CN104460240B - 一种光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法，控制系统包括连接气源的气动三联件、电气伺服方向流量阀、电气比例节流器、由伺服气缸和液压缸串联而成的气液阻尼缸、支撑工作台的静压气浮导轨、位于工作台上方的CCD图像传感器、光刻机控制器，气动三联件通过两个管道分别连接至电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨，电气伺服方向流量阀连接至伺服气缸，电气比例节流器连接至液压缸，液压缸的推杆连接至工作台，光刻机控制器连接电气伺服方向流量阀、电气比例节流器和CCD图像传感器。本发明的光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法可提高系统稳态控制精度，实现工作台位置的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于光机电装备领域，尤其涉及一种光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法。
背景技术
平行光光刻机是采用平行光曝光法来实现印刷电路板(PCB)成像的设备，其曝光精度(工作台与底片对位精度)决定PCB产品的线宽和线距精度，因而决定电子产品的电路集成度和大小。
光刻机主要由精密工作台系统、光学系统、环控系统、机架系统、输送系统等组成。影响平行光光刻机对位精度的主要因素是精密工作台的驱动机构及周围环境温度和输送系统的导轨摩擦力的干扰。由于光刻机的平行光系统采用大功率光源，在曝光过程中产生大量的热量，这将引起精密工作台系统和导轨热变形，严重影响光刻机的曝光精度。因此，在环境温度和摩擦力干扰下对光刻机精密工作台位置进行的精确控制，具有重要的工程实际意义。
发明内容
本发明的目的一是提供一种光刻机电气伺服对位控制系统，可解决光刻机工作台热变形和摩擦力问题，提高系统稳态控制精度，实现工作台位置的精确控制。
本发明的目的二是提供一种光刻机电气伺服对位控制方法，可解决光刻机工作台热变形和摩擦力问题，提高系统稳态控制精度，实现工作台位置的精确控制。
为实现上述目的一，本发明提供一种光刻机电气伺服对位控制系统，包括包括电气伺服方向流量阀、电气比例节流器、由伺服气缸和液压缸串联而成的气液阻尼缸、支撑在光刻机的工作台下方的静压气浮导轨、用于检测工作台位置的CCD图像传感器和可实现控制运算并输出控制信号的光刻机控制器，所述液压缸的推杆连接至工作台，所述CCD图像传感器位于工作台的上方，所述的电气伺服方向流量阀、电气比例节流器和CCD图像传感器均连接至光刻机控制器，还包括气动三联件和两个第一减压阀，所述气动三联件连接气源，所述的气动三联件通过两个管道分别连接至电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨，所述电气伺服方向流量阀连接至伺服气缸，所述电气比例节流器连接至液压缸，每个所述管道上设有一所述第一减压阀,所述气动三联件包括依次连接的分水过滤器、第二减压阀和油雾器，所述分水过滤器连接至气源，所述油雾器连接至所述的两个管道,所述静压气浮导轨内设有节流器，所述静压气浮导轨和气动三联件之间的管道连接至静压气浮导轨的节流器和油雾器。
作为本发明的进一步改进，所述电气伺服方向流量阀是输出流量随输入电流成比例变化的气动阀。
作为本发明的进一步改进，所述电气比例节流器是开口量随输入电流成比例变化的可变液压阻尼器。
作为本发明的进一步改进，所述伺服气缸与电气伺服方向流量阀之间连接有一对进出液循环管道，所述液压缸与电气比例节流器之间连接有一对进出液循环管道。
为实现上述目的二，本发明提供一种光刻机电气伺服对位控制方法，该控制方法包括:
(1)通过光刻机控制器设定好工作台的位置；
(2)使气源通过气动三联件分别向电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨提供恒定压力的气体，以使通过静压气浮导轨进入工作台底端的气体在静压气浮导轨与工作台之间建立起支撑工作台的气垫；
