本文關鍵詞：浸沒流場縫隙控制技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《浙江大學》 2015年

浸沒流場縫隙控制技術研究

邵杰杰  

【摘要】：本論文對浸沒式光刻中浸沒縫隙控制技術進行了研究。首先對浸沒控制單元的位姿調節(jié)需求進行了分析,將“空間-平面”型并聯(lián)機構作為浸沒式光刻機中主要的位姿調節(jié)和檢測模型。分析了3-PSP型、3-PSR-O型和3-P(PH)型并聯(lián)機構的位置正逆解。其次,在位置正逆解的基礎上,分別對3-PSP型、3-PSR-O型的特征邊界進行了分析。從并聯(lián)機構工作空間邊界的形成機理入手,提出了一種基于特征邊界和布爾運算的工作空間分析方法,并將該方法用于“空間-平面”型并聯(lián)機構的工作空間分析。再次,將混合串并聯(lián)機構應用于浸沒控制單元位姿的調節(jié)和縫隙參數(shù)的檢測,分別建立起3-PSP-P(PH)·型和3-PSR-O-P(PH)型混合串并聯(lián)機構的位置正逆解模型,實現(xiàn)了浸沒控制單元的3自由度位姿調節(jié)和縫隙參數(shù)的非接觸高精密檢測。最后,提出了一種基于混合串并聯(lián)機構位置正逆解的反饋控制模型,并采用改進的小生境遺傳算法對分支驅動模塊進行控制尋優(yōu),分別通過仿真和試驗樣機驗證了控制模型的有效性。課題的主要研究工作如下：1.分析了浸沒式光刻機中為了維持浸沒流場縫隙穩(wěn)定而對浸沒控制單元位姿調節(jié)所提出的需求,并研究了一類“空間一平面”型并聯(lián)機構的位置正逆解問題�！翱臻g一平面”型并聯(lián)機構包括已有的3{SP型并聯(lián)機構以及本文所新提出的3-PSR-O型和3-P(PH)型3自由度并聯(lián)機構。作為并聯(lián)機構的基礎,三種并聯(lián)機構的位置正逆解都被分別進行推導分析。通過選擇合適的幾何約束關系,獲得了耦合參數(shù)模式下3七SP型并聯(lián)機構位置正逆解的解析表達式。通過平面等效和引入三維射影空間的方式,獲得了耦合參數(shù)模式下3{SR-O型并聯(lián)機構位置正逆解的封閉解。分析了3-PSR-O型并聯(lián)機構的6種可能位形和它們之間的對偶關系。基于3-P(PH)型并聯(lián)機構提出了“空間-平面”型3自由度并聯(lián)機構的位置正逆解的快速算法。2.提出了一種基于特征邊界和布爾運算的工作空間分析方法。3-P(PH)型并聯(lián)機構具有最大的工作空間,該空間也是具有相同移動副布置和行程的“空間-平面”型并聯(lián)機構的基礎工作空間。在位置正逆解分析的基礎上,采用一階影響系數(shù)矩陣分析了3-PSP型并聯(lián)機構的奇異位形。采用幾何約束法分析了3-PSR-O型并聯(lián)機構的6種奇異位型,分別獲得了它們在特征平面上的特征邊界。通過將特征邊界沿軸線切割基礎工作空間的方式將基礎工作空間分割為可達工作空間和不可達工作空間。該方法不但形象地給出了通過優(yōu)化運動平面上的結構來繼續(xù)增大工作空間范圍的潛力,而且具有更高的效率和精度。3.改進了一種基于模式搜索的小生境遺傳算法。從小生境分類,個體生成和局部搜索效率三個方面對遺傳算法進行了優(yōu)化。通過對實數(shù)型基因的無量綱化避免了由于實際參數(shù)量綱不同導致的距離分歧,并采用共谷判定方法,避免了對小生境半徑估計的依賴；通過引入懲罰函數(shù)對新生成的個體進行篩選,降低了對已搜索空間進行重復搜索的概率；通過模式搜索與遺傳算法相結合的方式增強了小生境內的局部搜索能力。這三方面的改進,使得在對多峰函數(shù)和復雜黑箱進行尋優(yōu)搜索時,得到全局最優(yōu)解的效率和概率都更高。4.將混合串并聯(lián)機構應用于浸沒控制單元位姿的調節(jié)和縫隙參數(shù)的檢測,實現(xiàn)了浸沒控制單元的3自由度位姿調節(jié)和縫隙參數(shù)的非接觸高精密同時檢測,并提出了一種基于混合串并聯(lián)機構位置正逆解的反饋控制模型。通過改進的模式搜索小生境遺傳算法對分支驅動模塊的PID控制參數(shù)進行尋優(yōu)獲得了較好的控制效果。從基于SimMechanics的浸沒控制單元位姿調節(jié)跟隨仿真和實際物理樣機試驗兩方面對控制模型的效果進行驗證。仿真和試驗結果均顯示該控制模型具有較好的控制效果,滿足浸沒單元的正常工作時所需的縫隙參數(shù)要求。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.7
【目錄】：

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