專利名稱：帶有封閉回路氣體系統(tǒng)的圓盤的用于建立流體墊的定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位裝置，背景技術(shù)在我們的共同未決的英國專利申請(qǐng)GB03077237 (在先申請(qǐng))中描 述了一種"定位方法和裝置以及其產(chǎn)品(Positioning method and apparatus and a product thereof)"，在其最廣泛的方法方面， 在先申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N借助于激光對(duì)工件進(jìn)行微加工的方法，該方法包 括下列步騍使工件位于托架(或栽裝件)上，托架形成輸送系統(tǒng)的 一部分，藉此能使托架沿著與工件的X軸線平行的路徑移動(dòng)，Y軸線橫 穿該路徑，而Z軸線橫穿該路徑；使來自激光器的輸出光束相對(duì)工件 的X、 Y和Z軸線建立一個(gè)基準(zhǔn)位置并借助于輸送系統(tǒng)使工件沿著所述 路徑移動(dòng)，以便借助于激光器使工件經(jīng)受微加工處理，其特征在于下 列步驟，維持在基準(zhǔn)位置和在基準(zhǔn)位置附近的工件表面上的特定區(qū)域 之間的距離；和適應(yīng)工件厚度的局部變化以便相對(duì)于工件表面將基準(zhǔn) 位置維持在一個(gè)固定距離.在先申請(qǐng)接著通過移動(dòng)基準(zhǔn)位置以跟隨工件表面來適應(yīng)工件厚度 的局部變化.設(shè)想借助于一種距離檢測裝置來承擔(dān)維持距離的步猓， 該距離檢測裝置包括騎跨在工件第一表面上的流體墊上的主體件，流體墊是由供應(yīng)自主體件的流體的流動(dòng)建立的，以便將主體件維持在距 第一表面一個(gè)預(yù)定距離處；和如果主體件由于工件厚度的變化而從主 體件的當(dāng)前位置位移，則與第一表面垂直的任何主體件的位置變化都 用來使聚焦或成像透鏡移動(dòng)，以引起當(dāng)前基準(zhǔn)位置的相應(yīng)變化，以便 相對(duì)于工件的笫一表面將工作基準(zhǔn)位置恢復(fù)到其預(yù)定距離.在下文 中，將這種裝置稱為是"所述類型的"，優(yōu)選地，相對(duì)于工件的笫一 側(cè)安置主體件，而相對(duì)于工件的第二側(cè)設(shè)置另一個(gè)主體件，工件的笫 二側(cè)位于與第一側(cè)相反的工件的那側(cè)上，且當(dāng)工件的局部厚度減小 時(shí)，所述另一個(gè)主體件用來將工件推向主體件.距離檢測裝置的這個(gè)概念現(xiàn)在已經(jīng)被進(jìn)一步開發(fā)出來，該距離檢測裝置包括騎跨在待微加工的工件的表面上方的主體件，下面將這種 距離檢測裝置稱為"圓盤"。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供有一種所述類型的定位裝置，其特征在于，將 圓盤結(jié)合到封閉回路氣體系統(tǒng)中，從該封閉回路氣體系統(tǒng)，圓盤建立 流體的流動(dòng)，以提供流體墊。根據(jù)本發(fā)明的笫一優(yōu)選形式，定位裝置的特征在于，設(shè)置被結(jié)合 在封閉回路中的傳熱裝置，以在傳熱裝置和在系統(tǒng)周圍流動(dòng)的氣體之 間提供熱交換.根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選形式或其第一優(yōu)選形式的第二優(yōu)選形式， 圓盤與透鏡和遮蔽件連接，以提供對(duì)工件的表面的精密跟隨，以便保持遮蔽件的放大圖像穩(wěn)定；圓盤、透鏡和遮蔽件的組合形成一通過配 重來平衡的單元，該組合起相對(duì)于工件的表面調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)的作 用。根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選形式或其前述優(yōu)選形式的第三優(yōu)選形式， 圓盤包括將透鏡單元支撐在工件的表面上方的柱狀件；從封閉回路氣 體系統(tǒng)給柱狀件供應(yīng)氣體；柱狀件在其底部設(shè)有孔，以便將圓盤支撐 在工件上方與工件具有一個(gè)精密規(guī)定的間隙處；透鏡單元提供將激光 束聚焦在工件的表面上的一點(diǎn)處。