CN110492339A - 一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置。准分子激光器内多个气体单元、水路单元上对应的气体流量传感器、水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起并接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个气体单元、水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开并产生低报警状态信号。该装置精确采集各单元的NPN信号并实时监测产生互锁，能保证各气路单元内气体流量和各水路单元水流量不低于危险下限值，不会出现因为气体流量值过低而损坏光学器件或者因为水路流量过低而损坏腔体及各配电单元的情况。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域，具体而言，涉及一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置。
背景技术
准分子激光器是一种面向深紫外特征应用的脉冲式气体激光器，具有高重频、大能量、短波长、窄线宽等特点，是较优的微电子光刻装置用激光光源。
准分子激光器内部各个单元造价昂贵，如果某些器件由于一些误操作或是执行机构的延时而产生损伤，代价会比较大，传统的放电泵浦准分子激光器各气体流量和水路流量传感器为三线制采集输入端只采集模拟电流信号，这样气体和水流量采集如果异常只能让单片机通过CAN传输给软件控制装置，由软件控制装置根据限制发出不同级别的报警指令，对于一些严重超限制指令，需要通过软件控制装置发出报警指令来实现放电腔停止放电的操作，该方法一方面存在延时，另一方面存在通信链路受装置电磁干扰导致通信故障等问题，因此需要直接通过硬件切断电源，硬件互锁对于保护激光器具有很重要的意义。
准分子激光器报警分为很多级别，对于比较危险的信号，需要直接断电以确保激光器的使用安全和工作人员的人身安全，对于快门如果没有氮气无法打开，出现氮气流量严重缺少时，是一件很危险的事情，必须硬件产生互锁，直接断开其供电电源，还有水路单元比如因厂务等一些外在原因突然停水或水流值低于某一限值，此时需要从硬件上断开高压充电电源，因此硬件互锁非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，以解决现有技术中无法实现对准分子激光器多路气体流量、水流量的硬件互锁的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，准分子激光器内包括有：工作在浓度稳定的气体环境中的多个气体单元、工作在水流降温环境中的多个水路单元；多参数互锁终端装置包括多个：气体流量传感器、水流量传感器、光电耦合器、继电器；多个气体单元上设置有气体流量传感器，多个水路单元上设置有水流量传感器；其中：
多个气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起并接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开并产生气体流量低报警状态信号；
多个水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开产生水流量低报警状态信号。
进一步地，多个气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-，当多个气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-断开并产生气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE；
多个水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-，当多个水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-断开产生水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE。
进一步地，在多参数互锁终端装置中，当气体流量和水流量有一个或者同时产生低报警状态时，控制准分子激光器的高电压充电电源HVPS断开，并产生激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE。
进一步地，多参数互锁终端装置还包括单片机，气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE和激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE通过光电耦合器传输给单片机。
进一步地，多参数互锁终端装置还包括主控制器，单片机将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器，主控制器保存气体流量状态信号和水流量状态信号信息，定时监测气体单元和水路单元的工作状态。
进一步地，单片机通过CAN总线将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
进一步地，单片机使用CAN总线经过CAN专用隔离芯片、CAN接口将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
进一步地，气体流量传感器的NPN信号输出为0时代表气体流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；水流量传感器的NPN信号输出为0时代表水流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；继电器的开关默认为正常工作模式为常闭状态，出现异常时开关断开。
进一步地，光电耦合器为光电耦合器TLP521。
进一步地，多个气体单元包括：光路传输单元、波长检测单元、线宽压窄单元、输出耦合单元、脉宽展宽单元、布窗、快门；多个水路单元包括：主振荡放电腔、磁脉冲压缩器、谐振充电电源、高电压充电电源、固体脉冲升压单元。
本发明实施例中的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，精确采集各单元气体流量和水流量的NPN信号并实时监测产生互锁，它能保证各气路单元内气体流量和各水路单元水流量不低于危险下限值，不会出现因为气体流量值过低而损坏光学器件或者因为水路流量过低而损坏腔体及各配电单元的情况，进而影响整个激光器的工作状态。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据一个实施方式的准分子激光器内单元布局图；
图2是根据一个实施方式的多参数互锁终端装置的电路原理图；
图3是根据一个实施方式的多参数互锁终端装置的通讯接口电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
