TWI469500B - 面鏡角定位設備和處理設備 - Google Patents

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Description

面鏡角定位設備和處理設備
本發明涉及面鏡角度定位設備和處理設備。
在諸如雷射鑽孔機、雷射修整器和雷射修理器的雷射處理設備(工具機)中使用流電設備(galvano apparatus)。流電設備藉由在控制附接到馬達的旋轉軸的面鏡的旋轉角度的同時，用該面鏡反射雷射光來用雷射光照射目標位置。為了使雷射光照射位置與目標位置精確地對準，必須精確地控制面鏡的旋轉角度。因此，流電設備包含用於檢測面鏡的旋轉角度的檢測器(例如，電容性感測器或光學或磁編碼器)。應注意，流電設備的面鏡必須被高速旋轉，這是因為雷射處理設備也需要具有高的操作速率。
而且，在流電設備中，如果在馬達旋轉軸和面鏡之間沒有獲得動態平衡，或者如果由馬達的磁體和線圈產生的力含有在除了旋轉方向以外的方向上的分量，那麽，面鏡在面鏡向馬達旋轉軸傾倒(fall)的方向中振動的振動模式被激發。為了抑制面鏡的此沿傾倒方向的振動，日本專利特開No. 61-116632提出了對於馬達旋轉軸調整動態平衡的技術。
但是，在該習知技術中，當迅速和精確地定位雷射照射位置(即，面鏡旋轉角度)時，不可能充分地去除面鏡在傾倒方向中的振動。另外，習知的流電設備中的用於檢測面鏡旋轉角度的檢測器不能檢測面鏡沿傾倒方向的振動。因此，可能在此振動存在的情況下處理物品，因此，可能在物品中出現處理誤差。特別是當在多個照射位置中連續定位雷射時，接在一個定位操作之後的另一定位操作可能在面鏡的沿傾倒方向的振動充分地衰減之前執行。因此，振動的波可能相互重疊以產生大的振動。
本發明例如提供了一種在減少面鏡歪斜(face tangle error)的不利影響方面有利的技術。
根據本發明的第一方面，提供一種用於面鏡的角度定位的設備，該設備包含：第一面鏡；第一馬達，被配置用於旋轉第一面鏡；第一檢測器，被配置用於檢測第一面鏡的旋轉角度；第一控制器，被配置用於向第一馬達供給電流以使得第一面鏡的旋轉角度達到目標角度，基於表示供給至第一馬達之電流的值和第一面鏡的歪斜角度之間的關係的模型，估計在向第一馬達供給該電流的情況下的第一面鏡的歪斜角度，並且如果被估計的角度超過容許值，則執行用於調整向第一馬達的電流供給以使得第一面鏡的歪斜角度落入該容許值內的處理。
從下文參照附圖對示例性實施例的說明，本發明的其他方面將變得清晰。
以下將參照附圖描述本發明的較佳實施例。應注意，在附圖中相同的參考數字始終表示相同的構件，並且，將不進行它們的重複描述。
<第一實施例>
圖1是示出根據本發明的第一實施例的流電設備1的配置的示意圖。流電設備1是被應用於諸如雷射鑽孔機、雷射修整器或雷射修理器的雷射處理設備、並且藉由反射雷射光來照射照射目標(作為處理目標的物品)的目標位置的設備。流電設備1包含面鏡11、馬達12、檢測器13和控制器14。
面鏡11被附接到馬達12的旋轉軸12a，並且向照射目標或另一面鏡反射雷射光。馬達12是用於旋轉面鏡11的旋轉馬達。在本實施例中，檢測器13是附接到馬達12的旋轉軸12a的旋轉編碼器，並且檢測面鏡11的旋轉角度(即，旋轉軸12a的旋轉角度)。控制器14具有控制面鏡11的旋轉角度的功能。例如，控制器14控制馬達12，以使得由檢測器13檢測到的面鏡11的旋轉角度與目標角度匹配。
以下將詳細描述控制器14。在本實施例中，控制器14包含計算器141、驅動器142和估計器143。
計算器141接收由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度以及作為面鏡11的目標的角度(即，面鏡11的目標角度)。計算器141計算面鏡11的旋轉角度和目標角度之間的差值，並且決定要被供給馬達12的使得該差值變為零(即，面鏡11的旋轉角度與目標角度匹配)的電流的值。由計算器141決定的電流值被輸入到驅動器142和估計器143。根據由計算器141決定的電流值，驅動器142向馬達12供給用於驅動馬達12的電流。根據從驅動器142供給的電流，馬達12沿旋轉方向D1旋轉面鏡11，並且將面鏡11定位在目標角度。
