Автоматическая электронная пушка с анастигматическим устройством и способ коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки
AUTOMATIC ELECTRON GUN WITH AN ANASTIGMATIC DEVICE AND A METHOD FOR CORRECTING ELECTRON BEAM ASTIGMATISM FOR AN ELECTRON GUN

Область техники
Настоящее изобретение относится к области техники устройства для электронно-лучевой обработки и, в частности, касается автоматической электронной пушки с анастигматическим устройством и способа коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки.
Уровень техники
Из-за отклонения электронных лучей и линзы, вызванного дефектом обработки, неоднородным материалом полюсного наконечника, краевым эффектом электрода или магнитного полюса и загрязнением электрода, электронная пушка устройства для электронно-лучевой обработки приводит к несогласованности фокусировки электронных пучков в различных направлениях на рабочей плоскости, поэтому круглые следы электронного пучка не могут быть сформированы, т. е. возникает астигматизм. В электронной пушке анастигматическое устройство используется для коррекции морфологии следа электронного пучка. В настоящее время для коррекции используются электронные пучки микронных размеров, и оптимальное состояние коррекции определяется оператором посредством оптического наблюдения.
Мощность электронной пушки в устройстве для электронно-лучевой обработки, таком как станок для электронно-лучевой сварки, электронно-лучевая перфорирующая установка и оборудование для электронно-лучевого аддитивного производства, относительно велика, электронный пучок, используемый для коррекции морфологии следа электронного пучка, намного меньше, чем тот, который используется при механической обработке, морфология следа электронного пучка не масштабируется пропорционально размеру электронного пучка, а эффект обычной анастигматической операции, основанной на эмпирическом методе, имеет высокую хаотичность, вследствие чего трудно достичь оптимального состояния. Для того чтобы улучшить эффект коррекции морфологии следа электронного пучка с помощью анастигматического устройства, фактическая величина электронного пучка во время обработки может использоваться в качестве значения электронного пучка во время коррекции морфологии следа электронного пучка, и ток возбуждения обмоток анастигматического устройства, соответствующий оптимальной морфологии следа электронного пучка, может быть автоматически определен в соответствии с информацией обнаружения морфологии следа электронного пучка.
Для того чтобы реализовать автоматический контроль над астигматизмом, необходимо сначала решить проблему обнаружения морфологии следа электронного пучка, а для устройства для электронно-лучевой обработки с большой мощностью, устройство обнаружения морфологии следа электронного пучка не должен контактировать с электронными пучками для реализации его повторного использования, что соответствует производственным требованиям устройства для электронно-лучевой обработки.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение проблемы, заключающейся в том, что существующее анастигматическое устройство обладает высокой степенью случайности и затрудняет достижение оптимального состояния, кроме того изобретение направлено на создание автоматической электронной пушки с анастигматическим устройством и способа коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки.
Для решения указанной выше проблемы настоящее изобретение реализовано следующим техническим решением:
Автоматическая электронная пушка с анастигматическим устройством включает в себя центральный контроллер, источник электроэнергии, источник питания привода и корпус электронной пушки; электронно-лучевой генератор, анастигматическое устройство и фокусирующее устройство расположены в корпусе электронной пушки в направлении сверху вниз; анастигматическое устройство содержит анастигматические обмотки с двумя фазами, которые образуют структуру с множеством пар осесимметричных магнитных полюсов;
выходной терминал центрального контроллера для выдачи сигнала напряжения для управления электронным пучком соединен с управляющим входным терминалом источника электроэнергии, а выходной терминал источника электроэнергии соединен с электронно-лучевым генератором;
выходной терминал центрального контроллера для выдачи первого анастигматического управляющего сигнала напряжения соединен с первым управляющим входным терминалом источника питания привода, а первый выходной терминал источника питания привода соединен с первой анастигматической обмоткой анастигматического устройства;
выходной терминал центрального контроллера для выдачи второго анастигматического управляющего сигнала напряжения соединен со вторым управляющим входным терминалом источника питания привода, а второй выходной терминал источника питания привода соединен со второй анастигматической обмоткой анастигматического устройства;
отличием устройства является то, что оно дополнительно содержит устройство обнаружения и схему обработки сигнала, причем устройство обнаружения размещено в корпусе электронной пушки и расположено на месте выпуска электронного пучка непосредственно под фокусирующим устройством; устройство обнаружения состоит из каркаса и четырех обмоток обнаружения; каркас имеет кольцевую конструкцию, выполненную из немагнитного изоляционного материала; четыре обмотки равномерно и симметрично намотаны вокруг каркаса и имеют одинаковое количество витков и одинаковый диаметр проволоки;
первая обмотка обнаружения и третья обмотка обнаружения радиально противоположно расположены на каркасе, и задний концевой участок первой обмотки обнаружения соединен с передним концевым участком третьей обмотки обнаружения; вторая обмотка обнаружения и четвертая обмотка обнаружения радиально противоположно расположены на каркасе, и задний концевой участок второй обмотки обнаружения соединен с передним концевым участком четвертой обмотки обнаружения; передний концевой участок первой обмотки обнаружения устройства обнаружения соединен с передним концевым участком второй обмотки обнаружения и подключен к общему входному терминалу схемы обработки сигнала, задний концевой участок третьей обмотки обнаружения устройства обнаружения соединен со вторым входным терминалом схемы обработки сигнала, а задний концевой участок четвертой обмотки обнаружения устройства обнаружения соединен с первым входным терминалом схемы обработки сигнала; а выходной терминал схемы обработки сигнала соединен с входным терминало центрального контроллера.
