专利名称：二维钻孔的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备制造领域，尤其涉及一种二维钻孔的装置及其方法。
背景技术：
在光刻机领域中，设备的机械零件结构复杂，其中以多孔特征的零件最为代表性，具体包括:曝光分系统中投影物镜中镜筒装置和零件、工件台分系统中硅片吸盘、微环境工件台和掩模台气浴板、主基板和基础框架安装平面、硅片传输分系统中硅片温度稳定单元(Temperature Stabilize Unit, TSU)、诸多气浮模块和磁浮冷却模块等等。在这些零件的加工过程中由于设计的复杂性，造成制造零件的效率低、成本高、周期长等问题。为解决多孔难于加工的制造问题，如专利US7054798所述提出一种结合旅行商问题算法(Traveling Sales Problem, TSP)对平面内单一冲孔路径进行近似计算,获得一条最短的加工路径，以此来提高加工效率。然而，上述方法针对的仅为单一钻孔，而针对不同规格的加工孔相互之间的转换和过渡，以及如何提高复杂三维零件的加工效率，仍然是困扰当代机械加工行业的普遍问题。针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种二维钻孔的装置及其方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，现有的待加工零件的加工过程中由于设计的复杂性，造成制造零件的效率低、成本高、周期长等缺陷，以及针对不同规格的加工孔相互之间的转换和过渡，以及如何提高复杂零件的加工效率等问题仍未解决的现实提出一种二维钻孔的
>J-U ρ α 装直。本发明的另一目的是针对现有技术的缺陷，提供一种所述二维钻孔装置的钻孔方法。为了解决上述问题，本发明提供一种二维钻孔的装置，所述钻孔的装置包括:加工单元，控制单元和二维机械手；所述二维机械手可在二维平面内换刀；所述控制单元包括信息输入器、运算器、第一信息输出器和第二信息输出器；所述第一信息输出器与所述加工单元连接，控制加工单元运作；所述第二信息输出器与所述二维机械手连接，控制二维机械手运作。可选的，所述加工单元包括:工件台，用以承载待加工零件，所述待加工零件待加工以在其上形成各种不同的钻孔；加工主轴和当前使用刀具，设置在所述工件台一侧，用以加工承载在所述工件台上的待加工零件；待用刀具，用于待加工零件后续加工；刀具中心库，用于收容所述待用刀具。可选的，所述钻孔的装置进一步包括伴随所述加工主轴和当前使用刀具运动的待用刀具和主轴随动平台。为实现本发明的又一目的，本发明提供一种所述的二维钻孔的装置的钻孔装置，所述控制单元包括下述控制方法:步骤S1:在信息输入器中输入信息；步骤S2:在运算器内进行计算；步骤S3:在第一信息输出器输出信号至加工单元；步骤S4:同时，第二信息输出器输出信号至二维机械手。可选的，所述步骤SI中输入的信息包括待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息及加工单元的信息；所述待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息包括钻孔的位置、钻孔数量和钻孔规格；所述加工单元的信息包括采用基于二维加工、主要的加工面以及工件台和加工主轴的自由度、运动速度、精度。可选的，所述的步骤S2还包括下述步骤:步骤S21:选择钻孔路径的优化方式；步骤S22:根据选择的优化方式进行算法计算和程序计算；步骤S23:重复步骤S21和步骤S22得出每个优化方式下的结果；步骤S24:比较并选择结果。可选的，所述步骤S21种的优化方式包括:单一规格的钻孔加工优化、局部混合优化，以及全局混合优化。可选的，所述单一规格的钻孔加工优化是以同一规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工一种同规格的孔时所需要遍历的最短路径。可选的，所述局部混合优化以两个规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工所述两种规格的钻孔时所需要遍历的最短路径。可选的，所述全局混合优化针对同一孔径但是不同深度的孔，在算法统一规划；对不同孔径规格采用刀具交换的混合算法进行规划。可选的，在算法处理上，为满足约束条件，增加惩罚函数来控制。可选的，所述惩罚函数的设置是根据加工单元换刀具的效率来确定，待设定参数为换刀具的效率和工件台的平均运动速度。可选的，所述算法计算为基于旅行商TSP算法，计算规划最短的加工路径。可选的，所述程序计算设置并考虑换刀的效率成本作为一种约束条件，在工件台运动和主轴运动之间达到效率的平衡和匹配。综上所述，本发明将CNC工件台和加工主轴所需的重复运动里程降低到了最低，同时通过二维机械手在刀具中心库和加工主轴间往返运动，以提供换刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率达到最优，实现了针对不同规格的加工孔相互之间的转换和过渡，以及提高复杂零件的加工效率。
