X射线干涉光刻光束线关键光学元件热-结构耦合分析

为了保证上海光源X射线干涉光刻光束线的稳定性,减小热变形对实验结果的影响,对X射线干涉光刻光束线的3个关键光学元件——偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝进行热-结构耦合分析。首先,计算偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝所承载的功率密度;然后,建立其有限元模型;最后,获得光学元件的温度场和热变形的结果。结果表明,偏转镜和聚焦镜采用间接水冷方式可有效抑制热变形,冷却后的最大面形误差分别为7.2μrad和9.2μrad。精密四刀狭缝未冷却时,刀片组件温度介于271.56~273.27℃,刀口热变形为0.19 mm,直线导轨热变形为0.08 mm;经过铜辫子冷却后,刀片组件温度降至22.24~23.94℃,刀口热变形降至0.2μm,直线导轨热变形降至0.1μm;采用影像法和接触探头法测试后,刀口直线度、平行度和重复精度均满足技术要求。偏转镜、聚焦镜和精密四刀狭缝的热变形通过间接水冷和铜辫子的冷却方式可以得到很大程度的抑制,进而保证光斑质量。     

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。     

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。     

基于连续多点成形原理的成形曲面件新工艺

对于应用周期短、批量不大以及板类件曲率变化频繁的行业,不宜采用通用模具冲压加工,尤其对于大型板类件．其模具加工费用非常高。因此,对于此类零件的加工基本上考虑采用无模柔性成形工艺。无模柔性成形技术中最常用的是利用热应力一应变和冷收缩来实现板类件渐变成形的移动热源线加热威形方法,其热源的获得也经历了氧乙炔、电磁热、激光束和等离子弧等。由于以热源类加工方法易改变材料的性能,特别是薄板类铝合金板料,再加上热源控制也是一个难题．所以铝合金板类件的成形一般不采用热源类加工方法。     

非规则曲面多点数字化成形技术的发展

介绍了多点成形技术的基本原理,叙述了多点成形技术在日本、美国和韩国的研究进展.日本学者在1959-1980年期间研制出了多款多点成形实验装置,但没有完全解决三维曲面的成形问题:美国学者在1999年开发出了多点拉弯成形装置;韩国学者在20世纪90年代开发出了多点弹性成形实验装置.阐述了多点成形技术在国内的研究进展,包括成...     

基于多点调形原理的旋转曲面连续成形

提出采用连续多点成形方法来实现旋转曲面件的高效、柔性成形。阐述了连续多点成形原理,并与传统的旋转曲面加工方法相对比,分析其所具备的特点。以盘形件为研究对象,建立有限元模型,分析成形过程中的等效应力和塑性应变场分布,通过模拟结果和主应变状态来分析皱曲现象。最后,研制相应的成形装置并进行了实验。结果表明:定心装置和柔性辊作用区的等效应力超过了材料的屈服极限,最大值达到213 MPa;成形件中心区域塑性应变值最大,达到0.07;柔性辊作用区塑性应变值次之,为0.03;皱曲区域的壳单元产生的是切向压缩变形,实验结果和模拟结果基本相同,都介于605~615 mm。应力应变场和皱曲的模拟结果与实际情况吻合,表明成形装置能加工出效果良好的旋转曲面件。     

连续多点成形中的成形载荷分析

研制了连续多点成形装置来完成三维曲面工件的高效、柔性加工,并对其成形载荷的变化趋势以及不同工艺参数对成形载荷的影响进行了研究.首先,介绍了连续多点成形原理;基于一定的假设条件,建立了成形载荷的理论公式;以双曲率元件为研究对象,建立有限元模型,分析了y方向载荷、z方向载荷以及合成载荷的变化情况.接着,分析了上辊压下量、板材厚度以及柔性辊曲率半径对成形载荷的影响.最后,设计出成形装置并进行实验.结果表明,y方向载荷最大值为6.693 kN,成形载荷的最大值为6.716 kN,成形载荷主要由y方向载荷决定;z方向载荷最大值为1.412 kN,为驱动工件运动的力;随上辊压下量的增加、板材厚度的增加以及柔性辊曲率半径的减小,y方向载荷均增加.成形载荷的变化情况与实际情况吻合,为成形装置的研制提供了指导作用.实验结果证明,连续多点成形是一种连续、高效、柔性的三维曲面成形方法.     

双驱动补偿压弯的椭圆镜有限元分析

为满足同步辐射光束线对相关光学元件的技术需求，设计了双驱动四点滚柱压弯机构。通过有限元仿真分析实现高精度大尺寸光学镜面的非等力矩椭圆柱面压弯。以外形尺寸为1 200 mm×70 mm×50 mm的反射镜为研究对象，基于物距26.5 m、像距13 m及掠入射角2.8 mrad，根据理论椭圆面形方程与梁变形弯矩方程计算出施加在压弯镜两端的不等力矩。利用有限元软件对双驱动四点压弯机构进行仿真分析，在重力补偿力矩存在情况下，分别对聚焦镜进行单点补偿、双点补偿、三点补偿以及四点补偿的有限元分析，得到与理论计算相对应的仿真补偿面形结果。模拟施加两端的不等力矩将面形误差从单点补偿时的0.81μrad降低到四点补偿下的0.075μrad，对应理论面形误差0.013μrad，最大程度可以降低原误差的95.96%，证实四点式双驱动机构通过多点补偿可以对椭圆压弯面形误差产生有效减小的趋势，且减小趋势不断平缓。证明该机构在多点补偿下对大尺寸椭圆镜压弯精度的提高具有可行性和有效性，对同步辐射光束线压弯技术有重要的理论指导作用与意义。     

连续多点旋压成形技术

随着经济的发展．越来越多的个性化产品受到人们的青睐．这就对产品的加工手段及加工设备提出了新的要求：能够缩短产品的开发周期以及为不同的客户提供个性化的服务。具体到板材成形领域,就是迫切地需要柔性成形技术的发展。多点成形技术是一种先进的板材柔性成形技术．其具有数字化、自动化和智能化的特点。近年来．多点成形技术的发展取得了长足的进步,被应用到了高速列车、航空航天．城市建筑、造船、     

基于扩展有限元法的工程机械焊接结构断裂分析

针对工程机械焊接结构的强度分析问题,结构的断裂强度评定是保证结构可靠性的关键。首先利用有限元法分析焊接结构的静载强度,然后提取考查焊缝区域的应力场,作为断裂分析的载荷,基于断裂力学理论分析局部的焊缝特征,以扩展有限单元法为计算手段,分别计算焊接结构断裂强度与疲劳强度,应用结构完整性评定与损伤累积理论,校核焊接结构的断裂强度,估计结构的疲劳寿命。结合工程实际,说明所提出的焊接结构分析方法可为工艺设计提供依据。