Схема обработки сигнала состоит из операционных усилителей A1-A2, резисторов R1-R8 и конденсатора C; один конец резистора R1 образует первый входной терминал схемы обработки сигнала, один конец резистора R2 образует второй входной терминал схемы обработки сигнала, а один конец резистора R3 образует общий входной терминал схемы обработки сигнала после соединения с общим узлом связи и; другой конец резистора R1 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A1; другой конец резистора R2 и другой конец резистора R3 одновременно соединены с синфазным входным терминалом операционного усилителя A1; и один конец резистора R4 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A1, а другой конец резистора R4 соединен с выходным терминалом операционного усилителя A1; выходной терминал операционного усилителя A1 соединен с одним концом резистора R5, а другой конец резистора R5 соединен с одним концом конденсатора C и одним концом резистора R6; другой конец конденсатора C и один конец резистора R7 соединены с общим узлом связи, один конец резистора R7 соединен с синфазным входным терминалом операционного усилителя A2; другой конец резистора R6 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A2; один конец резистора R8 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A2, а другой конец резистора R8 соединен с выходным терминалом операционного усилителя A2; и выходной терминал операционного усилителя A2 образует выходной терминал A схемы обработки сигнала 4.
В схеме обработка сигнала резисторы R1 и R2 имеют одинаковое сопротивление, резисторы R3 и R4 имеют одинаковое сопротивление, резисторы R5 и R6 имеют одинаковое сопротивление, а резистор,
Каркас устройства обнаружения изготовлен из немагнитного изоляционного материала.
Способ автоматической коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки, реализованный с помощью автоматической электронной пушки с анастигматическим устройством включает следующие этапы:
Rmin
Tmin
Этап 1: инициализация: задание начального значения предпочтительным данным управления током возбуждения D первой анастигматической обмотки, задание начального значения предпочтительным данным управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки и задание начального значения изменению данных управления ΔDRT; задание поправочного коэффициента λ изменению данных управления ΔDRT, при этом 0<λ<1; задание сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком UBS и длительности τ; задание периода дискретизации μ; и задание итеративного порога η, где η является целым числом, которое больше и равно 1.
Этап 2: отслеживание исходных обобщенных данных о морфологии следа электронного пучка, когда в анастигматическом устройстве нет тока возбуждения, путем тестирования; то есть:
R
T
BS,
BS
Amax
A
Z
Amax
Zmin
Запуск устройства для электронно-лучевой обработки и присвоение данным управления D током возбуждения первой анастигматической обмотки и данным управления D током возбуждения второй анастигматической обмотки значения «0» с помощью центрального контроллера, так что ток возбуждения анастигматического устройства равен 0; и вывод центральным контроллером сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U выборка сигнала выходного напряжения UA схемы обработки сигналов в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и получение максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения данных выборки сигнала выходного напряжения U; и затем вычисление текущих обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка на основе максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения, обозначенных как D(0).
Rmin
Этап 3: отслеживание предпочтительных данных управления D током возбуждения первой анастигматической обмотки с помощью тестирования, то есть;
R
Rmin
RT
T
Tmin
BS
A
BS
Amax
A
Z
Amax
Zmin
Этап 3.1: присвоение центральным контроллером данным управления током возбуждения D первой анастигматической обмотки значения D + ΔD и данным управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки значения D и изменение тока возбуждения анастигматического устройства; и вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером, выборка сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигналов в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и вычисление максимального абсолютного значения Dи среднего абсолютного значения  данных выборки сигнала выходного напряжения U; и затем вычисление текущих обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка на основе максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения , обозначенных как D(1);
R
Rmin
RT
T
Tmin
BS
A
BS
Amax
A
Z
Amax
Zmin
Этап 3.2: присвоение центральным контроллером данным управления током возбуждения D первой анастигматической обмотки значения D - ΔD и данным управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки значения D и изменение тока возбуждения анастигматического устройства; и вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером, выборка сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигналов в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и вычисление максимального абсолютного значения Dи среднего абсолютного значения  данных выборки сигнала выходного напряжения U; и затем вычисление текущих обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка на основе максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения , обозначенных как D(2);
Zmin
Zmin
Zmin
Этап 3.3: сравнение обобщенных данных D(0), D(1) и D(2) морфологии следа электронного пучка центральным контроллером:
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Если данные D(0) обладают минимальным значением, то данным D(3) присваивается значение данных D(0) и значение данных D сохраняется без изменений;
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Rmin
RT
Если данные D(1) обладают минимальным значением, данным D(3) присваивается значение данных D(1) и данным D присваивается значение D + ΔD;
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Rmin
RT
Если данные D(2) обладают минимальным значением, данным D(3)присваивается значение данных D(2), а данным D присваивается значение D-ΔD.