典型地，圓盤結(jié)合另一個(gè)柱狀件， 其與所述柱狀件結(jié)合用來將透鏡單元支撐在工件的表面上方；從封閉 回路氣體系統(tǒng)給所述另 一個(gè)柱狀件供應(yīng)氣體；所述另 一個(gè)柱狀件在其 底部設(shè)有孔；所述柱狀件和所述另一個(gè)柱狀件組合用來將圓盤支撐在 工件上方與工件具有一個(gè)精密規(guī)定的間隙處；透鏡單元提供將激光束 聚焦在工件表面上的一點(diǎn)處。根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選形或其任一前述優(yōu)選形式的第四優(yōu)選形 式，圓盤與封閉回路氣體系統(tǒng)分開地設(shè)有用于氣流的另一個(gè)進(jìn)入管和 用于提供從圓盤進(jìn)行抽出的抽出流體流動(dòng)的另 一個(gè)排出管。根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選形式或其任一前述優(yōu)選形式的第五優(yōu)選形 式，封閉回路氣流系統(tǒng)通過至少兩個(gè)入口和兩個(gè)出口供應(yīng)到圓盤中和 從圓盤出去。根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選形式或其任一前述優(yōu)選形式的第六優(yōu)選形式，如任一前述權(quán)利要求中所述的定位裝置具有圓盤，該圓盤結(jié)合用 于靠近工件的表面定位的靜電裝置。典型地，圓盤由絕緣材料制造。根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選形式或其任一前述優(yōu)選形式的第七優(yōu)選形式，圓盤結(jié)合有接觸遮蔽件，該接觸遮蔽件與工件103的距離非常小 (微米級(jí))。根據(jù)本發(fā)明的第八優(yōu)選形式或其任一前述優(yōu)選形式的第八優(yōu)選形 式，圓盤的下側(cè)形狀制成與工件的彎曲表面精密地對(duì)應(yīng)，以便借助于 空氣流使圓盤相對(duì)于工件的表面浮起，從而使圓盤能補(bǔ)償工件的制造 誤差。術(shù)語"氣體"包括氣體、蒸汽或氣體與蒸汽的混合物和空氣。


現(xiàn)在參考附圖l和附圖2到ll描述主體件的多個(gè)示例性實(shí)施例， 其中圖l是表示在先申請(qǐng)的主題的圓盤的特征的示意圖；和 圖2到ll用圖解方式表示當(dāng)前提出的用于微波加工的圓盤應(yīng)用和 發(fā)展的類型的范圍。
具體實(shí)施方式
在大多數(shù)示例中示出了一種圓盤，其具有網(wǎng)眼式中心區(qū)域，來自 加工激光器的光束被引導(dǎo)通過該網(wǎng)眼式中心區(qū)域。為了使這些圖保持 簡單，在某些情況下，省略了網(wǎng)眼式區(qū)域和激光束。圖1其表示如在先申請(qǐng)中設(shè)想的圓盤概念，圓盤21位于工件23的平 表面22上方，以借助于聚焦在點(diǎn)X的相關(guān)聯(lián)的激光束24對(duì)表面22進(jìn) 行微加工。圖2封閉回路氣體系統(tǒng)41提供高濃度的凈化或輔助氣體，所述高濃度 的凈化或輔助氣體經(jīng)過工件44的區(qū)域43上方的圓盤42。該氣體系統(tǒng) 包括(從泵49延伸出的)管子45、 46，用于將氣體給送到圓盤42中 或?qū)怏w從圓盤42抽出。能使氣體/蒸汽如氮、氧、氦或空氣或者化學(xué) 活性更大的某種東西循環(huán)通過圓盤42,圓盤42設(shè)有中心孔47，激光束48通過該中心孔47聚焦在工件44上的點(diǎn)X處。該系統(tǒng)可以設(shè)有用 于加滿氣體的裝置，因此克服了微小損耗的影響。由于循環(huán)所需的氣 體總量較低，所以所示出的布置(或裝置)對(duì)于危險(xiǎn)的或損害環(huán)境的 或昂貴的氣體是特別有用的。 圖3
該系統(tǒng)S與圖6的系統(tǒng)相似，流動(dòng)回路包括圓盤50，圃盤50通過 管51、 52與泵53連接。在回路中進(jìn)一步提供了單元55，以對(duì)進(jìn)入加 工區(qū)域56的流體流提供氣體處理，這能提供表面加熱、冷卻、干燥、 加濕或離子化。 一第二回路可以系統(tǒng)S結(jié)合使用，以允許操作的組合， 例如在加工區(qū)域進(jìn)行加濕，接著立即在該區(qū)域之外進(jìn)行干燥。
圖4
