專利名稱：多刀具定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相對(duì)于多個(gè)相關(guān)工件上的目標(biāo)位置對(duì)多個(gè)“刀具”例如激光束或其他射束進(jìn)行定位的裝置和方法，尤其涉及一種用一多級(jí)、多頭定位器準(zhǔn)確調(diào)整多個(gè)刀具和相關(guān)目標(biāo)位置的定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
各種工藝技術(shù)將刀具用于微型機(jī)加工或?qū)D案或材料沉積在工件上目標(biāo)位置的上面。例如，微型鉆頭可用來(lái)制成微型電機(jī)的機(jī)架；微型沖頭可用來(lái)在薄金屬平板中沖孔；激光器可用來(lái)精確地加工或有選擇地蝕刻金屬、晶體或非晶試樣；離子束可用來(lái)有選擇地將帶電粒子摻雜到集成電路中。上述所有的方法共有準(zhǔn)確而迅速地將相應(yīng)刀具定位到工件上目標(biāo)位置上的共同要求。
在某些大批量生產(chǎn)應(yīng)用中，相對(duì)于多個(gè)對(duì)應(yīng)的工件同時(shí)對(duì)多個(gè)刀具進(jìn)行定位以提高加工量并減小總的生產(chǎn)成本。一種這樣的應(yīng)用是用一多軸鉆床同時(shí)在多個(gè)電路板上鉆出相同組的孔。這種機(jī)床的加工量高但需要準(zhǔn)確地用夾具固定多個(gè)工件，它們無(wú)法補(bǔ)償工件中的尺寸差，并且易出現(xiàn)頻繁更換鉆頭的停機(jī)時(shí)間。
在一相關(guān)應(yīng)用中，以前的工作人員使用激光器加工多層電路板的上層之間的通孔。這種機(jī)床具有高準(zhǔn)確度且無(wú)需更換鉆頭，但它們沒(méi)有多軸鉆床的加工量高。
另外，存在兩個(gè)用來(lái)調(diào)整刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而暴露出的但卻對(duì)立的要求。即，特征尺寸(feature size)在減小，使得尺寸精度需要提高，而同時(shí)工件的整體尺寸在增大。因此，強(qiáng)加給刀具定位器的準(zhǔn)確度、尺寸和速度的要求正承受現(xiàn)有定位系統(tǒng)限制的重負(fù)。
現(xiàn)有定位器一般的特征在于低速、長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)或高速、短距離運(yùn)動(dòng)。象X-Y平移臺(tái)這樣的低速、長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)定位器的特征在于高定位準(zhǔn)確度；而象檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)光束偏轉(zhuǎn)器這樣的高速、短距離運(yùn)動(dòng)定位器的特征在于偏轉(zhuǎn)角的非線性。
一種長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)、高速定位方法在1985年7月30日公布的題為“METHOD AND APPARATUS FOR POSITIONING A FOCUSEDBEAM ON AN INTEGRATED CIRCUIT”的美國(guó)專利4,532,402中有所描述，其中把象檢流計(jì)這樣的高速短距離運(yùn)動(dòng)定位器(“高速定位器”)和象X-Y平移臺(tái)這樣的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)、低速、但高準(zhǔn)確度定位器(“低速定位器”)組合在一起。這兩種定位器能把短而快的運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)而準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，準(zhǔn)確而迅速地把象激光束這樣的刀具定位到一個(gè)工件例如一集成電路或一印刷電路板上的目標(biāo)位置。這兩種定位器的結(jié)合運(yùn)動(dòng)要求首先將低速定位器移到工件上一目標(biāo)位置附近的一個(gè)已知位置，停止低速定位器，將高速定位器移到準(zhǔn)確的目標(biāo)位置，停止高速定位器，使刀具在目標(biāo)位置上操作，然后對(duì)下一個(gè)目標(biāo)位置重復(fù)該過(guò)程。
但是，這樣一種定位方法有嚴(yán)重的缺陷。顯然，所有起動(dòng)與停止都要使刀具加工工件所需時(shí)間過(guò)度增加的延遲時(shí)間量。對(duì)于用計(jì)算機(jī)的機(jī)床控制文件或“數(shù)據(jù)庫(kù)”還有一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即一般指令刀具移到經(jīng)過(guò)該工件的一系列目標(biāo)位置上。
通過(guò)工件的激光加工(例如具有一些小特征的規(guī)則圖案的集成電路)要求，用一激光束微調(diào)來(lái)說(shuō)明該缺陷。若低速定位器能準(zhǔn)確地逐圖案移動(dòng)激光束、而且高速定位器能將激光束迅速對(duì)準(zhǔn)要求在每個(gè)圖案中微調(diào)的所有小特征，則定位器與激光束會(huì)有效地配合工作。
不過(guò)，若最大圖案的尺寸超出了高速定位器的運(yùn)動(dòng)范圍，則必須把經(jīng)過(guò)工件對(duì)刀具定位的數(shù)據(jù)庫(kù)“節(jié)段化(panelized)”為鄰接的數(shù)據(jù)段，每段都在高速定位器的運(yùn)動(dòng)范圍之內(nèi)。上述朝向增高的尺寸精度和更大工件的趨勢(shì)實(shí)際上確保了對(duì)節(jié)段化的數(shù)據(jù)庫(kù)的需求。節(jié)段化把短、高速定位和長(zhǎng)、高準(zhǔn)確度定位這兩個(gè)相矛盾的任務(wù)分配為高速和低速定位器的適當(dāng)運(yùn)動(dòng)任務(wù)。
例如，
圖1表示具有晶體管和相關(guān)電互連結(jié)構(gòu)的一基本規(guī)則圖案的集成電路10，其適于用由一節(jié)段化的數(shù)據(jù)庫(kù)定位的離子摻雜刀具進(jìn)行處理。在此例中，通過(guò)將硼離子可控地?fù)诫s到集成電路10的P溝道襯底區(qū)內(nèi)來(lái)調(diào)節(jié)所選晶體管的閾值電壓。待摻雜襯底區(qū)覆蓋了比高速定位器的運(yùn)動(dòng)范圍更大的區(qū)域。因此，低速定位器將離子摻雜刀具推動(dòng)到相對(duì)對(duì)準(zhǔn)集成電路10的節(jié)間(panel)14(用虛線示出的節(jié)間)的一原點(diǎn)12的位置上，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)之后，高速定位器執(zhí)行離子摻雜刀具和集成電路10之間所需的較短運(yùn)動(dòng)，以處理數(shù)據(jù)庫(kù)控制的節(jié)間14中的襯底區(qū)。在處理完節(jié)間14之后，低速定位器將離子摻雜刀具移到相對(duì)對(duì)準(zhǔn)集成電路10的節(jié)間18的原點(diǎn)16的位置上，在該運(yùn)動(dòng)之后，高速定位器執(zhí)行離子摻雜刀具和集成電路10之間所需較短的運(yùn)動(dòng)，以處理數(shù)據(jù)庫(kù)控制的節(jié)間18中的襯底區(qū)。
通過(guò)逐個(gè)經(jīng)過(guò)各節(jié)間22、26、30、34和38的原點(diǎn)20、24、28、32和36重復(fù)執(zhí)行上述過(guò)程，直到完全處理完集成電路10為止。注意，互連焊盤(pán)40并不完全包圍在單個(gè)節(jié)間中。幸而在此例中，互連焊盤(pán)40無(wú)需離子摻雜處理，并且對(duì)節(jié)段化的目的來(lái)說(shuō)可忽略。
由于是逐步增加地執(zhí)行這些運(yùn)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)段化至多是一個(gè)低效、近似最優(yōu)法，它將刀具行程分成幾個(gè)預(yù)定分段的固有低效小運(yùn)動(dòng)指令組。
節(jié)段化還取決于所用特定定位器的運(yùn)動(dòng)能力以及被定位刀具的類型。例如，不僅要根據(jù)集成電路10的圖案規(guī)律，還要根據(jù)高速定位器的運(yùn)動(dòng)范圍和分配給離子摻雜刀具的特定目標(biāo)位置描繪數(shù)據(jù)庫(kù)中分配給集成電路10的節(jié)間。若刀具類型改變，則可能需要不同定位器類型來(lái)處理不同目標(biāo)位置上的不同特征。兩種改變都可能需要重新對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行節(jié)段化以適應(yīng)新的定位器和刀具。
節(jié)段化還要求數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的每個(gè)節(jié)間都必須與工件內(nèi)的節(jié)間緊鄰而不使刀具操作跨在或重疊在一個(gè)節(jié)間邊界上。在該集成電路10的例子中，若不用離子摻雜刀具而是用一激光束刀具來(lái)處理互連焊盤(pán)40的金屬化層，則圖1所示的節(jié)段化可能并不合適，因?yàn)榛ミB焊盤(pán)40跨過(guò)兩個(gè)節(jié)間。若工件包括不規(guī)則圖案(例如用來(lái)在一印刷電路板中鉆孔的目標(biāo)位置)，則會(huì)產(chǎn)生相同的問(wèn)題。有些工件與刀具類型的組合并不完全有助于節(jié)段化。當(dāng)然，即使在一大于特定高速定位器運(yùn)動(dòng)范圍的空間距離上也可重復(fù)圖案的規(guī)律性。采用一種具有足夠大運(yùn)動(dòng)范圍的高速定位器，可能因?yàn)樵龃蟮馁|(zhì)量和非線性度而變得適得其反。