(3)通过CCD图像传感器检测工作台位置并将信号传输给光刻机控制器，使光刻机控制器控制电气伺服方向流量阀输出的流量大小和电气比例节流器开口量大小，以控制阻尼力大小，使气液阻尼缸驱动工作台运动至设定位置。
作为本发明的进一步改进，步骤(2)中的气源通过气动三联件后还经过两个第一减压阀后再向电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨提供。
与现有技术相比，本发明的光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法通过采用电气比例节流器精细调节气液阻尼缸的阻力，采用静压气浮导轨消除工作台摩擦力和热变形的影响，采用CCD图像传感器构成位置闭环控制系统，从而提高系统稳态控制精度，实现工作台位置的精确控制；采用第一减压阀和第二减压阀可以进一步保证向电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨提供恒定压力的气体，进一步实现工作台位置的精确控制；采用分水过滤器可以过滤掉气体中的水汽、油滴和其他杂质，净化气体，保证执行元件正常工作，采用油雾器可以把润滑剂加入到空气流中，达到润滑的目的，保证执行元件正常工作；采用输出流量随输入电流成比例变化的电气伺服方向流量阀，开口量随输入电流成比例变化的电气比例节流器可以有助于提高系统稳态控制精度，实现工作台位置的精确控制。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明的光刻机电气伺服对位控制系统的示意图。
图2为本发明的光刻机电气伺服对位控制系统的框图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
请参考图1-2，所述的光刻机电气伺服对位控制系统包括气动三联件1、两个第一减压阀2、电气伺服方向流量阀3、电气比例节流器4、气液阻尼缸6、静压气浮导轨7、CCD图像传感器8和光刻机控制器9。
所述气动三联件1包括依次连接的分水过滤器1a、第二减压阀1b和油雾器1c，所述分水过滤器1a连接至气源，所述油雾器1c连接至所述的两个管道10。
所述的两个第一减压阀2分别设于两个管道10上，用于控制油雾器1c的出口压力恒定。
所述电气伺服方向流量阀3是输出流量随输入电流成比例变化的气动阀，所述电气伺服方向流量阀3通过其中一管道10连接至气动三联件1的油雾器1c。
所述电气比例节流器4是开口量随输入电流成比例变化的可变液压阻尼器。
所述气液阻尼缸6由伺服气缸6a和液压缸6b串联而成的，所述伺服气缸6a通过一对进出液循环管道与电气伺服方向流量阀3连接，所述液压缸6b通过一对进出液循环管道与电气比例节流器4连接。所述液压缸6b的推杆连接至光刻机的工作台11。工作台11上搁置有PCB板12。
所述静压气浮导轨7是工作台气动静压支撑装置，所述静压气浮导轨7支撑在光刻机的工作台11下方。所述静压气浮导轨7内设有节流器7a，所述静压气浮导轨7的节流器7a通过另一管道10连接至气动三联件1的油雾器1c。
所述CCD图像传感器8是检测工作台位置的装置，所述CCD图像传感器8位于工作台11的上方。
所述光刻机控制器9是实现控制运算并输出控制信号的装置，所述光刻机控制器9连接至电气伺服方向流量阀3、电气比例节流器4和CCD图像传感器8。
所述的光刻机电气伺服对位控制方法包括：(1)通过光刻机控制器9设定好工作台的位置。
(2)使气源通过气动三联件1、第一减压阀2分别向电气伺服方向流量阀3和静压气浮导轨7提供恒定压力的气体，以使通过静压气浮导轨7的节流器7a进入工作台11底端的气体在静压气浮导轨7与工作台11之间建立起支撑工作台11的气垫。
(3)通过CCD图像传感器8检测工作台11位置并将信号传输给光刻机控制器9，使光刻机控制器9控制电气伺服方向流量阀3输出的流量大小和电气比例节流器4开口量大小，以控制阻尼力大小，使气液阻尼缸6驱动工作台11运动至设定位置。
