1.本發(fā)明涉及一種用于平滑構(gòu)件表面的方法，該構(gòu)件表面由導(dǎo)電材料構(gòu)成。


背景技術(shù)：

2.借助所謂的增材制造來(lái)制造構(gòu)件變得越來(lái)越重要。在此情況下，通過(guò)借助激光束或電子束對(duì)粉末進(jìn)行局部熔化而分層地構(gòu)造構(gòu)件。如此生產(chǎn)的構(gòu)件可以具有非常復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及形狀復(fù)雜的表面(自由成型面)，這些表面通常是無(wú)法借助傳統(tǒng)的減材工藝以此種形狀制造的。這樣就開(kāi)辟了全新的應(yīng)用和造型可能性，特別是就航空航天以及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的輕型結(jié)構(gòu)而言。
3.us 2015/0037601提出使3d構(gòu)件逐層生長(zhǎng)，具體方式在于，粉末層逐層疊置地借助能量束熔化。在熔化一個(gè)粉末層之后，至此所實(shí)現(xiàn)的3d構(gòu)件的表面結(jié)構(gòu)均被電子束掃過(guò)，并且通過(guò)對(duì)背散射電子的分析來(lái)說(shuō)明至此所實(shí)現(xiàn)的表面結(jié)構(gòu)是否已經(jīng)與目標(biāo)預(yù)設(shè)值一致。如果不一致，則熔化下一個(gè)粉末層。
4.然而，增材制造的構(gòu)件的一個(gè)特別的缺點(diǎn)是在制造過(guò)程之后會(huì)出現(xiàn)特別粗糙的表面。在采用這些制造工藝時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粗糙的表面，因?yàn)榉勰┐仓械闹饘由L(zhǎng)過(guò)程還額外伴隨著未完全熔化的粉末顆粒的粘附。至此，增材制造的構(gòu)件的粗糙表面使得其難以使用。
5.用于減少增材制造的構(gòu)件的表面粗糙度的已知方法包括使用更細(xì)的粉末，然而這會(huì)降低制造過(guò)程的速度并且因此降低制造過(guò)程的生產(chǎn)率。借助去除材料的機(jī)械方法使增材制造的構(gòu)件的表面變得平滑經(jīng)常會(huì)因構(gòu)件易損的自由成型表面結(jié)構(gòu)而失敗。
6.就平滑表面的替代方法而言，構(gòu)件的表面借助激光束或電子束完全或部分地熔化或蒸發(fā)。例如在wo 1996/31315 a1中，為了平滑和拋光構(gòu)件表面，首先用輪廓測(cè)量裝置掃描構(gòu)件的表面并借此檢測(cè)構(gòu)件形狀的實(shí)際狀態(tài)，然后將該實(shí)際狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行比較并且根據(jù)比較結(jié)果形成一個(gè)信號(hào)，借助該信號(hào)來(lái)觸發(fā)用于熔化構(gòu)件表面的激光束。其中，建議將使用激光或機(jī)械掃描的光學(xué)系統(tǒng)用于掃描構(gòu)件表面。
7.de 2654486 a1揭示了一種方法，在該方法中通過(guò)用電子束或激光進(jìn)行照射來(lái)熔化沖壓的針眼的粗糙表面融化并如此使其變得平滑。因此，本文示出通過(guò)局部熔化使表面平滑的理論效果。但該方法無(wú)法對(duì)任何形狀復(fù)雜的三維物體進(jìn)行局部適配的平滑處理。特別是不能檢測(cè)表面輪廓和表面的粗糙度。
8.在對(duì)形狀復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行加工以及/或者對(duì)表面進(jìn)行局部不同的加工時(shí)，需要針對(duì)預(yù)期的加工結(jié)果，專門對(duì)當(dāng)前加工的表面區(qū)域進(jìn)行射束參數(shù)適配。de 3905551 a1中描述了一個(gè)在硬化曲軸時(shí)對(duì)激光束強(qiáng)度進(jìn)行適配的實(shí)例。在此，激光束和工件相對(duì)彼此移動(dòng)，并且根據(jù)被激光束掃過(guò)的表面幾何形狀和所期望的滲透深度對(duì)激光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。除硬化之外，也可以使表面區(qū)域變得平滑。在此，通過(guò)非接觸式地測(cè)量表面溫度來(lái)調(diào)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度。但該方法并未公開(kāi)任何用于探測(cè)形狀復(fù)雜的自由成型面的輪廓和粗糙度的可能性。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