Tmin
Этап 4: отслеживание предпочтительных данных управления D током возбуждения второй анастигматической обмотки с помощью тестирования, то есть;
R
Rmin
T
Tmin
RT
BS
A
BS
Amax
A
Z
Amax
Zmin
Этап 4.1: присвоение центральным контроллером данным управления током возбуждения D первой анастигматической обмотки значения D и данным управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки значения D+ΔD и изменение тока возбуждения анастигматического устройства; и вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером, выборка сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигналов в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и вычисление максимального абсолютного значения Dи среднего абсолютного значения  данных выборки сигнала выходного напряжения U; и затем вычисление текущих обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка на основе максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения , обозначенных как D(4).
R
Rmin
T
Tmin
RT
BS
A
BS
Amax
A
Z
Amax
Zmin
Этап 4.2: присвоение центральным контроллером данным управления током возбуждения D первой анастигматической обмотки значения D и данным управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки значения D-ΔD и изменение тока возбуждения анастигматического устройства; и вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером, выборка сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигналов в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и вычисление максимального абсолютного значения Dи среднего абсолютного значения  данных выборки сигнала выходного напряжения U; и затем вычисление текущих обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка на основе максимального абсолютного значения D и среднего абсолютного значения , обозначенных как D(5);
Zmin
Zmin
Zmin
Этап 4.3: сравнение трех данных D(3), D(4) и D(5) морфологии следа электронного пучка центральным контроллером:
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Если данные D(3) обладают минимальным значением, то данным D(6) присваивается значение данных D(3) и значение данных D сохраняется без изменений;
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Tmin
RT
Если данные D(4) обладают минимальным значением, данным D(6) присваивается значение данных D(4) и данным D присваивается значение D + ΔD;
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Tmin
RT
Если данные D(5) обладают минимальным значением, данным D(6) присваивается значение данных D(5), а данным D присваивается значение D-ΔD.
Этап 5: оценка минимальных значений обобщенных данных:
Zmin
Zmin
Сравнение обобщенных данных D(6) и D(0)морфологии следа электронного пучка центральным контроллером:
Zmin
Zmin
Zmin
Zmin
RT
RT
Если D(6) < D(0), сначала устанавливают маркер конца K равным 0; и затем данным D(0)присваивается значение данных D(6) и после изменению данных управления ΔD присваивается значение λ ×ΔD, затем возвращаются к этапу 3;
Zmin
Zmin
Если D(6) ≥ D(0), сначала добавляют 1 к маркеру конца K; а затем оценивают значение маркера конца K:
Zmin
RT
RT
Если значение маркера конца меньше «η», оставляют значение D(0) неизменным, изменению данных управления ΔD присваивается значение λ×ΔD и затем возвращаются к этапу 3;
Rmin
R
Tmin
В противном случае, осуществляется сохранение предпочтительных данных управления D током возбуждения первой анастигматической обмотки, окончательно полученных по вышеупомянутому способу, как окончательных данных управления D током возбуждения первой анастигматической обмотки, и сохранение предпочтительных данных управления D током возбуждения второй анастигматической обмотки как окончательных данных управления DT током возбуждения второй анастигматической обмотки, что завершает способ автоматической коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки.
Rmin
Tmin
RT
RTM
RTM
RTM
R
RTM
RTM
T
RTM
На этапе 1 начальное значение предпочтительных данных управления D током возбуждения первой анастигматической обмотки и предпочтительных данных управления током возбуждения D второй анастигматической обмотки устанавливается равным 0, а начальное значение изменения ΔD данных управления током возбуждения первой анастигматической обмотки и второй анастигматической обмотки устанавливается равным 0,5×D, где D является пороговым значением анастигматических обмоток, то есть -D≤D≤D, -D≤D≤D.
BS
A
A1
A2
An
В течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U производится выборка сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигнала n раз и данные выборки сохраняются как D, D, ..., D, и для обобщенных данных:
Amax
Максимальное абсолютное значение данных D составляет:
Amax
A1
A2
An
D=max[|D|,|D|,...,|D|]
Среднее абсолютное значение данных  составляет:
BS
При этом , где τ - длительность сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, а μ - период дискретизации.