在此過程中，面鏡11沿軸向傾倒方向D2傾倒並且振動。應注意，面鏡11的軸向傾倒指的是面鏡11相對於參考軸(旋轉軸12a的設計中心軸)傾斜，並且，面鏡11與參考軸的角度將在以下被稱為歪斜角度。圖2A是示出目標角度和在面鏡11旋轉到目標角度時的面鏡11的旋轉角度(由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度)之間的差值與面鏡11的歪斜角度(測量值)之間的關係的示圖。應注意，由於測量系統的限制，因此，在開始面鏡11的定位之後400μsec，開始面鏡11的歪斜角度的測量。圖2B示出當面鏡11如圖2A所示的那樣旋轉到目標角度時從驅動器142向馬達12供給的電流的波形。
參照圖2A和圖2B，可藉由下式表示的單自由度阻尼系統的轉換函數模型來近似與向馬達12供給的電流的值[A]對應的面鏡11的歪斜角度θ[rad]：
θ=(1.061×102 )/(s2 +427.3s+2.547×108 )　...(1)
這裏，s是拉普拉斯運算元。
圖3示出在使用方程式(1)表示的模型估計面鏡11的歪斜角度時的結果。參照圖3，在縱軸上繪製面鏡11的歪斜角度，並且，在橫軸上繪製從面鏡11的定位開始以來經過的時間。圖2A和圖3的比較示出面鏡11的歪斜角度的測量值精確地與藉由使用由式(1)表示的模型獲得的面鏡11的歪斜角度的估計值匹配。
估計器143藉由參照上述的表示向馬達12供給的電流的值和面鏡11的歪斜角度之間的關係的模型，估計與由驅動器142向馬達12供給的電流的值對應的面鏡11的歪斜角度。由估計器143估計的面鏡11的歪斜角度作為估計的歪斜角度被輸出，並且，被提供給處理器等。應注意，處理器確定估計的面鏡11的歪斜角度是否超過容許值。如果處理器確定估計的面鏡11的歪斜角度超過容許值，那麽處理器執行使得當將面鏡11旋轉到目標角度時面鏡11的歪斜角度能夠落入容許值內的處理(調整由驅動器142向馬達12的電流供給的處理)。
圖4是示出使用圖1所示的流電設備1的雷射處理設備2的配置的示意圖。雷射處理設備2包含用於發射照射作為處理目標的物體OB的雷射光LL的照射單元220、用於控制雷射光LL的在X軸方向上的照射位置的第一單元、用於控制雷射光LL的在Y軸方向上的照射位置的第二單元和主控制器230。注意，X軸和Y軸相互垂直。
第一單元包含X軸面鏡(第一面鏡)201、用於旋轉X軸面鏡201的X軸馬達(第一馬達)202和用於檢測X軸面鏡201的旋轉角度的X軸檢測器(第一檢測器)203。另外，第一單元包含用於控制X軸馬達202的X軸控制器204、和用於藉由指定(輸入)X軸面鏡201的目標角度來控制雷射光LL的在X軸方向上的照射位置的X軸馬達位置指定單元205。
第二單元包含Y軸面鏡(第二面鏡)206、用於旋轉Y軸面鏡206的Y軸馬達(第二馬達)207和用於檢測Y軸面鏡206的旋轉角度的Y軸檢測器(第二檢測器)208。另外，第二單元包含用於控制Y軸馬達207的Y軸控制器209、和用於藉由指定(輸入)Y軸面鏡206的目標角度來控制雷射光LL的在Y軸方向上的照射位置的Y軸馬達位置指定單元210。
X軸控制器204具有與參照圖1解釋的控制器14的配置等同的配置。X軸控制器204估計X軸面鏡201的歪斜角度(第一估計器)，並且向X軸馬達202供給用於驅動X軸馬達202的電流(第一驅動器)。類似地，Y軸控制器209具有與參照圖1解釋的控制器14的配置等同的配置。Y軸控制器209估計Y軸面鏡206的歪斜角度(第二估計器)，並且向Y軸馬達207供給用於驅動Y軸馬達207的電流(第二驅動器)。應注意，X軸控制器204向主控制器230提供指示估計的X軸面鏡201的歪斜角度的X軸面鏡估計歪斜角度，並且，Y軸控制器209向主控制器230提供指示估計的Y軸面鏡206的歪斜角度的Y軸面鏡估計歪斜角度。還應注意，X軸馬達202和Y軸馬達207的旋轉軸相互垂直。
