[發(fā)明專(zhuān)利]光刻機(jī)平面電機(jī)動(dòng)子懸浮高度測(cè)量系統(tǒng)的電渦流切換算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811572535.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109357614B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱煜;楊開(kāi)明;成榮;張鳴;李鑫;王磊杰;孫浩博;甄玉旺;魯智銘
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京華卓精科科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B7/06
• 分類(lèi)號(hào): G01B7/06
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 管士濤;張超艷

1.一種光刻機(jī)平面電機(jī)動(dòng)子懸浮高度測(cè)量系統(tǒng)的電渦流切換算法，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括第一Z向電渦流傳感器(1)、第二Z向電渦流傳感器(2)、第三Z向電渦流傳感器(3)、第四Z向電渦流傳感器(4)、第五Z向電渦流傳感器(5)、第六Z向電渦流傳感器(6)、第七Z向電渦流傳感器(7)、第八Z向電渦流傳感器(8)、第九Z向電渦流傳感器(9)、第十Z向電渦流傳感器(10)、第十一Z向電渦流傳感器(11)、第十二Z向電渦流傳感器(12)、第一Y向電渦流傳感器(13)和第二Y向電渦流傳感器(14)、X向容柵尺(15)和Y向光柵尺(16)；

建立平面電機(jī)定子上的固定坐標(biāo)系O-XYZ，固定坐標(biāo)系O-XYZ中X軸和Y軸分別沿著定子(17)垂直的兩邊，Z軸垂直于所述定子(17)上表面向上，原點(diǎn)O位于定子上表面X方向和Y方向坐標(biāo)均最小的散熱孔(19)中心；

所述十二個(gè)Z向電渦流傳感器均安裝于磁浮平面電機(jī)動(dòng)子(18)下表面，靶面均為磁懸浮平面電機(jī)所述定子(17)上表面，用于測(cè)量平面電機(jī)動(dòng)子(18)Z方向的懸浮高度，其中所述第一Z向電渦流傳感器(1)、所述第二Z向電渦流傳感器(2)、所述第三Z向電渦流傳感器(3)以及所述第四Z向電渦流傳感器(4)處于同一X坐標(biāo)線上，為第一組；所述第五Z向電渦流傳感器(5)、所述第六Z向電渦流傳感器(6)、所述第七Z向電渦流傳感器(7)以及所述第八Z向電渦流傳感器(8)處于同一X坐標(biāo)線上，為第二組；所述第九Z向電渦流傳感器(9)、所述第十Z向電渦流傳感器(10)、所述第十一Z向電渦流傳感器(11)、所述第十二Z向電渦流傳感器(12)處于同一X坐標(biāo)線上，為第三組；在所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，第一組和第二組的Z向電渦流傳感器始終位于磁鋼陣列正上方，稱(chēng)其為非切換組，第三組的Z向電渦流傳感器會(huì)在某些時(shí)間因離開(kāi)磁鋼陣列正上方而導(dǎo)致測(cè)量值失效，稱(chēng)其為切換組；在各組中，位置相鄰的兩個(gè)Z向電渦流傳感器為一個(gè)小組，即所述第一Z向電渦流傳感器(1)和所述第二Z向電渦流傳感器(2)為第一小組，所述第三Z向電渦流傳感器(3)和所述第四Z向電渦流傳感器(4)為第二小組，所述第五Z向電渦流傳感器(5)和所述第六Z向電渦流傳感器(6)為第三小組，所述第七Z向電渦流傳感器(7)和所述第八Z向電渦流傳感器(8)為第四小組，所述第九Z向電渦流傳感器(9)和所述第十Z向電渦流傳感器(10)為第五小組，所述第十一Z向電渦流傳感器(11)和所述第十二Z向電渦流傳感器(12)為第六小組，每個(gè)小組中的兩個(gè)Z向電渦流傳感器之間的距離相同，且保證兩個(gè)Z向電渦流傳感器之中最多只有一個(gè)Z向電渦流傳感器的靶區(qū)與散熱孔產(chǎn)生重合；

所述第一Y向電渦流傳感器(13)和所述第二Y向電渦流傳感器(14)均安裝于磁懸浮所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)側(cè)面，位于同一Y坐標(biāo)線上，靶面均為線纜臺(tái)(21)側(cè)面，兩個(gè)傳感器的平均值為平面電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于所述線纜臺(tái)(21)在Y方向的坐標(biāo)；

所述X向容柵尺(15)的讀數(shù)頭安裝于所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)的側(cè)面，標(biāo)尺貼于所述線纜臺(tái)(21)上靠近所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)的側(cè)面上，用于測(cè)量所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)X方向的運(yùn)動(dòng)；

所述Y向光柵尺(16)的讀數(shù)頭安裝于所述線纜臺(tái)(21)上，標(biāo)尺貼于所述定子(17)的側(cè)面，用于測(cè)量所述平面電機(jī)動(dòng)子(18)Y方向的運(yùn)動(dòng)；

基于上述測(cè)量系統(tǒng)的電渦流切換算法包括如下步驟：

1)根據(jù)磁鋼表面工藝孔呈周期性分布的特點(diǎn)，對(duì)磁鋼上表面沿X方向和Y方向進(jìn)行分區(qū)處理，以原點(diǎn)O為初始位置，以相鄰的兩個(gè)散熱孔的間距為周期，對(duì)X方向和Y方向進(jìn)行分區(qū)，并規(guī)定原點(diǎn)O所在的分區(qū)為第一分區(qū)，每個(gè)分區(qū)之間散熱孔的排布完全相同；