9.因此，本發(fā)明基于上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種平滑構(gòu)件表面的方法，借助該方法可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。借助根據(jù)本發(fā)明的方法特別是還應(yīng)能夠檢測(cè)關(guān)于構(gòu)件表面的粗糙度的實(shí)際狀態(tài)并由此推導(dǎo)出用于平滑構(gòu)件表面的技術(shù)參數(shù)。
10.該技術(shù)問(wèn)題的解決方案通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的主題實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他有利實(shí)施例參閱從屬權(quán)利要求。
11.利用根據(jù)本發(fā)明的使至少在表面區(qū)域內(nèi)由導(dǎo)電材料構(gòu)成的構(gòu)件的表面區(qū)域變得平滑的方法，借助至少一個(gè)聚焦的電子束在真空室內(nèi)熔化該構(gòu)件的表面區(qū)域。熔化表面區(qū)域的具體方式在于，借助具有第一表面能的電子束掃過(guò)表面區(qū)域，該第一表面能致使表面區(qū)域熔化。表面能指的是借助電子束被引入待借助電子束進(jìn)行加工的構(gòu)件中的單位面積的能量。表面能與電子束在表面區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間以及電子束的強(qiáng)度相關(guān)。
12.借助電子束以第二表面能掃過(guò)構(gòu)件的表面區(qū)域在下文中也被簡(jiǎn)稱為掃描表面區(qū)域。
13.然而，在借助電子束熔化構(gòu)件的表面區(qū)域之前，根據(jù)本發(fā)明的方法，首先確定該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際狀態(tài)并且將其與該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行比較。
14.為此，在熔化之前至少兩次借助電子束來(lái)掃過(guò)表面區(qū)域，但要采用第二表面能，該第二表面能不會(huì)致使表面區(qū)域中的構(gòu)件材料熔化。哪個(gè)表面能會(huì)致使構(gòu)件的表面區(qū)域熔化以及哪個(gè)表面能不會(huì)致使構(gòu)件的表面區(qū)域熔化與構(gòu)件的材料和形狀有關(guān)，但是可以借助實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)簡(jiǎn)單確定。對(duì)于本發(fā)明而言至關(guān)重要的是，至少兩次借助具有第二表面能的電子束分別以電子束的不同的焦距來(lái)掃過(guò)表面區(qū)域。
15.在真空室內(nèi)布置多個(gè)傳感器，在該真空室中借助電子束對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加工。這些傳感器分布在真空室內(nèi)并且在待借助電子束進(jìn)行加工的表面區(qū)域上方布置成，使得電子束的背散射電子和從構(gòu)件的材料釋放的二次電子可以入射到這些傳感器上。因此，在借助具有第二表面能的電子束掃過(guò)表面區(qū)域期間，借助這些傳感器采集表征由入射到這些傳感器上的背散射電子和二次電子引起的電流的數(shù)據(jù)。例如可以采集表征各個(gè)傳感器上的由入射到傳感器上的背散射電子和二次電子引起的電流強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。
16.借助這些傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至分析裝置，借助該分析裝置確定表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值。
17.來(lái)自電子束的電子的路徑和被表面反射的背散射電子的路徑主要依據(jù)“入射角等于出射角”的光學(xué)定律，因此，在表面較為粗糙的情況下，在借助第二表面能掃過(guò)表面區(qū)域時(shí)，背散射電子沿不同的方向被反射，進(jìn)而也被位于不同位置處的多個(gè)傳感器檢測(cè)到。在借助具有第二表面能的電子束掃過(guò)表面區(qū)域時(shí)，越多在真空室內(nèi)布置的傳感器檢測(cè)到背散射電子的入射，該表面區(qū)域內(nèi)的表面就越粗糙。但是，如果只有幾個(gè)傳感器或甚至只有一個(gè)傳感器示出背散射電子的入射或者傳感器所檢測(cè)到的電流強(qiáng)度在一個(gè)傳感器或很少的傳感器上具有峰值，則該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度較小。這樣就能借助由傳感器所采集的數(shù)據(jù)表達(dá)當(dāng)前的粗糙度或者確定該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值。布置在真空室中的傳感器數(shù)量越多，推導(dǎo)出的關(guān)于表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的表達(dá)就越精確。如果使用多個(gè)傳感器，則也能夠以傳感器陣列的形式布置這些傳感器。但是，借助至少兩個(gè)傳感器也可以推導(dǎo)出關(guān)于表面區(qū)
