專利名稱：二維鉆孔的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種二維鉆孔的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在光刻機(jī)領(lǐng)域中，設(shè)備的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中以多孔特征的零件最為代表性，具體包括:曝光分系統(tǒng)中投影物鏡中鏡筒裝置和零件、工件臺(tái)分系統(tǒng)中硅片吸盤、微環(huán)境工件臺(tái)和掩模臺(tái)氣浴板、主基板和基礎(chǔ)框架安裝平面、硅片傳輸分系統(tǒng)中硅片溫度穩(wěn)定單元(Temperature Stabilize Unit, TSU)、諸多氣浮模塊和磁浮冷卻模塊等等。在這些零件的加工過程中由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，造成制造零件的效率低、成本高、周期長(zhǎng)等問題。為解決多孔難于加工的制造問題，如專利US7054798所述提出一種結(jié)合旅行商問題算法(Traveling Sales Problem, TSP)對(duì)平面內(nèi)單一沖孔路徑進(jìn)行近似計(jì)算,獲得一條最短的加工路徑，以此來提高加工效率。然而，上述方法針對(duì)的僅為單一鉆孔，而針對(duì)不同規(guī)格的加工孔相互之間的轉(zhuǎn)換和過渡，以及如何提高復(fù)雜三維零件的加工效率，仍然是困擾當(dāng)代機(jī)械加工行業(yè)的普遍問題。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本案設(shè)計(jì)人憑借從事此行業(yè)多年的經(jīng)驗(yàn)，積極研究改良，于是有了本發(fā)明一種二維鉆孔的裝置及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的待加工零件的加工過程中由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，造成制造零件的效率低、成本高、周期長(zhǎng)等缺陷，以及針對(duì)不同規(guī)格的加工孔相互之間的轉(zhuǎn)換和過渡，以及如何提高復(fù)雜零件的加工效率等問題仍未解決的現(xiàn)實(shí)提出一種二維鉆孔的
>J-U ρ α 裝直。本發(fā)明的另一目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種所述二維鉆孔裝置的鉆孔方法。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種二維鉆孔的裝置，所述鉆孔的裝置包括:加工單元，控制單元和二維機(jī)械手；所述二維機(jī)械手可在二維平面內(nèi)換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運(yùn)算器、第一信息輸出器和第二信息輸出器；所述第一信息輸出器與所述加工單元連接，控制加工單元運(yùn)作；所述第二信息輸出器與所述二維機(jī)械手連接，控制二維機(jī)械手運(yùn)作?？蛇x的，所述加工單元包括:工件臺(tái)，用以承載待加工零件，所述待加工零件待加工以在其上形成各種不同的鉆孔；加工主軸和當(dāng)前使用刀具，設(shè)置在所述工件臺(tái)一側(cè)，用以加工承載在所述工件臺(tái)上的待加工零件；待用刀具，用于待加工零件后續(xù)加工；刀具中心庫(kù)，用于收容所述待用刀具?？蛇x的，所述鉆孔的裝置進(jìn)一步包括伴隨所述加工主軸和當(dāng)前使用刀具運(yùn)動(dòng)的待用刀具和主軸隨動(dòng)平臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的又一目的，本發(fā)明提供一種所述的二維鉆孔的裝置的鉆孔裝置，所述控制單元包括下述控制方法:步驟S1:在信息輸入器中輸入信息；步驟S2:在運(yùn)算器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算；步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號(hào)至加工單元；步驟S4:同時(shí)，第二信息輸出器輸出信號(hào)至二維機(jī)械手?？蛇x的，所述步驟SI中輸入的信息包括待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數(shù)量和鉆孔規(guī)格；所述加工單元的信息包括采用基于二維加工、主要的加工面以及工件臺(tái)和加工主軸的自由度、運(yùn)動(dòng)速度、精度?？蛇x的，所述的步驟S2還包括下述步驟:步驟S21:選擇鉆孔路徑的優(yōu)化方式；步驟S22:根據(jù)選擇的優(yōu)化方式進(jìn)行算法計(jì)算和程序計(jì)算；步驟S23:重復(fù)步驟S21和步驟S22得出每個(gè)優(yōu)化方式下的結(jié)果；步驟S24:比較并選擇結(jié)果?？蛇x的，所述步驟S21種的優(yōu)化方式包括:單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化、局部混合優(yōu)化，以及全局混合優(yōu)化?？蛇x的，所述單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化是以同一規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工一種同規(guī)格的孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑?？蛇x的，所述局部混合優(yōu)化以兩個(gè)規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工所述兩種規(guī)格的鉆孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑?？蛇x的，所述全局混合優(yōu)化針對(duì)同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統(tǒng)一規(guī)劃；對(duì)不同孔徑規(guī)格采用刀具交換的混合算法進(jìn)行規(guī)劃。可選的，在算法處理上，為滿足約束條件，增加懲罰函數(shù)來控制?？蛇x的，所述懲罰函數(shù)的設(shè)置是根據(jù)加工單元換刀具的效率來確定，待設(shè)定參數(shù)為換刀具的效率和工件臺(tái)的平均運(yùn)動(dòng)速度?？