因此，需要一種用來(lái)對(duì)各種刀具相對(duì)于各種工件進(jìn)行定位的高加工量的裝置和方法，而無(wú)需一個(gè)節(jié)段化的刀具行程數(shù)據(jù)庫(kù)。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在多刀加工系統(tǒng)中的多個(gè)定位器中自動(dòng)和優(yōu)選分配數(shù)據(jù)庫(kù)定位指令的改進(jìn)的裝置和方法。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供用來(lái)在多個(gè)工件上同時(shí)進(jìn)行刀具行程操作而無(wú)需節(jié)段化數(shù)據(jù)庫(kù)的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于提供使用多速定位系統(tǒng)提高多個(gè)同時(shí)刀具行程操作的準(zhǔn)確度和加工量的裝置和方法。
本發(fā)明的多速定位系統(tǒng)從一數(shù)據(jù)庫(kù)中接收未節(jié)段化的定位指令，將這些指令描繪成半正弦波定位信號(hào)，并進(jìn)一步將這些半正弦波定位信號(hào)處理成低頻和高頻定位信號(hào)，用以起動(dòng)相應(yīng)的低速和高速定位器到達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)定義的目標(biāo)位置。低速和高速定位器響應(yīng)一組定位指令數(shù)據(jù)移動(dòng)而無(wú)需停止，同時(shí)調(diào)整它們各自的運(yùn)動(dòng)位置從而在數(shù)據(jù)庫(kù)限定的目標(biāo)位置上產(chǎn)生暫時(shí)靜止的刀具位置。該多速定位系統(tǒng)降低了高速定位器運(yùn)動(dòng)范圍的要求，同時(shí)無(wú)需一節(jié)段化數(shù)據(jù)庫(kù)就能提供顯著增加的刀具加工量。
將半正弦波定位信號(hào)分為加速度和位置分量。通過(guò)使位置分量經(jīng)過(guò)一個(gè)四階仿形濾波器(profiling filter)實(shí)現(xiàn)高刀具加工量，該四階仿形濾波器具有固定延遲量并產(chǎn)生用來(lái)驅(qū)動(dòng)低速定位器的低頻位置和加速度分量。用同樣的量(如固定延遲量)來(lái)延遲未濾波的位置和加速度分量，以產(chǎn)生用來(lái)驅(qū)動(dòng)高速定位器的高頻位置和加速度分量。通過(guò)將這些饋通相關(guān)誤差作為部分高速定位指令指向高速定位器，來(lái)校正由低速定位器對(duì)饋通給仿形濾波器的高速級(jí)分量的不響應(yīng)性造成的低速定位誤差。通過(guò)將實(shí)際刀具位置與修改低速和高速級(jí)定位信號(hào)的反饋網(wǎng)絡(luò)中的指令刀具位置進(jìn)行比較，來(lái)校正由與定位器相關(guān)的慣性和摩擦造成的定位誤差。
本發(fā)明的多速、多頭定位器實(shí)施例，接收和處理如上的未節(jié)段化定位指令，起動(dòng)低速定位器和固定于低速定位器上的多個(gè)高速定位器，同時(shí)相對(duì)于多個(gè)相關(guān)工件上的目標(biāo)位置對(duì)多刀具進(jìn)行定位。每個(gè)高速定位器連接到一高速級(jí)信號(hào)處理器上，該高速級(jí)信號(hào)處理器向每個(gè)高速級(jí)定位器提供校正過(guò)的定位數(shù)據(jù)，以補(bǔ)償高速級(jí)的非線性度和多個(gè)工件中的工件位移、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化。
該多速、多頭定位系統(tǒng)通過(guò)用單獨(dú)一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)加工多個(gè)工件可降低工件加工成本和改善工件加工量。另外，由于具有處理位移、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化的工件的能力，故減少加工過(guò)工件的廢品。
該多速、多頭定位器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在印刷電路板(“ECB”)中切割盲通孔(blind via hole)具有提高的產(chǎn)量和加工量。在本實(shí)施例中，一半刀具為紫外(“UV”)激光器，它們易于切割導(dǎo)體層和介電層，而且另一半刀具為紅外(“IR”)激光器，它們僅易于切割介電層?？刂谱贤饧す馄髑懈钌蠈?dǎo)體層和下介電層的一部分，控制紅外激光器切割剩余的介電層而不切穿或破壞第二下導(dǎo)體層。這些組合激光加工步驟將一寬加工窗用于在ECB中切割盲通孔。另外，通過(guò)在未加工ECB中切割導(dǎo)體層而同時(shí)在已切割了它們的導(dǎo)體層的ECB中切割介電層來(lái)增加產(chǎn)量。通過(guò)在產(chǎn)生任何ECB位移、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化的每個(gè)切割步驟之前執(zhí)行一個(gè)工件校準(zhǔn)來(lái)增加加工量。
根據(jù)以下參照附圖進(jìn)行的對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述圖1是根據(jù)已有技術(shù)定位器運(yùn)動(dòng)節(jié)段化方案而被節(jié)段化以用于刀具加工的一個(gè)集成電路工作區(qū)的平面圖。
圖2是本發(fā)明的多級(jí)激光束定位系統(tǒng)的框圖。
圖3A與3B是時(shí)間與速度關(guān)系曲線圖，分別表示根據(jù)本發(fā)明的定位指令所處理的兩段和三段定位器的速度曲線。
圖4是表示適于本發(fā)明使用的已有技術(shù)的檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡定位器的局部零件側(cè)視圖。
圖5是表示響應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的定位信號(hào)的高速與低速定位級(jí)速度與位置的波形圖。
圖6是表示本發(fā)明的多頭激光加工系統(tǒng)的斜視圖。
圖7是一數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電氣框圖，該系統(tǒng)包括用在圖6的多頭激光加工系統(tǒng)中的多個(gè)高速級(jí)信號(hào)處理器。
圖8是用在圖7的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的多個(gè)高速級(jí)信號(hào)處理器中的一個(gè)的簡(jiǎn)化電氣框圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖2表示一按照本發(fā)明具有定位指令執(zhí)行能力的多級(jí)刀具定位系統(tǒng)50。僅參照單頭的激光切割孔系統(tǒng)舉例說(shuō)明本定位系統(tǒng)50，該系統(tǒng)利用數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)52控制高速檢流計(jì)式定位級(jí)54(“高速級(jí)54”)、低速X軸平移級(jí)56(“低速級(jí)56”)和低速Y軸平移級(jí)58(“低速級(jí)58”)，從而將激光束60射向單個(gè)工件62(例如一印刷電路板)上的目標(biāo)位置。雖然定位系統(tǒng)50由固定在低速級(jí)56上的高速級(jí)54和固定在低速級(jí)58上的單個(gè)工件62具體化，但是刀具定位系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)，例如其中在低速級(jí)56上固定多個(gè)高速級(jí)54和在低速級(jí)58上固定多個(gè)工件62的結(jié)構(gòu)，也有利于采用本發(fā)明。
系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63對(duì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)子系統(tǒng)64中的刀具行程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理。該數(shù)據(jù)庫(kù)含有利用激光束60在工件62中切割孔和/或輪廓線所需的加工參數(shù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)便于利用一刀具行程生成程序(例如由位于Eugene,Oregon的Camex Manufacturing Technologies制作的SMARTCAMTM)編制。系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63將該存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的分析部分傳輸給激光器控制器68，并且將該數(shù)據(jù)庫(kù)的定位控制部分作為一數(shù)據(jù)流傳輸給增量處理部分70。增量處理部分70將該數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)變?yōu)槲恢迷隽?“dx”和“dy”)、速度增量(“dv”)和時(shí)間增量(“dt”)分量，令每個(gè)分量使經(jīng)過(guò)工件62的激光束60的路徑變化。因此，激光束60的每一運(yùn)動(dòng)都由dx、dy、dv和dt分量限定，這些分量還由位置仿形器(positionprofiler)72處理成一個(gè)半正弦波仿形定位信號(hào)。
激光控制器68由增量處理部分70產(chǎn)生的定時(shí)數(shù)據(jù)控制，還由根據(jù)同步技術(shù)使激光器76的發(fā)射與高速級(jí)54和低速級(jí)56和58的動(dòng)作同步的觸發(fā)處理部分調(diào)整，該同步技術(shù)例如為1995年9月26日公布的美國(guó)專利5,453,594中所述的那種，其題目為“RADIATION BEAM POSITIONAND EMISSION COORDINATION SYSTEM”，該專利已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
增量處理部分70根據(jù)參照?qǐng)D3A與3B描述的一優(yōu)選BASIC語(yǔ)言信號(hào)處理程序生成dx、dy、dv和dt分量。
