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激光标刻系统的硬件控制设计及实现

杨泽光  
【摘要】: 激光标刻机是一种应用广泛的、光机电一体化的、软硬件相结合的微细加工设备。对其它相关技术的发展来说,研制高性能的激光标刻机尤其重要。它既是推动半导体产业的迅速发展的关键器件,又是微细加工产业的重要工业设备。然而随着激光标刻技术的发展,国内技术在硬件控制及控制方式上停滞不前。出现了标刻不清晰,定位精度不高,标刻变形等问题。 其关键原因是硬件控制系统影响了激光刻痕的深度、光滑度以及精度,影响了激光标刻机运行的速度、稳度以及扫描范围。为了解决上述这些问题,本论文对激光标刻硬件控制的精度、稳度等问题进行了研究。并且采用了具有MOPA技术的光纤激光器、具有快速扫描的高速振镜、具有大动态范围扫描的电机;综合了电子设计技术、光机电一体化技术、运动控制技术、计算机应用技术;设计了大动态扫描算法、新型伺服PID三环控制算法、步进电机加减速算法、光栅尺信号采集算法、运动插补算法、自动调焦算法、矢量扫描延迟算法;解决了激光标刻过程中的变形、拐角深度等问题。 最终,本文相关成果成功应用于某大型国防科研单位,实现了伺服电机及步进电机无噪音无振荡、大动态范围扫描速度快、系统稳定度高、标刻深度和光滑度均匀;其定位精度误差控制±1微米范围内;标刻线宽在10μm内。


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