蛇x的，所述算法計(jì)算為基于旅行商TSP算法，計(jì)算規(guī)劃最短的加工路徑?？蛇x的，所述程序計(jì)算設(shè)置并考慮換刀的效率成本作為一種約束條件，在工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)和主軸運(yùn)動(dòng)之間達(dá)到效率的平衡和匹配。綜上所述，本發(fā)明將CNC工件臺(tái)和加工主軸所需的重復(fù)運(yùn)動(dòng)里程降低到了最低，同時(shí)通過二維機(jī)械手在刀具中心庫(kù)和加工主軸間往返運(yùn)動(dòng)，以提供換刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率達(dá)到最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同規(guī)格的加工孔相互之間的轉(zhuǎn)換和過渡，以及提高復(fù)雜零件的加工效率。


圖1所示為本發(fā)明二維鉆孔的方法的鉆孔路徑優(yōu)化程序和流程圖；圖2(a)所為待加工零件的頂部視圖鉆孔和分布意圖；圖2(b)所示為待加工零件的頂部視圖鉆孔和分布的局部放大圖；圖2(c)所為待加工零件的底部視圖鉆孔和分布意圖；圖3所示為待加工零件中鉆孔二維布置圖；圖4所示為鉆孔單一優(yōu)化路徑二維圖；圖5所示為第一 CNC加工中心換刀和加工方式示意圖；圖6所示為鉆孔二類混合優(yōu)化路徑二維圖；圖7所示為局部混合優(yōu)化中第二 CNC加工中心換刀和加工方式示意圖8所示為全局優(yōu)化中鉆孔全局混合優(yōu)化路徑二維圖；圖9所示為第三CNC加工中心換刀和加工方式示意圖。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1，圖1所示為本發(fā)明二維鉆孔的方法的鉆孔路徑優(yōu)化程序和流程圖。所述二維鉆孔的裝置包括:加工單元，控制單元和二維機(jī)械手；所述二維機(jī)械手可在二維平面內(nèi)換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運(yùn)算器、第一信息輸出器和第二信息輸出器；所述第一信息輸出器與所述加工單元連接，控制加工單元運(yùn)作；所述第二信息輸出器與所述二維機(jī)械手連接，控制二維機(jī)械手運(yùn)作。其中，所述控制單元包括下述控制方法:步驟S1:在信息輸入器中輸入信息；步驟S2:在運(yùn)算器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算；步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號(hào)至加工單兀；步驟S4:同時(shí)，第二信息輸出器輸出信號(hào)至二維機(jī)械手。其中，所述步驟SI中輸入的信息包括待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數(shù)量和鉆孔規(guī)格；所述加工單元的信息包括采用基于二維加工、主要的加工面以及工件臺(tái)和加工主軸的自由度、運(yùn)動(dòng)速度、精度。所述的步驟S2還包括下述步驟:步驟S21:選擇鉆孔路徑的優(yōu)化方式；步驟S22:根據(jù)選擇的優(yōu)化方式進(jìn)行算法計(jì)算和程序計(jì)算；步驟S23:重復(fù)步驟S21和步驟S22得出每個(gè)優(yōu)化方式下的結(jié)果；步驟S24:比較并選擇結(jié)果。所述步驟S21種的優(yōu)化方式包括:單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化、局部混合優(yōu)化，以及全局混合優(yōu)化。所述單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化是以同一規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工一種同規(guī)格的孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑。所述局部混合優(yōu)化以兩個(gè)規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工所述兩種規(guī)格的鉆孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑。所述全局混合優(yōu)化針對(duì)同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統(tǒng)一規(guī)劃；對(duì)不同孔徑規(guī)格采用刀具交換的混合算法進(jìn)行規(guī)劃。在算法處理上，為滿足約束條件，增加懲罰函數(shù)來控制。所述懲罰函數(shù)的設(shè)置是根據(jù)加工單元換刀具的效率來確定，待設(shè)定參數(shù)為換刀具的效率和工件臺(tái)的平均運(yùn)動(dòng)速度。所述算法計(jì)算為基于旅行商TSP算法，計(jì)算規(guī)劃最短的加工路徑。所述程序計(jì)算設(shè)置并考慮換刀的效率成本作為一種約束條件，在工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)和主軸運(yùn)動(dòng)之間達(dá)到效率的平衡和匹配。
所述程序還包括應(yīng)用多種有效的近似搜索算法，包括但不限于貪婪算法、二對(duì)交換、三對(duì)交換、啟發(fā)式算法、模擬退火、蟻穴算法，以及遺傳算法。表I待加工零件中需鉆孔的類型
權(quán)利要求
1.一種二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述二維鉆孔的裝置包括:加工單元，控制單元和二維機(jī)械手；所述二維機(jī)械手可在二維平面內(nèi)換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運(yùn)算器、第一信息輸出器和第二信息輸出器；所述第一信息輸出器與所述加工單兀連接，控制加工單元運(yùn)作；所述第二信息輸出器與所述二維機(jī)械手連接，控制二維機(jī)械手運(yùn)作。
2.一種如權(quán)利要求1所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述加工單元包括: 工件臺(tái)，用以承載待加工零件，所述待加工零件待加工以在其上形成各種不同的鉆孔； 加工主軸和當(dāng)前使用刀具，設(shè)置在所述工件臺(tái)一側(cè)，用以加工承載在所述工件臺(tái)上的待加工零件； 待用刀具，用于待加工零件后續(xù)加工； 刀具中心庫(kù)，用于收容所述待用刀具。
