电子束快速成型设备特征点数据采集装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子束快速成型设备，具体涉及一种电子束快速成型设备特征点数据采集装置及方法。
【背景技术】
[0002]电子束快速成型设备中3D元件制造过程z轴由机械运动完成，χ-y平面由偏扫装置完成，偏扫装置的工作机理与机械运动有根本的区别，偏扫装置依靠磁场的作用来操纵电子束的运动轨迹。由于磁场作用的工作机理以及制造工艺的影响，磁场的磁感应强度与其励磁电流之间呈非线性关系，且聚焦与偏扫之间也存在交叉影响，因此电子束快速成型设备中3D元件制造过程的控制较一般的机械加工3D元件的控制更为复杂。为了实现电子束的精确偏扫及聚焦，工程上将扫描区域按一定规律分成若干个小区域，各小区域间的分界线交点定义为特征点，通过实验获得各特征点的偏移和聚焦电流数据；某小区域内各点的偏移和聚焦电流数据分别以该区域特征点的偏移和聚焦电流数据为基准，按各点的几何位置线性变化计算。各点的偏移和聚焦电流数据的精确性首先取决于特征点的偏移和聚焦电流数据的精确性，目前通过光学观察系统以人为经验来获取特征点的偏移和聚焦电流数据，精确性受到很大限制；其次取决于区域划分的大小，区域越小计算精确性越高，但增加数据建立的工作量。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的是通过光学观察系统以人为经验来获取特征点的偏移和聚焦电流数据所存在的效率低和精确性不高的问题，提供一种电子束快速成型设备特征点数据采集装置及方法。
[0004]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种电子束快速成型设备特征点数据采集装置，包括置于真空工作室内的测试板、二次反射电子收集装置和二次反射电子流检测电阻，以及置于真空工作室外的对中信号变送器和对中信号指示器；
[0006]测试板由金属板制成，测试板上标定偏扫区域，并对偏扫区域按一定规律分区，以各特征点为圆心，开钻特征点通孔，该特征点通孔的孔径与电子束流的斑点直径相当；测试板与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0007]二次反射电子收集装置位于测试板的上方，电子束快速成型设备的电子枪发出的电子束直接穿过二次反射电子收集装置到达测试板；电子束流参数一定时，电子束斑在测试板某一特征点附近移动，二次反射电子收集装置收集到的二次反射电子流发生变化，当电子束斑位于特征点正中，且电子束斑的焦点位于测试板上表面时，二次反射电子收集装置的二次反射电子流最小；二次反射电子收集装置通过二次反射电子流检测电阻与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0008]二次反射电子流检测电阻将二次反射电子收集装置收集到的二次反射电子流转换成电压信号；该电压信号作为电子束斑与特征点对中判断信号，被送到对中信号变送器;
[0009]对中信号变送器将二次反射电子流检测电阻上的电压信号放大后送到对中信号指示器；
[0010]对中信号指示器显示对中信号变送器送来的电压信号，在对X轴偏移电流、y轴偏移电流及聚焦电流进行微调的过程中，电子束斑在某特征点附近移动，当对中信号指示器显示的电压信号值为最小时，判定对中检测信号达到最佳，此时电子束斑点中心与该特征点中心重合，且焦点位于测试板的上平面。
[0011]上述方案中，所述二次反射电子收集装置最好为一金属梯形罩体，该金属梯形罩体的上底面和下底面贯通。
[0012]上述方案中，所述测试板的扫描区域的厚度小于10mm，且特征点通孔的孔径小于2mm ο
[0013]另一种电子束快速成型设备特征点数据采集装置，包括置于真空工作室内的测试板、穿越电子收集装置和穿越电子流检测电阻，以及置于真空工作室外的对中信号变送器和对中信号指示器；