Z
Обобщенные данные D морфологии следа электронного пучка:
Amax
A
BS
где D и  - соответственно максимальное абсолютное значение и среднее абсолютное значение данных выборки сигнала выходного напряжения Uсхемы обработки сигнала в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, α - заданное взвешенное значение среднего абсолютного значения , и 0≤α≤1.
По сравнению с предшествующим уровнем техники автоматическая электронная пушка с анастигматическим устройством, основанная на использовании бесконтактного устройства обнаружения морфологии следа электронного пучка по настоящему изобретению, использует фактическое значение величины электронного пучка во время обработки в качестве значения величины электронного пучка во время коррекции морфологии следа электронного пучка и автоматически определяет ток возбуждения обмоток анастигматического устройства, соответствующий оптимальной морфологии следа электронного пучка в соответствии с информацией обнаружения морфологии следа электронного пучка для достижения цели улучшения эффекта коррекции морфологии следа электронного пучка.
Описание чертежей изобретения
Фиг. 1 представляет собой структурную схему автоматической электронной пушки с анастигматическим устройством, предусмотренной настоящим изобретением;
Фиг. 2 - структурная схема устройства обнаружения, представленного на фиг. 1;
Фиг. 3 структурная диаграмма схемы обработки сигнала, представленной на фиг. 1;
Фиг. 4 - блок-схему способа коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки, предусмотренной настоящим изобретением;
Фиг. 5 Схема автоматического выявления анастигматизама в электронной пушке.
Позиции на фигурах: 1 - центральный контроллер, 2 - источник электроэнергии, 3 - источник питания привода, 4 - схема обработки сигнала, 5 - электронно-лучевой генератор, 6 - анастигматическое устройство, 7 - фокусирующее устройство, 8 - устройство обнаружения, 81 - первая обмотка обнаружения, 82 - вторая обмотка обнаружения, 83 - третья обмотка обнаружения, 84 - четвертая обмотка обнаружения, 85 - корпус, 9 - электронный пучок, 10 - рабочая поверхность, and 11 - корпус электронной пушки.
Детальное описание
Для пояснения задачи, технического решения и преимуществ настоящего изобретения, далее приводится подробное описание настоящего изобретения в сочетании с конкретным вариантом осуществления и со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что термины направления, такие как «верхний», «нижний», «средний», «левый», «правый», «передний» и «задний», упомянутые в вариантах осуществления, используются только для удобства при обращении к сопроводительным чертежам. Следовательно, используемые термины направления используются только для иллюстрации настоящего изобретения, но не ограничивают объем прав настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, автоматическая электронная пушка с анастигматическим устройством состоит из следующих главных компонентов: центрального контроллера 1, источника электроэнергии 2, источника питания привода 3, схемы обработки сигнала 4, электронно-лучевого генератора 5, анастигматического устройства 6, фокусирующего устройства 7 и устройства обнаружения 8.
В электронно-лучевом генераторе 5: катод, подключенный к источнику тока, нагревается и эмитирует электроны, ускоритель электронов создает ускоряющее поле между катодом и анодом, испускаемый катодом электронный пучок 9 выходит из отверстия анода под действием ускоряющего поля, а размер электронного пучка 9 регулируется напряжением сеточного смещения. Электронный пучок 9, испускаемый электронно-лучевым генератором 5, падает на рабочую поверхность 10.
Анастигматическое устройство 6 состоит из первой анастигматической обмотки (т. е. обмотки R-фазы) и второй анастигматической обмотки (т. е. обмотки T-фазы). Первая анастигматическая обмотка и вторая анастигматическая обмотка образуют структуру с множеством пар осесимметричных магнитных полюсов. Анастигматическое устройство 6 по настоящему изобретению может представлять собой известное анастигматическое устройство 6. Первая анастигматическая обмотка и вторая анастигматическая обмотка подключены к выходному концу источника питания привода 3, при этом анастигматическое устройство 6 установлено между анодом электронной пушки и фокусирующим устройством 7. Когда электронный пучок 9 проходит через анастигматическое устройство 6, неоднородное магнитное поле в анастигматическом устройстве 6 действует на поле электронного пучка 9 во многих направлениях, тем самым изменяя морфологию следа электронного пучка 9.
Фокусирующее устройство 7 является важным элементом электронной пушки и используется для регулировки осевого положения фокусировки следа электронного пучка 9.