3.如權(quán)利要求1所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述二維鉆孔的裝置進(jìn)一步包括伴隨所述加工主軸和當(dāng)前使用刀具運(yùn)動(dòng)的待用刀具和主軸隨動(dòng)平臺(tái)。
4.如權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述的控制單元包括下述控制方法: 步驟S1:在信息輸入器中輸入 信息； 步驟S2:在運(yùn)算器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算； 步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號(hào)至加工單元； 步驟S4:同時(shí)，第二信息輸出器輸出信號(hào)至二維機(jī)械手。
5.如權(quán)利要求4所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述步驟SI中輸入的信息包括待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設(shè)計(jì)特征、設(shè)備待加工數(shù)據(jù)和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數(shù)量和鉆孔規(guī)格；所述加工單元的信息包括采用基于二維加工、主要的加工面以及工件臺(tái)和加工主軸的自由度、運(yùn)動(dòng)速度、精度。
6.如權(quán)利要求4所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述的步驟S2還包括下述步驟: 步驟S21:選擇鉆孔路徑的優(yōu)化方式； 步驟S22:根據(jù)選擇的優(yōu)化方式進(jìn)行算法計(jì)算和程序計(jì)算； 步驟S23:重復(fù)步驟S21和步驟S22得出每個(gè)優(yōu)化方式下的結(jié)果； 步驟S24:比較并選擇結(jié)果。
7.如權(quán)利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述步驟S21種的優(yōu)化方式包括:單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化、局部混合優(yōu)化，以及全局混合優(yōu)化。
8.如權(quán)利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述單一規(guī)格的鉆孔加工優(yōu)化是以同一規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工一種同規(guī)格的孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑。
9.如權(quán)利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述局部混合優(yōu)化以兩個(gè)規(guī)格、不等數(shù)量的鉆孔作為優(yōu)化條件，計(jì)算并獲得在加工所述兩種規(guī)格的鉆孔時(shí)所需要遍歷的最短路徑。
10.如權(quán)利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述全局混合優(yōu)化針對(duì)同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統(tǒng)一規(guī)劃；對(duì)不同孔徑規(guī)格采用刀具交換的混合算法進(jìn)行規(guī)劃。
11.如權(quán)利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，在算法處理上，為滿足約束條件，增加懲罰函數(shù)來控制。
12.如權(quán)利要求11所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述懲罰函數(shù)的設(shè)置是根據(jù)加工單元換刀具的效率來確定，待設(shè)定參數(shù)為換刀具的效率和工件臺(tái)的平均運(yùn)動(dòng)速度。
13.如權(quán)利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述算法計(jì)算為基于旅行商TSP算法，計(jì)算規(guī)劃最短的加工路徑。
14.如權(quán)利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述程序計(jì)算設(shè)置并考慮換刀的效率成本作為 一種約束條件，在工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)和主軸運(yùn)動(dòng)之間達(dá)到效率的平衡和匹配。
全文摘要
一種二維鉆孔的裝置包括加工單元，控制單元和二維機(jī)械手；所述控制單元包括信息輸入器、運(yùn)算器、第一信息輸出器和第二信息輸出器；所述第一信息輸出器與所述加工單元連接；所述第二信息輸出器與所述二維機(jī)械手連接。所述控制單元包括下述控制方法在信息輸入器中輸入信息；在運(yùn)算器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算；在第一信息輸出器輸出信號(hào)至加工單元；第二信息輸出器輸出信號(hào)至二維機(jī)械手。本發(fā)明將CNC工件臺(tái)和加工主軸所需的重復(fù)運(yùn)動(dòng)里程降低到了最低，同時(shí)通過二維機(jī)械手在刀具中心庫(kù)和加工主軸間往返運(yùn)動(dòng)，以提供換刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率達(dá)到最優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同規(guī)格的加工孔相互之間的轉(zhuǎn)換和過渡，以及提高復(fù)雜零件的加工效率。
文檔編號(hào)B23B41/00GK103192110SQ20121000509
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者吳飛, 王邵玉, 袁志揚(yáng), 朱書才, 秦磊 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司