在調(diào)入被稱作“gen_move”的優(yōu)選程序之前，初始化最大加速度(amax)、最大速度(vmax)和最小時(shí)間(tmin)的極值。這些極值是由特定定位器硬件(高速或低速)所施加的實(shí)際硬件極值，該特定定位器硬件需要根據(jù)一特定定位指令移動(dòng)大部分距離。例如，若運(yùn)動(dòng)距離小于最大高速定位器運(yùn)動(dòng)范圍的25％，則設(shè)定這些值用于高速定位器。否則設(shè)定這些值用于低速定位器。高速級(jí)54和低速級(jí)56與58的極值如下高速低速vmax(米/秒) 1 0.25amax(g) 501.0tmin(毫秒) 2 20.0程序gen_move可以計(jì)算所需用來(lái)使定位級(jí)在兩個(gè)或三個(gè)運(yùn)動(dòng)段中從任意初始位置和初始速度移動(dòng)到任意末位置和末速度的dx、dy、dv和dt值。
所有運(yùn)動(dòng)段包括一個(gè)半正弦波曲線加速度段(“段1”)、一個(gè)恒速段(“段2”)和一個(gè)半正弦波曲線減速度段(“段3”)的某種組合。如圖3A所示，當(dāng)一個(gè)定位指令大得足以使定位器速度到達(dá)+vmax或-vmax時(shí)，段2包括于段1與3之間。否則，如圖3B所示，僅包括段1和3(段2等于0)來(lái)執(zhí)行兩段移動(dòng)指令。熟練工作人員將易于理解程序gen_move通常與以下BASIC語(yǔ)言描述相一致。
程序gen_move(g&,h&)附注“g”和“h”是指向從數(shù)據(jù)庫(kù)選取的位置與速度的一個(gè)變址陣列的指針。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[xi=px(g&)!x初始位置!umyi=py(g&)!y初始位置xvi=vx(g&)!x初始速度!um/secyvi=vy(g&)!y初始速度xf=px(h&)!x末位置yf=py(h&)!y末位置xvf=vx(h&+1)!x末速度yvf+vy(h&+1)!y末速度附注根據(jù)位置、初始和末速度以及最小運(yùn)動(dòng)時(shí)間的總變化計(jì)算X和Y運(yùn)動(dòng)的最大(或最小)絕對(duì)速度(上限為vmax)。dx=xf-xidy=yf-yixvmax=dx/tmin-(xvi+xvf)/2IF xvmax＞vmax xvmax=vmaxENDIFIF xvmax＜-vmax xvmax=-vmaxENDIF附注假定dt1=dt3。若dt1與dt3=tmin,則采用最大速度。yvmax=dy/tmin-(yvi+yvf)/2IF yvmax＞vmax yvmax=vmaxENDIFIF yvmax＜-vmax yvmax=-vmaxENDIF附注計(jì)算段1與3的dt，假設(shè)需要三段執(zhí)行該特定定位指令。kpo2=(PI/2)/amaxdt1=MAX(tmin,ABS((xvmax-xvi)*kpo2),ABS((yvmax-yvi)*kpo2)) dt3=MAX(tmin,ABS((xvf-xvmax)*kpo2),ABS((yvf-yvmax)*kpo2))附注計(jì)算x和y軸的dt2(xdt2和ydt2)。若兩個(gè)中的一個(gè)的結(jié)果為正，則需要一恒速段2。xdt2和ydt2還確定一主軸，即，需要以恒定最大速度移動(dòng)的最大時(shí)間的軸。IF xvmax＞0 xdt2=(dx-((xvi+vmax)*dt1/2)-((xvf+vmax)*dt3/2))/vmaxELSE xdt2=(dx-((xvi-vmax)*dt1/2)-((xvf-vmax)*dt3/2))/-vmaxENDIFIF yvmax＞0 ydt2=(dy-((yvi+vmax)*dt1/2)-((yvf+vmax)*dt3/2))/vmaxELSE ydt2=(dy-((yvi-vmax)*dt1/2)-((yvf-vmax)*dt3/2))/-vmaxENDIFIF xdt2＞0 OR vdt2＞0 ！三段運(yùn)動(dòng)附注計(jì)算每個(gè)運(yùn)動(dòng)段的dp、dv。 IF xdt2＞vdt2 ！X主軸 dx1=(xvi+xvmax)*dt1/2 xdv1=xvmax-xvi dx2=((-xvi-xvmax)*dt1/2)+((-xvmax-xvf)*dt3/2)+dx xdv2=0dx3=(xvmax+xvf)*dt3/2 xdv3=xvf-xvmax ydt2=xdt2 kb=1/(2*ydt2+dt3+dt1) dy1=((yvi-yvf)*((dt1*dt3)/2+(dy+yvi*ydt2)*dt1)*kb ydv1=((-yvi-yvf)*dt3+2*dy-2*yvi*(ydt2+dt1))*kb dy2=(2*dy-dt1*yvi-dt2*yvf)*ydt2*kb ydv2=0 dy3=((yv-yvi)*((dt3*dt1)/2+(dy+ydt2*yvf)*dt3)*kb ydv3=((yvi+yvf)*dt1-2*dy+2*(dt3+ydt2)*yvf)*kb ELSE!Y主軸 dy1=(yvi+yvmax)*dt1/2 ydv1=yvmax-xvi dy2=((-yvi-yvmax)*dt1/2)+((-yvmax-yvf)*dt3/2)+dy ydv2=0 dy3=(yvmax+yvf)*dt3/2 ydv3=yvf-yvmax xdt2=ydt2 kb=1/(2*xdt2+dt3+dt1) dx1=((xvi-xvf)*((dt1*dt3)/2+(dx+xvi*xdt2)*dt1)*kb xdv1=((-xvi-xvf)*dt3+2*dx-2*xvi*(xdt2+dt1))*kb dx2=(2*dx-dt1*xvi-dt3*xvf)*xdt2*kb xdv2=0 dx3=((xvf-xvi)*((dt3*dt1)/2+(dx+xdt2*xvf)*dt3)*kb xdv3=((xvi+xvf)*dt1-2*dx+2*(dt3+xdt2)*xvf)*kb ENDIFELSE!兩段運(yùn)動(dòng)附注計(jì)算dtx和dty以確定段1和3的dt。 twomovetime(xvi,xvf,xi,xf,xdt) twomovetime(yvi,yvf,yi,yf,ydt)附注對(duì)于兩個(gè)段運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，dt1=dt3=dtx或dty中較大者。 dt1=MAX(xdt,ydt) dt3=dt1附注計(jì)算段1和3的dp和dv。 twosegmentmove xdt2=0 ydt2=0 dx2=0 dy2=0 xdv2=0 ydv2=0ENDIFRETURN附注程序gen_move結(jié)束。]]></pre><pre listing-type="program-listing"><![CDATA[程序twosegmentmove dx1=dx/2+xvi*dt1/4-xvf*dt1/4 xdv1=dx/dt1-3*xvi/2-xvf/2 dy1=dy/2+yvi*dt1/4-yvf*dt1/4 ydv1=dy/dt1-3*yvi/2-yvf/2 dx3=dx/2-xvi*dt3/4+xvf*dt3/4 xdv3=-dx/dt3+xvi/2+3*xvf/2dy3=dy/2-yvi*dt3/4+yvf*dt3/4 ydv3=-dy/dt3+yvi/2+3*yvf/2RETURN]]></pre><pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ 程序twomovetime(vi,vf,ip,fp,VARdt) LOCAL k1,k2,k3 dt=tmin k1=3*vi+vf k1s=k1^2 k2=(32/PI)*amax*(fp-ip) k3=PI(8*amax) IF k1s+k2＞0 dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF IF k1s-k2＞0 dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF k1=vi+3*vf k1s=k1^2 IF k1s+k2＞0 dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(k1s+k2))) ENDIF IF k1s-k2＞0 dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(k1s-k2))) ENDIF RETURN]]></pre>再參見(jiàn)圖2，增量處理部分70產(chǎn)生的dx、dy、dv和dt分量，進(jìn)一步由位置仿形器72處理成所需用來(lái)在數(shù)據(jù)庫(kù)的指令下移動(dòng)高速級(jí)54和低速級(jí)56與58的半正弦波定位信號(hào)。理論上，定位器的加速度與動(dòng)力成正比，而動(dòng)力與供給定位器驅(qū)動(dòng)器(例如一線性或旋轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)或一檢流計(jì)線圈)的電流成正比。因此，位置仿形器72產(chǎn)生的定位信號(hào)是一系列“全譜(full-spectrum)”半正弦波曲線的加速度感應(yīng)(acceleration-inducing)定位步驟，這些步驟導(dǎo)致如圖3A和3B中所示的那些運(yùn)動(dòng)。該全譜帶寬僅需約250赫茲，這么大的帶寬足以將一典型的檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡定位器以其最大頻率驅(qū)動(dòng)。
全譜定位信號(hào)的瞬時(shí)值，是由DSP52通過(guò)把增量處理70產(chǎn)生的dx、dy、dv和dt分量用作在DSP52中運(yùn)行的一正弦值生成程序的變量以約每秒10000點(diǎn)的速率產(chǎn)生。另一方面，dx、dy、dv和dt分量可用來(lái)尋址和取出存入一正弦值查找表中的相關(guān)正弦波值，該表被并入DSP52中。
所得到的全譜定位信號(hào)含仿形濾波器78和延遲元件79所接收的加速度與位置分量，該仿形濾波器78有一恒定信號(hào)傳送延遲量，而延遲元件79在DSP52中補(bǔ)償仿形濾波器78的恒定信號(hào)傳送延遲量。例如，延遲元件79將位置仿形器72產(chǎn)生的激光觸發(fā)脈沖延遲到與高速級(jí)54和低速級(jí)56與58的延遲運(yùn)動(dòng)相一致。如下所述，仿形濾波器78與延遲元件79還共同將低速級(jí)56和58穩(wěn)定移過(guò)平均位置曲線而將其加速度限制在±1g，并且共同將高速級(jí)54的定位運(yùn)動(dòng)限制在±10毫米。