图1所示为本发明二维钻孔的方法的钻孔路径优化程序和流程图；图2(a)所为待加工零件的顶部视图钻孔和分布意图；图2(b)所示为待加工零件的顶部视图钻孔和分布的局部放大图；图2(c)所为待加工零件的底部视图钻孔和分布意图；图3所示为待加工零件中钻孔二维布置图；图4所示为钻孔单一优化路径二维图；图5所示为第一 CNC加工中心换刀和加工方式示意图；图6所示为钻孔二类混合优化路径二维图；图7所示为局部混合优化中第二 CNC加工中心换刀和加工方式示意图8所示为全局优化中钻孔全局混合优化路径二维图；图9所示为第三CNC加工中心换刀和加工方式示意图。
具体实施例方式为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1，图1所示为本发明二维钻孔的方法的钻孔路径优化程序和流程图。所述二维钻孔的装置包括:加工单元，控制单元和二维机械手；所述二维机械手可在二维平面内换刀；所述控制单元包括信息输入器、运算器、第一信息输出器和第二信息输出器；所述第一信息输出器与所述加工单元连接，控制加工单元运作；所述第二信息输出器与所述二维机械手连接，控制二维机械手运作。其中，所述控制单元包括下述控制方法:步骤S1:在信息输入器中输入信息；步骤S2:在运算器内进行计算；步骤S3:在第一信息输出器输出信号至加工单兀；步骤S4:同时，第二信息输出器输出信号至二维机械手。其中，所述步骤SI中输入的信息包括待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息及加工单元的信息；所述待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息包括钻孔的位置、钻孔数量和钻孔规格；所述加工单元的信息包括采用基于二维加工、主要的加工面以及工件台和加工主轴的自由度、运动速度、精度。所述的步骤S2还包括下述步骤:步骤S21:选择钻孔路径的优化方式；步骤S22:根据选择的优化方式进行算法计算和程序计算；步骤S23:重复步骤S21和步骤S22得出每个优化方式下的结果；步骤S24:比较并选择结果。所述步骤S21种的优化方式包括:单一规格的钻孔加工优化、局部混合优化，以及全局混合优化。所述单一规格的钻孔加工优化是以同一规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工一种同规格的孔时所需要遍历的最短路径。所述局部混合优化以两个规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工所述两种规格的钻孔时所需要遍历的最短路径。所述全局混合优化针对同一孔径但是不同深度的孔，在算法统一规划；对不同孔径规格采用刀具交换的混合算法进行规划。在算法处理上，为满足约束条件，增加惩罚函数来控制。所述惩罚函数的设置是根据加工单元换刀具的效率来确定，待设定参数为换刀具的效率和工件台的平均运动速度。所述算法计算为基于旅行商TSP算法，计算规划最短的加工路径。所述程序计算设置并考虑换刀的效率成本作为一种约束条件，在工件台运动和主轴运动之间达到效率的平衡和匹配。
所述程序还包括应用多种有效的近似搜索算法，包括但不限于贪婪算法、二对交换、三对交换、启发式算法、模拟退火、蚁穴算法，以及遗传算法。表I待加工零件中需钻孔的类型
权利要求
1.一种二维钻孔的装置，其特征在于，所述二维钻孔的装置包括:加工单元，控制单元和二维机械手；所述二维机械手可在二维平面内换刀；所述控制单元包括信息输入器、运算器、第一信息输出器和第二信息输出器；所述第一信息输出器与所述加工单兀连接，控制加工单元运作；所述第二信息输出器与所述二维机械手连接，控制二维机械手运作。
2.一种如权利要求1所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述加工单元包括: 工件台，用以承载待加工零件，所述待加工零件待加工以在其上形成各种不同的钻孔； 加工主轴和当前使用刀具，设置在所述工件台一侧，用以加工承载在所述工件台上的待加工零件； 待用刀具，用于待加工零件后续加工； 刀具中心库，用于收容所述待用刀具。
