一种控制和解析PI微动台的装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102385326 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102385326 A *CN102385326A* (21)申请号 201110326376.8 (22)申请日 2011.10.25 G05B 19/04(2006.01) (71)申请人 中国科学院光电技术研究所 地址 610209 四川省成都市双流 350 信箱 (72)发明人 陈磊 胡松 马平 严伟 (74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 11251 代理人 卢纪 李新华 (54) 发明名称 一种控制和解析 PI 微动台的装置 (57) 摘要 本发明公开了一种控制和解析

2、PI 微动台的 装置， 该装置主要用于光刻机中纳米定位工件台 子系统。上位机将网口数据作为 PI 微动台的 控制输入， 送往网口数据接收发送模块处理 ； 该 装置中的数据处理模块将网口数据中的 ASCII Command 数据流转换成能被 PI 微动台识别的 GCS Command 数据流 ； 再通过串口数据接收发送模块 将 GCS Command 数据流发往 PI 微动台 ； 装置中 串口数据接收发送模块负责接收 PI 微动台的反 馈数据， 并通过数据解析模块将 GCS Command 数 据流转换为 ASCII Command 数据流 ； 网口数据接 收发送模块将解析后的数据按规定格式重新

3、封装 后， 发送到上位机。该装置集成在原有控制电路 中， 在不影响原有控制功能的前提下， 简化了 PI 微动台的控制环节， 使得纳米定位工件台子系统 结构更紧凑， 性能更可靠， 实时性更强。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102385345 A1/1 页 2 1. 一种控制和解析 PI 微动台的装置， 其特征在于 ： 该装置包括 ： 网口数据接收发送模 块、 数据处理模块、 串口数据接收发送模块和数据解析模块， 其中， 所述网口数据接收发送模块， 其包括网口数据接收模块和网口数据发送模

4、块， 由网络 接口电路、 以太网控制器、 网络接口适配电路组成 ； 网口数据接收模块负责接收上位机发 送的网口数据作为 PI 微动台的控制输入指令 ； 网口数据发送模块负责将待发送的标准 ASCIICommand 数据流在网络接口电路中按照 TCP/IP 协议打包成物理传输帧， 经由网络接 口适配电路后， 送往上位机 ； 所述数据处理模块， 其包括数据提取模块和数据封装模块。上位机发送过来的数据帧 经由数据提取模块将其中有效数据保存， 送往数据封装模块将其 ASCII Command 数据格式 封装成 PI 设备能识别的标准 GCS Command 数据格式。 所述串口数据接收发送模块， 其包

5、括串口数据接收模块和串口数据发送模块， 由异步 串行通信接口电路和异步串口 RS232 转换电路组成 ； 在串口数据发送模块中， 待发送的标 准 GSCCommand 数据在异步串行通信接口电路中打包成满足串口通信协议的数据帧后， 在 异步串口 RS232 转换电路完成电平转换后， 发送到 PI 微动台 ； PI 微动台发送过来的状态信 息或位置数据， 经由串口数据接收模块后， 获得满足串口通信协议的非归零数据格式的数 据 ； 所述数据解析模块， 其包括数据提取模块和数据封装模块 ； 数据提取模块从串口数据 中将 GSC Command 数据提取并保存， 在数据封装模块中将其打包成 ASCII

6、 Command 数据流 以便通过网口数据发送模块发送到上位机。 2. 根据权利要求 1 所述的一种控制和解析 PI 微动台的装置， 其特征在于， 所述的 ASCIICommand 数据格式 ： 是指其数据内容按国际 ASCII 编码标准转换后的格式保存。 3. 根据权利要求 1 所述的一种控制和解析 PI 微动台的装置， 其特征在于， 所述的 GCSCommand 数据格式 ： 是指 PI 公司为其生产的设备设定的通用命令格式， 用于设定设备的 工作模式、 运动参数和获取当前位置信息， 一个无需返回值的GCS Command通常包含3个字 符， 并以 LineFeed 字符作为结束标志。一个

7、带返回值的 GCS Command 通常包含 3 个字符， 紧接着用 “？ ” 字符表示查询， 并以以 “LF” 字符作为结束标志。 4. 根据权利要求 1 所述的一种控制和解析 PI 微动台的装置， 其特征在于， 所述的待发 送的标准 GSC Command 数据在异步串行通信接口电路中打包成满足串口通信协议的数据 帧 ： 将GSC Command数据填充到数据帧中的8位数据位中， 设置无校验位， 无停止位， 无附加 位 ； 并在异步串行通信接口电路中设置对应的传输波特率， 按照 RTS/CTS 协议传输数据帧。 5. 根据权利要求 1 所述的一种控制和解析 PI 微动台的装置， 其特征在于