當處理物體OB時(即，當用雷射光LL照射物體OB時)，主控制器230向X軸馬達位置指定單元205和Y軸馬達位置指定單元210指定物體OB上的雷射光LL照射位置的座標。X軸馬達位置指定單元205和Y軸馬達位置指定單元210分別將由主控制器230指定的座標轉換成X軸面鏡201和Y軸面鏡206的目標角度，並且向X軸控制器204和Y軸控制器209指定這些目標角度。
注意，如果由X軸控制器204提供的X軸面鏡估計歪斜角度和由Y軸控制器209提供的Y軸面鏡估計歪斜角度超出容許值，那麽主控制器230停止照射單元220的雷射光LL的發射，直到這些角度落入容許值內。在X軸面鏡估計歪斜角度和Y軸面鏡估計歪斜角度落入容許值內之後，主控制器230控制照射單元220、X軸馬達位置指定單元205和Y軸馬達位置指定單元210，使得開始或再繼續雷射光LL向物體OB的發射。
在上述的本實施例中，如果當X軸面鏡201和Y軸面鏡206旋轉到目標角度時出現歪斜角度(振動)，那麽雷射光LL向物體OB的發射(物體OB的處理)停止，直到這些面鏡歪斜角度落入容許值內。因此，雷射處理設備2可藉由減少物體OB的處理誤差來精確地處理物體OB。
<第二實施例>
雷射處理設備指令流電設備以定位面鏡，並且用雷射照射作為處理目標的物體上的處理位置(照射位置)。在這種情況下，作為處理目標的物體上的處理位置被預先確定，並且，用於用雷射照射處理位置的面鏡的目標角度也被預先確定。因此，當流電設備的面鏡被定位到下一目標角度的定時(定位的開始時間)被確定時，可藉由使用如在第一實施例中解釋的模型估計在那時的面鏡的歪斜角度。因此，在本實施例中，在開始面鏡的定位之前插入調整時間(等待時間)，使得在處理作為處理目標的物體時(用雷射照射作為處理目標的物體時)面鏡的歪斜角度落入容許值內。
圖5是示出應用於圖1所示的流電設備1的、根據本實施例的面鏡11的定位控制系統的配置的例子的示意性方塊圖。應注意，在本實施例中，馬達12具有如下這樣的馬達模型，即藉由該馬達模型，對於從驅動器142供給的電流的值以1.736×104 /s2 的轉換函數模型來近似由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度。還應注意，面鏡11和檢測器13是對於沿旋轉方向D1的運動不扭曲的剛性部分。
如圖5所示，根據本實施例的面鏡11的定位控制系統是二自由度數位控制系統。應注意，估計器143藉由使用由式(1)表示的模型估計面鏡11的歪斜角度。在該二自由度控制系統中，藉由基於最終狀態控制的抖動最小化 軌跡(jerk minimization track)設計前饋控制電流加法項51。並且，參考角度52被設為藉由將前饋控制電流加法項51輸入到馬達12的馬達模型來計算角度回應而獲得的值。因此，當從馬達12的馬達模型獲得的旋轉角度與馬達12的實際旋轉角度(即，由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度)匹配時，反饋控制系統53不起作用。假定在本實施例中，由馬達12的馬達模型獲得的旋轉角度與馬達12的實際旋轉角度匹配。
最終狀態控制在例如“奈米尺寸伺服控制(Nanoscale Servo Control)”(Tokyo Denki University Press,pp.174~178)中被詳細解釋，並且是如下這樣的控制，即藉由該控制，藉由向控制目標給予輸入，將系統的初始狀態設定為藉由有限時間指定的最終狀態。在本實施例中，作為控制目標的馬達12的馬達模型被從轉換函數模型轉換成離散時間系統模型，並且，藉由使馬達12的加速度的一階微分的總和最小化的所謂的抖動最小化軌跡設計要被供給到馬達12的電流。
在以下給出的本實施例中，將詳細解釋以相同的旋轉量(角度移動量)、即7×10-3 [rad]連續兩次定位面鏡11的情況。
第一定位
初始狀態中的角度位置：x[0]=0[rad]
最終狀態中的角度位置：x[N]=7×10-3 [rad]
第二定位
初始狀態中的角度位置：x[0]=7×10-3 [rad]
最終狀態中的角度位置：x[N]=14×10-3 [rad]
取樣頻率為150kHz，並且，最終步數為79。應注意，最終步數是當面鏡11被從初始狀態變為最終狀態時的取樣次數。
