荫罩母板精密自动对准系统的研究

摘要

本文以荫罩母板自动对准过程中位置偏差检测及整个系统控制技术的研究与实现为论题，建立了光束经透射式双光栅衍射后产生的各次叠栅光强与光栅位移的数学模型，并通过MATLAB对光栅模型进行了仿真实验，得出其变化规律。仿真结果表明，衍射叠栅光强信号可以直接反应出位移的变化，信号强度随两片光栅的相对微位移呈周期性变化，因而叠栅信号可用于荫罩母板微位移测量。
　　建立了荫罩母板复合式双驱动对准系统，为实现大行程高精度对准奠定了基础。本课题设计的复合式双驱动对准系统是由宏对准与微对准两部分结合而成的。宏对准是依靠步进电机带动精密滚珠丝杠组成的宏动台，根据粗光栅检测获得的位移信号，来发出相应的脉冲指令驱动宏动台，使下动板移动到既定的对准范围内，完成宏对准，对准精度可达到±220μm，工作行程为1000nm。宏对准结束后，计算机再根据细光栅检测信号的大小，发出相应的驱动电压，驱动压电陶瓷产生相应的动力，带动柔性铰链发生相应的形变，完成微小位移的对准，系统最终实现了±100nm荫罩母板对准精度，兼顾了工作行程和对准精度两方面的要求。
　　针对压电陶瓷存在非线性，精确数学模型难于建立的缺陷，提出了荫罩母板精密对准的自适应模糊控制，并给出了相应控制流程。实验结果表明，设计的控制方案缓解了压电陶瓷及对准系统本身存在的非线性问题，实现了系统控制的快速响应和高稳定性，有效提高了对准速度和对准精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 精密对准技术的研究概述

1．2．1 精密对准检测技术的发展

1．2．2 精密对准宏微驱动技术的发展

1．2．3 精密对准的控制技术

1．3 本课题的研究内容

第2章 精密位移测量的建模与仿真

2．1 光栅结构原理

2．2 透射式二次衍射光栅系统的建模

2．3 透射光栅模型的三维仿真

2．4 本章小结

第3章 荫罩母板精密自动对准系统的设计

3．1 母板自动对准方案总体设计

3．1．1 母板加工工艺

3．1．2 系统总体设计

3．2 光路系统设计

3．3 光栅结构的设计

3．3．1 光栅结构的设计

3．3．2 光栅安装设计

3．3．3 差动叠栅信号技术

3．4 光电检测电路设计

3．4．1 光电探测仪

3．4．2 光电检测电路

3．5 工控机操作系统

3．5．1 工控机的选择

3．5．2 PCI-1712数据采集卡

3．6 系统软件设计

3．7 本章小结

第4章 宏微驱动技术设计

4．1 宏对准系统设计

4．1．1 步进电机驱动

4．1．2 精密滚珠丝杠

4．2 微对准系统设计

4．2．1 压电陶瓷驱动器的选择

4．2．2 柔性铰链设计与分析

4．3 宏微复合双驱动系统实验分析

4．3．1 复合驱动设计算法

4．3．2 网板宏微对准实验步骤

4．4 实验结果及分析

4．5 本章小结

第5章 荫罩母板精密对准控制技术的研究

5．1 宏对准的智能控制

5．1．1 模糊控制器的设计

5．1．2 实验结果及分析

5．2 压电陶瓷特性分析

5．3 微对准智能控制

5．3．1 自适应模糊控制

5．3．2 自适应模糊PID控制器的设计

5．3．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