位置分量由仿形濾波器78接收以產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)低速級(jí)56與58的濾出位置指令數(shù)據(jù)。仿形濾波器78最好是由下式1所表示的一個(gè)四階低通濾波器。
在式1中，ω是仿形濾波器78的固有或截止頻率，ζ是其阻尼比。最好ω等于38弧度每秒，而ζ等于0.707。ζ的0.707值稱為臨界阻尼比，因?yàn)樗a(chǎn)生一個(gè)與仿形濾波器78截止頻率ω以內(nèi)的頻率成線性關(guān)系的相位滯后。該線性相位滯后導(dǎo)致具有固有頻率以內(nèi)一頻率分量的任意半正弦波定位信號(hào)的恒定延遲時(shí)間。對(duì)于式1的濾波器，此延遲時(shí)間等于4ζ/ω秒。G(s)=[1(sω)2+2ζsω+1]2--(1)]]>
由于仿形濾波器78根據(jù)半正弦波定位信號(hào)位置分量產(chǎn)生具有一恒定延遲時(shí)間的濾出位置指令數(shù)據(jù)，所以該恒定延遲時(shí)間由延遲元件79補(bǔ)償。最好在DSP52中把延遲元件79作為把半正弦波定位信號(hào)的加速度和位置分量從位置仿形器72傳輸給高速級(jí)54的信號(hào)處理元件的程序延遲來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些信號(hào)處理元件首先是加法器80和82。因此，發(fā)送給高速級(jí)54的半正弦波定位信號(hào)，與發(fā)送給低速級(jí)56和58的濾出位置指令在時(shí)間上同步。
來(lái)自位置仿形器72的加速度分量還由仿形濾波器78濾波，從而將一濾出的加速度指令提供給加法器80和前饋處理部分94。加法器80起高通濾波器的作用，它從全譜定位信號(hào)的加速度分量中減去被濾出的加速度指令而形成一檢流計(jì)式加速度前饋信號(hào)，并把該信號(hào)傳輸給前饋處理部分86。同樣，分別把來(lái)自仿形濾波器78的濾出位置指令和半正弦波定位信號(hào)的延遲位置分量，傳輸給分別用于處理與分配的加法器90與82以及低速級(jí)56與58和高速級(jí)54。檢流計(jì)濾波器97和伺服濾波器98是傳統(tǒng)的回路補(bǔ)償濾波器，起著保持高速級(jí)54和低速級(jí)56與58穩(wěn)定的作用。
通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)或兩個(gè)以上具有臨界阻尼比的二階濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)仿形濾波器78。當(dāng)所級(jí)聯(lián)的濾波器的數(shù)目增加到兩個(gè)以上時(shí)，它們的截止頻率提高到約為濾波器數(shù)目的平方根倍(例如，兩個(gè)濾波器的截止頻率是單個(gè)濾波器截止頻率的1.414倍)。最好級(jí)聯(lián)兩個(gè)濾波器以提供良好的平滑性同時(shí)保持整體濾波器裝置簡(jiǎn)單。
式1表示的仿形濾波器響應(yīng)，可通過(guò)雙線性變換表達(dá)為一離散的等效信號(hào)。所得到的數(shù)字傳遞函數(shù)由下式2表示。Gz(z)=k(z2+2z+1)2(z2+b1z+b2)2--(2)]]>作為給出以前的輸入和輸出的濾波器輸出yK和wK時(shí)域方程，由下式3和4表示。
yk=wk+2wk-1+wk-2-b1yk-1-b2yk-2(3)wK=k(Vk+2Vk-1+Vk-2)-b1wk-1-b2wk-2(4)公式3與4中的系數(shù)由如下式5表示的變量確定。kb1b2=(ω2T24+4ζTω+T2ω2)2-8+2T2ω24+4ζTω+T2ω2-4ζTω+4+T2ω24+4ζTω+T2ω2--(5)]]>式5中，T為濾波器的采樣周期，ω為其截止頻率，ζ為其阻尼比。
對(duì)于仿形濾波器78來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的38弧度每秒截止頻率(約6赫茲)與10千赫速率相比是一極低的頻率，在10千赫速率頻率下DSP52更新低速級(jí)56和58的定位數(shù)據(jù)。若仿形濾波器78在10千赫低速級(jí)更新頻率下工作，則離散濾波器系數(shù)對(duì)舍入誤差敏感，這是因?yàn)殡x散濾波器的極點(diǎn)向單位圓靠近。因此，最好仿形濾波器78在兩個(gè)如式3與4表示的二階濾波器的情況下工作，以對(duì)濾波器方程降階并使濾波器系數(shù)適當(dāng)受控。仿形濾波器78還接收來(lái)自位置仿形器72的加速度指令并生成濾出的加速度指令，并將濾出的加速度指令傳輸給伺服前饋處理部分94和加法器80。
最好在10千赫的更新速率下計(jì)算出理想的運(yùn)動(dòng)曲線指令，在加法器80和82上從該指令中減去低速級(jí)加速度和實(shí)際(未指令的)位置，以分別產(chǎn)生高速級(jí)加速度和位置指令信號(hào)。
通過(guò)加法器80和前饋處理部分86處理高速級(jí)加速度指令信號(hào)，而通過(guò)加法器82和檢流計(jì)式濾波器97處理高速級(jí)位置指令信號(hào)。在加法器84中把處理過(guò)的高速級(jí)信號(hào)加在一起并傳輸給檢流計(jì)式驅(qū)動(dòng)器88。
同樣，通過(guò)前饋處理部分94處理低速級(jí)濾出的加速度指令，而通過(guò)加法器90和伺服濾波器98處理低速級(jí)濾出的位置指令。在加法器92中把處理過(guò)的低速級(jí)信號(hào)加在一起并傳輸給線性伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器96。
檢流計(jì)式驅(qū)動(dòng)器88向高速級(jí)54中的一對(duì)鏡偏轉(zhuǎn)檢流計(jì)提供偏轉(zhuǎn)控制電流，而且伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器96向控制低速級(jí)56和58定位的線性伺服電動(dòng)機(jī)提供控制電流。
圖4表示一種適于用作高速級(jí)54類型的已有技術(shù)的檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡定位器100。檢流計(jì)式驅(qū)動(dòng)器88(圖2)在導(dǎo)體102上向各個(gè)X軸和Y軸高速響應(yīng)DC電動(dòng)機(jī)104和106提供旋轉(zhuǎn)控制電流，電動(dòng)機(jī)104和106使軸承108中的軸107旋轉(zhuǎn)，以便有選擇地使一對(duì)反射鏡110和112回轉(zhuǎn)，以將激光束60通過(guò)光學(xué)透鏡114偏轉(zhuǎn)到工件62上的預(yù)定目標(biāo)位置。
另一方面，象壓電元件、音圈致動(dòng)器或其他限定角度的高速定位裝置這樣的無(wú)支承運(yùn)動(dòng)定位器，也可用于定位系統(tǒng)50中檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡定位器100的場(chǎng)合。
同樣參照?qǐng)D2，準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或線性定位機(jī)構(gòu)可代替線性伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)低速級(jí)56和58。但是，在定位系統(tǒng)50中，優(yōu)選優(yōu)先響應(yīng)低速級(jí)位置指令的直線電動(dòng)機(jī)。
把兩個(gè)信號(hào)與低速和高速級(jí)位置指令結(jié)合在一起，以減小工件62上激光束60在指令位置與實(shí)際位置間的位置誤差。加法器82上被延遲的高速級(jí)位置指令和加法器90上被濾出的低速級(jí)位置指令，代表對(duì)級(jí)54、56和58適當(dāng)定位所需的理想信號(hào)值。但是，在未修改的位置指令中并未考慮到象重力、摩擦力、質(zhì)量和位置仿形器72產(chǎn)生的全譜定位信號(hào)中的不準(zhǔn)確度這樣的實(shí)際因素。
通過(guò)用位置傳感器120和122檢測(cè)級(jí)54、56和58的實(shí)際位置引出這些實(shí)際因素，可向DSP52中的加法器82和90提供預(yù)測(cè)位置反饋數(shù)據(jù)。注意，高速級(jí)定位線路中的加法器82接收來(lái)自兩個(gè)位置傳感器120和122的位置反饋數(shù)據(jù)。位置傳感器120和122可以是眾所周知的類型，其采用旋轉(zhuǎn)電容器平板、線性與旋轉(zhuǎn)編碼器尺度或干涉儀運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器與適當(dāng)?shù)哪?shù)和/或數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合。
當(dāng)激光束60進(jìn)行經(jīng)過(guò)工件62的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷地把所檢測(cè)到的光束位置與指令光束位置作比較，并以其位置差表示實(shí)際因素已造成定位誤差所達(dá)到的程度。尤其是，通過(guò)位置傳感器120和122產(chǎn)生的高速級(jí)54和低速級(jí)56與58的檢測(cè)位置數(shù)據(jù)，在加法器82中把它們從指令位置中減去，以產(chǎn)生在加法器84中與來(lái)自前饋處理部分86的加速度數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的位置差數(shù)據(jù)。同樣，通過(guò)位置傳感器122產(chǎn)生的低速級(jí)56和58的檢測(cè)位置數(shù)據(jù)，在加法器90中把它們從指令位置中減去，以產(chǎn)生在加法器92中與來(lái)自前饋處理部分94的加速度數(shù)據(jù)結(jié)合在一起的位置差數(shù)據(jù)。
圖5用圖表表示高速級(jí)54和低速級(jí)56與58怎樣根據(jù)一典型全譜定位信號(hào)128(以粗黑線表示)調(diào)整它們的運(yùn)動(dòng)，該全譜定位信號(hào)128在DSP52(圖2)中分成高頻位置(“HFP”)信號(hào)部分130和低頻位置(“LFP”)信號(hào)部分132。HFP信號(hào)部分130代表全譜定位信號(hào)128的交流耦合、25-250赫茲高通帶部分，而且LFP信號(hào)部分132代表全譜定位信號(hào)130的直流耦合、0-25赫茲低通帶部分。