域內(nèi)的粗糙度的定性表達(dá)。
18.為了能夠借助必須位于電子束的射束區(qū)域外部的傳感器，根據(jù)表面的粗糙度以高分辨率檢測(cè)背散射電子和二次電子，有利的是，選擇電子束在待加工構(gòu)件的表面上的小于90
°
的入射角。優(yōu)選選擇電子束在待加工構(gòu)件的表面上的處于45
°
至90
°
的范圍內(nèi)的入射角。
19.如前文所述，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，至少兩次借助具有第二表面能的電子束掃過(guò)表面區(qū)域，其中每次設(shè)定電子束的不同的焦距。事實(shí)表明，當(dāng)以不同的焦距對(duì)表面區(qū)域掃描多次，并且借助數(shù)學(xué)運(yùn)算在分析裝置內(nèi)將借助傳感器采集的一個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)與后續(xù)一個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)或后續(xù)多個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合并根據(jù)結(jié)合結(jié)果推導(dǎo)出粗糙度的實(shí)際值時(shí)，可以推導(dǎo)出關(guān)于該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的更精確的表達(dá)。例如可以將接連進(jìn)行的過(guò)程的數(shù)據(jù)相加。
20.如果從傳感器傳輸?shù)慕舆B進(jìn)行的過(guò)程的數(shù)據(jù)借助分析裝置處理成表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值，則將表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值與表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較。然后根據(jù)比較結(jié)果借助分析裝置確定第一表面能的值，而后電子束以該第一表面能掃過(guò)構(gòu)件的表面區(qū)域，以熔化該表面區(qū)域以達(dá)到平滑處理的目的。在此情況下，將以下關(guān)系考慮在內(nèi)。表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值與表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的目標(biāo)值的偏差越小，所設(shè)定的第一表面的值就越小。相反，表面區(qū)域的粗糙度越大，所設(shè)定的第一表面能的值就越大，借助具有第一表面能的電子束熔化的表面區(qū)域的深度就越大。
21.在借助具有第一表面能的電子束熔化表面區(qū)域之后，再次借助具有第二表面能的電子束至少兩次掃過(guò)該表面區(qū)域，其中每次同樣又以電子束的不同的焦距進(jìn)行該至少兩次掃過(guò)。借助傳感器實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)采集，將這些數(shù)據(jù)傳輸至分析裝置，確定表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的當(dāng)前實(shí)際值，將表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值與表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較并根據(jù)比較結(jié)果設(shè)定第一表面能的值。繼續(xù)所描述的掃描表面區(qū)域并隨后熔化表面區(qū)域的循環(huán)，直到該表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值達(dá)到表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的目標(biāo)值。
22.表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度隨著表面區(qū)域的每次熔化而逐漸減小，使得為后續(xù)的熔化過(guò)程設(shè)定較小的第一表面能的值，從而在后續(xù)的熔化過(guò)程中也僅以較小的深度熔化該表面區(qū)域。隨著熔化深度的不斷減小，表面區(qū)域的周期性熔化最終致使該表面區(qū)域內(nèi)的表面變得平滑。
