Устройство для программного управле-Ния элЕКТРОННОлучЕВОй уСТАНОВКи Советский патент 1981 года по МПК G05B19/418 

Изобретение относится к-устройствам программного управления электрон но-лучевыми установкг1ми для прецизион ной обработки материалов. Известно устройство для программного управления электронно-лучевыми установками, содержащее блок ввода программ, запоминающее устройство, блок управления, формирователь сигналов отклонения электронного пучка, формирователь энергетических и време ных параметров, блоки ровмадения осей и коррекции масштаба отклонения пучка. Это устройство предст.авляет собой специализированную управляюцую систему, позволяющую осуществить запрограммированное перемещение пучка по контуру обработки. Одним из факторов, ограничивающих точность перемещения электронного пучка по заданной траектории, является гистерезис отклоняющей система электронно лучевой установки, приводящий к неоднозначной зависимости меязду заданной (х) и фактической (х ) координатам пучка. Это устройство не позволяет автоматически компенсировать ко ординатные сшибки, обусловленные гис терезисом отклонякщей системы . Наибол,ее близким по технической сущности к изобретению является устройство для цифрового программного управления электронно-лучевыми установками, .содержащее блок ввода информации, блок, программы, блок технологического режима, вычислитель координат , блок управления, блок автоматической коррекции и преобразователь код-аналог. Особенностью данного устройства является (ТО, что для компенсации ошибок, обусловленных явлением гистерезиса отклоняющей системы электронно-лучевой установки, в него дополнительно введены блок компенсации и блок вьщачн кода. В блоке компенсации формируется величина 12 МНс (где М - масштабный коэффициент. Не - коэрцитивная сила, характеризующая внешнюю, т.е. предельную для данной отклоняющей системы, петлю гистерезиса). При смене направления перемещения пучка величина t.2 МНс передается через блок выдачи кода в вычислитель :теку1101Х координат с соответствующим знаком, зависящим от нового направления перемещения. За счет этого достигается компенсация ошибок отклонения пучка при перемагничивании сердечника отклоняющей системы по предельной петпе гистерезиса 12. Однако при перемещении пучка по прои вольному контуру перемагничивание се дечника может происходить как по предельной, так и по любой частной (внутренней) петле, следствие чего сяиибка, обусловленная гистерезисом, приобретает случайный характер. В из feecTHOM устройстве не обеспечена возможность компенсации таких ошибок так как вводимая .поправка 2 МНс оказ вается постоянной вне зависимости от величины предыдущего перемещенная пучка. . Цель изобретения - повышение точности управления электронным пучком при отработке произвольных контуров. Поставленная цель достигается тем что в устройство для программного управления электронно-лучевой устано кой, содержащее блок передачи кода ; и последовательно соединенные блок управления, блок ввода программы, блок памяти, вычислитель текущих координат , блок коррекции и преобразователь код-аналог, выход которого по ключен к отклоняющей системе электронно-лучевой установки, второй вход блока коррекции подключен к выходу датчика обратной связи, а второй выход - ко второму входу вычислителя текущих координат, третий вход которого соединен со вторым выходам блока управления, второй выход блока па мяти через блок задания режимов связан -со входом источника электронов, а третий выход - со входом блока ком пенсации, введены сумматор и последовательно соединенные вычислитель приращения координат и умножитель, второй вход которого подключен к выходу блока компенсации, а выход чере последовательно соединенные блок передачи кода и сумматор - ко втором входу преобразователя код-аналог, третьим входом соединенного с третьи выходом блока управления, четвертый выход которого подсоединен ко второму входу блока передачи кода через вычислитель приращений координат, вторым входом связанного со вторым выходом вычислителя текущих координат, соединеннеЛ-о третьим выходом со вторым входом сумматора. Такое выполнение устройства для программного управления электроннолучевыми установками обеспечивает повышение точности управления пучком при от15аботке произвольных конту ров,-так как ошибки, обусловленные гистерезисом отклоняющей системы электронно-лучевой установки, компенсируются при любых приращениях координат пучка в пределах поля сканирования. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; а на фиг. 2 - предельная ABCD и частная abed петли гистерезиса, аппроксимированные отрезками прямых линий. Устройство содержит блок 1 ввода программы, блок 2 памяти, блок 3 задания режимов, источник 4 электронов, электронно-лучевая установка (лу) блок б компенсации, вычислитель 7 текущих координат, блок 8 управления, блок 9 коррекции, преобразователь 10 код-аналог, отклоняющая система 11, обрабатываемое изделие 12, датчик 13 обратной связи, сумматор 14, блок 15 передачи кода, умножитель 16, вычислитель 17 приращений координат, электронный луч 18 и фокусирующая система 19. Устройство работает следующим образом. Предварительно, экспериментальным путем, определяют константы М и Не, характеризующие гистерезис отклоняющей системы. Величину МНс, записывают в блок 2. Программу обработки изделия jio заданному контуру вводят с помощью блока 1 в блок 2. Перед началом работы с блока через преобразователь 10 производится воздействие на систему 11 таким образом, чтобы привести магнитопровод в начальное состояние (точка О на фиг. 2). Для размагничивания может использоваться биполярный сигнал с убывающей амплитудой колебаний. По окончании ци.