在第一定位和第二定位中，旋轉量、旋轉方向和最終步數相同，因此，馬達12對於從驅動器142供給的電流的值的角度回應相同。
在對於用於執行第一定位的命令(向驅動器142的電流供給)將面鏡11設定為最終狀態之後，設定調整時間，並且，發出用於執行第二定位的命令。圖6A、圖6B、圖7A和圖7B表示藉由將在第一定位和第二定位之間設定的調整時間每次改變66.4[μsec]來估計面鏡11的歪斜角度時的結果。在圖6A、圖6B、圖7A和圖7B中的每一個的上半部中，面鏡11的歪斜角度(估計值)由實線表示，並且，由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度由虛線表示。此外，圖6A、圖6B、圖7A和圖7B中的每一個的下半部示出從驅動器142向馬達12供給的電流的波形。
假定在完成流電設備的面鏡的定位之後，雷射處理設備用雷射照射物體所需要的時間為200[μsec]。還假定為了滿足物體的處理精度，面鏡的旋轉角度和目標角度之間的差值以及面鏡的歪斜角度必須為10[μrad]或更小。
如圖6A、圖6B和圖7A中的每一個所示，當調整時間為199.2×10-6 [sec]、265.6×10-6 [sec]或332.0×10-6 [sec]時，面鏡的歪斜角度為10[μrad]或更大。並且，參照圖7A，當調整時間為332.0×10-6 [sec]時，需要2.7[msec]以將面鏡的歪斜角度減小到10[μrad]或更小。
另一方面，如圖7B所示，當調整時間為398.4×10-6 [sec]時，在完成第二定位時面鏡的歪斜角度為10[μrad]或更小，並且，在其之後1.5[msec]滿足雷射照射條件。
在上述的本實施例中，當在流電設備的面鏡的歪斜角度落入容許值內之後將面鏡旋轉到下一目標角度時，控制驅動器向馬達供給電流的定時。更具體而言，在向馬達供給用於將流電設備的面鏡旋轉到下一目標角度的電流的時間之前，設定用於使得面鏡的歪斜角度能夠落入容許值內的調整時間。這使得能夠抑制面鏡的歪斜角度(或振動)，並且迅速和精確地處理作為處理目標的物體。
在本實施例中，解釋了以相同的旋轉量(角度移動量)連續兩次定位面鏡的情況。但是，即使當面鏡被以不同的旋轉量定位或者被連續定位三次或更多次時，仍類似地能夠藉由設定用於使得面鏡的歪斜角度能夠落入容許值內的調整時間，迅速和精確地處理作為處理目標的物體。
而且，在本實施例中，面鏡定位控制系統由使用最終狀態的二自由度控制系統構成。但是，面鏡定位控制系統還可由單自由度控制系統或另一種二自由度控制系統構成 。
此外，在雷射的發射可被嚴格控制的情況下，僅當面鏡歪斜角度落入容許值內時發射雷射。這使得能夠更精確地處理作為處理目標的物體。
<第三實施例>
如上該，當流電設備的面鏡被定位到下一目標角度的定時(定位的開始時間)被確定時，可藉由使用在第一實施例中解釋的模型估計在那時的面鏡的歪斜角度。因此，在本實施例中，調整(延長)面鏡定位所需的時間，使得當處理作為處理目標的物體時(用雷射照射作為處理目標的物體時)面鏡的歪斜角度落入容許值內。
在以下給出的本實施例中，將詳細解釋以相同的旋轉量(角度移動量)、即7×10-3 [rad]連續兩次定位面鏡11的情況。注意，面鏡11的定位控制系統的配置與第二實施例的配置相同。
第一定位
初始狀態中的角度位置：x[0]=0[rad]
最終狀態中的角度位置：x[N]=7×10-3 [rad]
取樣頻率：150kHz
最終步數：79
第二定位
初始狀態中的角度位置：x[0]=7×10-3 [rad]
最終狀態中的角度位置：x[N]=14×10-3 [rad]
取樣頻率：150kHz
最終步數：79、90、105
在第一定位和第二定位中，旋轉量和旋轉方向相同，但是最終步數不同。因此，馬達12對於從驅動器142供給的電流的值的角度回應不同。
在對於用於執行第一定位的命令(向驅動器142的電流供給)將面鏡11設定為最終狀態之後，作為雷射照射所需的時間經過了200[μsec]，並且，發出用於執行第二定位的命令。圖8A、圖8B和圖9示出了對於第二定位藉由將最終步數設為79、90和105來估計面鏡11的歪斜角度時的結果。在圖8A、圖8B和圖9中的每一個的上半部中，面鏡11的歪斜角度(估計值)由實線指示，並且，由檢測器13檢測的面鏡11的旋轉角度由虛線指示。並且，圖8A、圖8B和圖9中的每一個的下半部示出從驅動器142向馬達12供給的電流的波形。