23.在一個(gè)實(shí)施方式中，借助分析裝置根據(jù)傳感器所采集的數(shù)據(jù)生成表面區(qū)域的三維圖像。
24.當(dāng)以電子束掃描的構(gòu)件的表面區(qū)域不是平整的面，而是由于構(gòu)件形狀而具有不平度時(shí)，使得基于在以一個(gè)焦距單次掃描時(shí)在分析裝置內(nèi)借助傳感器采集的數(shù)據(jù)而生成的三維圖像具有其中三維圖像具有較高的細(xì)節(jié)清晰度的表面部分區(qū)域以及其中三維圖像具有較低的細(xì)節(jié)清晰度的表面部分區(qū)域。因此，根據(jù)本發(fā)明，還以電子束的不同的焦距對(duì)表面區(qū)域掃描至少兩次。因?yàn)槭聦?shí)表明，在以電子束的不同的焦距掃描表面區(qū)域時(shí)，每次以較高的細(xì)節(jié)清晰度示出三維生成的圖像中不同的表面部分區(qū)域。
25.因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，在每次用電子束掃描構(gòu)件的表面區(qū)域時(shí)，將傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸至分析裝置，借助該分析裝置和已知的圖形軟件來(lái)生成該表面區(qū)域的三維圖像，圖形軟件從該三維圖像中切出以較高的細(xì)節(jié)清晰度示出的表面部分區(qū)域并且再次將由此在每次以電子束的不同的焦距掃描時(shí)獲得的具有較高細(xì)節(jié)清晰度的不同表面
部分區(qū)域組合成該表面區(qū)域的整體圖像。這樣就能創(chuàng)建表面區(qū)域的具有較高細(xì)節(jié)清晰度的三維整體圖像。以電子束的不同焦距掃描表面區(qū)域的次數(shù)越多，可以借助分析裝置計(jì)算出的表面區(qū)域的三維圖像就越精確。
26.在此情況下，可以根據(jù)傳感器所采集的數(shù)據(jù)或者根據(jù)表面區(qū)域的具有較高細(xì)節(jié)清晰度的三維整體圖像推導(dǎo)出有關(guān)表面區(qū)域內(nèi)的表面形狀、表面區(qū)域相對(duì)于電子束入射方向的定向以及表面區(qū)域內(nèi)的粗糙度的實(shí)際值的信息。
27.可選地，可以借助保持裝置將用電子束待加工的構(gòu)件布置在真空室內(nèi)，該保持裝置可以三維地改變構(gòu)件在真空室內(nèi)的位置。在借助保持裝置布置在真空室內(nèi)之后，借助電子束以不同的焦距對(duì)構(gòu)件的表面區(qū)域掃描至少兩次；借助在此由傳感器所采集的數(shù)據(jù)在分析裝置內(nèi)生成表面區(qū)域的三維圖像，根據(jù)該三維圖像推導(dǎo)出關(guān)于構(gòu)件在真空室內(nèi)的三維實(shí)際定向的表達(dá)并將其與構(gòu)件的目標(biāo)定向進(jìn)行比較。然后根據(jù)比較結(jié)果形成一個(gè)信號(hào)，保持裝置借助該信號(hào)將構(gòu)件在真空室內(nèi)引導(dǎo)至目標(biāo)定向。
28.這樣例如就能將真空室內(nèi)的構(gòu)件移至期望的起始位置以借助電子束進(jìn)行加工或者在構(gòu)件在加工表面區(qū)域之后應(yīng)被轉(zhuǎn)移至另一位置以對(duì)另一表面區(qū)域進(jìn)行加工的情況下，改變構(gòu)件的位置并且在位置改變之后，檢查該構(gòu)件的當(dāng)前空間布置。
附圖說(shuō)明
29.下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在圖中：
30.圖1示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的示意圖。
31.圖2a、2b、2c示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的替代性實(shí)施方式的裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
32.圖1示意性地示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置。例如借助增材制造而制成且由導(dǎo)電材料構(gòu)成的構(gòu)件11在一側(cè)具有凸形表面，該構(gòu)件具有圖1所示恒定的橫截面并且就其長(zhǎng)度尺寸延伸至圖1的附圖平面的深度。由于該凸形表面具有過(guò)大的粗糙度，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)該表面進(jìn)行平滑處理。為此，根據(jù)本發(fā)明將構(gòu)件11引入到真空室中。用于產(chǎn)生可偏轉(zhuǎn)且聚焦的電子束13的至少一個(gè)電子束發(fā)生器12布置在真空室中或者固定在真空室上，借助電子束可以掃過(guò)構(gòu)件11的凸形表面。在真空室內(nèi)，多個(gè)傳感器14在構(gòu)件11的凸形表面上方布置成，使得在電子束13入射到構(gòu)件11的凸形表面上時(shí)在構(gòu)件11上反射或者作為二次電子從構(gòu)件11被釋放的電子可以入射到傳感器14上。在圖1所示實(shí)施例中，僅示例性地示出四個(gè)傳感器14。