кла размагничивания формируется блок 8 сигнал, разрешакмций переход по команде блока 8 к выполнению программы обработки изделия. Управляющая информация передается из блока 2 в блок 3 и в вычислитель 7. Блок 3 непосредственно связанный с источником 4 предназначен для формирования энергетических и временных параметров пучка. Вычислитель 7 предназначен для вычисления текущих координат в процессе обработки изделия по заданному контуру. Формируемый вычислителем 7 сигнал поступает на один из входов сумматора 14. На другой вход сумматора 14 подается сигнал компенсации ошибок, обусловленных гистерезисом отклоняющей сисTeNbi. Суммарный сигнал преобразуется преобразователем 10 в ток системы 11. Влияние изменений чувствительности отклоняющей системы на точность управрхения пучком устраняется с помощью блока 9, который вырабатывает корректирующее воздействие на преобразователь 10 по каналу регулировки масштаба преобразования при любом изменения масштаба отклонения пучка, фиксируемом с помошью датчика 13. В формировании сигнала компенсации ошибок, обусловленных гистерезисом систег«а 11, участвуют блок 6, вычислитель 17, умножитель 16 и блок 15. Для пояснения работы этих узлов рассмотрим взаимосвязь между основными параметрами петли гистерезиса. Максимальное отклонение пучка (х ) пропорционально максимальному значени магнитной индукции для данного канала отклонения. Ширина петли гистерезиса (2МНс) отсчитывается по реи входного параметра х , пропорционального ампервиткам возбуждения отклоняю щей систе и. Частная петля гистерезиса имеет шири ну д X и высоту дх . В первом приближении справедливо соотношение NVV c.-AX ()дх (.) где М- М/х;, лх - приращение координаты пучка пр перемещении в одном направлении, вычисленное к моменту смены направлени перемещения, . МНс - коэффициент коррекции. Таким образом, в соответствии с {1) для формирования компенсиругацего сигнала необходимо определить при ращение координаты пучка, отнесенное к моменту смены направления, умножит полученную величину на коэффициент коррекции(МНе) и во время смены направления суммировать реэультируюшую поправку с заданной координатной х. При этом знак поправки д.х определяет ся правилом sign (дх) +, если отри цательное направление изменяется на положительное, sign (дх) - , если положительное направление меняется на отрицательное. Коэффициент коррекции (ННс) вычисляется в блоке б на основании информации, передаваемой из блока 2. Величина Дх вычисляется в вычислителе 17, информационный вход которог подключен к вычислителю 7, а вход управления - к выходу блока 8. По ко манде с блока 8, вырабатываемой в момент окончания отработки очередного отрезка траектории перемещения пучка, вычислитель 17 фиксирует значение текущей координаты х , запо.минает это значение и сравнивает с предыдущим значением х - I, соответствующим началу отработки отрезка. Значение величины &х - Х| передается на один вход умнохсителя 1 другой вход которого поступает величина МНс. Результат умножения подается через блок 15, управляемый сигналом, с вычислителя 17 на вход cyvtматора 14. Предпагаемое устройство позволяет в 1,5-2 раза повысить процент выхода годных изделий на этапе электро но-лучевого экспонирования или при производстве интегральных схем в микроэлектронике за счет уменьшения поля рассеяния размеров экспонируемых элементов и улучшения совмещаемо ти слоев. Дополнительный экономический эффект создается также благодаря упроению программирования электронноучевой обработки, Исключается небходимость в предварительном упорядоении элементов топологии экспониуемого рисунка.с целью уменьшения лияния гистерезиса отклоняющей сисefflj. Кроме того, применение предлагамого устройства позволяет снизить ребования к отклоняющей системе, вляющейся одним из наиболее ответтвенных узлов прецизионной электронноучевой установки. За счет этого моет быть упрощена конструкция установки. Формула изобретения Устройство для программного управения электронно-лучевой установкой, содержащее блок передачи кода и последовательно соединенные блок управления, блок ввода программы, блок памяти, вычислитель текущих координат , блок коррекции и преобразователь код-аналог, выход которого подключен к отклоняющей системе электронно-лучевой установки, второй вход блока коррекции подключен к выходу датчика обратной связи, а второй выход - ко второму входу вычислителя текущих координат, третий вход которого соединен со вторым выходом блока управления, второй выход блока памяти через блок задания режимов связаы со входом источника электронов, а третий выход - со входом блока компенсации, отли.чающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него, введены сумматор и последовательно соединенные вычислитель приращений координат и умножитель, второй вход которого подключен к выходу блока компенсации, а выход через прследовательно соединенные блок передачи кода и сумматор - ко второму входу преобразователя код-аналог, третьим входом соединенного с третьим выходом блока управления, .четвертый вых.од которого подсоединен ко второму входу блока передачи кода через вычислитель приращений координат, вторым входом связанного со вторым выходом вычислителя текупщх координат, соединенного третьим выходом со вторым входом сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 477417, кл. G Об F 15/20, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 472334,, кл. G 05 В 19/18, 1973 (прототип)