8、， 所述的待发 送的标准 ASCII Command 数据在网络接口电路中按照 TCP/IP 协议打包成物理传输帧 ： 将 ASCII Command数据放在数据帧中的数据段， 根据实际系统设置目的地址和源地址 ； 类型字 段设置为 0x0800 表明为 IP 包 ； 设置相应的发送序号和确认序号 ； 按照满足面向连接的、 可 靠的 TCP/IP 协议传输数据帧。 权 利 要 求 书 CN 102385326 A CN 102385345 A1/3 页 3 一种控制和解析 PI 微动台的装置 技术领域 0001 本发明涉及微电子专用设备技术领域， 特别涉及一种控制和解析 PI 微动台的装 置，

9、 用于光刻机中纳米定位工件台子系统。 背景技术 0002 工件台技术是实现光刻机光刻整体性能的关键技术之一， 其运动精度、 行程和速 率决定着最终产品的分辨率和产率。目前大行程、 超精密工作台的设计方案主要有两种设 计思路 ： 一是单级进给方式， 采用直线电机非接触进给或利用静摩擦驱动进给 ； 二是两级 进给方式， 即采用粗动系统和微动系统相结合的方式。本发明所涉及到的系统采用粗动台 和微动台相结合的工件台结构， 其中粗动台实现工件台大行程和高速的要求， 微动台完成 工件台高定位精度和分辨率的需求。粗动台采用滚珠丝杠 - 五相步进电机 - 光栅测量系统 的结构， 实现 100mm 行程， 1u

10、m 分辨率的运动指标 ； 微动台选购 Physik Instrumente(PI) 公 司的产品， 由压电陶瓷和电容传感器组成的该平台能实现 100um 的位移输出和纳米级分辨 率。 0003 PI 微动台提供上位机软件和接口， 用于 PC 或工控机单独控制微动台。其缺点是， 需要单独建立一个通信回路， 连接微动台和上位机 (PC 或工控机 )， 且微动台的信息无法实 时被系统中其他节点获得， 必须经由上位机转发才能到其他子系统， 影响实时性。 发明内容 0004 本发明的目的在于 ： 在不影响原有控制功能的前提下， 减少一个通信回路， 简化了 PI 微动台的控制环节， 使得纳米定位工件台子系

11、统结构更紧凑， 性能更可靠， 实时性更强。 0005 为实现上述目的， 本发明提供的技术方案为 ： 一种控制和解析 PI 微动台的装置， 该装置包括网口数据接收发送模块、 数据处理模块、 串口数据接收发送模块和数据解析模 块， 其中 ： 0006 网口数据接收发送模块， 其包括网口数据接收模块和网口数据发送模块， 由网络 接口电路、 以太网控制器、 网络接口适配电路组成。 网口数据接收模块负责接收上位机发送 的网口数据作为 PI 微动台的控制输入指令 ； 网口数据发送模块负责将待发送的标准 ASCII Command 数据流在网络接口电路中按照 TCP/IP 协议打包成物理传输帧， 经由网络接

12、口适配 电路后， 送往上位机。 0007 数据处理模块， 其包括数据提取模块和数据封装模块。上位机发送过来的数据帧 经由数据提取模块将其中有效数据保存， 送往数据封装模块将其 ASCII Command 数据格式 封装成 PI 设备能识别的标准 GCS Command 数据格式。 0008 串口数据接收发送模块， 其包括串口数据接收模块和串口数据发送模块， 由异步 串行通信接口电路和异步串口 RS232 转换电路组成。在串口数据发送模块中， 待发送的标 准 GSCCommand 数据在异步串行通信接口电路中打包成满足串口通信协议的数据帧后， 在 异步串口 RS232 转换电路完成电平转换后，

13、发送到 PI 微动台 ； PI 微动台发送过来的状态信 说 明 书 CN 102385326 A CN 102385345 A2/3 页 4 息或位置数据， 经由串口数据接收模块后， 获得满足串口通信协议的非归零数据格式的数 据。 0009 数据解析模块， 其包括数据提取模块和数据封装模块。数据提取模块从串口数据 中将GSCCommand数据提取并保存， 在数据封装模块中将其打包成ASCII Command数据流以 便通过网口数据发送模块发送到上位机。 0010 进一步的， 所述的ASCII Command数据格式 ： 是指其数据内容按国际ASCII编码标 准转换后的格式保存。 0011 进一