随着准分子激光器的不断发展，对于安全性要求的提高，于是本发明提出了对准分子激光器中各气体流量和水流量超限达到一定指标进行硬件互锁的终端装置。该互锁终端装置主要实现对准分子激光器多路气体流量、水流量的硬件互锁功能。与现有技术相比，本发明具有气体流量和水流量分别低于一定限值时互锁的能力，大大提高了激光器各光学元器件的使用安全性以及配电单元和腔体单元的使用安全性。
根据本发明实施例，提供了一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，参见图1-3，准分子激光器内包括有：工作在浓度稳定的气体环境中的多个气体单元、工作在水流降温环境中的多个水路单元；多参数互锁终端装置包括多个：气体流量传感器、水流量传感器、光电耦合器、继电器；多个气体单元上设置有气体流量传感器，多个水路单元上设置有水流量传感器；其中：
多个气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起并接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开并产生气体流量低报警状态信号；
多个水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开产生水流量低报警状态信号。
本发明实施例中的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，精确采集各单元气体流量和水流量的NPN信号并实时监测产生互锁，它能保证各气路单元内气体流量和各水路单元水流量不低于危险下限值，不会出现因为气体流量值过低而损坏光学器件或者因为水路流量过低而损坏腔体及各配电单元的情况，进而影响整个激光器的工作状态。
作为优选的技术方案中，多个气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-，当多个气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-断开并产生气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE；
多个水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-，当多个水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-断开产生水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE。
作为优选的技术方案中，在多参数互锁终端装置中，当气体流量和水流量有一个或者同时产生低报警状态时，控制准分子激光器的高电压充电电源HVPS断开，并产生激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE。
作为优选的技术方案中，多参数互锁终端装置还包括单片机，气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE和激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE通过光电耦合器传输给单片机。
作为优选的技术方案中，多参数互锁终端装置还包括主控制器，单片机将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器，主控制器保存气体流量状态信号和水流量状态信号信息，定时监测气体单元和水路单元的工作状态。
作为优选的技术方案中，单片机通过CAN总线将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
作为优选的技术方案中，单片机使用CAN总线经过CAN专用隔离芯片、CAN接口将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
作为优选的技术方案中，气体流量传感器的NPN信号输出为0时代表气体流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；水流量传感器的NPN信号输出为0时代表水流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；继电器的开关默认为正常工作模式为常闭状态，出现异常时开关断开。
作为优选的技术方案中，光电耦合器为光电耦合器TLP521。
作为优选的技术方案中，参见图1，多个气体单元包括：光路传输单元1、波长检测单元2、线宽压窄单元3、输出耦合单元4、脉宽展宽单元5、布窗6、快门7；多个水路单元包括：主振荡放电腔9、磁脉冲压缩器10、谐振充电电源11、高电压充电电源12、固体脉冲升压单元13。
下面以具体实施例，对本发明多参数互锁终端装置进行详细说明：
该多参数互锁终端装置的准分子激光器内单元布局如图1所示，其中准分子激光器内的气路部分主要包括：光路传输单元1(WEB)、波长检测单元2(LAM)、线宽压窄单元3(LNM)、输出耦合单元4(OC)、脉宽展宽单元5(OPUS)、布窗6(BR)、快门7(SH)，这些单元除了线宽压窄单元3需要氦气降温以外，其它单元都需要工作在浓度相对稳定的氮气环境中以延长元器件的使用寿命和保证其工作质量。其中准分子激光器内的水路单元主要包括：主振荡放电腔9(PA)、磁脉冲压缩器10(MPC)、谐振充电电源11(RC)、高电压充电电源12(HVPS)、固体脉冲升压单元13(SSS)、这些单元均需要一定量的水流量来降温，以保证其正常工作的环境温度，上述单元均连接多参数互锁终端装置8。
图2是多参数互锁终端装置的电路原理图，图2中给出了七路气体流量监测的互锁电路，光路传输单元1(WEB)、波长检测单元2(LAM)、线宽压窄单元3(LNM)、输出耦合单元4(OC)、脉宽展宽单元5(OPUS)、布窗6(BR)、快门7(SH)这七路气体流量传感器的NPN信号(NPN信号输出为0时代表气体流量值低于设定限值；输出为1时代表气体流量值为正常)分别连接到对应的七个光电耦合器TLP521的第二管脚，然后将这七个光电耦合器TLP521的第四管脚都连在一起接到另外一个光电耦合器TLP521上，再接一个继电器(继电器的开关默认为正常工作模式为常闭状态，出现异常时开关断开)，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-，当上述七路中其中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-断开并产生气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE。
图2中给出了五路水流量监测的互锁电路，主振荡放电腔9(PA)、磁脉冲压缩器10(MPC)、谐振充电电源11(RC)、高电压充电电源12(HVPS)、固体脉冲升压单元13(SSS)这五路水流量传感器的NPN信号(NPN信号输出为0时代表水流量值低于设定限值；输出为1时代表气体流量值为正常)分别连接到对应的五个光电耦合器。