33.根據(jù)本發(fā)明，首先掃描一次構(gòu)件11的待平滑的表面區(qū)域。這意味著，用電子束13來(lái)掃過(guò)該待平滑的表面區(qū)域，其中借助電子束13被引入到構(gòu)件11中的表面能設(shè)定成，使得用電子束13來(lái)掃過(guò)構(gòu)件11不會(huì)致使構(gòu)件材料熔化。在掃描時(shí)設(shè)定的表面能也被稱為第二表面能。優(yōu)選借助聚焦的電子束線性地掃過(guò)待平滑的構(gòu)件的表面區(qū)域。但作為替代方案，在掃過(guò)待平滑的表面區(qū)域時(shí)，也可以用電子束來(lái)描繪任何其他幾何形狀和圖案。在圖1所示實(shí)施例中，線性地掃過(guò)待平滑的凸形表面區(qū)域，其中借助電子束13繪制的線沿構(gòu)件11的長(zhǎng)度尺寸例如延伸至附圖平面的深度。
34.構(gòu)件11的待平滑的表面區(qū)域的線性掃過(guò)通過(guò)電子束13的偏轉(zhuǎn)角從線到線地改變的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電子束的偏轉(zhuǎn)角和待平滑的表面區(qū)域的粗糙度，背散射電子和二次電子入射到不同的傳感器14或不同數(shù)量的傳感器14上并且在此處引起電流。將表征傳感器14上的由背散射電子和二次電子引起的電流的數(shù)據(jù)從傳感器14傳遞至分析裝置15。分析裝置15優(yōu)選位于真空室的外部。在用電子束13畫(huà)線時(shí)，記錄電流的傳感器14越多，被電子束掃過(guò)的構(gòu)件11的表面就越粗糙。相反，可以推斷出，記錄電流的傳感器14越少或者與其他傳感器14相比單個(gè)傳感器14所記錄的電流越多，構(gòu)件11的被電子束13掃過(guò)的表面就越平滑。在用電子束13掃描構(gòu)件11的表面時(shí)，可以結(jié)合從傳感器14傳輸?shù)臄?shù)據(jù)借助分析裝置15來(lái)做出關(guān)于待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值的表達(dá)并將其與待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較。
35.根據(jù)本發(fā)明，借助電子束13的不同焦距對(duì)構(gòu)件的待平滑的凸形表面區(qū)域掃描至少兩次，其中在分析裝置內(nèi)借助數(shù)學(xué)運(yùn)算將各個(gè)掃描過(guò)程的從傳感器14傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相互結(jié)合。事實(shí)表明，與僅對(duì)表面區(qū)域掃描一次相比，借助電子束的不同焦距對(duì)表面區(qū)域掃描多次以及對(duì)在此獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合有助于推導(dǎo)出關(guān)于所掃描的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值的更精確的表達(dá)。
36.在借助電子束13的不同焦距多次掃描構(gòu)件11的待平滑的表面區(qū)域之后，借助分析裝置15確定待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值并將其與待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較，如果實(shí)際值尚未達(dá)到目標(biāo)值，則對(duì)該表面區(qū)域進(jìn)行平滑處理。
37.為此，分析裝置根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算第一表面能，應(yīng)借助電子束13將該第一表面能引入到構(gòu)件11的待平滑的表面區(qū)域中，從而使該表面區(qū)域熔化。在此情況下，表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值與目標(biāo)值的偏差就越大，選擇的第一表面能越大。已知，通過(guò)增大電子束的射束電流以及/或者降低電子束的偏轉(zhuǎn)速度的方式可以增大借助電子束引入構(gòu)件中的表面能。
