[发明专利]一种高精度高动态性能的五轴离子束加工装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到离子束加工领域，特指一种具有高精度、高动态性能的五轴离子束加工装置及其控制方法。

背景技术

“离子束修形工艺”是在真空环境下、利用离子源发射的离子束轰击光学镜面时发生的物理溅射效应，达到去除光学元件表面材料的目的。它具有原子量级的加工精度、无边缘效应、去除函数稳定、面形收敛快等优点，进而使得离子束修形工艺成为解决高精度光学镜面、特别是光刻物镜加工的有效方法。

在具体应用中，若极紫外光刻的曝光波长是13.5nm，分配到单个元件的精度要求将达到0.1nm，其制造技术要求离子束加工具备高的定位精度、动态性能、去除函数分辨率以及稳定性。

目前，离子束设备通常采用X/Y/Z三轴滚珠丝杠驱动加工装置，但滚珠丝杠驱动机床的加减速性能较低，对变化剧烈的光刻物镜修形时，某些点的驻留时间精确性得不到保证。另有采用A/B轴旋转运动方式的结构，但由于采用减速器连接，使得机床运动存在间隙问题。在加工非球面光刻物镜时，每个加工点将会因陡度变化带来去除函数不一致，不能保证修形的精确性。因此，在现有的离子束修形时，驻留时间在机床上的实现，一般采用梯形速度加工模式，该模式能缩短加减速时间，但是机床运行不平稳，长时间运行机床性能会受影响，该问题也是由于机床的滚珠丝杠加速性能较低约束造成的。另外，若光学镜面是非平面，即镜面表面梯度是变化的，则不能应用该模式求解机床的运行速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种运动平稳、刚性好、精度高、动态性能高的高精度高动态性能的五轴离子束加工装置及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高精度高动态性能的五轴离子束加工装置，包括数控系统、机架组件、X轴直线运动组件、Y轴直线运动组件、Z轴直线运动组件、A轴直驱组件、B轴直驱组件、工件输送组件、离子源，所述X轴直线运动组件安装于机架组件上，所述Y轴直线运动组件安装于X轴直线运动组件上并在X轴直线运动组件的驱动下沿X轴做直线运动，所述Z轴直线运动组件安装于Y轴直线运动组件上并在Y轴直线运动组件的驱动下沿Y轴做直线运动，所述A轴直驱组件安装于Z轴直线运动组件上并在Z轴直线运动组件的驱动下沿Z轴做直线运动，所述B轴直驱组件安装于A轴直驱组件上并用来驱动离子源，所述离子源通过A轴直驱组件、B轴直驱组件驱动绕X、Y轴旋转。

作为本发明加工装置的进一步改进：

所述机架组件包括底板、两根以上的立柱、前后横梁以及左右横梁，所述两根以上的立柱固定在底板的上方，所述前后横梁和左右横梁固定于立柱的上方，所述前后横梁和左右横梁上设有用来支撑工件夹具的工件夹具支撑梁。

该加工装置还包括大真空室、小真空室以及大真空室与小真空室之间的闸板阀，所述底板安装于大真空室内，夹持有工件的所述工件夹具通过小真空室、闸板阀后进入大真空室并定位在大真空室中的工件夹具支撑梁上。

所述X轴直线运动组件包括X轴直线电机安装座、X轴直线电机、X轴导轨座、X轴直线导轨、X轴直线导轨滑块，所述X轴导轨座固定于机架组件的底部，每个X轴导轨座上均设有一X轴直线导轨，所述X轴直线导轨滑块滑设于X轴直线导轨上；所述X轴直线电机通过X轴直线电机安装座固定于机架组件上并用来实现X轴方向上的直线运动。

所述Y轴直线运动组件包括Y轴导轨座、Y轴直线导轨、Y轴直线导轨滑块、Y轴直线电机，所述X轴直线导轨滑块安装于Y轴导轨座的底部，所述Y轴导轨座的顶部设有两根以上的Y轴直线导轨，所述Y轴直线导轨滑块滑设于Y轴直线导轨上，所述Y轴直线电机通过Y轴直线电机安装座固定于Y轴导轨座上来实现Y轴方向上的直线运动。

所述Z轴直线运动组件包括Z轴平台、Z轴旋转电机、Z轴电机座、Z轴滚珠丝杠、Z轴丝杠螺母、Z轴丝杠浮动支撑、Z轴直线电机导轨及滑块，所述Y轴直线导轨滑块安装于Z轴平台的底部，所述Z轴旋转电机的输出端与Z轴滚珠丝杠相连并驱动Z轴滚珠丝杠转动，所述Z轴丝杠螺母通过螺纹配合安装于Z轴滚珠丝杠上并与Z轴平台相连。

所述A轴直驱组件包括A轴支撑座和A轴直驱电机，所述A轴支撑座位于Z轴直线电机导轨及滑块上；所述B轴直驱组件包括B轴支撑座和B轴直驱电机，所述B轴支撑座位于A轴支撑座上，所述A轴直驱电机用来驱动A轴支撑座和B轴支撑座；所述离子源固定于B轴支撑座上，所述B轴直驱电机用来驱动B轴支撑座和离子源。