TLP521的第二管脚，然后将这五个光电耦合器TLP521的第四管脚都连在一起接到另外一个光电耦合器TLP521上，再接一个继电器(继电器的开关默认为正常工作模式为常闭状态，出现异常时开关断开)，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-，当上述五路中其中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-断开产生水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE。
当气体流量和水流量有一个或者同时产生低报警状态时，将激光器的高电压充电电源HVPS断开，并产生激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE，气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE和激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE最终通过光电耦合器TLP291传输给单片机MCU。
图3是多参数互锁终端装置的通讯接口电路图，单片机MCU将气体流量状态信号和水流量状态信号通过CAN专用隔离芯片、CAN接口经CAN总线发送给主控制器，主控制器保存气体流量状态信号和水流量状态信号信息，用于定时监测各单元气路和水路的工作状态，以及在出现故障时便于查找具体是哪路信号出现问题，为下一步解决问题提供数据依据。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述准分子激光器内包括有：工作在浓度稳定的气体环境中的多个气体单元、工作在水流降温环境中的多个水路单元；所述多参数互锁终端装置包括多个：气体流量传感器、水流量传感器、光电耦合器、继电器；多个所述气体单元上设置有气体流量传感器，多个所述水路单元上设置有水流量传感器；其中：
多个所述气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起并接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个所述气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开并产生气体流量低报警状态信号；
多个所述水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器，且多个光电耦合器连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号，当多个所述水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号断开产生水流量低报警状态信号。
2.根据权利要求1所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，多个所述气体单元上气体流量传感器的NPN信号分别连接到对应的电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-，当多个所述气体单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号N2_OUT+和N2_OUT-断开并产生气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE；
多个所述水路单元上水流量传感器的NPN信号分别连接到对应的光电耦合器的第二管脚，且多个光电耦合器的第四管脚连在一起接到另外一个光电耦合器上，再连接一个继电器，将NPN逻辑信号转换为继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-，当多个所述水路单元中有一路或多路出现NPN信号输出为0时，继电器开关信号FLOW_OUT+和FLOW_OUT-断开产生水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE。
3.根据权利要求2所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，在所述多参数互锁终端装置中，当气体流量和水流量有一个或者同时产生低报警状态时，控制准分子激光器的高电压充电电源HVPS断开，并产生激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE。
4.根据权利要求3所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述多参数互锁终端装置还包括单片机，气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE和激光器高压充电电源断开状态信号LASER_PROTECT_STATE通过光电耦合器传输给单片机。
5.根据权利要求4所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述多参数互锁终端装置还包括主控制器，所述单片机将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器，所述主控制器保存气体流量状态信号和水流量状态信号信息，定时监测气体单元和水路单元的工作状态。
6.根据权利要求5所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述单片机通过CAN总线将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
7.根据权利要求6所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述单片机使用CAN总线经过CAN专用隔离芯片、CAN接口将气体流量低报警状态信号N2_PROTECT_STATE、水流量低报警状态信号FLOW_PROTECT_STATE发送给主控制器。
8.根据权利要求1所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述气体流量传感器的NPN信号输出为0时代表气体流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；所述水流量传感器的NPN信号输出为0时代表水流量值低于设定限值，输出为1时代表气体流量值为正常；所述继电器的开关默认为正常工作模式为常闭状态，出现异常时开关断开。
9.根据权利要求1所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，其特征在于，所述光电耦合器为光电耦合器TLP521。
10.根据权利要求1所述的基于准分子激光器的多参数互锁终端装置，，其特征在于，多个所述气体单元包括：光路传输单元、波长检测单元、线宽压窄单元、输出耦合单元、脉宽展宽单元、布窗、快门；多个所述水路单元包括：主振荡放电腔、磁脉冲压缩器、谐振充电电源、高电压充电电源、固体脉冲升压单元。
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