准分子激光微加工控制系统研究

作     者：殷伯华 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左铁钏;陈涛

授予年度：2003年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：准分子激光 微机电系统 计数器 实时控制 插补算法 

摘      要：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。