38.在電子束發(fā)生器12的參數(shù)設(shè)定成使得借助電子束13將計(jì)算出的第一表面能引入到構(gòu)件11中之后，用電子束13再次線性地掃過(guò)待平滑的表面區(qū)域，因此，該表面區(qū)域被熔化，并且進(jìn)而變得平滑。
39.然后再次對(duì)待平滑的表面區(qū)域進(jìn)行前述的至少兩次掃描；計(jì)算待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值；將計(jì)算出的粗糙度實(shí)際值與粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較；根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算電子束的第一表面能并熔化待平滑的表面區(qū)域。繼續(xù)該循環(huán)，直到該待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值達(dá)到該待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的目標(biāo)值。
40.圖2a、2b和2c為用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的替代性實(shí)施方式的裝置的示意圖。例如借助增材制造而制成且由導(dǎo)電材料構(gòu)成的構(gòu)件21在一側(cè)具有凸形表面，該構(gòu)件具有圖2a、2b和2c所示恒定的橫截面并且就其長(zhǎng)度尺寸而言延伸至圖2a、2b和2c的附圖平面的深度。該凸形表面的粗糙度太大，因此應(yīng)當(dāng)在具有尺寸a的表面區(qū)域中對(duì)該表面進(jìn)行平滑處理。為此，根據(jù)本發(fā)明將構(gòu)件21引入到真空室中。用于產(chǎn)生可偏轉(zhuǎn)且聚焦的電子束23的至少一個(gè)電子束發(fā)生器22布置在真空室中或者固定在真空室上，可以在具有尺寸a的表面區(qū)域中借助該電子束來(lái)掃過(guò)凸形表面。在真空室內(nèi)，多個(gè)傳感器24在構(gòu)件21的凸形表面上方布置成，使得在電子束23入射到構(gòu)件21的凸形表面上時(shí)在構(gòu)件21上反射或者作為二次電子從構(gòu)件21被釋放的電子可以入射到傳感器24上。為清楚起見(jiàn)，在圖2a、2b和2c所示實(shí)施例中，
也僅示例性地示出兩個(gè)傳感器24。
41.根據(jù)本發(fā)明，首先掃描一次構(gòu)件21的待平滑的表面區(qū)域。這意味著，用電子束23來(lái)掃過(guò)待平滑的具有尺寸a的表面區(qū)域，其中借助電子束23被引入到構(gòu)件21中的表面能設(shè)定成，使得用電子束23來(lái)掃過(guò)構(gòu)件21不會(huì)致使構(gòu)件材料熔化。如前文所述，在掃描時(shí)設(shè)定的表面能也被稱為第二表面能。在圖2a、2b和2c所示實(shí)施例中，同樣線性地掃過(guò)待平滑的凸形表面區(qū)域，其中借助電子束23繪制的線沿構(gòu)件21的長(zhǎng)度尺寸例如延伸至附圖平面的深度。
42.構(gòu)件21的待平滑的表面區(qū)域的線性掃過(guò)通過(guò)電子束23的偏轉(zhuǎn)角從線到線地改變的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電子束的偏轉(zhuǎn)角和待平滑的表面區(qū)域的粗糙度，背散射電子和二次電子入射到不同的傳感器24或不同數(shù)量的傳感器14上并且在此處引起電流。將表征傳感器24上的由背散射電子和二次電子引起的電流的數(shù)據(jù)從傳感器14傳遞至分析裝置15。分析裝置15優(yōu)選位于真空室的外部。
43.分析裝置25包括已知的圖形軟件，借助該圖形軟件可以根據(jù)從傳感器24傳輸?shù)臄?shù)據(jù)生成借助電子束23所掃描的具有尺寸a的表面區(qū)域的三維圖像26。在圖2a、2b和2c中，僅示意性地以俯視圖示出具有尺寸a的表面區(qū)域的借助分析裝置25而生成的三維圖像26。
44.根據(jù)本發(fā)明，借助電子束23多次掃描具有尺寸a的表面區(qū)域，其中每次選擇電子束的不同的焦距。
45.圖2a示意性地示出構(gòu)件21的掃描，其中電子束23的焦距設(shè)定為長(zhǎng)度27a。在此，電子束23的聚焦具有短于從電子束發(fā)生器22到構(gòu)件21的距離的長(zhǎng)度。在該掃描過(guò)程期間，借助分析裝置25生成所掃描的具有尺寸a的表面區(qū)域的三維圖像26，該三維圖像僅在畫(huà)陰影線的部分區(qū)域26a中具有較高的細(xì)節(jié)清晰度。
46.圖2b示意性地示出第二掃描過(guò)程，其中電子束23的焦距設(shè)定為長(zhǎng)度27b。在此，電子束23的聚焦具有與從電子束發(fā)生器22到構(gòu)件21的距離正好相同的的長(zhǎng)度。在該掃描過(guò)程期間，借助分析裝置25生成所掃描的具有尺寸a的表面區(qū)域的三維圖像26，該三維圖像僅在畫(huà)陰影線的部分區(qū)域26b中具有較高的細(xì)節(jié)清晰度。