A+
A+
A-
A-
A+
A-
A+
A-
A+
A-
R
T
Устройство обнаружения 8 состоит из первой обмотки обнаружения 81, второй обмотки обнаружения 82, третьей обмотки обнаружения 83, четвертой обмотки обнаружения 84 и каркаса 85, как показано на фиг. 2. Каркас 85 имеет осесимметричную кольцевую конструкцию и изготавливается из немагнитного изоляционного материала. Первая обмотка обнаружения 81, вторая обмотка обнаружения 82, третья обмотка обнаружения 83 и четвертая обмотка обнаружения 84 имеют N витков и одинаковый диаметр провода. Первая обмотка обнаружения 81, вторая обмотка обнаружения 82, третья обмотка обнаружения 83 и четвертая обмотка обнаружения 84 намотаны вокруг каркаса 85 и равномерно и симметрично распределены, оси первой обмотки обнаружения 81 и третьей обмотки обнаружения 83 располагаются по оси x, и задний концевой участок первой обмотки обнаружения 81 соединен с передним концевым участком третьей обмотки обнаружения 83. Оси второй обмотки обнаружения 82 и четвертой обмотки обнаружения 84 расположены по вертикальной оси y, а задний концевой участок второй обмотки обнаружения 82 соединен с передним концевым участком четвертой обмотки обнаружения 84. Передний концевой участок первой обмотки обнаружения 81 соединен с передним концевым участком второй обмотки обнаружения 82 и подключен к общему входному терминалу C1 схемы обработки сигналов 4, задний концевой участок третьей обмотки обнаружения 83 соединен со вторым входным терминалом A+ схемы обработки сигнала 4, и задний концевой участок четвертой обмотки обнаружения 84 соединен с первым входным терминалом A- схемы обработки сигнала 4. Устройство обнаружения 8 подключено к месту выпуска электронного пучка 9 в электронной пушке. Когда импульсный электронный пучок 9 проходит через устройство обнаружения 8, ток пространственного заряда, формируемый электронным пучком 9, генерирует переменное магнитное поле, которое определяет индуцированные электродвижущие силы e1, e2, e3 и e4 в первой обмотке обнаружения 81, второй обмотке обнаружения 82, третьей обмотке обнаружения 83 и четвертой обмотке обнаружения 84, соответственно, то есть  , (где i = 1, 2, 3, 4, и φi - магнитный поток, проходящий через i-ю обмотку обнаружения), индуцированные электродвижущие силы первой обмотки обнаружения 81 и третьей обмотки обнаружения 83 суммируются с сигналом напряжения U(U=e1+e3), а индуцированные электродвижущие силы второй обмотки обнаружения 82 и четвертой обмотки обнаружения 84 суммируются с сигналом напряжения U(U= e2 + e4). Если φ1 = φ2 = φ3 = φ4, когда контур электронного пучка 9 имеет осесимметричную форму и проходит через центр устройства обнаружения 8, e1=e2=e3=e4 и U=U; если контур электронного пучка 9 имеет неосесимметричную форму, U≠U; и если разница между U и U сведена к минимуму путем регулирования тока возбуждения I и I анастигматического устройства 6, то считается, что след электронного пучка 9 находится в состоянии оптимальной коррекции.
BS
BS
BS
R
T
R
T
R
T
A
A
BS
BS
A
BS
Amax
A
A
A
Z
R
T
Z
R
T
Центральный контроллер 1 используется в качестве главного устройства управления устройством для электронно-лучевой обработки электронного пучка 9. Центральный контроллер 1 преобразует данные управления D электронного пучка 9 в сигнал напряжения для управления импульсным электронным пучком U посредством цифро-аналогового преобразования, и сигнал напряжения для управления импульсным электронным пучком U передается на управляющий входной терминал схемы регулирования источника напряжения сеточного смещения источника электроэнергии 2; центральный контроллер 1 преобразует данные управления током возбуждения D и D анастигматического устройства 6 в сигнал напряжения U и сигнал напряжения U, соответственно, посредством цифро-аналогового преобразования, и сигнал напряжения U и сигнал напряжения U передается на управляющий входной терминал источника питания привода 3; центральный контроллер 1 принимает сигнал выходного напряжения U схемы обработки сигнала 4 и преобразует сигнал выходного напряжения U в данные выборки DA посредством аналого-цифрового преобразования; центральный контроллер 1 изменяет амплитуду и длительность импульса τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U путем настройки данных управления D электронного пучка 9 для реализации управления импульсным электронным пучком 9; центральный контроллер 1 производит выборку сигнала выходного напряжения U с высокой скоростью в течение длительности импульса τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, затем определяет максимальное абсолютное значение D данных выборки D сигнала выходного напряжения U и вычисляет среднее абсолютное значение данных выборки  на основе данных выборки D и, наконец, вычисляет обобщенные данные  морфологии следа электронного пучка, где 0≤α≤1; и центральный контроллер 1 вычисляет обобщенные данные D морфологии следа электронного пучка путем изменения данных управления D и D током возбуждения R-фазы и T-фазы анастигматического устройства 6, и когда обобщенные данные D достигают минимального значения, данные управления D и D током возбуждения анастигматического устройства 6 являются рабочими данными.