圃盤81與透鏡82和遮蔽件83結(jié)合以精密跟隨工件85的表面84， 以便保持遮蔽件83的放大圖像穩(wěn)定。圓盤81、透鏡82和遮蔽件83的 組合能通過配重86容易地獲得平衡，以相對(duì)于工件85的表面84調(diào)節(jié) 激光束X的焦點(diǎn)，其中配重86通過圍繞滑輪88經(jīng)過的線87起作用。
圖5
柱狀圓盤121將透鏡單元122支撐在工件124的表面123上方，經(jīng) 由入口 126給柱狀件125供應(yīng)空氣，空氣在柱狀件125的底部經(jīng)由間隙 從孔127出去，以便將柱狀圓盤121支撐在工件124上方與工件具有一 個(gè)精密規(guī)定的間隙處。透鏡單元122用來將激光束128聚焦在表面123 上的點(diǎn)X處。
圖6
柱狀圓盤131等于結(jié)合圖11描述的柱狀圓盤的加倍(或雙重)形 式。在這種情況下，將柱狀件135、 136安裝在透鏡單元132的相對(duì)兩 側(cè)上。經(jīng)由入口 137 (138)給柱狀件135 (136)供應(yīng)空氣，空氣在柱 狀件135 (136)的底部經(jīng)由間隙從孔139 (140)出去，以便將柱狀圓 盤131支撐在工件133的上表面134上方與該上表面具有一個(gè)精密規(guī)定 的間隙處。透鏡單元132用來將激光束141聚焦在表面133上的點(diǎn)X 處。
圖7
圓盤91具有用于氣流的進(jìn)入管92和用于抽出流動(dòng)的排出管93， 以促進(jìn)干燥。圖8
以俯視圖表示圓盤lll，通過兩對(duì)管112A、 112B和113A、 113B 給圓盤lll供應(yīng)氣體，以用來在加工操作過程中轉(zhuǎn)變圓盤111的方向。 圓盤111具有中心孔114，激光束能被引導(dǎo)通過該中心孔114并聚焦到 待加工的工件上。能與結(jié)合圖6或7概括地論述的系統(tǒng)一道使用這種 布置(或裝置)。提出的布置也能提供碎片抽出或改變或引導(dǎo)碎片的 流動(dòng)。
圖9
圓盤71用來定位非?？拷ぜ?2的表面74的靜電裝置73,為了 這一目的，圓盤71由絕緣材料制造。圓盤71具有敞開的中心區(qū)域75， 激光束76穿過該中心區(qū)域75聚焦在表面74上。
圖10
圓盤101用來使接觸遮蔽件102位于距工件103非常小的距離處 (微米級(jí)以上)。在引入圓盤概念之前，使遮蔽件位置靠近存在問題 的表面。圓盤的使用不僅提供遮蔽件102的精密定位，而且使圓盤IOI 能以步進(jìn)重復(fù)或同步圖象掃描方法移動(dòng)，這涉及保持遮蔽件102靠近 但不接觸工件103。 圖11
圓盤11的下側(cè)11A的形狀制成與旋轉(zhuǎn)的圓柱形工件12的外表面 13精密地匹配，借助于空氣流A使圓盤11相對(duì)于工件12的表面13 浮起，空氣流A以與在先申請(qǐng)中描述的方式相似的方式被引入圓盤 11，并從圓盤ll的下側(cè)出去，以使圓盤11浮在表面13上，圓盤11 支撐在氣墊上。當(dāng)浮起時(shí)，圓盤11將依隨著表面13并補(bǔ)償若干可能 的誤差，例如橢圓形的而不是圓形的工件13;導(dǎo)致不正確位的旋轉(zhuǎn)中 心；或支承軸承誤差。假設(shè)工件12在軸向方向上比圓盤11長(也就 是說進(jìn)入到所示的紙的平面之內(nèi))，則能在軸向方向上驅(qū)動(dòng)圓盤11， 以使得能沿著工件12的長度加工工件12的表面13，這使得能在工件 12的整個(gè)長度上相對(duì)于表面精密地控制加工激光器的光束16的焦點(diǎn) X。圃盤ll的平面形狀是環(huán)形的，具有中心孔14，激光束16(典型地 是紫外線光)通過中心孔14被引導(dǎo)到工件12的表面13上，以進(jìn)行表 面13的加工。
在上述實(shí)施例中，參考了聚焦在工件表面上的點(diǎn)X上的激光束。本發(fā)明并不局限于表面加工。當(dāng)工作操作需要時(shí)，點(diǎn)x可以定位于工 件之內(nèi)。
工業(yè)適用性
上述實(shí)施例代表圓盤概念的應(yīng)用范圍，尤其通過使用最佳圓盤構(gòu) 形以使得例如在允許工件幾何形狀的變化時(shí)維持精密的誤差，使得承 擔(dān)特定的加工應(yīng)用成為可能。
權(quán)利要求
1.一種所述類型的定位裝置，其特征在于，將圓盤(11，21，42，50，71，81，91，101，111)結(jié)合到封閉回路氣體系統(tǒng)中，從所述封閉回路氣體系統(tǒng)，所述圓盤建立流體的流動(dòng)，以提供流體墊。