全譜定位信號(hào)128中每個(gè)半正弦波曲線定位步驟(專門(mén)用字母尾標(biāo)標(biāo)識(shí)，例如128A、128B、128C和128D)，產(chǎn)生HFP信號(hào)部分130中對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)步驟(例如，130A、130B、130C和130D)。在此例中，每個(gè)定位步驟與相鄰的定位步驟分開(kāi)約10毫秒，但若有時(shí)間分隔的話，該時(shí)間分隔是刀具行程數(shù)據(jù)庫(kù)中定時(shí)數(shù)據(jù)的函數(shù)。
圖5還表示出一合成高速級(jí)速度波形134和一合成低速級(jí)速度波形136，這兩個(gè)波形分別揭示了高速級(jí)54和低速級(jí)56與58是如何響應(yīng)HFP信號(hào)部分130和LFP信號(hào)部分132的。
具體地說(shuō)，HFP信號(hào)部分130A、130B、130C和130D中的每個(gè)都包括使高速級(jí)54經(jīng)受正弦波曲線速度變化的加速度段，該正弦波曲線速度變化由相應(yīng)的高速級(jí)速度波形脈沖134A、134B、134C和134D表示。高速速度波形134有一沿速度負(fù)方向過(guò)渡并在約-100毫米每秒的值處固定的底線138。該底線偏移是通過(guò)在加法器80中把被延遲與濾出的加速度指令結(jié)合在一起而造成的。
HFP信號(hào)部分130還表示高速級(jí)54是如何在位置上響應(yīng)每個(gè)高速速度脈沖134的。本例中所需尖峰高速級(jí)定位位移約為2.8毫米，它恰好在一低質(zhì)量(low-mass)的檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡定位器的10毫米線性范圍之內(nèi)。
LFP信號(hào)部分132還表示低速級(jí)56和58是如何在位置上響應(yīng)低速速度波形136的。低速級(jí)速度波形136沿一速度正方向過(guò)渡并在約+100毫米每秒的值處固定。在本例中，低速級(jí)位置隨時(shí)間線性變化，以使至少一個(gè)低速級(jí)56和58不停止運(yùn)動(dòng)。
全譜定位信號(hào)128還表示由波形132和130分別表示的高速與低速級(jí)位置結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生的最后位置。平穩(wěn)段140A、140B、140C和140D表示甚至級(jí)54、56和58都在運(yùn)動(dòng)所調(diào)整的位置也穩(wěn)定10毫秒時(shí)間段。這一點(diǎn)清楚地表示于平穩(wěn)段140C，波形130和132以基本相等和相反的斜度在平穩(wěn)段140C的正下方相交。平穩(wěn)段140對(duì)應(yīng)于可激發(fā)激光器76以加工工件62中的孔的時(shí)間段。
上述調(diào)整定位尤其有利于例如激光束切割孔這樣的應(yīng)用，其要求沿與每個(gè)目標(biāo)位置上用來(lái)發(fā)射激光以切割孔的停頓相結(jié)合的刀具行程在目標(biāo)位置之間的高速運(yùn)動(dòng)，但當(dāng)然上述調(diào)整定位并不限于該應(yīng)用。
圖6表示本發(fā)明的多頭定位器150實(shí)施例，其中同時(shí)加工多個(gè)工件152A、152B、152C、……152N。(下文把多個(gè)元件總稱為不帶字母尾標(biāo)的名稱，例如“工件152”)。多頭定位器150采用低速級(jí)56和58各一個(gè)，低速級(jí)56和58具體為在Y軸低速級(jí)58上固定并承載工件152，而在X軸低速級(jí)58上承載多個(gè)高速級(jí)154A、154B、154C、……154N。當(dāng)然低速級(jí)56和58的角色也可顛倒過(guò)來(lái)。
當(dāng)承載于低速級(jí)58上的高速級(jí)154的數(shù)目增加時(shí)，它們的累加質(zhì)量使它們變得愈加難以加速。因此，最好將承載于低速級(jí)58上高速級(jí)154的數(shù)目N限制在四個(gè)，不過(guò)N可以隨定位器類型和應(yīng)用變化。
每個(gè)工件152都有與其相關(guān)的加工刀具，加工刀具最好為激光器156A、156B、156C、……156N，這些激光器借助相關(guān)的反射鏡158A、158B、158C、……158N將加工能量射向相關(guān)的高速級(jí)154A、154B、154C、……154N。高速級(jí)154將加工能量偏轉(zhuǎn)到位于相關(guān)工件152上基本上為正方形的20毫米×20毫米加工區(qū)域162A、162B、162C、……162N中的目標(biāo)位置。
視頻攝像機(jī)160A、160B、160C、……160N定位在低速級(jí)56上，用以觀察相關(guān)加工區(qū)域162，檢測(cè)工件152的對(duì)準(zhǔn)、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化，以及瞄準(zhǔn)和聚焦激光器156。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，由每個(gè)激光器156和高速級(jí)154在工件152上復(fù)制同樣的加工圖案。但是，在某些加工應(yīng)用中，加工圖案變化可能需使圖案與工件的幾何形狀、尺度因素、偏移、旋轉(zhuǎn)、扭曲間的變化相匹配。還有必要校正固定在低速級(jí)58上的工件152中間的固定位置變化引起的高速級(jí)的非線性度和“阿貝誤差”(指令刀具位置不與檢測(cè)的目標(biāo)位置相匹配的程度)。與以前的多主軸鉆床不同，多頭定位器150能通過(guò)在驅(qū)動(dòng)每個(gè)高速級(jí)154時(shí)采用可編程校正因子補(bǔ)償上述變量，參照?qǐng)D7與8描述可編程校準(zhǔn)因子。
圖7表示多速定位器DSP52(圖2)可如何適于調(diào)整多個(gè)高速級(jí)154和低速級(jí)56與58的定位，結(jié)果形成多頭DSP170。與DSP52的方式相同，多頭DSP170從系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63接收dx、dy、dv和dt分量，這些分量由位置仿形器72進(jìn)一步處理成半正弦波仿形定位信號(hào)。DSP170還包括某些與DSP52同樣的信號(hào)處理元件，即仿形濾波器78、延遲元件79、前饋處理部分94、伺服驅(qū)動(dòng)器96、低速級(jí)56和位置傳感器122。由于圖7被簡(jiǎn)化，所以僅表示出X軸低速級(jí)56處理元件。熟練工作人員會(huì)理解其中含有相應(yīng)的Y軸元件。
只需單獨(dú)一個(gè)系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63來(lái)驅(qū)動(dòng)低速級(jí)56和58以及N個(gè)高速級(jí)154。多個(gè)高速級(jí)信號(hào)處理器172A、172B、172C、……172N中的每一個(gè)接收來(lái)自系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63的高速級(jí)校正數(shù)據(jù)。按照這種方式，由每個(gè)高速級(jí)信號(hào)處理器172來(lái)接收高速級(jí)位置指令和當(dāng)前低速級(jí)位置數(shù)據(jù)，從而將每個(gè)高速級(jí)154對(duì)準(zhǔn)一組公共目標(biāo)位置，這些位置進(jìn)一步由專門(mén)的誤差校正數(shù)據(jù)定位。
圖8表示典型的高速級(jí)信號(hào)處理器172之一，它接收來(lái)自DSP170的高速和低速級(jí)定位數(shù)據(jù)和來(lái)自系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63的校正數(shù)據(jù)。該校正數(shù)據(jù)包括傳輸給幾何校正處理器180的低速級(jí)和與工件有關(guān)的校正數(shù)據(jù)，還包括傳輸給高速級(jí)校正處理器182的高速級(jí)線性度與比例系數(shù)校正數(shù)據(jù)。
該校正數(shù)據(jù)可以是公式形式的或查找表形式的。但是，幾何校正處理器180和高速級(jí)校正處理器使用的校正數(shù)據(jù)，最好是按照題為“LIGHTBEAM POSITIONING SYSTEM”的美國(guó)專利4,941,082(“第’082號(hào)專利”)所述的公式形式，該專利已轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
高速級(jí)線性度和比例系數(shù)誤差相對(duì)恒定，并且大部分取決于高速級(jí)154的各個(gè)特性。因此，高速級(jí)校正處理器182要求校正數(shù)據(jù)變化較小且很少變化。要產(chǎn)生該校正數(shù)據(jù)就要求例如將每個(gè)高速級(jí)154對(duì)準(zhǔn)相關(guān)校準(zhǔn)目標(biāo)上至少13個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)如第’082號(hào)專利所述。反射能量檢測(cè)器檢測(cè)所對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)點(diǎn)位置與實(shí)際的目標(biāo)點(diǎn)位置之間的任何差，并把差值數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63處理。把得到的校正數(shù)據(jù)傳輸給每個(gè)高速級(jí)校正處理器182并存入其中。而且，所對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)點(diǎn)位置與相關(guān)視頻攝像機(jī)160所檢測(cè)到的實(shí)際目標(biāo)點(diǎn)位置之間的差被進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償。低速級(jí)線性度和比例系數(shù)誤差也相對(duì)恒定，因此無(wú)需頻繁改變校正數(shù)據(jù)。