BS
BS
Источник электроэнергии 2 содержит источник тока для электронного ускорения, источник тока для нагрева катода и источник напряжения сеточного смещения. Источник тока электронного акселерометра управляет стабилизацией напряжения, положительный выходной терминал источника тока электронного акселерометра соединен с анодом электронно-лучевого генератора 5 и заземлен, отрицательный выходной терминал источника тока электронного акселерометра, положительный выходной терминал источника напряжения сеточного смещения и один выходной терминал источника тока для нагрева катода соединены друг с другом, выходной терминал источника тока для нагрева катода подключен к катоду электронно-лучевого генератора 5, а отрицательный выходной терминал источника напряжения сеточного смещения подключен к сетке электронно-лучевого генератора 5; и источник напряжения сеточного смещения используется для регулировки размера электронного пучка 9, управляющий входной сигнал схемы регулирования источника напряжения сеточного смещения представляет собой сигнал напряжения для управления импульсным электронным пучком U от центрального контроллера 1, схема регулирования источника напряжения сеточного смещения автоматически регулирует выходное напряжение источника напряжения сеточного смещения так, что электронный пучок 9 меняется в зависимости от сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U.
R
R
R
T
T
T
Источник питания привода 3 состоит из двух схем усиления тока с одинаковой структурой, при этом входной управляющий сигнал одной схемы представляет собой сигнал напряжения U от центрального контроллера 1, а ток I, прямо пропорциональный сигналу напряжения U, подается на первую анастигматическую обмотку анастигматического устройства 6; входным управляющим сигналом другой схемы является сигнал напряжения U от центрального контроллера 1, и ток I, прямо пропорциональный сигналу напряжения U, подается на вторую анастигматическую обмотку анастигматического устройства 6.
A1
A
Схема обработки сигнала 4 состоит из операционных усилителей A1-A2, резисторов R1-R8 и конденсатора C, как показано на фиг. 3. Один конец резистора R1 образует первый входной терминал A- схемы обработки сигнала 4. один конец резистора R2 образует второй входной терминал A+ схемы обработки сигнала 4, а один конец резистора R3 соединен с общим узлом C2 и образует общий входной терминал C1 схемы обработки сигнала 4; другой конец резистора R1 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A1; другой конец резистора R2 и другой конец резистора R3 одновременно соединены с синфазным входным терминалом операционного усилителя A1; и один конец резистора R4 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A1, а другой конец резистора R4 соединен с выходным терминалом операционного усилителя A1. Выходной терминал операционного усилителя A1 соединен с одним концом резистора R5, а другой конец резистора R5 соединен с одним концом конденсатора C и одним концом резистора R6; другой конец конденсатора C соединен с общим узлом связи C2, один конец резистора R7 соединен с синфазным входным терминалом операционного усилителя A2, а другой конец резистора R7 соединен с общим узлом связи C2; другой конец резистора R6 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A2; один конец резистора R8 соединен с противофазным входным терминалом операционного усилителя A2, а другой конец резистора R8 соединен с выходным терминалом операционного усилителя A2; и выходной терминал операционного усилителя A2 образует выходной терминал A схемы обработки сигнала 4, а выходной терминал общего узла связи схемы обработки сигнала 4 является общим узлом связи C2. Операционный усилитель A1, резистор R1, резистор R2, резистор R3 и резистор R4 образуют схему дифференциального усиления, в которой R1=R2, R3=R4 и . Операционный усилитель A2, резистор R5, резистор R6, резистор R7, резистор R8 и конденсатор C образуют схему противофазного формирующего фильтра, в которой R5=R6, , входной терминал схемы дифференциального усиления соединен с выходным терминалом устройства обнаружения 8, входной сигнал схемы формирующего фильтра представляет собой сигнал выходного напряжения U схемы дифференциального усиления, а передаточная функция схемы формирующего фильтра составляет, при этом s - комплексная переменная передаточной функции, и сигнал выходного напряжения U схемы формирующего фильтра передается на центральный контроллер 1.
Способ автоматической коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки, реализованный с помощью автоматической электронной пушки с анастигматическим устройством, как показано на фиг. 4, включает следующие этапы:
Этап 1: отслеживание исходных обобщенных данных о морфологии следа электронного пучка с помощью тестирования;
Этап 11: инициализация:
A
BS
m
A1
A2
An
Amax
Amax
A1
A2
An
Определение данных, отбираемых n раз (n ≥ 10) на основе сигнала выходного напряжения U схемы обработки сигналов 4 в период дискретизации μ в течение длительности импульса τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U с амплитудой B как D, D, ..., D; максимальное абсолютное значение данных, выбранных n раз, равно D, где D=max[|D|,|D|, ..., |D|]; и среднее абсолютное значение данных, отобранных n раз, составляет , при этом .
Определение обобщенных данных  морфологии следа электронного пучка, где α - взвешенное значение  (0≤α≤1).
Z
Zmin
Zmin
Rmin
Tmin
Определение предпочтительного значения обобщенных данных D морфологии следа электронного пучка как D, а предпочтительных данных управления током возбуждения R-фазы и T-фазы, соответствующих данным D, анастигматического устройства 6, соответственно, как D и D.
R
T
RTM
R
RTM
RTM
T
RTM
Задание областей определения данных управления D и D током возбуждения R-фазы и T-фазы анастигматического устройства 6 как -D≤D≤D и -D≤D≤D.
