SX-700单色器光栅正弦机构数值模拟分析与测试

SX-700单色器是上海光源(SSRF)软X射线谱学显微光束线的核心部件;光栅正弦机构是其重要的组件,其波长扫描转角重复精度要求优于0.43”。为了验证设计能达到预期的精度指标,本文详细介绍了该单色器光栅正弦机构的转角精度误差来源,运用有限元分析软件ANSYS对光栅正弦机构中的正弦杆和驱动杆进行数值模拟,根据模拟结果对光栅正弦机构的转角精度进行误差分析,得转角重复精度为0.28”。利用我们建立的一套由光电自准直仪组成的测试系统测得光栅正弦机构的转角重复精度为0.15”。结果表明：光栅正弦机构的设计满足转角重复精度要求。     

软X射线光发射电子显微镜光束线聚焦用KB镜系统

研制了光发射电子显微镜(PEEM)高精度微聚焦系统,以实现上海光源软X射线PEEM光束线的高质量聚焦。根据上海光源PEEM光束线的概况,给出微聚焦系统光学元件的基本参数。基于Kirkpatrick-Baez(KB镜)两镜方案,设计了PEEM线微聚焦系统。介绍了KB镜姿态调整机构的设计方案,即利用三垂直线性驱动装置和两水平线性驱动装置相结合来实现五维调节,分析了姿态调节机构的原理与工作过程,给出了微聚焦系统的整体设计方案。测试了KB镜系统的机械性能,给出水平调节机构以及第一面镜子Pitch运动的测试结果,结果显示:水平调节机构分辨率为0.6μm,重复精度为0.85μm,Pitch角度分辨率为0.4″,重复精度为0.5″,优于指标要求。其它参数的测试结果亦均优于指标要求。实验表明,微聚焦系统机械指标的实现保证了PEEM线光斑的高质量聚焦。     

带USB接口的光斑位置漂移检测校正系统设计

针对光固化成形系统中激光束光斑零点漂移和增益漂移的问题，提出了一种结合USB接口的光斑位置漂移检测校正方法，该方法利用OF1301光电传感器和小区域矩阵扫描方式检测激光光斑，并通过相应的数据处理实时检测校正漂移误差，提高振镜的重复定位精度，提高制件精度。     

变包含角平面光栅单色器扫描转角精度的检测

针对上海光源(SSRF)软X射线谱学显微光束线站高分辨变包含角单色器(VAPGM)在超高真空环境下对波长扫描机构转角精度的现场测试,提出了一种实用、有效的检测方法。采用自制的多角棱镜,结合高精度光电自准直仪进行现场测试。首先,介绍了单色器波长扫描原理,给出角度与波长的关系;接着,理论分析了转角精度与系统分辨率之间的关系;最后,介绍了该方法的检测原理、装置及检测步骤。利用该方法完成了VAPGM平面镜(PM)和平面光栅(PG)转角精度的检测,结果分别为0.19″,0.22″,满足单色器技术指标要求。在电离室在线检测了标定后的单色器系统的分辨率,测试结果好于10000,进一步验证了该检测方法的有效性。     

远场光束扩展对光斑瞄准偏差影响的实验

在远场大气环境下的激光瞄准过程中,大气湍流效应会造成光束的漂移和扩展,从而影响激光器的瞄准精度。本文基于修正的VonKarman湍流谱和部分相干光在湍流大气中的传输理论,设计了高斯光波经过大气湍流后的光场模拟软件,并在一定气象条件下,通过一种激光光轴瞄准偏差测试系统进行外场实验。该测试系统光束直径≤9mm,接收部分为120mm大口径光学镜头。研究了3km范围内强湍流条件下光束的传输特性;结合实验数据,分析了在湍流大气中远场光传播时波束扩展对激光瞄准精度的影响。基于文中研究结果设计的瞄准偏差补偿方案可提高系统在大气能见度10km范围内的瞄准精度。在激光传输距离3km,斜程仰角为0~45°时,激光光斑偏移计算误差≤0.1mrad。     

新型柔性铰链式精密狭缝的结构原理及有限元分析

根据上海光源软X射线谱学显微光束线站高光谱分辨的要求,单色光出射狭缝设计采用柔性铰链式精密结构,利用柔性铰链的特性优点,可以实现狭缝开口仅为0～0.5 mm,而且可以精度很高地调节开口宽度.该设计实现了狭缝开口输出位移和输入驱动位移的比例关系.文中介绍了该狭缝结构的机械设计原理及所采用柔性铰链的设计方法,并通过有限元分析软件ANSYS对其进行建模分析,验证了其运动原理和机械强度的设计,确定狭缝能满足上海同步辐射装置的使用要求.     