2. 如權(quán)利要求l所述的定位裝置，其特征在于，設(shè)置被結(jié)合到封 閉回路中的傳熱裝置(55)，以在所述傳熱裝置和圍繞所述系統(tǒng)流動(dòng)的氣 體之間提供熱交換。
3. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，所述 圓盤與透鏡和遮蔽件結(jié)合，提供精密跟隨工件的表面，以便保持所述 遮蔽件的放大圖像穩(wěn)定；所述圓盤、所述透鏡和所述遮蔽件的組合形 成通過配重來平衡的單元，所述組合起相對(duì)于所述工件的所述表面調(diào) 節(jié)激光束的焦點(diǎn)的作用。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的定位裝置，其特征在于，所述圓盤包 括將透鏡單元支撐在工件的表面上方的柱狀件；從所述封閉回路氣體 系統(tǒng)給所述柱狀件供應(yīng)氣體；所述柱狀件在其底部設(shè)有孔，以便將所 述圓盤支撐在所述工件上方與所述工件具有精密規(guī)定的間隙處；所述 透鏡單元提供將所述激光束聚焦在所述工件的所述表面上的 一點(diǎn)處。
5. 如權(quán)利要求4所述的定位裝置，其特征在于，所述圓盤包括另 一個(gè)柱狀件，所述另 一個(gè)柱狀體與所述柱狀件結(jié)合用來將所述透鏡單 元支撐在工件的表面上方；從所述封閉回路氣體系統(tǒng)給所述另一個(gè)柱 狀件供應(yīng)氣體；所述另一個(gè)柱狀件在其底部設(shè)有孔；所述柱狀件和所 述另 一個(gè)柱狀件組合用來將所述圓盤支撐在所述工件上方與工件具有 精密規(guī)定的間隙處；所述透鏡單元用來將所述激光束聚焦在所述工件 表面上的一點(diǎn)處。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，所述 圓盤與所述封閉回路氣體系統(tǒng)分開地設(shè)有用于流體的另 一個(gè)進(jìn)入管和 用于提供從所述圓盤進(jìn)行抽出的抽出流體的另 一個(gè)排出管。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，所述 封閉回路氣流系統(tǒng)通過至少兩個(gè)入口和兩個(gè)出口供應(yīng)到所述圓盤中和 從所述圓盤出去。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，其具 有圓盤，所述圓盤結(jié)合位置靠近工件的表面的靜電裝置。
9. 如權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于，所述圓盤由絕緣 材料制造。
10. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的定位裝置，其特征在于，其結(jié) 合有接觸遮蔽件，所述接觸遮蔽件與工件(103)的距離非常小(微米 級(jí))，在引入圓盤概念之前，使遮蔽件位置靠近但不接觸所述工作表 面。
11. 一種定位裝置，它具有圓盤，所述圓盤的形狀制成與工件的彎 曲表面精密地對(duì)應(yīng)，以便借助于空氣流使所述圓盤相對(duì)于所述工件的 表面浮起，從而使所述圓盤能補(bǔ)償所述工件的制造誤差。
12. —種如在上文參考附圖中的圖2或3;圖4、 5或6;圖7或8; 圖9或10;或圖ll描述的定位裝置。
全文摘要
一種所述類型的定位裝置，其特征在于將圓盤結(jié)合到封閉回路氣體系統(tǒng)中，從封閉回路氣體系統(tǒng)，圓盤建立流體的流動(dòng)以提供流體墊。典型地，定位裝置特征在于提供一被結(jié)合在封閉回路中的傳熱裝置，以在傳熱裝置和圍繞系統(tǒng)流動(dòng)的氣體之間提供熱交換。圓盤與透鏡和遮蔽件結(jié)合用以精密跟隨工件的表面，以便保持遮蔽件的放大圖像穩(wěn)定；圓盤、透鏡和遮蔽件的組合形成一通過配重來平衡的單元，該組合起相對(duì)于工件的表面調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)的作用。
文檔編號(hào)B23K26/14GK101291771SQ200580042468
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者N·賽克斯 申請(qǐng)人:奧爾利康巴爾策斯涂料(英國)有限公司