[0014]测试板由金属板制成，测试板上标定偏扫区域，并对偏扫区域按一定规律分区，以各特征点为圆心，开钻特征点通孔，该特征点通孔的孔径与电子束流的斑点直径相当；测试板与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0015]穿越电子收集装置位于测试板的正下方，且覆盖测试板上标定的偏扫区域，电子束快速成型设备的电子枪发出的电子束穿过测试板上的特征点通孔后到达穿越电子收集装置；电子束流参数一定时，电子束斑在测试板某一特征点附近移动，穿越电子收集装置收集到的穿越测试板特征点通孔的电子束流发生变化，当电子束斑位于特征点正中，且电子束斑的焦点位于测试板上表面时，穿越电子束最大；穿越电子收集装置通过穿越电子流检测电阻与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0016]穿越电子流检测电阻将穿越电子收集装置收集到的穿越电子流转换成电压信号；该电压信号作为电子束斑与特征点对中判断信号，被送到对中信号变送器；
[0017]对中信号变送器将穿越电子流检测电阻上的电压信号放大后送到对中信号指示器;
[0018]对中信号指示器显示对中信号变送器送来的电压信号，在对X轴偏移电流、y轴偏移电流及聚焦电流进行微调的过程中，电子束斑在某特征点附近移动，当对中信号指示器显示的电压信号值为最大时，判定对中检测信号达到最佳，此时电子束斑点中心与该特征点中心重合，且焦点位于测试板的上平面。
[0019]上述方案中，所述穿越电子收集装置最好为一金属平板。
[0020]上述方案中，所述测试板的扫描区域的厚度小于10mm，且特征点通孔的孔径小于2mm ο
[0021]又一种电子束快速成型设备特征点数据采集装置，包括置于真空工作室内的测试板、二次反射电子收集装置、二次反射电子流检测电阻穿越电子收集装置和穿越电子流检测电阻，以及置于真空工作室外的对中信号变送器和对中信号指示器；
[0022]测试板由金属板制成，测试板上标定偏扫区域，并对偏扫区域按一定规律分区，以各特征点为圆心，开钻特征点通孔，该特征点通孔的孔径与电子束流的斑点直径相当；测试板与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0023]二次反射电子收集装置位于测试板的上方，电子束快速成型设备的电子枪发出的电子束直接穿过二次反射电子收集装置到达测试板；电子束流参数一定时，电子束斑在测试板某一特征点附近移动，二次反射电子收集装置收集到的二次反射电子流发生变化，当电子束斑位于特征点正中，且电子束斑的焦点位于测试板上表面时，二次反射电子收集装置的二次反射电子流最小；二次反射电子收集装置通过二次反射电子流检测电阻与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0024]二次反射电子流检测电阻将二次反射电子收集装置收集到的二次反射电子流转换成二次反射电压信号；该二次反射电压信号作为电子束斑与特征点对中判断信号，被送到对中信号变送器；
[0025]穿越电子收集装置位于测试板的正下方，且覆盖测试板上标定的偏扫区域，电子束快速成型设备的电子枪发出的电子束穿过测试板上的特征点通孔后到达穿越电子收集装置；电子束流参数一定时，电子束斑在测试板某一特征点附近移动，穿越电子收集装置收集到的穿越测试板特征点通孔的电子束流发生变化，当电子束斑位于特征点正中，且电子束斑的焦点位于测试板上表面时，穿越电子束最大；穿越电子收集装置通过穿越电子流检测电阻与真空工作室壁电气相接(接地)；
[0026]穿越电子流检测电阻将穿越电子收集装置收集到的穿越电子流转换成穿越电压信号；该穿越电压信号作为电子束斑与特征点对中判断信号，被送到对中信号变送器；
[0027]对中信号变送器将二次反射电子流检测电阻上的二次反射电压信号和穿越电子流检测电阻上的穿越电压信号分别放大后，再进行差运算后获得差值电压信号，并将差值电压信号送到对中信号指示器；
[0028]对中信号指示器显示对中信号变送器送来的差值电压信号，在对X轴偏移电流、y轴偏移电流及聚焦电流进行微调的过程中，电子束斑在某特征点附近移动，当对中信号指示器显示的差值电压信号值为最大时，判定对中检测信号达到最佳，此时电子束斑点中心与该特征点中心重合，且焦点位于测试板的上平面。
[0029]上述方案中，所述二次反射电子收集装置最好为一金属梯形罩体，该金属梯形罩体的上底面和下底面贯通；所述穿越电子收集装置最好为一金属平板。
[0030]上述方案中，所述测试板的扫描区域的厚度小于10mm，且特征点通孔的孔径小于2mm ο
[0031]一种电子束快速成型设备特征点数据采集方法，包括如下步骤: