我国超精密机械加工的发展状况以及发展趋势跟扰动分析与补偿控制

　　{一}、我国超机械加工的发展状况以及发展趋势

　　1、国内的发展状况

　　我国在进入20世纪80年代后，国内的各个行业相继投入了很多的人力，物力对超加工技术进行了很深入的研究，逐渐研制出了很多的超加工设备，这些设备标志着我国在超加工技术方面迈上了新的台阶。尽管如此，我国大理石平台在大型超机床方面，还是比较落后的，从而严重影响了我国技术的发展。在配套量具方面，虽然我国是大理石出产大国，但大理石平台、构件以及量具的精度还需要进一步加以提高，才能在世界加工站稳阵脚。

　　2、国内的发展趋势

　　近年来，我国的超加工技术在70年代末期有了很大进步，80年代中期出现了具有世界水平的超机床和部件。北京机床研究所是国内进行超加工技术研究的主要单位之一，研制出了很多不同类型的超机床，部件和相关的侧试仪器等，清华大学对集成电路超加工设备，磁盘加工及检侧设备等方面进行了很深入的探究，并且有许多相应的产品问世。

　　超机械加工是获得高形状精度，表面精度和表面完整性的手段。超机械加工是现代机械制造业的较主要的发展方向之一，已经成为竞争取得成功的关键技术，因为技术和工业的发展离不开超加工技术，同时也是为来技术的发展基础，另一方面很多新的技术机电产品要提高加工精度，这就促使了超加工技术发展和推广，使机械产品的质量，性能普遍的提高，提高了产品的竞争力。

　　{二}、扰动分析与补偿控制

　　扫描过程中，掩模台匀速段预期控制精度为其位置误差小于40nm，任何扰动因素都会对该精度产生严重影响，大理石机械构件需要对外部存在的干扰进行分析，并设计相应的前馈控制器进行补偿。主要包括：投影物镜振动前馈补偿、粗微台电磁耦合补偿、垂向对水平向的耦合补偿等。

　　1、投影物镜振动干扰与补偿

　　投影物镜通过机架支撑，具有质量大、重心高等特点，扫描运动所致的运动冲击易造成投影物镜产生振动，任何微小振动将造成曝光线条偏离严重，影响同步扫描的曝光精度，因此，需要对物镜振动所致干扰进行补偿，以掩模台与投影物镜的相对位置关系。

　　2、垂向运动对水平向运动耦合与补偿

　　工作台的微动台为空问6白由度运动，3个垂向直流电动机驱动凸轮单元支撑水平向洛伦兹电动机，实现垂向与水平向的控制分离。工作台在扫描曝光过程中，为补偿不同的硅片形貌误差，需要进行垂向的调平调焦运动，此运动将导致水平向洛伦兹电动机动、定了问隙发生变化，从而引起水平向驱动力产生角度倾斜。同时，垂向的调平调焦运动要求执行部件有较高的响应速度，随之而来的是运动可能造成的振动，从而导致垂向运动对水平向产生扰动。

　　对于此类扰动，采用垂向加速度前馈控制进行补偿，将垂向运动作为扰动力通过补偿模型引入控制器。

　　3、粗、微运动台电磁耦合与补偿

　　工作台粗、微运动依靠平面电动机的电磁耦合进行关联，扫描运动由主从控制模式实现，即微动台实现小行程、纳米级运动，粗动台大行程、微米级跟随，粗动台以逼近霍尔传感器的值为零跟随微动台运动。由于粗动台(直线电动机)白身结构所限，在跟随运动时会产生较大的推力波动，虽然该波动可以通过实测手段并结合PID中的积分环节予以测量和补偿，但由于粗、微运动精度存在量级上的差异，粗动台的运动误差仍然可以通过电磁耦合影响微动台的控制精度，需要设计补偿控制器此耦合扰动。