如第二實施例那樣，假定為了滿足物體的處理精度，面鏡的旋轉角度和目標角度之間的差值以及面鏡的歪斜角度必須為10[μrad]或更小。
如圖8A所示，當第二定位中的最終步數為79時，當完成第二定位時，面鏡的歪斜角度為10[μrad]或更大。圖8A示出，在面鏡的歪斜角度變為10[μrad]或更小之前 需要3.2[msec]。並且，如圖8B所示，當第二定位中的最終步數為90時，自完成第二定位以來面鏡的歪斜角度變為10[μrad]或更小之前需要2.2[msec]。
另一方面，如圖9所示，當第二定位中的最終步數為105時，當完成第二定位時，面鏡的歪斜角度為10[μrad]或更小，並且，在其之後1.4[msec]滿足雷射照射條件。
在上述的本實施例中，藉由在面鏡的歪斜角度不超出容許值的範圍內調整用於將流電設備的面鏡定位到下一目標角度的時間來控制馬達。這使得能夠控制面鏡的歪斜角度(或振動)，並且，迅速並精確地處理作為處理目標的物體。
在本實施例中，解釋了以相同的旋轉量(角度移動量)連續兩次定位面鏡的情況。但是，即使當面鏡被以不同的旋轉量定位或者被連續定位三次或更多次時，仍類似地能夠藉由調整用於將面鏡旋轉到下一目標角度的定位時間，迅速和精確地處理作為處理目標的物體。
<第四實施例>
圖10是示出根據本發明的第四實施例的雷射處理設備2A的配置的示意圖。雷射處理設備2A包含用於發射照射作為處理目標的物體OB的雷射光LL的照射單元220、用於控制雷射光LL的在X軸方向上的照射位置的第一單元、用於控制雷射光LL的在Y軸方向上的照射位置的第二單元、和主控制器230。應注意，X軸和Y軸相互垂直。
第一單元包含X軸面鏡(第一面鏡)201、用於旋轉X軸面鏡201的X軸馬達(第一馬達)202和用於檢測X軸面鏡201的旋轉角度的X軸檢測器(第一檢測器)203。另外，第一單元包含用於控制X軸馬達202的X軸控制器204、和用於藉由指定(輸入)X軸面鏡201的目標角度來控制雷射光LL的在X軸方向上的照射位置的X軸馬達位置指定單元205。
第二單元包含Y軸面鏡(第二面鏡)206、用於旋轉Y軸面鏡206的Y軸馬達(第二馬達)207和用於檢測Y軸面鏡206的旋轉角度的Y軸檢測器(第二檢測器)208。另外，第二單元包含用於控制Y軸馬達207的Y軸控制器209、和用於藉由指定(輸入)Y軸面鏡206的目標角度來控制雷射光LL的在Y軸方向上的照射位置的Y軸馬達位置指定單元210。
X軸控制器204和Y軸控制器209中的每一個分別具有與參照圖1解釋的控制器14的配置等同的配置，並且分別估計X軸面鏡201和Y軸面鏡206的歪斜角度。X軸控制器204向主控制器230提供指示估計的X軸面鏡201的歪斜角度的X軸面鏡估計歪斜角度，並且，Y軸控制器209向主控制器230提供指示估計的Y軸面鏡206的歪斜角度的Y軸面鏡估計歪斜角度。並且，X軸馬達202和Y軸馬達207的旋轉軸相互垂直。
當處理物體OB時(即，當用雷射光LL照射物體OB時)，主控制器230向X軸馬達位置指定單元205和Y軸馬達位置指定單元210指定物體OB上的雷射光LL照射位置的座標。X軸馬達位置指定單元205和Y軸馬達位置指定單元210分別將由主控制器230指定的座標轉換成X軸面鏡201和Y軸面鏡206的目標角度，並且向X軸控制器204和Y軸控制器209指定這些目標角度。X軸馬達位置指定單元205的補償器205a校正要向X軸控制器204指定的X軸面鏡201的目標角度，以補償由藉由Y軸控制器209估計的Y軸面鏡206的歪斜角度導致的雷射光LL的在X軸方向上的位置偏差。類似地，Y軸馬達位置指定單元210的補償器210a校正要向Y軸控制器209指定的Y軸面鏡206的目標角度，以補償由藉由X軸控制器204估計的X軸面鏡201的歪斜角度導致的雷射光LL的在Y軸方向上的位置偏差。