另一方面，與低速級(jí)和工件相關(guān)的誤差是相對(duì)變化的，并且大部分取決于工件152中間的工件位置、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化。因此，每次改變工件152，幾何校正處理器180都要較大地改變校正數(shù)據(jù)。要產(chǎn)生該校正數(shù)據(jù)就要求例如將低速級(jí)56與58和每個(gè)高速級(jí)154對(duì)準(zhǔn)每個(gè)相關(guān)工件152上至少兩個(gè)、最好四個(gè)預(yù)定的校準(zhǔn)目標(biāo)。這些校準(zhǔn)目標(biāo)可以是例如ECB的轉(zhuǎn)角、刀具加工孔或光刻目標(biāo)。每個(gè)視頻攝像機(jī)160檢測(cè)被對(duì)準(zhǔn)的校準(zhǔn)目標(biāo)位置和實(shí)際的校準(zhǔn)目標(biāo)位置之間的差，并把差值數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63處理。把對(duì)于每個(gè)工件152得到的校正數(shù)據(jù)傳輸給相關(guān)的幾何校正處理器180并存入其中。
對(duì)于每個(gè)高速級(jí)信號(hào)處理器172來(lái)說(shuō)，把對(duì)Y軸的校正定位數(shù)據(jù)從校正處理器180和182傳輸給前饋處理部分86、檢流計(jì)式驅(qū)動(dòng)器88和高速級(jí)154。位置反饋數(shù)據(jù)由位置傳感器120產(chǎn)生(如圖2)并在加法器184和84中組合在一起用以校正。熟練工作人員會(huì)理解同樣的過(guò)程用于X軸高速定位。
在把校正數(shù)據(jù)用于高速級(jí)154時(shí)，最好將每個(gè)高速級(jí)限定到其20毫米×20毫米最大線性定位范圍內(nèi)的18毫米×18毫米定位范圍。剩下的2毫米定位范圍用來(lái)做上述校正。
以上描述了對(duì)于每個(gè)高速級(jí)和低速級(jí)單軸運(yùn)動(dòng)的信號(hào)處理。熟練工作人員會(huì)易于理解如何重復(fù)信號(hào)處理以調(diào)整兩軸、兩級(jí)以及單個(gè)或多個(gè)高速定位器的運(yùn)動(dòng)。
實(shí)例本發(fā)明的一個(gè)典型應(yīng)用是在多層ECB中激光切割孔，例如盲通孔。一般通過(guò)對(duì)齊、疊加在一起、層壓和壓制多個(gè)0.05-0.08毫米厚的電路板層來(lái)制造多層ECB。每層一般包括一不同的互連焊盤(pán)和導(dǎo)體圖案，在加工后它們組成一復(fù)雜的電氣元件固定和互連組件。ECB的元件與導(dǎo)體密度趨勢(shì)隨同集成電路的趨勢(shì)一起在增長(zhǎng)。因此，ECB中定位準(zhǔn)確度和孔的尺寸公差成比例增長(zhǎng)。
遺憾的是，壓制步驟會(huì)造成擴(kuò)展和尺寸變化，這種擴(kuò)展和尺寸變化可引起ECB中比例系數(shù)和正交性變化。另外，當(dāng)把多個(gè)ECB(工件152)裝到低速級(jí)58上時(shí)，固定工件的變化可在ECB中間造成空間旋轉(zhuǎn)和偏移誤差。加之，ECB厚度的變化使其難以用機(jī)械方法鉆出具有一精確預(yù)定深度的孔。
本發(fā)明如下解決了上述問(wèn)題。在每個(gè)ECB上，最好在每個(gè)轉(zhuǎn)角的預(yù)定位置蝕刻兩到四個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)。視頻攝像機(jī)160檢測(cè)指令校準(zhǔn)目標(biāo)位置與實(shí)際校準(zhǔn)目標(biāo)位置之間的差，并將差值數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63處理。將得到的校正數(shù)據(jù)傳輸給幾何校正處理器180并存入其中。
兩個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)可向系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63提供充分的差值數(shù)據(jù)，以校正ECB中旋轉(zhuǎn)和偏移變化。三個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)可向系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63提供充分的差值數(shù)據(jù)，以校正ECB中旋轉(zhuǎn)、偏移、比例系數(shù)和正交性變化。加入第四校準(zhǔn)目標(biāo)還允許校正每個(gè)ECB中的梯形變形。
ECB厚度變化易于在±0.13毫米(±0.005英寸)激光深度區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)。
由于涉及較陡的深度(tight depth)、直徑和定位公差的緣故，加工盲通孔顯示出對(duì)任何孔加工刀具的艱難的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)橐话惆衙ね准庸こ纱┻^(guò)第一導(dǎo)體層(例如銅、鋁、金、鎳、銀、鈀、錫和鉛)、穿過(guò)一或多個(gè)介電層(例如聚酰亞胺、FR-4合成樹(shù)脂、苯并環(huán)丁烷、雙對(duì)順丁烯二酰抱亞胺三氮雜苯、氰酸鹽酯基合成樹(shù)脂、陶瓷)、直到但不穿過(guò)第二導(dǎo)體層。用一種導(dǎo)電材料鍍產(chǎn)生的孔，使其與第一和第二導(dǎo)體層電連接。
再參見(jiàn)圖6，多頭定位器150具體為一ECB盲通孔切割裝置，其中N等于偶數(shù)，例如2、4或6，但最好為4。激光器156A和156C為紫外激光器(波長(zhǎng)小于約355納米)，激光器156B和156N為紅外激光器(波長(zhǎng)在約1000納米到約10000納米范圍內(nèi)，最好為9000納米)。由于紫外和紅外激光器實(shí)質(zhì)上具有不同波長(zhǎng)，所以反射鏡158和光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于高速級(jí)154配置成與每個(gè)相關(guān)激光器的波長(zhǎng)都相兼容。
紫外激光器156A和156C能以適當(dāng)方式切割第一導(dǎo)體層和介電層這兩者。但是，必須仔細(xì)控制激光器功率級(jí)和脈沖重復(fù)頻率，以防破壞第二導(dǎo)體層。這導(dǎo)致了一個(gè)窄“處理窗(process window)”。因此，控制紫外激光器156A、156C使其僅切穿第一導(dǎo)體層和介電層的一部分，這個(gè)過(guò)程具有一寬的處理窗。
紅外激光器156B和156N具有一寬的處理窗，用以切穿剩下的介電層而不切穿或破壞第二導(dǎo)體層。但是，必須預(yù)先處理第一導(dǎo)體層。
ECB盲通孔切割裝置采用紫外激光器156A和156C切穿工件152A和152C的第一導(dǎo)體層，并用紅外激光器156B和156N切穿工件152B和152N上的介電層。
根據(jù)以下優(yōu)選過(guò)程使用多頭定位器150切割盲通孔。假定加工例如ECB的八個(gè)工件量(ECB1、ECB2、……和ECB8)。最好導(dǎo)體層為銅而介電層為FR-4合成樹(shù)脂。
將未加工的ECB1和ECB2固定在工件位置152A和152C中的低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紫外激光器156A和156C進(jìn)行加工。
如下執(zhí)行工件校準(zhǔn)過(guò)程將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154對(duì)準(zhǔn)ECB上的校準(zhǔn)目標(biāo)位置；用視頻攝像機(jī)160檢測(cè)被對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)位置和實(shí)際目標(biāo)位置之間的差，并將差值數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)63處理；和把ECB的校正數(shù)據(jù)存入相關(guān)高速級(jí)信號(hào)處理器172。
將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154定位到一預(yù)定組目標(biāo)位置上，以使紫外激光器156A和156C在該組目標(biāo)位置處切穿ECB1和ECB2上的第一導(dǎo)體層。
再將半處理過(guò)的ECB1和ECB2固定到工件位置152B和152N中的低速級(jí)58上，由相應(yīng)的紅外激光器156B和156N進(jìn)行加工。
將未加工的ECB3和ECB4固定到工件位置152A和152C中的低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紫外激光器156A和156C進(jìn)行加工。
執(zhí)行工件校準(zhǔn)過(guò)程。
將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB3和ECB4上目標(biāo)位置處切穿第一導(dǎo)體層，而紅外激光器156B和156D同時(shí)在ECB1和ECB2上目標(biāo)位置處切穿介電層。
把加工過(guò)的ECB1和ECB2從低速級(jí)58上卸下。
再將半加工過(guò)的ECB3和ECB4固定到工件位置152B和152N中低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紅外激光器156B和156N進(jìn)行加工。
將未加工的ECB5和ECB6固定到工件位置152A和152C中低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紫外激光器156A和156C進(jìn)行加工。
執(zhí)行工件校準(zhǔn)過(guò)程。
將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB5和ECB6上目標(biāo)位置處切穿第一導(dǎo)體層，而紅外激光器156B和156D同時(shí)在ECB3和ECB4上目標(biāo)位置處切穿介電層。
把加工過(guò)的ECB3和ECB4從低速級(jí)58上卸下。