超高真空精密四刀狭缝的结构原理及有限元分析

针对上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线对狭缝精度的要求,提出了一种应用于超高真空的精密四刀狭缝机构及热缓释方案.给出了四刀狭缝机构的工作原理,其四个缝片独立运动,采用线性驱动装置及精密直线导轨来实现开合.根据XIL光束线的特点,设计了一种合理有效的热缓释方案,对缝片进行了热-结构耦合分析.对狭缝的精度指标进行了测试.结果显示:该四刀狭缝的分辨率优于0.1μm、运动重复精度优于2μm、刀口直线度优于2.5 μm、平行度优于0.5 mrad,可以精确实现狭缝在水平和垂直方向-5～250 μm的开度,缝片在热负载下的最大热变形控制在0.034μm.得到的结果表明,该精密四刀狭缝具有高的精度和稳定性,可满足XIL光束线的使用要求,现已实际使用并制备出了100 nm周期的刻蚀线结构.     

超光滑表面粗糙度检测系统的研究

超精加工技术的不断发展,对光滑表面粗糙度检测精度要求越来越高.采用显微相移干涉技术,设计软件算法实现超光滑表面任意横向或纵向截面线粗糙度以及面粗糙度在线检测与三维动态显示,初步实验表明,该系统测量精度达纳米量级,满足超光滑表面粗糙度检测性能要求.     

电动燃油泵叶轮间隙测试误差分析

叶轮间隙的大小直接影响燃油泵的性能,对叶轮间隙测试系统的机械结构进行设计并对误差作出分析,阐述了叶轮间隙检测装置的评定方法,为同类测试设备的验收评定提供了依据.试验结果表明:该测试装置测试性能稳定可靠,测试精度满足设计要求.     

X射线干涉光刻光束线偏转镜系统的设计与测试

介绍了上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线的基本情况。为实现光束线的光束偏转和光路切换,完成了其偏转镜系统的研制。分析了偏转镜系统的功能,设计了偏转镜的调节机构、切换机构和冷却结构。论述了调节机构的关键运动,即镜箱外直线运动转化为超高真空内旋转运动的实现过程;讨论了切换机构重复精度与承载能力之间的关系,并完成了精密丝杆的校核。采用镜子支撑方式和冷却方式集成的方案设计了冷却结构,并通过数值模拟分析了冷却结构和冷却效果。模拟结果表明镜子子午面形误差和弧矢面形误差分别约为6.5rad和7rad。应用激光干涉仪和光电自准直仪对调节机构和切换机构进行了测试,结果表明:调节机构的线性分辨力可达0.2μm,切换机构的重复精度满足设计要求。     

光学系统弥散斑参数的测试

采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示:弥散斑直径测试重复性为0.18μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。     

基于二维各向异性高斯拟合评价探测相机的成像质量

为了定量评价探测相机的成像质量,提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标,形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合,得到其高斯半径、异化因子等参数;对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示:相关度的引入,实现了背景阈值、异性因子的自动优化,减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响;而异性因子的引入,对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响,均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示:弥散斑等效面积圆直径测试重复性在"十"字工况吸收为0.15pixel,在"田"字工况下为0.19pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定,很好地控制了探测相机的成像质量。     

测试系统多智能体建模技术及应用

现代测试系统需要管理多种测试资源,并利用它们之间的高效自主协调完成测试任务,但是系统软件的设计却缺乏统一模型框架和理论分析依据。将智能体技术应用于测试系统,建立了基于多智能体的测试系统结构模型和逻辑模型,然后利用Petri网建模方法对多智能体测试系统的运行过程进行形式化建模,并通过可达图分析,验证了该模型的可达性、安全性与活性,最后针对固体继电器的性能参数测试开发实例系统,在工程应用中验证了该智能建模技术的有效性,结果证明实例系统的运行过程与模型仿真结果一致,无冲突和死锁等现象,并与未采用智能体技术开发的测试系统作对比实验,表明当测试任务或测试资源增多时,智能测试系统的优越性更为明显。     

