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电子束增材制造聚焦消像散控制技术研究

热加工工艺 2022年第21期51卷 117-121,126页

作者：孙博彤殷伯华王鹏飞刘俊标韩立中国科学院电工研究所微纳加工技术研究部北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

为解决电子束增材制造设备加工范围受限、大尺寸工件边缘加工精度下降等问题,对大偏角下电子束的散焦和像散进行研究。采用像差理论对电子束偏转过程中出现的束径增大、形状畸变现象进行分析。本研究搭建控制系统,动态调整聚焦线圈和消... 详细信息

为解决电子束增材制造设备加工范围受限、大尺寸工件边缘加工精度下降等问题,对大偏角下电子束的散焦和像散进行研究。采用像差理论对电子束偏转过程中出现的束径增大、形状畸变现象进行分析。本研究搭建控制系统,动态调整聚焦线圈和消像散线圈的电流,即动态聚焦消像散。制作聚焦消像散校正表,使电子束在整个扫描区域内保持小束径。采用二次电子成像方法和EOG(能量梯度函数)评价函数验证校正效果。实验结果表明,动态聚焦消像散能够有效改善束斑质量,校正后电子束在12°偏转以内清晰成像,电子图像EOG值由0.81提升至1。

关键词：电子束选区熔化增材制造动态聚焦消像散

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准分子激光微加工控制系统研究

准分子激光微加工控制系统研究

作者：殷伯华北京工业大学

学位级别：硕士

随着微技术(Micro technology)的不断发展，以形状尺寸微小、操作尺寸极小为特征的微机械已经成为人们从微观角度认识和改造客观世界的一种高新技术。而以准分子LIGA制作技术为代表的新颖微加工方法的出现更使得微制造技术在新的世纪里... 详细信息

随着微技术(Micro technology)的不断发展，以形状尺寸微小、操作尺寸极小为特征的微机械已经成为人们从微观角度认识和改造客观世界的一种高新技术。而以准分子LIGA制作技术为代表的新颖微加工方法的出现更使得微制造技术在新的世纪里充满了希望，尤其是在新型的生物芯片制作过程中，准分子光刻直写加工工艺表现出非凡的优越性。在微细加工中如果采用传统的数控加工机床，由于其体积庞大，夹持工具粗重，难以获得极低的加工进给速度、稳定的加工质量和灵活多变的微小加工轮廓。本文针对由反应式步进电机驱动的微加工工作台控制和准分子激光器外触发控制特点，就计算机接口控制技术、硬件控制电路设计、插补算法求解、控制软件实现以及准分子激光微刻蚀加工过程进行了较详细的讨论。在这个研究过程中，我力图研究出一套符合准分子激光微加工应用的计算机软硬件控制系统，摆脱传统加工系统对准分子微刻蚀的束缚。本文首先分析了准分子微细加工工艺的特点，从其需求出发确定了本控制系统的总体框架。然后展开逐项内容研究。根据微动台的运动特点进行了基于计算机局部总线技术，以Intel8254为核心的硬件控制电路设计。实现了对微动台x y z轴的精确运动控制、转台和旋转掩模板的转动控制。在硬件设计上的创新点是我们实现了对准分子激光外触发的精确控制，包括激光脉冲个数和脉冲频率。从而实现了工作台位移运动与激光外触发、转台转动的联动。论文对微加工过程中使用的插补算法理论进行了详细分析。根据准分子激光微加工特点确定了逐点比较法作为本系统的加工算法。之后完成了四象限直线和圆弧插补的逐点比较法的建立，并较好地解决了圆弧自动过象限问题。利用WINDOWS和Visual C++6.0作为控制软件的开发平台，开发了对整个准分子加工系统的可视化控制软件;设计了一套符合准分子激光微加工应用的G指令集：同时提供了对CAD导出数据文件的读取和自动加工功能。

关键词：准分子激光微机电系统计数器实时控制插补算法

基于Intel8254的准分子激光外触发器的研究

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光电子．激光 2004年第4期15卷 499-501页

作者：殷伯华张瑜陈涛北京工业大学激光工程研究院北京100022

介绍了一种利用可编程Intel8254定时器/计数器在微机上实现准分子激光微加工过程激光外触发控制的新方法。针对准分子激光的光刻直写技术的需求特点对所使用的分频器以及8254的组合工作方式进行了研究,并在实际应用中对该外触发器的优... 详细信息