再將半加工過(guò)的ECB5和ECB6固定到工件位置152B和152N中低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紅外激光器156B和156N進(jìn)行加工。
將未加工的ECB7和ECB8固定到工件位置152A和152C中低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紫外激光器156A和156C進(jìn)行加工。
執(zhí)行工件校準(zhǔn)過(guò)程。
將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154定位，以使紫外激光器156A和156C在ECB7和ECB8上目標(biāo)位置處切穿第一導(dǎo)體層，而紅外激光器156B和156D同時(shí)在ECB5和ECB6上目標(biāo)位置處切穿介電層。
把加工過(guò)的ECB5和ECB6從低速級(jí)58上卸下。
再將半加工過(guò)的ECB7和ECB8固定到工件位置152B和152N中低速級(jí)58上，通過(guò)相應(yīng)的紅外激光器156B和156N進(jìn)行加工。
執(zhí)行工件校準(zhǔn)過(guò)程。
將低速級(jí)56與58和高速級(jí)154定位，以使紅外激光器156B和156D在ECB8和ECB8上目標(biāo)位置處切穿介電層。
將加工過(guò)的ECB7和ECB8從低速級(jí)58上卸下。
切割八個(gè)工件中盲通孔的過(guò)程完成。當(dāng)然，該過(guò)程適于同時(shí)加工各種數(shù)目的工件，加工量的大小并不限于八個(gè)，也不限于ECB。
紫外激光器156A和156C所需用來(lái)切穿導(dǎo)體層的時(shí)間，一般比紅外激光器152B和152N切穿介電層的時(shí)間長(zhǎng)。因此，較長(zhǎng)加工時(shí)間限定了加工量。由于目標(biāo)位置對(duì)多刀定位器150上的所有刀具來(lái)說(shuō)基本上都是相同的，所以不同的加工時(shí)間是由為紫外和紅外激光器設(shè)置適當(dāng)?shù)牟煌す夤β始?jí)和脈沖重復(fù)頻率造成的。
有些應(yīng)用需要切割約為200微米或小于200微米的較大孔徑。由于紫外激光器154A和154C的光束直徑只有約20微米，所以多刀定位器150必須使紫外光束隨一螺旋形或環(huán)形路徑切割導(dǎo)體層中這種孔。因此，切割這些較大的孔要花費(fèi)相應(yīng)較長(zhǎng)的時(shí)間。但是，紅外激光器154B和154N的光束直徑約為400微米，是紫外激光器光束直徑的大約20倍。因此，當(dāng)切割這些穿過(guò)介電層的較大直徑孔時(shí)，至少一部分紅外激光束將要覆蓋整個(gè)孔，而紫外光束隨螺旋形或環(huán)形路徑切割導(dǎo)體層中的孔。在這些情況下，紅外激光器光束在目標(biāo)位置上有較長(zhǎng)一段時(shí)間，通過(guò)為紫外和紅外激光器設(shè)置不同的激光功率級(jí)和脈沖重復(fù)頻率造成不同的有效加工時(shí)間。
若有合適的激光功率，則通過(guò)采用適當(dāng)?shù)墓β史蛛x裝置能使多個(gè)工件共享一個(gè)激光器。在本發(fā)明中也可采用可轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的激光器。
本發(fā)明提供了定位準(zhǔn)確度、定位速度、最小化或消除的中止時(shí)間、未節(jié)段化刀具行程數(shù)據(jù)庫(kù)和最小化高速級(jí)運(yùn)動(dòng)范圍的改進(jìn)的綜合指標(biāo)，這顯著地提高了加工量，同時(shí)減少了空間與取向變化造成的工件廢品。
熟練工作人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以用不同于上述激光束微加工裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各部分。例如，可通過(guò)高速定位級(jí)移動(dòng)各種單頭或多頭結(jié)構(gòu)的刀具，例如微型鉆頭、沖頭、激光器、激光束、輻射束、粒子束、光束發(fā)生裝置、顯微鏡、透鏡、光學(xué)儀器和攝像機(jī)等。而且，可以以從檢流計(jì)、音圈、壓電傳感器、步進(jìn)電機(jī)和導(dǎo)桿定位器中選出的不同組合采用許多不同的定位裝置。DSP無(wú)需完全是數(shù)字形式，而它們可以是例如包括模擬和數(shù)字子電路的任意組合。當(dāng)然，本文所述定位信號(hào)曲線、光譜帶寬與幅值和濾波器特性都可以修改，以滿足其他定位應(yīng)用的要求。
對(duì)熟練工作人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明根本原則的情況下可對(duì)本發(fā)明上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)作許多其他的變換是顯而易見(jiàn)的，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由以下的權(quán)利要求書(shū)確定。
權(quán)利要求
1．一種根據(jù)一組從數(shù)據(jù)庫(kù)接收到的定位指令相對(duì)于多個(gè)相關(guān)工件上的一組目標(biāo)位置同時(shí)對(duì)多個(gè)刀具進(jìn)行定位的裝置，包括一低速定位級(jí)，完成多刀具與多個(gè)相關(guān)工件之間的大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；多個(gè)高速定位級(jí)，完成多刀具與多個(gè)相關(guān)工件之間的小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；一定位信號(hào)處理器，從該組定位指令產(chǎn)生低速和高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；一低速定位驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)該低速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制低速定位級(jí)的大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；和多個(gè)高速定位驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)該高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)控制相關(guān)高速定位級(jí)的小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2．如權(quán)利要求1的裝置，其中多刀具中至少一個(gè)是具有第一波長(zhǎng)的激光束，多刀具中至少一個(gè)是具有第二波長(zhǎng)的激光束。
3．如權(quán)利要求1的裝置，其中低速定位級(jí)包括X軸平移級(jí)和Y軸平移級(jí)，多個(gè)高速定位級(jí)固定于X軸平移級(jí)上。
4．如權(quán)利要求3的裝置，其中多個(gè)工件固定于Y軸平移級(jí)上。
5．如權(quán)利要求1的裝置，其中低速和高速定位級(jí)調(diào)整它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使低速和高速定位級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)多刀具相對(duì)多個(gè)工件變成暫時(shí)靜止；
6．如權(quán)利要求5的裝置，其中在多刀具相對(duì)多個(gè)工件變成暫時(shí)靜止的時(shí)間段期間，多刀具加工多個(gè)相關(guān)工件。
7．如權(quán)利要求1的裝置，其中多個(gè)相關(guān)工件中的每個(gè)都有基本相同的一組校準(zhǔn)目標(biāo)，對(duì)多個(gè)工件定位以使此多組校準(zhǔn)目標(biāo)逐組顯示定位誤差，而且多個(gè)高速定位級(jí)中的每個(gè)都有一相關(guān)高速級(jí)信號(hào)處理器，其與定位信號(hào)處理器相配合以校正小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而補(bǔ)償定位誤差，以使多刀具可同時(shí)定位到多個(gè)相關(guān)工件上那組目標(biāo)位置上。
8．如權(quán)利要求7的裝置，其中定位誤差由與高速定位級(jí)相關(guān)的線性誤差和比例系數(shù)誤差中至少一個(gè)造成。
9．如權(quán)利要求7的裝置，其中定位誤差由與至少工件之一和低速定位級(jí)相關(guān)的尺寸誤差造成。
10．如權(quán)利要求7的裝置，其中定位誤差由任意工件中的旋轉(zhuǎn)差、任意工件中的偏移差、任意工件中的比例系數(shù)差、任意工件中的正交性誤差和任意工件中的梯形變形中的至少一個(gè)造成。
11．如權(quán)利要求7的裝置，還包括視頻攝像機(jī)，其檢測(cè)多個(gè)工件上那組校準(zhǔn)目標(biāo)并提供進(jìn)行處理以補(bǔ)償定位誤差的差值數(shù)據(jù)。
12．一種根據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)接收的一組定位指令相對(duì)于多個(gè)相關(guān)工件上的一組目標(biāo)位置同時(shí)對(duì)多個(gè)刀具定位的方法，包括設(shè)置一個(gè)低速定位級(jí)，用來(lái)完成多刀具與多個(gè)相關(guān)工件間的大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；將多個(gè)工件固定到低速定位級(jí)上；設(shè)置多個(gè)高速定位級(jí)，用來(lái)完成多刀具與多個(gè)相關(guān)工件之間的小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；處理該組定位指令以產(chǎn)生低速和高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；根據(jù)低速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)在大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)低速定位級(jí)；根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)在小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)多個(gè)高速定位級(jí)；和調(diào)整大范圍和小范圍的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使低速和高速定位級(jí)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定時(shí)間段期間，多刀具相對(duì)多個(gè)工件變成暫時(shí)靜止。
