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大理石平板扰动分析与补偿控制以及总体结构

2021-09-25 15:29:36

(一)、扰动分析与补偿控制
扫描过程中,掩模台匀速段预期控制精度为其位置误差小于40nm,任何扰动因素都会对该精度产生严重影响,大理石平板需要对外部存在的干扰进行分析,并设计相应的前馈控制器进行补偿。主要包括:投影物镜振动前馈补偿、粗微台电磁耦合补偿、垂向对水平向的耦合补偿等。
1、投影物镜振动干扰与补偿
投影物镜通过机架支撑,具有质量大、重心高等特点,扫描运动所致的运动冲击易造成投影物镜产生振动,任何微小振动将造成曝光线条偏离严重,影响同步扫描的曝光精度,因此,需要对物镜振动所致干扰进行补偿,以掩模台与投影物镜的相对位置关系。
2、垂向运动对水平向运动耦合与补偿
工作台的微动台为空问6白由度运动,3个垂向直流电动机驱动凸轮单元支撑水平向洛伦兹电动机,实现垂向与水平向的控制分离。工作台在扫描曝光过程中,为补偿不同的硅片形貌误差,需要进行垂向的调平调焦运动,此运动将导致水平向洛伦兹电动机动、定了问隙发生变化,从而引起水平向驱动力产生角度倾斜。同时,垂向的调平调焦运动要求执行部件有较高的响应速度,随之而来的是运动可能造成的振动,从而导致垂向运动对水平向产生扰动。
对于此类扰动,采用垂向加速度前馈控制进行补偿,将垂向运动作为扰动力通过补偿模型引入控制器。
3、粗、微运动台电磁耦合与补偿
工作台粗、微运动依靠平面电动机的电磁耦合进行关联,扫描运动由主从控制模式实现,即微动台实现小行程、纳米级运动,粗动台大行程、微米级跟随,粗动台以逼近霍尔传感器的值为零跟随微动台运动。由于粗动台(直线电动机)白身结构所限,在跟随运动时会产生较大的推力波动,虽然该波动可以通过实测手段并结合PID中的积分环节予以测量和补偿,但由于粗、微运动精度存在量级上的差异,粗动台的运动误差仍然可以通过电磁耦合影响微动台的控制精度,需要设计补偿控制器此耦合扰动。
(二)、形状测量仪总体结构
根据形状测量仪总体结构的不同,仪器可以分为转台式和测头旋转式,其中转台式又可分为悬臂式和龙门式。这三种结构各自具有不同的结构特点及使用性能,可以对应地应用于不同的测量环境。
1悬臂转台式结构
悬臂转台式形状测量仪的工作原理,仪器的直线导轨副和回转工作台固定在基座上,被测工件固定在回转工作台上,经过调心调平工作台进行偏心和倾斜的调节后,被测工件由回转工作台带动回转,直线导轨副带动测头上下移动,大理石平板平台在被测工件表面采集若干数据点,经过数据处理后计算出工件的形位误差。
2龙门式结构
龙门式形状测量仪的工作原理为X导轨副为龙门式结构,可相对于回转工作台做左右方向的运动。工件固定放置在回转工作台上,Z导轨副安装在龙门结构上,相对于工件做垂直运动。测头安装在Z导轨副的末端跟随Z导轨副做垂直运动完成数据点的采集,经数据处理后得出被测工件的形位误差。
3测头旋转式结构
测头旋转式形状测量仪的结构,仪器的测头可以转动,并能随直线导轨副做上下运动,被测工件放置在工作台上是固定不动的,通过测头的上下移动及转动来完成被测工件表面数据点的采集,通过计算得出工件的形位误差。仪器的转动测头能够测量棱柱或非旋转对称部件的形位误差。
悬臂转台式结构的形状测量仪结构比较紧凑,制造精度也易于,是目前应用的比较广泛的形状测量仪的结构。但是这种结构由于工件要随回转工作台一起转动,而回转工作台的载荷是一定的,因止城测量工件的重量和体积上具有一定的局限性,多应用于测量工件体积较小的场合。
龙门式结构的形状测量仪相较于转台式形状测量仪的测量功能很为广泛,如能直接计算出被测工件的直径以及对非球面的一些指标如形貌精度进行检测,在测量功能上很为全。
测头旋转式结构由于工作台是固定的,因此工作台的承载能力明显增大,可以测量质量较大的工件。但相对于测头固定的形状测量仪,这种结构的仪器的结构较为复杂,制造精度较难,因此目前主要应用于一些零件的测量场合,如气缸体、曲轴及缸盖等。
三种结构的形状测量仪均具有不同的结构特点和适用测量环境,本文的研究目的是研究适合产业化生产推广的形状测量仪,因此在结构选定上需要结合仪器的制造及工作原理进行分析。相对于悬臂转台式形状测量仪,龙门式结构和测头旋转式结构的测量功能很为广泛。悬臂转台式形状测量仪自身的误差主要为回转工作台和直线导轨副的运动误差,而龙门式结构和测头旋转式结构都有三根运动轴,均比悬臂转台式结构多了一个运动轴的误差源,因此悬臂转台式结构形状测量仪的测量精度较容易。