3.如权利要求1所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述二维钻孔的装置进一步包括伴随所述加工主轴和当前使用刀具运动的待用刀具和主轴随动平台。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述的控制单元包括下述控制方法: 步骤S1:在信息输入器中输入 信息； 步骤S2:在运算器内进行计算； 步骤S3:在第一信息输出器输出信号至加工单元； 步骤S4:同时，第二信息输出器输出信号至二维机械手。
5.如权利要求4所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述步骤SI中输入的信息包括待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息及加工单元的信息；所述待加工零件的设计特征、设备待加工数据和信息包括钻孔的位置、钻孔数量和钻孔规格；所述加工单元的信息包括采用基于二维加工、主要的加工面以及工件台和加工主轴的自由度、运动速度、精度。
6.如权利要求4所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述的步骤S2还包括下述步骤: 步骤S21:选择钻孔路径的优化方式； 步骤S22:根据选择的优化方式进行算法计算和程序计算； 步骤S23:重复步骤S21和步骤S22得出每个优化方式下的结果； 步骤S24:比较并选择结果。
7.如权利要求6所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述步骤S21种的优化方式包括:单一规格的钻孔加工优化、局部混合优化，以及全局混合优化。
8.如权利要求7所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述单一规格的钻孔加工优化是以同一规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工一种同规格的孔时所需要遍历的最短路径。
9.如权利要求7所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述局部混合优化以两个规格、不等数量的钻孔作为优化条件，计算并获得在加工所述两种规格的钻孔时所需要遍历的最短路径。
10.如权利要求7所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述全局混合优化针对同一孔径但是不同深度的孔，在算法统一规划；对不同孔径规格采用刀具交换的混合算法进行规划。
11.如权利要求6所述的二维钻孔的装置，其特征在于，在算法处理上，为满足约束条件，增加惩罚函数来控制。
12.如权利要求11所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述惩罚函数的设置是根据加工单元换刀具的效率来确定，待设定参数为换刀具的效率和工件台的平均运动速度。
13.如权利要求6所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述算法计算为基于旅行商TSP算法，计算规划最短的加工路径。
14.如权利要求6所述的二维钻孔的装置，其特征在于，所述程序计算设置并考虑换刀的效率成本作为 一种约束条件，在工件台运动和主轴运动之间达到效率的平衡和匹配。
全文摘要
一种二维钻孔的装置包括加工单元，控制单元和二维机械手；所述控制单元包括信息输入器、运算器、第一信息输出器和第二信息输出器；所述第一信息输出器与所述加工单元连接；所述第二信息输出器与所述二维机械手连接。所述控制单元包括下述控制方法在信息输入器中输入信息；在运算器内进行计算；在第一信息输出器输出信号至加工单元；第二信息输出器输出信号至二维机械手。本发明将CNC工件台和加工主轴所需的重复运动里程降低到了最低，同时通过二维机械手在刀具中心库和加工主轴间往返运动，以提供换刀的效率，使得CNC加工中心的加工效率达到最优，实现了针对不同规格的加工孔相互之间的转换和过渡，以及提高复杂零件的加工效率。
文档编号B23B41/00GK103192110SQ20121000509
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者吴飞, 王邵玉, 袁志扬, 朱书才, 秦磊 申请人:上海微电子装备有限公司