介绍了一种利用可编程Intel8254定时器/计数器在微机上实现准分子激光微加工过程激光外触发控制的新方法。针对准分子激光的光刻直写技术的需求特点对所使用的分频器以及8254的组合工作方式进行了研究,并在实际应用中对该外触发器的优势进行了分析。结果表明,由此方法制作的准分子激光外触发控制器具有性能可靠、结构简单和可编程控制等特点。

关键词：准分子激光 Intel8254定时器/计数器激光微加工光刻直写技术触发控制器

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微型阵列束闸电子束偏转特性研究

电子显微学报 2023年第2期42卷 171-179页

作者：张雨露张利新刘俊标王文博殷伯华韩立中国科学院电工研究所微纳加工技术与智能电气设备研究部北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

为了降低微型阵列式束闸边缘场和邻近电场对多束电子束的偏转影响和串扰,本文以3×3阵列束闸为研究对象,利用COMSOL Multiphysics中的静电和带电粒子追踪模块,研究束闸长宽比、隔离接地极和束闸上方增加接地层对电子束偏转的影响。研究... 详细信息

为了降低微型阵列式束闸边缘场和邻近电场对多束电子束的偏转影响和串扰,本文以3×3阵列束闸为研究对象,利用COMSOL Multiphysics中的静电和带电粒子追踪模块,研究束闸长宽比、隔离接地极和束闸上方增加接地层对电子束偏转的影响。研究表明,在长宽比不变的情况下,边缘场对电子束偏转的影响在总偏转量中的占比与偏转电压无关;而偏转极板的长宽比越大越有利于精确控制电子束的偏转;通过优化隔离接地电极结构与参数,可减小束闸之间的串扰引起的束斑模糊问题。为了减小边缘场和邻近电场对电子束偏转的影响,本研究分析得出,如果束闸上方接地层的作用范围小于100μm,可在一定程度上抑制串扰的影响。同时,分析表明将接地层上圆孔改为方孔后,也在一定程度上减小了不平衡电场带来的影响。

关键词：多束电子光学微型阵列束闸边缘场串扰带电粒子追踪

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微区X射线能谱信号实时梯形成形算法研究

电子显微学报 2022年第3期41卷 234-240页

作者：李正杰殷伯华初明璋程隆军韩立刘俊标中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

在能量色散谱仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)中,特征X射线信号幅值提取是其进行元素分析的关键,数字成形算法则是现代X射线信号处理的核心所在。本文对硅漂移(silicon drift detector,SDD)探测器前置放大器输出信号进行了转化... 详细信息

在能量色散谱仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)中,特征X射线信号幅值提取是其进行元素分析的关键,数字成形算法则是现代X射线信号处理的核心所在。本文对硅漂移(silicon drift detector,SDD)探测器前置放大器输出信号进行了转化处理,针对调理后的双指数脉冲信号采用FPGA设计了一种高频率、高精度、参数可调的实时脉冲梯形成形算法。并使用理想双指数信号和实测的X射线特征谱信号验证了算法的可行性与实时性,与MATLAB双精度算法成形结果比较测试了算法精度。实验结果表明:该算法可在100 MHz频率下实时将双指数脉冲成形为梯形脉冲,成形效果稳定。其实际信号成形结果与双精度算法结果保持一致,平顶幅值相差在0.6%以内。

关键词： X射线能谱梯形成形 FPGA

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X射线探测器双指数信号时间常数

核技术 2021年第9期44卷 51-59页

作者：程隆军殷伯华孙博彤许广鹿王文博韩立中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

在X射线能谱测量系统中,时间常数是影响梯形成形效果的重要因素,准确测量双指数脉冲信号的时间常数有利于获得较好梯形成形效果。本文研究了一种基于最小二乘法的快速拟合双指数脉冲算法,用于测量梯形脉冲成形中的时间常数,不仅从理论... 详细信息