13．如權(quán)利要求12的方法，其中工件為電路板，多個(gè)刀具為激光束，該方法還包括在相關(guān)的那些電路板中切割孔的預(yù)定時(shí)間段期間觸發(fā)激光束。
14．如權(quán)利要求13的方法，其中電路板具有厚度變化，該厚度變化由每個(gè)激光束的一個(gè)深度區(qū)域補(bǔ)償。
15．如權(quán)利要求12的方法，其中低速定位級(jí)包括一X軸平移級(jí)和一Y軸平移級(jí)，而且多個(gè)高速定位級(jí)固定于X軸平移級(jí)上。
16．如權(quán)利要求15的方法，其中多個(gè)工件固定于Y軸平移級(jí)上。
17．如權(quán)利要求12的方法，還包括為多個(gè)工件中的每個(gè)確定基本相同的一組校準(zhǔn)目標(biāo)；檢測(cè)這些組校準(zhǔn)目標(biāo)的定位以逐組確定定位誤差；處理所檢測(cè)的定位誤差；和校正小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償定位誤差，以使多個(gè)刀具可同時(shí)定位到多個(gè)相關(guān)工件上那組目標(biāo)位置上。
18．如權(quán)利要求17的方法，其中檢測(cè)步驟采用了至少一個(gè)視頻攝像機(jī)。
19．如權(quán)利要求17的方法，其中確定至少兩個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)，而且定位誤差包括多個(gè)工件中的旋轉(zhuǎn)和偏移變化。
20．如權(quán)利要求17的方法，其中確定至少三個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)，而且定位誤差包括多個(gè)工件中的旋轉(zhuǎn)、比例系數(shù)和正交性變化。
21．如權(quán)利要求17的方法，其中確定至少四個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)，而且定位誤差包括多個(gè)工件中的旋轉(zhuǎn)、偏移、比例系數(shù)、正交性和梯形變形變化。
22．一種用來(lái)在至少第一和第二大致相同電路板中切割一預(yù)定孔圖案的方法，每個(gè)電路板具有至少一第一導(dǎo)體層、一介電層和一第二導(dǎo)體層，該方法包括產(chǎn)生分別具有第一和第二波長(zhǎng)的至少第一和第二激光束；將電路板固定到完成激光束與電路板之間大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一低速定位級(jí)上；設(shè)置完成激光束與相關(guān)一些電路板之間小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)的至少第一和第二高速定位級(jí)；和調(diào)整大范圍和小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使第一激光束在第一電路板的第一導(dǎo)體層中切割預(yù)定孔圖案，而第二激光束在第二電路板的介電層中切割預(yù)定孔圖案。
23．如權(quán)利要求22的方法，還包括產(chǎn)生用來(lái)根據(jù)預(yù)定孔圖案相對(duì)于電路板對(duì)激光器定位的低速和高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；根據(jù)低速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)在大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)低速定位級(jí)；和根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)在小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)多個(gè)高速定位級(jí)。
24．如權(quán)利要求22的方法，其中低速定位級(jí)包括一X軸平移級(jí)和一Y軸平移級(jí)，而且多個(gè)高速定位級(jí)固定于X軸平移級(jí)上。
25．如權(quán)利要求24的方法，其中電路板固定于Y軸平移級(jí)上。
26．如權(quán)利要求22的方法，其中第一激光束由紫外激光器產(chǎn)生，而且第二激光束由紅外激光器產(chǎn)生。
27．如權(quán)利要求22的方法，其中第一波長(zhǎng)小于約355納米，第二波長(zhǎng)在約1000納米到10000納米范圍內(nèi)。
28．如權(quán)利要求22的方法，其中執(zhí)行調(diào)整步驟以使第一和第二激光束同時(shí)切割第一電路板的第一導(dǎo)體層和第二電路板的介電層。
29．如權(quán)利要求22的方法，還包括為每個(gè)電路板確定基本相同的一組校準(zhǔn)目標(biāo)；檢測(cè)這些組校準(zhǔn)目標(biāo)的定位以確定與每個(gè)電路板相關(guān)的定位誤差；處理所檢測(cè)的定位誤差；和校正小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償定位誤差，以使每個(gè)激光束可準(zhǔn)確定位于相關(guān)電路板上的預(yù)定孔圖案上。
30．一種用來(lái)在一組基本相同的電路板中切割預(yù)定孔圖案的方法，每個(gè)電路板具有至少一第一導(dǎo)體層、一介電層和一第二導(dǎo)體層，該方法包括產(chǎn)生適于切割第一導(dǎo)體層的第一組激光束和適于切割介電層的第二組激光束；將第一和第二分組電路板固定在一低速定位級(jí)上，該低速定位級(jí)完成激光束和電路板之間的大范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；設(shè)置至少第一和第二高速定位級(jí)，其完成激光束和相關(guān)一些電路板之間的小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)；和調(diào)整大范圍和小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)以使第一組激光束在第一分組電路板的第一導(dǎo)體層中切割預(yù)定孔圖案，而第二組激光束同時(shí)在第二分組電路板的介電層中切割預(yù)定孔圖案。
31．如權(quán)利要求30的方法，還包括執(zhí)行一工件校準(zhǔn)過(guò)程，該過(guò)程包括檢測(cè)固定在低速定位級(jí)上每個(gè)電路板上的校正目標(biāo)；和校正相關(guān)的那些高速定位級(jí)的小范圍相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便在每個(gè)電路板中準(zhǔn)確切割預(yù)定孔圖案。
32．如權(quán)利要求30的方法，還包括從低速定位級(jí)上去除第二分組電路板；將第一分組電路板重新固定在低速定位級(jí)上，以用第二組激光束切割；將第三分組電路板固定在低速定位級(jí)上，以用第一組激光束切割；和重復(fù)調(diào)整步驟。
33．如權(quán)利要求32的方法，還包括在重復(fù)步驟之前執(zhí)行一工件校準(zhǔn)過(guò)程。
34．如權(quán)利要求33的方法，還包括重復(fù)去除、重新固定、固定第三分組和調(diào)整步驟，直到加工完整組電路板為止。
全文摘要
一個(gè)多速、多頭定位器(150)接收并處理未節(jié)段化定位指令以起動(dòng)低速級(jí)(56、58)和固定在低速級(jí)之一上的多個(gè)高速級(jí)(154),從而相對(duì)于多個(gè)相關(guān)工件(152)上的目標(biāo)位置對(duì)多個(gè)刀具(156)同時(shí)進(jìn)行定位。每個(gè)高速級(jí)連接到一高速級(jí)信號(hào)處理器(172)上,并由其向每個(gè)高速級(jí)定位器提供校正過(guò)的位置數(shù)據(jù),以補(bǔ)償高速級(jí)的非線性度和多個(gè)工件中工件的位移、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化。當(dāng)在印刷電路板(ECB)中切割盲通孔時(shí),通過(guò)使一半刀具為紫外(“UV”)激光器而使另一半刀具為紅外(“IR”)激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的加工量和處理量,其中紫外激光器易于切割導(dǎo)體層和介電層,而紅外激光器只易于切割介電層?？刂谱贤饧す馄髑懈钌蠈?dǎo)體層和一部分下介電層,控制紅外激光器切割剩余的介電層而不切穿或破壞第二下導(dǎo)體層。通過(guò)在未加工ECB中切割導(dǎo)體層而同時(shí)在已切割了其導(dǎo)體層的ECB中切割介電層來(lái)增加加工量。通過(guò)在每個(gè)引起任何ECB位移、偏移、旋轉(zhuǎn)和尺寸變化的切割步驟之前執(zhí)行一工件校準(zhǔn)步驟來(lái)增加處理量。
文檔編號(hào)B23K26/08GK1213440SQ97192996
公開(kāi)日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1997年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月12日
發(fā)明者多納德·R·卡特勒, 羅伯特·M·帕爾索爾普, 馬克·A·烏恩拉斯, 托馬斯·W·理查德森, 阿蘭·J·卡伯爾 申請(qǐng)人:電科學(xué)工業(yè)公司