[發明專利]一種二維自標定標記點檢測對準系統

有效

• 申請號: 201410255840.2
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104019744A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 朱煜;胡楚雄;徐振源;張鳴;楊進;穆海華;胡金春;徐登峰;尹文生;楊開明;劉召;成榮
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京華卓精科科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種檢測對準系統，特別涉及一種二維自標定標記點檢測對準系統。

背景技術

超精密工作臺在精密工程領域的應用越來越廣泛，對多維工作臺的測量精度要求也越來越高，在超精密加工領域(如高端光刻機)，其多維測量精度往往需要達到納米級甚至亞納米級。針對超精密工作臺測量系統的標定問題，自標定技術的發展帶來了新的解決辦法。其中，自標定方法基于采用標記點精度低于被標定對象的輔助測量裝置作為媒介，通過該輔助測量裝置，獲取并對不同位姿的測量數據進行比較，來消除該輔助測量裝置標記點位置精度的影響，進而得到精密工作臺的標定函數，實現超精密工作臺系統誤差的標定。

同時，光柵測量系統作為一種典型的位移傳感器廣泛應用于眾多機電設備。光柵測量系統的測量原理主要基于莫爾條紋原理和衍射干涉原理。基于莫爾條紋原理的光柵測量系統作為一種發展成熟的位移傳感器以其測距長、成本低、易于裝調等眾多優點成為眾多機電設備位移測量的首選。隨著光柵尺在工業應用中的發展，其精度目前可以達到納米量級，最小分辨率可達到1.25nm，是比較理想的測量元件。

對于傳統的自標定方案中使用的輔助測量裝置，是一塊具有柵格刻線的光學玻璃板，在自標定過程中，需要利用光學顯微鏡測量系統對該光學玻璃板進行標記點的檢測和對準。該方案在諸多專利論文中均有揭露，例如美國學者Ye在研究論文“An?exact?algorithm?forself-calibration?of?precision?metrology?stages”中所使用的大小為100×100mm的光學玻璃板作為輔助測量裝置；清華大學專利文獻200510011385.2(公開日為2005年9月4日)，利用一種柵格玻璃板做輔助測量裝置，并完成XY二維工作臺的自標定；清華大學學者Hu，在文章“A?holistic?self-calibration?algorithm?for?X–Y?precision?metrology?systems”中提到，在二維工作臺自標定過程中，使用了由鍍鉻石英玻璃板或鍍鉻K9玻璃板制成的輔助測量裝置，并結合光學顯微鏡對光學玻璃板進行標記點對準檢測。以上文獻中所使用的方案，都涉及到光學顯微鏡和圖像傳感器的使用，該方案特點是技術比較成熟，且模塊化程度較高，對準效果直觀。但該方案存在著明顯的弊端和不足，由于所用光學器件受光學衍射極限的限制，最高對準精度僅為100nm左右，這在很大程度上影響了最終自標定的效果；其次，由于采用光學顯微鏡配合圖像傳感器做檢測系統，涉及到大量的圖像數據處理問題，導致信號采集頻率較低，在這種情況下僅能進行靜態對準，很難在工作臺運動過程中進行對準和標定，這在很大程度上導致自標定過程時間長、效率低下；再者，由于采用光學顯微鏡和圖像傳感器等設備，勢必帶來成本高的問題和系統復雜度高的問題；并且該方案會受到一定的環境影響，所以對工作環境的要求比較高。

考慮到上述技術方案的弊端和局限，尋求一種利用光柵尺作為測量檢測工具的標記點檢測對準系統，該對準系統能夠實現二維自標定的標記點檢測對準；該對準系統檢測技術成熟、環境敏感性低，分辨率與精度可達納米級甚至更高；檢測信號易于處理，信號讀出延時小，能應用于工作臺動態、高速標定；同時該檢測系統還具有結構簡潔、體積小、質量輕、易于安裝、方便應用以及性價比高等優點。采用該檢測對準系統作為二維自標定的標記點檢測對準裝置，能夠有效的降低傳統的光學檢測對準系統在自標定應用中的不足，使自標定效果提升。該標記點檢測對準系統還可應用于其他需要進行對準檢測的設備，如三坐標測量機、半導體檢測設備等。

發明內容

考慮到上述技術方案的弊端和局限性，本發明的目的是尋求一種利用光柵尺作為測量檢測工具的標記點檢測對準系統，以實現二維自標定的標記點檢測對準；使得檢測信號易于處理，信號讀出延時小，能應用于工作臺動態、高速標定；同時使該檢測系統具有結構簡潔、體積小、質量輕、易于安裝、方便應用以及性價比高等優點。

本發明的技術方案如下：