2)將所述第一Y向電渦流傳感器(13)和所述第二Y向電渦流傳感器(14)在當(dāng)前伺服周期內(nèi)的讀數(shù)求平均，再加上所述Y向光柵尺(6)在當(dāng)前伺服周期內(nèi)的讀數(shù)，得到平面電機(jī)動(dòng)子在固定坐標(biāo)系O-XYZ中Y方向的坐標(biāo)，記為y₀；將所述X向容柵尺(15)在當(dāng)前伺服周期內(nèi)的讀數(shù)作為平面電機(jī)動(dòng)子在固定坐標(biāo)系O-XYZ中X方向的坐標(biāo)，記為x₀；根據(jù)十二個(gè)Z向電渦流傳感器在平面電機(jī)動(dòng)子上的安裝位置，確定十二個(gè)Z向電渦流傳感器在固定坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)(x_i,y_i)，其中i＝1,2,…,12；

3)判斷x_i＞L_x,i＝9,10,11,12是否成立，其中L_x是磁鋼陣列下邊緣的X方向坐標(biāo)，若四個(gè)不等式都不成立，則判斷切換組的四個(gè)Z向電渦流傳感器未離開(kāi)磁鋼陣列正上方，則選取第一小組、第二小組、第五小組以及第六小組為有效測(cè)量平面電機(jī)動(dòng)子懸浮高度的四組電渦流信號(hào)，將四組Z向電渦流傳感器在固定坐標(biāo)系O-XYZ中的X方向和Y方向的坐標(biāo)平移變換到第一分區(qū)進(jìn)行處理：X_i＝x_i％PX，Y_i＝y(tǒng)_i％PY，其中i＝1,2,3,4,9,10,11,12，且PX和PY分別為磁浮平面電機(jī)定子上表面散熱孔在X方向和Y方向的間距；否則，選取第一小組、第二小組、第三小組以及第四小組為有效測(cè)量平面電機(jī)動(dòng)子懸浮高度的四組電渦流信號(hào)，將四組Z向電渦流傳感器在固定坐標(biāo)系O-XYZ中的X方向和Y方向的坐標(biāo)平移變換到第一分區(qū)進(jìn)行處理：X_i＝x_i％PX，Y_i＝y(tǒng)_i％PY，其中i＝1,2,…,8，且PX和PY分別為磁浮平面電機(jī)定子上表面散熱孔在X方向和Y方向的間距；

4)假定當(dāng)前伺服周期序號(hào)為N，針對(duì)第一組Z向電渦流傳感器，設(shè)定一個(gè)主傳感器和一個(gè)輔傳感器，針對(duì)主傳感器的變換坐標(biāo)(X₁,Y₁)，判斷如下五個(gè)條件是否同時(shí)成立：(X₁-PX)²+Y₁²＞D²、(X₁-PX)²+(Y₁-PY)²＞D²和(X₁-PX/2)²+(Y₁-PY/2)²＞D²，其中D是Z向電渦流傳感器靶區(qū)和散熱孔的半徑之和；

5)判斷步驟4)中的五個(gè)條件是否同時(shí)成立，如果同時(shí)成立則選擇當(dāng)前伺服周期中主傳感器的讀數(shù)H₁(N)，作為當(dāng)前伺服周期中動(dòng)子在第一組Z向電渦流傳感器所在位置的懸浮高度，即h₁(N)＝H₁(N)；如果不同時(shí)成立，則對(duì)上一個(gè)伺服周期中兩傳感器的讀數(shù)值作差：Error(N)＝H₁(N-1)-H₂(N-1)，其中H₁(N-1)為上一個(gè)伺服周期中主傳感器的讀數(shù)、H₂(N-1)為上一個(gè)伺服周期中輔傳感器的讀數(shù)，Error(N)表征兩個(gè)電渦流傳感器安裝的零位誤差和磁鋼面的平面度誤差之和，將其作為補(bǔ)償值再加上當(dāng)前伺服周期中輔傳感器的讀數(shù)H₂(N)，作為當(dāng)前伺服周期中動(dòng)子在第一小組Z向電渦流傳感器所在位置的懸浮高度，即h₁(N)＝Error(N)+H₂(N)；對(duì)其他有效測(cè)量的三個(gè)小組Z向電渦流傳感器依次做類(lèi)似處理，得出當(dāng)前伺服周期中動(dòng)子在該組Z向電渦流傳感器所在位置的懸浮高度，依次記為h₂(N)、h₃(N)和h₄(N)；

6)四組有效測(cè)量平面電機(jī)動(dòng)子懸浮高度的Z向電渦流傳感器在不同伺服周期中得到的懸浮高度讀數(shù)組成了四組在相應(yīng)位置上動(dòng)子的懸浮高度隨時(shí)間變化的信號(hào)h₁(n)、h₂(n)、h₃(n)和h₄(n)，n＝1,2,…，對(duì)四組信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，依次得到四組動(dòng)子懸浮高度信號(hào)f₁(n)、f₂(n)、f₃(n)和f₄(n)，n＝1,2,…；若切換組的四個(gè)Z向電渦流傳感器未離開(kāi)磁鋼陣列正上方，則對(duì)低通濾波處理后得到的四組信號(hào)求平均值，即h(n)＝(f₁(n)+f₂(n)+f₃(n)+f₄(n))/4，n＝1,2,…，否則對(duì)低通濾波處理后得到的四組信號(hào)求加權(quán)平均值，即h(n)＝(f₁(n)+f₂(n)+3f₃(n)+3f₄(n))/8，n＝1,2,…，則h(n)為平面電機(jī)動(dòng)子在定子上方的懸浮高度隨時(shí)間變化的信號(hào)。