームを走査するための偏向レンズおよび、偏向レンズ電
   流の制御装置と、電子ビームの照射によつて発生する放
   射線または電子線を検出する放射線センサまたは電子線
   コレクタと、加工台の一部に設置した溝加工を施した標
   準試験片と、上記放射線センサまたは電子線コレクタに
   より得られた信号変化の検出器と、検出信号をあらかじ
   め設定した基準値とを比較して陰極状態を判別する機能
   を持つシステム制御装置とによつて構成したことを特徴
   とする電子ビーム加工機の陰極モニタリング装置。