在X射线能谱测量系统中,时间常数是影响梯形成形效果的重要因素,准确测量双指数脉冲信号的时间常数有利于获得较好梯形成形效果。本文研究了一种基于最小二乘法的快速拟合双指数脉冲算法,用于测量梯形脉冲成形中的时间常数,不仅从理论上证明了该算法的合理性,而且用含有5%标准差噪声的仿真信号和X射线探测器接收55Fe放射源输出的成形脉冲信号验证了该算法,拟合优度R2均超过了0.95。将本文快速拟合算法与MATLAB中cftool工具箱的拟合算法进行对比,结果显示:在满足拟合优度超过0.95的情况下,本文算法的运行速度比cftool中算法快两个数量级。

关键词：微区能谱梯形成形双指数拟合最小二乘法

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计量电镜中纳米位移台控制方法研究

电子显微学报 2019年第3期38卷 228-235页

作者：李雪殷伯华许广鹿韩立刘俊标中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 生物电磁学北京市重点实验室北京100190

针对计量型扫描电镜成像方法的特殊需求,提出了一种新型的纳米位移台扫描运动控制方法。利用乘法DA控制方法实现了纳米位移台驱动信号的整形输出。利用该模拟信号实现了纳米位移台的扫描范围的增益控制,扫描图像的旋转和偏移控制。该控... 详细信息

针对计量型扫描电镜成像方法的特殊需求,提出了一种新型的纳米位移台扫描运动控制方法。利用乘法DA控制方法实现了纳米位移台驱动信号的整形输出。利用该模拟信号实现了纳米位移台的扫描范围的增益控制,扫描图像的旋转和偏移控制。该控制方法有效地的保持了纳米位移台的步进位移分辨力,克服了传统纳米位移台控制系统损失纳米步进精度的缺点。通过实验验证了此位移台控制新方法的可行性,位移台移动方式和理论吻合。

关键词：纳米位移台定位精度纳米步进 DSP控制角度旋转

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大范围扫描原子力显微镜自动调平控制技术

仪器仪表学报 2011年第1期32卷 225-229页

作者：陈代谢殷伯华林云生初明璋韩立中国科学院研究生院北京100049 中国科学院电工研究所微纳加工研究部北京100190

为了进一步扩大原子力显微镜(AFM)的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响... 详细信息

为了进一步扩大原子力显微镜(AFM)的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响,提出基于多线扫描的样品自动调平控制技术。首先通过多线扫描确定样品倾斜位置,然后将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,最后将位移差换算为控制电压作为扫描器Z向的前馈控制输入。实验结果表明,能消除样品倾斜对AFM大范围扫描的影响。

关键词：原子力显微镜大范围自动调平控制

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PI参数自动寻优控制器设计

纳米技术与精密工程 2011年第1期9卷 58-64页

作者：陈代谢殷伯华林云生韩立李敏中国科学院研究生院北京100049 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院自动化研究所北京100190

针对传统比例-积分-微分(PID)控制器参数整定困难的问题,提出一种新型比例-积分(PI)参数自动寻优控制器(SPO).先确定PI参数的取值范围,按一定取值间距建立PI参数的查找表;针对反馈跟踪控制的3个性能指标,包括上升时间、超调量和稳态误差... 详细信息

针对传统比例-积分-微分(PID)控制器参数整定困难的问题,提出一种新型比例-积分(PI)参数自动寻优控制器(SPO).先确定PI参数的取值范围,按一定取值间距建立PI参数的查找表;针对反馈跟踪控制的3个性能指标,包括上升时间、超调量和稳态误差,分别根据查找表的参数进行轮询式测试,建立3个独立的性能评价数据库;根据满意度函数映射和自动规则产生算法,将3个评价数据库分别用函数表示;为了综合考虑3个性能指标,使系统控制的整体性能达到最佳,引入了价格函数;最后通过基于层截面颗粒度分析的图形算法,寻找出最优的PI参数.在原子力显微镜(AFM)上的实验证明,本控制器能自动寻找出适合当前系统状态的最优PI参数,可避免由于人为经验因素对扫描成像造成的影响,从而取得更好的扫描图像.

关键词：比例积分参数寻优优化算法原子力显微镜控制器