在上述的本實施例中，藉由由Y軸馬達207旋轉Y軸面鏡206來補償X軸面鏡201的歪斜角度，並且，藉由由X軸馬達202旋轉X軸面鏡201補償Y軸面鏡206的歪斜角度。因此，雷射處理設備2A可減少物體OB的處理誤差，並且精確地處理物體OB。
圖11是示出雷射處理設備2A的X軸面鏡201和Y軸面鏡206的定位控制系統的配置的例子的示意性方塊圖。在本實施例中，X軸馬達202具有如下這樣的馬達模型，藉由該馬達模型，對於從驅動器供給的電流的值以1.736×104 /s2 的轉換函數模型來近似由X軸檢測器203檢測的X軸面鏡201的旋轉角度。類似地，Y軸馬達207具有如下這樣的馬達模型，藉由該馬達模型，對於從驅動器供給的電流的值以1.736×104 /s2 的轉換函數模型來近似由Y軸檢測器208檢測的Y軸面鏡206的旋轉角度。並且，X軸面鏡201、Y軸面鏡206、X軸檢測器203和Y軸檢測器208是對於旋轉方向上的運動不扭曲的剛性部分。
如圖11所示，根據本實施例的X軸面鏡201和Y軸面鏡206的定位控制系統由二自由度數字控制系統構成。注意，X軸估計器1101和Y軸估計器1102分別藉由使用由式(1)表示的模型估計X軸面鏡201和Y軸面鏡206的歪斜角度。
以下將解釋X軸面鏡201的定位控制。藉由基於最終狀態控制的抖動最小化軌跡來指定該二自由度控制系統中的X軸前饋控制電流加法項1103。X軸參考角度1104被設定為藉由將X軸前饋控制電流加法項1103輸入到X軸馬達202的馬達模型來計算角度回應而獲得的值。X軸反饋控制系統1105接收這樣的值，該值是藉由從藉由將由Y軸估計器1102估計的Y軸面鏡206的歪斜角度與X軸參考角度1104相加所計算的值減去X軸面鏡201的旋轉角度而被計算的。X軸估計器1101接收藉由將來自X軸前饋控制電流加法項1103的輸出和來自X軸反饋控制系統1105的輸出的相加而獲得的電流值，並且估計X軸面鏡201的傾角。並且，由Y軸估計器1102估計的Y軸面鏡206的歪斜角度被輸入X軸馬達模型的逆模型1106，並且，為了補償Y軸面鏡206的歪斜角度而被供給到X軸馬達202的電流的值被計算。藉由將從X軸馬達模型的逆模型1106輸出的電流值與藉由來自X軸前饋控制電流加法項1103的輸出和來自X軸反饋控制系統1105的輸出的相加而獲得的電流值相加所獲得的電流值被供給到X軸馬達202。因此，當從X軸馬達202的馬達模型獲得的旋轉角度與X軸馬達202的實際旋轉角度(即，由X軸檢測器203檢測的X軸面鏡201的旋轉角度)匹配時，X軸反饋控制系統1105不起作用。假定在本實施例中，從X軸馬達202的馬達模型獲得的旋轉角度與X軸馬達202的實際旋轉角度匹配。
以下將解釋Y軸面鏡206的定位控制。藉由基於最終狀態控制的抖動最小化軌跡來指定該二自由度控制系統中的Y軸前饋控制電流加法項1107。Y軸參考角度1108被設定為藉由將Y軸前饋控制電流加法項1107輸入到Y軸馬達207的馬達模型來計算角度回應而獲得的值。Y軸反饋控制系統1109接收藉由從藉由將由X軸估計器1101估計的X軸面鏡201的歪斜角度與Y軸參考角度1108相加而計算的值減去Y軸面鏡206的旋轉角度所計算的值。Y軸估計器1102接收藉由來自Y軸前饋控制電流加法項1107的輸出和來自Y軸反饋控制系統1109的輸出相加而獲得的電流值，並且估計Y軸面鏡206的傾角。並且，由X軸估計器1101估計的X軸面鏡201的歪斜角度被輸入到Y軸馬達模型的逆模型1110，並且，為了補償X軸面鏡201的歪斜角度而要被供給到Y軸馬達207的電流的值被計算。藉由將從Y軸馬達模型的逆模型1110輸出的電流值加到由來自Y軸前饋控制電流加法項1107的輸出和來自Y軸反饋控制系統1109的輸出的相加而獲得的電流值上所獲得的電流值被供給到Y軸馬達207。因此，當從Y軸馬達207的馬達模型獲得的旋轉角度與Y軸馬達207的實際旋轉角度(即，由Y軸檢測器208檢測的Y軸面鏡206的旋轉角度)匹配時，Y軸反饋控制系統1109不起作用。假定在本實施例中，從Y軸馬達207的馬達模型獲得的旋轉角度與Y軸馬達207的實際旋轉角度匹配。