14、步的， 所述的 GCS Command 数据格式 ： 是指 PI 公司为其生产的设备设定的通 用命令格式， 用于设定设备的工作模式、 运动参数和获取当前位置信息， 一个无需返回值的 GCSCommand 通常包含 3 个字符， 并以 LineFeed 字符作为结束标志。一个带返回值的 GCS Command 通常包含 3 个字符， 紧接着用 “？ ” 字符表示查询， 并以以 “LF” 字符作为结束标志。 0012 进一步的， 所述的待发送的标准 GSC Command 数据在异步串行通信接口电路中打 包成满足串口通信协议的数据帧 ： 将GSC Command数据填充到数据帧中的8位数据位中，

15、设 置无校验位， 无停止位， 无附加位 ； 并在异步串行通信接口电路中设置对应的传输波特率， 按照 RTS/CTS 协议传输数据帧。 0013 进一步的， 所述的待发送的标准 ASCII Command 数据在网络接口电路中按照 TCP/ IP 协议打包成物理传输帧 ： 将 ASCII Command 数据放在数据帧中的数据段， 根据实际系统 设置目的地址和源地址 ； 类型字段设置为 0x0800 表明为 IP 包 ； 设置相应的发送序号和确 认序号 ； 按照满足面向连接的、 可靠的 TCP/IP 协议传输数据帧。 0014 本发明与现有技术相比的优点在于 ： 0015 本发明所述的一种控制和

16、解析 PI 微动台的装置， 集成在原有控制电路之中， 在不 影响原有控制功能的前提下， 减少一个通信回路， 简化了 PI 微动台的控制环节， 使得纳米 定位工件台子系统结构更紧凑， 性能更可靠， 实时性更强。 附图说明 0016 图 1 是本发明一种控制和解析 PI 微动台的装置的原理框图。 0017 图 2 是前后两例系统结构框图对比示意图。 具体实施方式 0018 以下结合附图和具体实施方式说明本发明， 本领域的技术人员可根据本说明书揭 示的内容了解本发明的功效及优点。 0019 图 1 是本发明一种控制和解析 PI 微动台的装置的原理框图。 0020 由图 1 所示， 该控制和解析 PI

17、 微动台的装置， 上位机将网口数据作为 PI 微动台的 控制输入， 送往网口数据接收发送模块处理 ； 在本实施例中， 用于控制 PI 微动台的网口数 据， 是按照 TCP/IP 网络协议打包数据， 属于现有技术在此不再赘述。按照纳米定位工件台 子系统控制协议规定， 下发的网口数据的 TCP 报文中数据段内容如下 ： 第一字节为仪器地 址， 用以区分微动台或粗动台 ； 第二字节开始， 为控制字， 以 ASCII 码格式实现， 控制字长度 为 2、 3 或 4 ； 整个数据段长度由 TCP/IP 协议传输数据帧中 IP 报文中总长度决定。 0021 在数据处理模块中， 判断 IP 报文中总长度，

18、以确定提取多少字节的 ASCII 说 明 书 CN 102385326 A CN 102385345 A3/3 页 5 Command 数据流， 并将其保存为 16 进制格式。根据 PI 公司提供的控制器用户手册， 将保存 下来的 16 进制的数据加上查询标志字符或结束标志字符封装成 GCS Command 数据流。 0022 通过串口数据接收发送模块， 将 GCS Command 数据流打包成满足串口通信协议的 串口数据帧 ： 将 GSC Command 数据填充到数据帧中的 8 位数据位中， 设置无校验位、 无停止 位、 无附加位。在异步串行通信接口电路中设置对应的传输波特率， 按照 RT

19、S/CTS 协议传输 数据帧。 0023 若 PI 微动台有反馈数据， 装置中的串口数据接收发送模块将以中断或查询的方 式接收串口数据帧， 再送往数据解析模块。根据 PI 公司提供的控制器用户手册和纳米定位 工件台子系统控制协议， 数据解析模块将 GCS Command 数据流解析成 ASCII Command 数据 流。最后， 在网口数据接收发送模块将解析后的数据按规定格式重新封装后， 发送到上位 机。 0024 若 PI 微动台无反馈数据， 则无对应操作。 0025 如图 2 所示是现有技术的原系统结构框图和本发明的现系统结构框图对比示意 图。从而本发明所述的一种控制和解析 PI 微动台的

20、装置， 集成在原有控制电路之中， 在不 影响原有控制功能的前提下， 减少一个通信回路， 简化了 PI 微动台的控制环节， 使得纳米 定位工件台子系统结构更紧凑， 性能更可靠， 实时性更强。 0026 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述， 以便于本技术领的技术人 员理解本发明， 但应该清楚， 本发明不限于具体实施方式的范围， 对本技术领域的普通技术 人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内， 这些变 化是显而易见的， 一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 说 明 书 CN 102385326 A CN 102385345 A1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102385326 A