47.在圖2c示意性示出的第三掃描過(guò)程中，電子束23的焦點(diǎn)最終被設(shè)定為長(zhǎng)度27c。在此，電子束23的聚焦具有大于從電子束發(fā)生器22到構(gòu)件21的距離的長(zhǎng)度。在該掃描過(guò)程期間，借助分析裝置25生成所掃描的具有尺寸a的表面區(qū)域的三維圖像26，該三維圖像僅在畫(huà)陰影線的部分區(qū)域26c中具有較高的細(xì)節(jié)清晰度。
48.借助分析裝置25的圖形軟件將來(lái)自這三個(gè)掃描過(guò)程的具有較高細(xì)節(jié)清晰度的畫(huà)陰影線的部分區(qū)域26a、26b、26c組合形成具有尺寸a的表面區(qū)域的整體圖像，并進(jìn)而生成所掃描的表面區(qū)域的通常細(xì)節(jié)清晰的三維整體圖像。根據(jù)這種三維整體圖像能夠推導(dǎo)出有關(guān)表面形狀和所掃描表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際狀況的信息以及有關(guān)所掃描的表面區(qū)域相對(duì)于電子束的入射方向的定向的信息。
49.如果已借助分析裝置25根據(jù)所生成的三維整體圖像確定了待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值并將其與待變得平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較，若該實(shí)際值尚未達(dá)到目標(biāo)值，則對(duì)該表面區(qū)域進(jìn)行平滑處理。
50.為此，分析裝置根據(jù)比較結(jié)果由實(shí)際值和目標(biāo)值算出第一表面能，應(yīng)借助電子束23將該第一表面能引入到構(gòu)件21的待平滑的表面區(qū)域中，并由此熔化該表面區(qū)域。
51.在電子束發(fā)生器22的參數(shù)設(shè)定成使得借助電子束23將計(jì)算出的第一表面能引入
到構(gòu)件21中之后，用電子束23再次線性地掃過(guò)待平滑的表面區(qū)域，因此，該表面區(qū)域被熔化，并且進(jìn)而變得平滑。
52.然后再次對(duì)待平滑的表面區(qū)域進(jìn)行前述的至少兩次掃描；生成所掃描的表面區(qū)域的三維整體圖像；計(jì)算待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值；將計(jì)算出的粗糙度實(shí)際值與粗糙度的目標(biāo)值進(jìn)行比較；根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算電子束的第一表面能并熔化該待平滑的表面區(qū)域。繼續(xù)該循環(huán)，直到該待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的實(shí)際值達(dá)到該待平滑的表面區(qū)域中的粗糙度的目標(biāo)值。
53.如已闡述的那樣，根據(jù)所掃描的表面區(qū)域的借助分析裝置25生成的三維整體圖像推可以導(dǎo)出所掃描的表面區(qū)域相對(duì)于電子束的入射方向的定向。
54.在一個(gè)實(shí)施方式中，借助保持裝置將構(gòu)件21布置在真空室內(nèi)，該保持裝置可以三維地改變構(gòu)件21在真空室內(nèi)的位置。在多次掃描構(gòu)件21的構(gòu)件表面區(qū)域，創(chuàng)建該表面區(qū)域的三維圖像并且確定該表面區(qū)域相對(duì)于電子束23的入射方向的定向之后，還可以推導(dǎo)出關(guān)于構(gòu)件21在真空室內(nèi)的三維實(shí)際定向的表達(dá)并且可以將其與構(gòu)件的目標(biāo)定向進(jìn)行比較。然后根據(jù)比較結(jié)果，借助分析裝置形成一個(gè)信號(hào)，保持裝置借助該信號(hào)將構(gòu)件21在真空室內(nèi)引導(dǎo)至目標(biāo)定向。
55.以這種方式例如就能將真空室內(nèi)的構(gòu)件21移至期望的起始位置以借助電子束23進(jìn)行加工或者在構(gòu)件21在加工表面區(qū)域之后應(yīng)被轉(zhuǎn)移至另一位置以對(duì)另一表面區(qū)域進(jìn)行加工的情況下，改變構(gòu)件21的位置并且在位置改變之后，檢查構(gòu)件21的當(dāng)前空間布置。
56.作為替代或補(bǔ)充性方案，也可以利用三維可變的保持裝置將電子束發(fā)生器22布置在真空室內(nèi)并且借助根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)電子束發(fā)生器相對(duì)構(gòu)件21的位置進(jìn)行控制或調(diào)整。