硅片键合套刻偏差测量技术

硅片键合套刻偏差是影响三维垂向互连封装工艺的重要指标之一。利用红外光可以高效穿透硅基半导体材料的特性,设计了测量键合套刻偏差的红外检测系统。通过测试光源和相机得到的噪声大小和分布作为仿真误差来源;通过MATLAB对不同尺寸、不同类型的套刻标记成像仿真,得到的测量重复性随采样点增多而减小,并在150个采样点时套刻测量重复性趋于稳定的规律;通过仿真检测系统不同数值孔径和套刻标记线宽,得到了测量重复性随对比度增加而减小的特征。根据仿真结果设计了红外检测系统和套刻标记,测试结果接近仿真数据,得到了10 nm以下的测量重复性,证明了利用红外技术高精度检测硅片键合套刻偏差的可行性。     

基于渐开线原理的快速光学延迟线装置

为了提高光学延迟线装置的性能,基于渐开线原理设计了快速光学延迟线(FODL)装置。分析了渐开线的基本原理并建立了数学模型,推导了光学延迟线装置的延迟距离公式。对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。最后,搭建迈克尔逊干涉系统,对延迟线装置的延迟线性度、延迟平稳性、延迟距离和扫描频率进行了实验验证。结果表明:对于快速光学延迟线装置,入射光斑的半径越小,旋转平面反射镜的旋转角度间隔越小,出射光束的光斑畸变越小。该装置的延迟距离为40.036mm,延迟时间为133.453ps,线性度误差为0.419%,平稳性误差为0.806%,扫描频率为20Hz。与常用光学延迟线装置相比,该装置能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率,同时具有线性度好、平稳性好等优点,满足快速光学延迟线的使用要求。     

数字气压表误差及测量结果不确定度的研讨

以3台数字气压计为研究对象,对其进行性能测试,并对其结果进行误差分析、不确定度评定及验证。通过对大量测试数据的分析和研究表明:数字气压计的误差来源主要为线性误差和回程误差;不确定度主要来源于测量数据的重复性、标准器的误差、被测表的分辨力。高温、低温、常温测试试验结果显示:该型号的气压计示值误差不大于0.17hPa,线性误差不大于0.07hPa,回程误差不大于0.03hPa,不确定度不超过0.06hPa。     

分块非线性加权在车灯检测仪校准器光轴角测量中的应用

针对传统光轴角测量系统中人为因素干扰导致的重复性能降低等不足,设计一种基于图像处理技术与高精度电控转台相结合的自动测量方案。分析了照明光斑光强分布特性,提出了一种基于图像区域分割的最优非线性加权的特征点提取算法。该方法根据光强与灰度的线性关系,将光强量化到3个区间。然后分析灰度因素在特征点定位中的影响;针对不同区间应用局部最优加权法则以实现局部最优化处理。最后,利用光轴偏转角与特征点在像面上位移的对应关系,计算得到光轴角测量值。开展了光斑特征点重复性实验并分析了光轴角检测精度,结果表明:该系统在不同光强、不同角度条件下重复性好,测角精度优于60.18″。与激光光源的光轴角测量实验对比,该算法在光斑光强分布不均的条件下仍能完成稳定且精确的光轴角测量。     

微通道换热器试验测试系统研究

搭建了一套测试微通道性能参数的循环换热试验系统,介绍了组成该系统的微通道换热器、模拟芯片、微型泵、恒温装置以及控制测量等部件.以水为介质,对三种不同结构型式微通道换热器的传热及流动性能进行了试验研究,测量了进出微通道换热器的冷却液流量、温度和压差以及模拟芯片表面多个测点的温度等参数,获得了微通道换热器内的流动阻力和传热特性.     

微缩投影系统的垂轴放大率测量

考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关,本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点,通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后,对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率,最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型,给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准,并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台,测量了系统的垂轴放大率。实验显示,系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%,验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。     

逆变点焊电源模糊神经网络自适应控制模型研究

研究了逆变点焊电源恒流自适应控制的模糊神经网络模型,设计了模糊神经网络结构。利用BP算法,采用先正弦函数输入后恒定输入的方法对网络进行了分段训练,并使用MATLAB语言,对系统进行了自适应控制和比例因子影响的仿真分析。结果表明,逆变点焊电源恒流自适应控制模糊神经网络,能够实现在线调整隶属函数参数,控制系统可快速感知外来干扰和过程变化,平均控制相对误差小于2.08%;比例因子的选取,对系统有很大影响,不同的比例因子在与训练好的网络结合进行控制时,系统控制效果不同。