如上該，可藉由(1.061×102 )/(s2 +427.3s+2.547×108 )的單自由度阻尼系統的轉換函數模型來近似X軸面鏡201和Y軸面鏡206的歪斜角度。並且，藉由1.736×104 /s2 的轉換函數獲得分別由X軸檢測器203和Y軸檢測器208檢測的X軸面鏡201和Y軸面鏡206的旋轉角度相對於從驅動器供給的電流的值的回應。因此，校正X軸面鏡201的歪斜角度所需要的Y軸馬達207的回應為{(1.061×102 )/(s2 +427.3s+2.547×108 )}/(1.736×104 /s2 )。
在本實施例中，將詳細解釋當僅沿X軸方向定位雷射照射位置時以7×10-3 [rad]的旋轉量(旋轉移動量)將X軸面鏡201定位一次的情況。應注意，藉由由Y軸馬達207旋轉Y軸面鏡206來補償X軸面鏡201的歪斜角度， 並且，Y軸馬達207的歪斜角度不被補償。
假定初始狀態中的X軸面鏡201的角度位置為x[0]=0[rad]，最終狀態中的角度位置為x[N]=7×10-3 [rad]，取樣頻率為150kHz，並且最終步數為79。
圖12A的上半部示出X軸面鏡201的歪斜角度，並且，圖12A的下半部示出供給到X軸馬達202的電流的波形。並且，圖12B的上半部示出補償圖12A的上半部中所示的X軸面鏡201的歪斜角度所需的Y軸面鏡206的旋轉角度，並且，圖12B的下半部示出向Y軸馬達207供給的電流的波形。
圖12A與圖12B的比較指示，X軸面鏡201的歪斜角度和Y軸面鏡206的旋轉角度具有180°的相位差，因此，可藉由旋轉Y軸面鏡206來校正X軸面鏡201的歪斜角度。類似地，可藉由旋轉X軸面鏡201校正Y軸面鏡206的歪斜角度。應注意，當藉由旋轉Y軸面鏡206校正X軸面鏡201的歪斜角度時，Y軸面鏡206產生歪斜角度，但是此歪斜角度非常小並且是可忽略的。當然，也可以藉由旋轉X軸面鏡201再次校正Y軸面鏡206的歪斜角度。
雖然已參照示例性實施例說明了本發明，但應理解，本發明不限於公開的示例性實施例。以下的請求項的範圍應被賦予最寬泛的解釋以包含所有的變型方式以及等同的結構和功能。
1．．．流電設備
2．．．雷設處理設備
2A．．．雷射處理設備
11．．．面鏡
12．．．馬達
12a．．．旋轉軸
13．．．檢測器
14．．．控制器
51．．．前饋控制電流加法項
52．．．參考角度
53．．．反饋控制系統
141．．．計算器
142．．．驅動器
143．．．估計器
201．．．X軸面鏡(第一面鏡)
202．．．X軸馬達(第一馬達)
203．．．X軸檢測器(第一檢測器)
204．．．X軸控制器
205．．．X軸馬達位置指定單元
205a．．．補償器
206．．．Y軸面鏡(第二面鏡)
207‧‧‧Y軸馬達(第二馬達)
208‧‧‧Y軸檢測器(第二檢測器)
209‧‧‧Y軸控制器
210‧‧‧Y軸馬達位置指定單元
210a‧‧‧補償器
220‧‧‧照射單元
230‧‧‧主控制器
1101‧‧‧X軸估計器
1102‧‧‧Y軸估計器
1103‧‧‧X軸前饋控制電流加法項
1104‧‧‧X軸參考角度
1105‧‧‧X軸反饋控制系統
1106‧‧‧X軸馬達模型的逆模型
1107‧‧‧Y軸前饋控制電流加法項
1108‧‧‧Y軸參考角度
1109‧‧‧Y軸反饋控制系統
1110‧‧‧Y軸馬達模型的逆模型
D1‧‧‧旋轉方向
D2‧‧‧軸向傾倒方向
LL‧‧‧雷射光
OB‧‧‧物體
圖1是示出根據第一實施例的流電設備的配置的示例性示圖。
圖2A和圖2B是用於解釋圖1所示的流電設備中的面鏡的沿軸向傾倒方向的振動的示圖。
圖3是示出當藉由使用由式1表示的模型估計面鏡的歪斜角度時獲得的結果的示圖。
圖4是示出使用圖1所示的流電設備的雷射處理設備的配置的示意圖。
圖5是示出應用於圖1所示的流電設備的根據第二實施例的面鏡定位控制系統的配置的例子的示意性方塊圖。
圖6A和圖6B是用於解釋根據第二實施例的流電設備中的面鏡定位的示圖。
圖7A和圖7B是用於解釋根據第二實施例的流電設備中的面鏡定位的示圖。
圖8A和圖8B是用於解釋根據第三實施例的流電設備中的面鏡定位的示圖。
圖9是用於解釋根據第三實施例的流電設備中的面鏡定位的示圖。
圖10是示出根據第四實施例的雷射處理設備的配置的示意圖。
