專利名稱：二維鉆孔的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及半導體設備制造領域，尤其涉及一種二維鉆孔的裝置及其方法。
背景技術：
在光刻機領域中，設備的機械零件結構復雜，其中以多孔特征的零件最為代表性，具體包括:曝光分系統中投影物鏡中鏡筒裝置和零件、工件臺分系統中硅片吸盤、微環境工件臺和掩模臺氣浴板、主基板和基礎框架安裝平面、硅片傳輸分系統中硅片溫度穩定單元(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計的復雜性，造成制造零件的效率低、成本高、周期長等問題。為解決多孔難于加工的制造問題，如專利US7054798所述提出一種結合旅行商問題算法(Traveling Sales Problem, TSP)對平面內單一沖孔路徑進行近似計算,獲得一條最短的加工路徑，以此來提高加工效率。然而，上述方法針對的僅為單一鉆孔，而針對不同規格的加工孔相互之間的轉換和過渡，以及如何提高復雜三維零件的加工效率，仍然是困擾當代機械加工行業的普遍問題。針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究改良，于是有了本發明一種二維鉆孔的裝置及其方法。

發明內容
本發明是針對現有技術中，現有的待加工零件的加工過程中由于設計的復雜性，造成制造零件的效率低、成本高、周期長等缺陷，以及針對不同規格的加工孔相互之間的轉換和過渡，以及如何提高復雜零件的加工效率等問題仍未解決的現實提出一種二維鉆孔的
>J-U ρ α 裝直。本發明的另一目的是針對現有技術的缺陷，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，控制單元和二維機械手；所述二維機械手可在二維平面內換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運算器、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，控制加工單元運作；所述第二信息輸出器與所述二維機械手連接，控制二維機械手運作。可選的，所述加工單元包括:工件臺，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；加工主軸和當前使用刀具，設置在所述工件臺一側，用以加工承載在所述工件臺上的待加工零件；待用刀具，用于待加工零件后續加工；刀具中心庫，用于收容所述待用刀具。可選的，所述鉆孔的裝置進一步包括伴隨所述加工主軸和當前使用刀具運動的待用刀具和主軸隨動平臺。為實現本發明的又一目的，本發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:在運算器內進行計算；步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號至加工單元；步驟S4:同時，第二信息輸出器輸出信號至二維機械手。可選的，所述步驟SI中輸入的信息包括待加工零件的設計特征、設備待加工數據和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設計特征、設備待加工數據和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數量和鉆孔規格；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和加工主軸的自由度、運動速度、精度。可選的，所述的步驟S2還包括下述步驟:步驟S21:選擇鉆孔路徑的優化方式；步驟S22:根據選擇的優化方式進行算法計算和程序計算；步驟S23:重復步驟S21和步驟S22得出每個優化方式下的結果；步驟S24:比較并選擇結果。可選的，所述步驟S21種的優化方式包括:單一規格的鉆孔加工優化、局部混合優化，以及全局混合優化。可選的，所述單一規格的鉆孔加工優化是以同一規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工一種同規格的孔時所需要遍歷的最短路徑。可選的，所述局部混合優化以兩個規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工所述兩種規格的鉆孔時所需要遍歷的最短路徑。可選的，所述全局混合優化針對同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統一規劃；對不同孔徑規格采用刀具交換的混合算法進行規劃。可選的，在算法處理上，為滿足約束條件，增加懲罰函數來控制。可選的，所述懲罰函數的設置是根據加工單元換刀具的效率來確定，待設定參數為換刀具的效率和工件臺的平均運動速度。可選的，所述算法計算為基于旅行商TSP算法，計算規劃最短的加工路徑。可選的，所述程序計算設置并考慮換刀的效率成本作為一種約束條件，在工件臺運動和主軸運動之間達到效率的平衡和匹配。綜上所述，本發明將CNC工件臺和加工主軸所需的重復運動里程降低到了最低，同時通過二維機械手在刀具中心庫和加工主軸間往返運動，以提供換刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率達到最優，實現了針對不同規格的加工孔相互之間的轉換和過渡，以及提高復雜零件的加工效率。


圖1所示為本發明二維鉆孔的方法的鉆孔路徑優化程序和流程圖；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化路徑二維圖；圖7所示為局部混合優化中第二 CNC加工中心換刀和加工方式示意圖8所示為全局優化中鉆孔全局混合優化路徑二維圖；圖9所示為第三CNC加工中心換刀和加工方式示意圖。
具體實施例方式為詳細說明本發明創造的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合附圖予以詳細說明。請參閱圖1，圖1所示為本發明二維鉆孔的方法的鉆孔路徑優化程序和流程圖。所述二維鉆孔的裝置包括:加工單元，控制單元和二維機械手；所述二維機械手可在二維平面內換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運算器、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，控制加工單元運作；所述第二信息輸出器與所述二維機械手連接，控制二維機械手運作。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:在運算器內進行計算；步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號至加工單兀；步驟S4:同時，第二信息輸出器輸出信號至二維機械手。