当CCD图像传感器8检测的工作台11位置与光刻机控制器9设定位置的偏差较大时，光刻机控制器9输出的控制信号较大，电气伺服方向流量阀3输出的流量较大，电气比例节流器4开口量较大，阻尼力较小，气液阻尼缸6驱动工作台11快速运动。
当CCD图像传感器8检测的工作台11位置与光刻机控制器9设定位置的偏差减小时，光刻机控制器9输出的控制信号减小，电气伺服方向流量阀3输出的流量减小，电气比例节流器4开口量减小，阻尼力增大，气液阻尼缸6驱动工作台11微动调整，直至达到设定位置平衡。
本发明的光刻机电气伺服对位控制系统及控制方法具有以下特点：
1)采用电气比例节流器4精细调节气液阻尼缸的阻力，可提高系统稳态控制精度，实现工作台11位置的精确控制。
2)采用静压气浮导轨7，可消除工作台11与静压气浮导轨7的摩擦力的影响，通过气体流动，可降低环境温度对工作台11热变形的影响。
3)采用CCD图像传感器8检测光刻机的工作台11的位置，构成位置闭环控制系统，可降低温度变化对检测元件性能的影响，提高温度变化等干扰下的位置控制精度。
4)采用光刻机控制器9即数字控制器通过软件编程实现智能协调控制策略，可提高系统的位置控制精度。
5)采用电气伺服方向流量阀3作为系统伺服放大元件，系统响应快，控制精度高。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (6)
1.一种光刻机电气伺服对位控制系统，包括电气伺服方向流量阀、电气比例节流器、由伺服气缸和液压缸串联而成的气液阻尼缸、支撑在光刻机的工作台下方的静压气浮导轨、用于检测工作台位置的CCD图像传感器和可实现控制运算并输出控制信号的光刻机控制器，所述液压缸的推杆连接至工作台，所述CCD图像传感器位于工作台的上方，所述的电气伺服方向流量阀、电气比例节流器和CCD图像传感器均连接至光刻机控制器，其特征在于：还包括气动三联件和两个第一减压阀，所述气动三联件连接气源，所述的气动三联件通过两个管道分别连接至电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨，所述电气伺服方向流量阀连接至伺服气缸，所述电气比例节流器连接至液压缸，每个所述管道上设有一所述第一减压阀,所述气动三联件包括依次连接的分水过滤器、第二减压阀和油雾器，所述分水过滤器连接至气源，所述油雾器连接至所述的两个管道,所述静压气浮导轨内设有节流器，所述静压气浮导轨和气动三联件之间的管道连接至静压气浮导轨的节流器和油雾器。
2.如权利要求1所述的光刻机电气伺服对位控制系统，其特征在于：所述电气伺服方向流量阀是输出流量随输入电流成比例变化的气动阀。
3.如权利要求1所述的光刻机电气伺服对位控制系统，其特征在于：所述电气比例节流器是开口量随输入电流成比例变化的可变液压阻尼器。
4.如权利要求1所述的光刻机电气伺服对位控制系统，其特征在于：所述伺服气缸与电气伺服方向流量阀之间连接有一对进出液循环管道，所述液压缸与电气比例节流器之间连接有一对进出液循环管道。
5.一种根据权利要求1所述的光刻机电气伺服对位控制系统的对位控制方法，其特征在于，该控制方法包括:
(1)通过光刻机控制器设定好工作台的位置；
(2)使气源通过气动三联件分别向电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨提供恒定压力的气体，以使通过静压气浮导轨进入工作台底端的气体在静压气浮导轨与工作台之间建立起支撑工作台的气垫；
(3)通过CCD图像传感器检测工作台位置并将信号传输给光刻机控制器，使光刻机控制器控制电气伺服方向流量阀输出的流量大小和电气比例节流器开口量大小，以控制阻尼力大小，使气液阻尼缸驱动工作台运动至设定位置。
6.如权利要求5所述的对位控制方法，其特征在于：步骤(2)中的气源通过气动三联件后还经过两个第一减压阀后再向电气伺服方向流量阀和静压气浮导轨提供。
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