Rmin
Tmin
RT
Изначально предпочтительным данным управления D и D током возбуждения R-фазы и T-фазы анастигматического устройства 6 присваивается значение «0» и изменению ΔD данных управления током возбуждения R-фазы и T-фазы анастигматического устройства 6 присваивается значение 0,5 × DRTM.
R
T
R
T
BS
B
A
BS
B
A
Этап 12: запуск устройства для электронно-лучевой обработки, присвоение данным управления D током возбуждения R-фазы значения «0» центральным контроллером 1 и присвоение данным управления D током возбуждения T-фазы значения «0» центральным контроллером 1, т. е. сигналы напряжения U и U для регулирования тока возбуждения анастигматического устройства 6, выдаваемые центральным контроллером 1, соответственно равны 0. Когда центральный контроллер 1 выдает сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, сигнал напряжения электронного пучка 9, проходящий через устройство обнаружения 8 составляет U, сигнал выходного напряжения схемы обработки сигналов 4 составляет U, при этом кривые сигналов напряжения U, U и U показаны на фиг.5.
A
BS
A1
A2
An
Этап 13: выборка сигнала выходного напряжения U n раз центральным контроллером 1 в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U и сохранение данных выборки, соответственно, как D, D, … , D.
A1
A2
An
Amax
A1
A2
An
Zmin (0)
Этап 14: после выборки центральным контроллером 1 вычисление и сохранение максимального абсолютного значения D, D, ..., D как D центральным контроллером 1, вычисление и сохранение среднего абсолютного значения D, D, .. ., D как  центральным контроллером 1, и вычисление и сохранение обобщенных данных морфологии следа электронного пучка как Dцентральным контроллером 1.
Rmin
Этап 2: отслеживание предпочтительных данных управления D током возбуждения R-фазы (первая анастигматическая обмотка) с помощью тестирования;
Rmin
RT
R
Tmin
T
Этап 21: присвоение центральным контроллером 1 значения D+ΔD данным управления D током возбуждения R-фазы и значения D данным управления D током возбуждения T-фазы и изменение тока возбуждения анастигматического устройства 6.
BS
A
BS
A1
A2
Аn
Этап 22: вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером 1, выборка сигнала выходного напряжения U n раз центральным контроллером 1 в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, и сохранение данных выборки как D, D, ..., D, соответственно.
A1
A2
An
Amax
A1
A2
An
Zmin (1)
Этап 23: после выборки центральным контроллером 1 определение и сохранение максимального абсолютного значения D, D, ..., D как D центральным контроллером 1, вычисление и сохранение среднего абсолютного значения D, D, .. ., D как  центральным контроллером 1, и вычисление и сохранение обобщенных данных морфологии следа электронного пучка как Dцентральным контроллером 1.
Rmin
RT
R
Tmin
T
Этап 24: присвоение значения D-ΔD данным управления D током возбуждения R-фазы и значения D данным управления D током возбуждения T-фазы центральным контроллером 1 и изменение тока возбуждения анастигматического устройства 6.
BS
A
BS
A1
A2
Аn
Этап 25: вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером 1, выборка сигнала выходного напряжения U n раз центральным контроллером 1 в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, и сохранение данных выборки как D, D, ..., D, соответственно.
A1
A2
An
Amax
A1
A2
An
Zmin
Этап 26: после выборки центральным контроллером 1 вычисление и сохранение максимального абсолютного значения D, D, ..., D как D центральным контроллером 1, вычисление и сохранение среднего абсолютного значения D, D, .. ., D как  центральным контроллером 1, и вычисление и сохранение обобщенных данных морфологии следа электронного пучка как D(2)центральным контроллером 1.
Zmin
Zmin
Zmin
Этап 27: сравнение трех данных D(0), D(1) и D(2) центральным контроллером 1:
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Если данные D(0) обладают минимальным значением, то данным D(3) присваивается значение данных D(0)и значение данных D сохраняется без изменений;
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Rmin
RT
Если данные D(1) обладают минимальным значением, данным D(3) присваивается значение данных D(1) и данным D присваивается значение D + ΔD;
Zmin
Zmin
Zmin
Rmin
Rmin
RT
Если данные D(2) обладают минимальным значением, данным D(3) присваивается значение данных D(2), а данным D присваивается значение D-ΔD.
Tmin
Этап 3: отслеживание предпочтительных данных управления D током возбуждения Т-фазы (вторая анастигматическая обмотка) с помощью тестирования;
R
Rmin
T
Tmin
RT
Этап 31: присвоение центральным контроллером 1 данным управления D током возбуждения R-фазы значения Dи данным управления D током возбуждения T-фазы значения D + ΔD и изменение тока возбуждения анастигматического устройства. 6.
BS
A
BS
A1
A2
Аn
Этап 32: вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером 1, выборка сигнала выходного напряжения U n раз центральным контроллером 1 в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, и сохранение данных выборки как D, D, ..., D, соответственно.