其中，所述步驟SI中輸入的信息包括待加工零件的設計特征、設備待加工數據和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設計特征、設備待加工數據和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數量和鉆孔規格；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和加工主軸的自由度、運動速度、精度。所述的步驟S2還包括下述步驟:步驟S21:選擇鉆孔路徑的優化方式；步驟S22:根據選擇的優化方式進行算法計算和程序計算；步驟S23:重復步驟S21和步驟S22得出每個優化方式下的結果；步驟S24:比較并選擇結果。所述步驟S21種的優化方式包括:單一規格的鉆孔加工優化、局部混合優化，以及全局混合優化。所述單一規格的鉆孔加工優化是以同一規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工一種同規格的孔時所需要遍歷的最短路徑。所述局部混合優化以兩個規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工所述兩種規格的鉆孔時所需要遍歷的最短路徑。所述全局混合優化針對同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統一規劃；對不同孔徑規格采用刀具交換的混合算法進行規劃。在算法處理上，為滿足約束條件，增加懲罰函數來控制。所述懲罰函數的設置是根據加工單元換刀具的效率來確定，待設定參數為換刀具的效率和工件臺的平均運動速度。所述算法計算為基于旅行商TSP算法，計算規劃最短的加工路徑。所述程序計算設置并考慮換刀的效率成本作為一種約束條件，在工件臺運動和主軸運動之間達到效率的平衡和匹配。
所述程序還包括應用多種有效的近似搜索算法，包括但不限于貪婪算法、二對交換、三對交換、啟發式算法、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，控制單元和二維機械手；所述二維機械手可在二維平面內換刀；所述控制單元包括信息輸入器、運算器、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，控制加工單元運作；所述第二信息輸出器與所述二維機械手連接，控制二維機械手運作。
2.一種如權利要求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，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； 加工主軸和當前使用刀具，設置在所述工件臺一側，用以加工承載在所述工件臺上的待加工零件； 待用刀具，用于待加工零件后續加工； 刀具中心庫，用于收容所述待用刀具。
3.如權利要求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一步包括伴隨所述加工主軸和當前使用刀具運動的待用刀具和主軸隨動平臺。
4.如權利要求1-3任一權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:在運算器內進行計算； 步驟S3:在第一信息輸出器輸出信號至加工單元； 步驟S4:同時，第二信息輸出器輸出信號至二維機械手。
5.如權利要求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計特征、設備待加工數據和信息及加工單元的信息；所述待加工零件的設計特征、設備待加工數據和信息包括鉆孔的位置、鉆孔數量和鉆孔規格；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和加工主軸的自由度、運動速度、精度。
6.如權利要求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:選擇鉆孔路徑的優化方式； 步驟S22:根據選擇的優化方式進行算法計算和程序計算； 步驟S23:重復步驟S21和步驟S22得出每個優化方式下的結果； 步驟S24:比較并選擇結果。
7.如權利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述步驟S21種的優化方式包括:單一規格的鉆孔加工優化、局部混合優化，以及全局混合優化。
8.如權利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述單一規格的鉆孔加工優化是以同一規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工一種同規格的孔時所需要遍歷的最短路徑。
9.如權利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述局部混合優化以兩個規格、不等數量的鉆孔作為優化條件，計算并獲得在加工所述兩種規格的鉆孔時所需要遍歷的最短路徑。
10.如權利要求7所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述全局混合優化針對同一孔徑但是不同深度的孔，在算法統一規劃；對不同孔徑規格采用刀具交換的混合算法進行規劃。
11.如權利要求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，增加懲罰函數來控制。
12.如權利要求11所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述懲罰函數的設置是根據加工單元換刀具的效率來確定，待設定參數為換刀具的效率和工件臺的平均運動速度。
13.如權利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述算法計算為基于旅行商TSP算法，計算規劃最短的加工路徑。
14.如權利要求6所述的二維鉆孔的裝置，其特征在于，所述程序計算設置并考慮換刀的效率成本作為 一種約束條件，在工件臺運動和主軸運動之間達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，控制單元和二維機械手；所述控制單元包括信息輸入器、運算器、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；在運算器內進行計算；在第一信息輸出器輸出信號至加工單元；第二信息輸出器輸出信號至二維機械手。本發明將CNC工件臺和加工主軸所需的重復運動里程降低到了最低，同時通過二維機械手在刀具中心庫和加工主軸間往返運動，以提供換刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率達到最優，實現了針對不同規格的加工孔相互之間的轉換和過渡，以及提高復雜零件的加工效率。
文檔編號B23B41/00GK103192110SQ20121000509
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者吳飛, 王邵玉, 袁志揚, 朱書才, 秦磊 申請人:上海微電子裝備有限公司