圖11是示出圖10所示的雷射處理設備中的面鏡定位控制系統的配置的例子的示意性方塊圖。
圖12A和圖12B是用於解釋根據第四實施例的流電設備中的面鏡定位的示圖。
11．．．面鏡
12．．．馬達
12a．．．旋轉軸
13．．．檢測器
14．．．控制器
141．．．計算器
142．．．驅動器
143．．．估計器
D1．．．旋轉方向
D2．．．軸向傾倒方向

Claims (8)

  1. 一種用於面鏡的角度定位的設備，該設備包含：面鏡；馬達，被配置用於旋轉該面鏡；檢測器，被配置用於檢測該面鏡的旋轉角度；控制器，被配置用於：供給電流至該馬達，使得該面鏡的該旋轉角度達到目標角度；基於表示被供給至該馬達之電流的值和該面鏡的傾斜角度之間的關係的模型，估計在電流被供給至該馬達的情況下的面鏡的傾斜角度，其中該面鏡的該傾斜角度是該面鏡相對於該馬達之旋轉軸桿的設計中心軸線傾斜之角度；並且如果被估計的該傾斜角度超過容許值，則調整供給至該馬達的電流，使得該面鏡的該傾斜角度落入該容許值內。
  2. 根據申請專利範圍第1項之用於面鏡的角度定位的設備，其中，該控制器被配置用於設定在該面鏡被旋轉到下一目標角度之前所需要的等待時間。
  3. 根據申請專利範圍第1項之用於面鏡的角度定位的設備，其中，該控制器被配置用於調整該面鏡被旋轉到下一目標角度所需的時間。
  4. 一種用於面鏡的角度定位的設備，該設備包含：第一面鏡；第一馬達，被配置用於旋轉該第一面鏡； 第一檢測器，被配置用於檢測該第一面鏡的旋轉角度；第一控制器，被配置用於：供給電流至該第一馬達，使得該第一面鏡的該旋轉角度達到目標角度；和基於表示被供給至該第一馬達的電流的值和該第一面鏡的傾斜角度之間的關係的模型，估計在電流被供給至該第一馬達的情況下的第一面鏡的傾斜角度，其中該第一面鏡的該傾斜角度是該第一面鏡相對於該第一馬達之旋轉軸桿的設計中心軸線傾斜之角度；第二面鏡；被配置用於旋轉該第二面鏡的第二馬達，其包括一旋轉軸桿，該第二馬達的旋轉軸桿垂直於在該第一馬達內的旋轉軸桿；被配置用於檢測該第二面鏡之旋轉角度的第二檢測器；和第二控制器，該第二控制器被配置用於：供給電流至該第二馬達，使得該第二面鏡的該旋轉角度達到目標角度；以及基於表示被供給至該第二馬達的電流的值和該第二面鏡的傾斜角度之間的關係的模型，估計在電流被供給至該第二馬達的情況下的該第二面鏡的傾斜角度，其中該第二面鏡的該傾斜角度是該第二面鏡相對於該第二馬達之旋轉軸桿的設計中心軸線傾斜之角度；其中該第一控制器被建構用於基於該第二面鏡之 被估計的傾斜角度來控制該第一面鏡的該旋轉角度，以補償該第二面鏡的傾斜角度，並且該第二控制器被建構用於基於該第一面鏡之被估計的傾斜角度來控制該第二面鏡的該旋轉角度，以補償該第一面鏡的傾斜角度。
  5. 一種用於以光照射物體的處理設備，該處理設備包括：根據申請專利範圍第1至4項中任一項用於面鏡的角度定位的設備；以及照射單元，被配置用於以該光經由該面鏡照射該物體。
  6. 一種用於以光照射物體的處理設備，該處理設備包括：面鏡；照射單元，被配置用於以該光經由該面鏡照射該物體；馬達，被配置用於旋轉該面鏡；檢測器，被配置用於檢測該面鏡的旋轉角度；和控制器，被配置用於：供給電流至該馬達，使得該面鏡的旋轉角度達到目標角度；基於表示被供給至該馬達的電流的值和該面鏡的傾斜角度之間的關係的模型，估計在電流被供給至該馬達的情況下的該面鏡的傾斜角度，其中該面鏡的該傾斜角度是該面鏡相對於該馬達之旋轉軸桿的設計中心軸線傾斜之角度；並且 如果估計的傾斜角度超過預定的容許值，則導致該照射單元等待以該光照射該物體。
  7. 一種用於以光照射物體的處理設備，該處理設備包括：照射單元，被配置用於發射該光；和根據申請專利範圍第1項用於面鏡的角度定位的設備，以該光經由該面鏡照射該物體。
  8. 一種用於以光照射物體的處理設備，該處理設備包括：照射單元，被配置用於發射該光；和根據申請專利範圍第4項用於面鏡的角度定位的設備，以該光經由該面鏡照射該物體。
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