A1
A2
An
Amax
A1
A2
An
Zmin (4)
Этап 33: после выборки центральным контроллером 1 определение и сохранение максимального абсолютного значения D, D, ..., D как Dцентральным контроллером 1, вычисление и сохранение среднего абсолютного значения D, D, ..., D как  центральным контроллером 1, и вычисление и сохранение обобщенных данных морфологии следа электронного пучка как Dцентральным контроллером 1.
Rmin
R
Tmin
RT
T
Этап 34: присвоение значения D данным управления D током возбуждения R-фазы и значения D-ΔD данным управления D током возбуждения T-фазы центральным контроллером 1 и изменение тока возбуждения анастигматического устройства. 6.
BS
A
BS
A1
A2
An
Этап 35: вывод сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U центральным контроллером 1, выборка сигнала выходного напряжения U n раз центральным контроллером 1 в период дискретизации μ в течение длительности τ сигнала напряжения для управления импульсным электронным пучком U, и сохранение данных выборки как D, D, ..., D, соответственно.
A1
A2
An
Amax
A1
A2
An
Zmin
Этап 36: после выборки центральным контроллером 1 вычисление и сохранение максимального абсолютного значения D, D, ..., D как Dцентральным контроллером 1, вычисление и сохранение среднего абсолютного значения D, D, ..., D как  центральным контроллером 1, и вычисление и сохранение обобщенных данных морфологии следа электронного пучка как D(5) центральным контроллером 1.
Zmin
)
Zmin
Zmin
Этап 37: сравнение трех данных D(3), D(4) и D(5) центральным контроллером 1:
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Если данные D(3)обладают минимальным значением, то данным D(6)присваивается значение данных D(3)и значение данных D сохраняется без изменений;
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Tmin
RT
Если данные D(4)обладают минимальным значением, данным D(6)присваивается значение данных D(4)и данным D присваивается значение D + ΔD;
Zmin
Zmin
Zmin
Tmin
Tmin
RT
Если данные D(5)обладают минимальным значением, данным D(6)присваивается значение данных D(5), а данным D присваивается значение D-ΔD.
Этап 4: оценка минимальных значений обобщенных данных
Zmin
Zmin
Сравнение двух данных D(6) и D(0) центральным контроллером 1:
Zmin
Zmin
Zmin
Zmin
RT
RT
Если D(6) < D(0), сначала устанавливают маркер конца K равным 0; и затем данным D(0)присваивается значение данных D(6) и после изменению данных управления ΔD присваивается значение 0,5×ΔD, затем возвращаются к этапу 2;
Zmin
Zmin
Если D(6) ≥D(0), сначала добавляют 1 к маркеру конца K; а затем оценивают значение маркера конца K:
Zmin
RT
RT
Если значение маркера конца меньше «2», оставляют значение D(0) неизменным, изменению данных управления ΔD присваивается значение 0,5×ΔD и затем возвращаются к этапу 2;
Rmin
Tmin
В противном случае, осуществляется сохранение предпочтительных данных управления D и D током возбуждения R-фазы и T-фазы анастигматического устройства 6, окончательно полученных по вышеупомянутому способу, что завершает способ автоматической коррекции астигматизма электронного пучка для электронной пушки.
Rmin
Tmin
Во время нормальной работы устройства для электронно-лучевой обработки центральный контроллер 1 использует сохраненные данные D и D соответственно в качестве данных управления током возбуждения первой анастигматической обмотки и данных управления током возбуждения второй анастигматической обмотки.
Система имеет следующие характеристики: в качестве устройства обнаружения используется разъемный пояс Роговского для бесконтактного определения морфологии следа электронного пучка в сочетании с технологией импульсного электронного пучка. Разъемный пояс Роговского использует дифференциальные сигналы в качестве выходного сигнала и минимальное значение дифференциальных сигналов в качестве цели коррекции анастигматического устройства, что упрощает метод обработки сигналов обнаружения, устраняет влияние синфазных сигналов помехи и улучшает чувствительность и точность обнаружения. «Оптимальный» ток возбуждения анастигматического устройства определяется по осям для ускорения вычислений. Взвешенные значения амплитуды и среднего значения сигналов обнаружения могут более полно отражать различие морфологии следа электронного пучка. Используя обобщенные данные взвешенных значений в качестве сравнительной основы, два цикла поиска и подтверждения «оптимального» значения дополнительно повышают надежность и уменьшают степень случайности.
Следует пояснить, что вышеупомянутые варианты осуществления, описанные в настоящем изобретении, являются иллюстративными и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения, поэтому настоящее изобретение не ограничивается указанными выше конкретными вариантами осуществления. Другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники в рамках разъяснения настоящего изобретения, без отступления от сущности настоящего изобретения, должны рассматриваться как подпадающие под объем защиты настоящего изобретения.