高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法和装置与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于微纳米制造领域，涉及位移台运动过程中位移误差测量技术，具体为一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法和装置。背景技术：2.在微纳米制造、光学对位等领域中，随着机械制造、计量科学、材料科学等学科技术迅速发展，要求在保证微纳米级定位精度的基础上，进一步提高工作台的运行速度、运行效率、运动行程，但是在实际应用中，工作台移动时可能产生俯仰、和/或翻滚等角度误差，进而使得工作台的水平面的位置发生变化，其会直接影响产品的光学对位、测量及加工精度等。3.目前高精度设备中，有采用激光干涉仪进行误差测量的装置，例如中国专利cn103940348a，公开了一种工作台运动误差多自由度检测的装置及方法，其需要安装反射激光光源的反射镜，反射光经过光路多次调整，在探测器中产生干涉条纹，再对干涉条纹进行处理获取工作台的当前偏转与位移，上检测述装置采用的但是激光光源的造价贵且需要设备中具有一定的空间以安装反射镜和避让激光光路，检测装置的体积大且不易集成在设备中。也有采用电子侧倾仪，或者电子侧倾仪与激光干涉仪结合使用进行误差测量的装置，但是电子侧倾仪的分辨率仅能达到微米级精度，远远满足不了精密测量及加工领域的需求。技术实现要素：4.为了准确检测并补偿高精度设备的工作台在运动过程中产生的角度误差，以避免高精度设备空间的局限性及造价成本，本发明公开了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法和装置。5.实现发明目的的技术方案如下：6.第一方面，本发明公开了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法，包括以下步骤：7.移动载盘上设置至少3个非共线的位移传感器；8.采用位移传感器实时采集移动载盘与其下方的基准平台之间的投影距离，并将各位移传感器测量点依次连接构成虚拟平面；9.获取移动载盘位于初始位置的虚拟平面a，以及运动过程中的虚拟平面b；10.计算虚拟平面b相对于虚拟平面a的旋转角度c，即获得工作台及移动载盘相对于基准平台在非运动方向的旋转角度；11.获取运动过程中，移动载盘上任意2个不同位置之间的高度偏差h；12.依据公式c＊h或sinc＊h，计算运动过程中移动载盘的位移偏差，也即为工作台的位移偏差；13.驱动位于工作台与移动载盘之间的误差补偿结构，实时对工作台的位移偏差进行消除。14.本发明设计的方法，能够快速高效的计算出工作台在跟随移动载盘运动过程中，相对于其初始位置产生的非运动方向上的位移偏差，同时通过误差补偿结构及时对产生的位移误差进行消除，使得工作台实际工作面保持与其初始位置时工作面高度一致性，以确保工作台上负载的加工精度。15.在上述方法的第一个改进实施例中，虚拟平面的获取方法为：采用位移传感器实时获取各位移传感器与其在基准平台上垂直投影点之间的投影距离；依据各位移传感器及其投影距离，将其依次连接后形成移动载盘相对于基准平台的虚拟平面。16.在上述方法的第二个改进实施例中，移动载盘上表面的位移传感器中，一部分位移传感器沿工作台运动方向分布，另一部分位移传感器沿垂直于工作台运动方向分布。17.在上述方法的第三个改进实施例中，旋转角度c包括沿平行工作台运动方向的俯仰夹角β，且工作台的位移偏差为俯仰位移偏差β＊h或sinβ＊h；18.在上述方法及的第三个改进实施例的进一步改进中，旋转角度c包括沿垂直工作台运动方向的翻滚夹角θ，且工作台的翻滚位移偏差为位移偏差θ＊h或sinθ＊h。19.第二方面，本发明公开了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的装置，移动载盘设置在基准平台的导向机构上，且移动载盘上设有工作台。20.其中，装置包括误差补偿结构及至少3个位移传感器，位移传感器及误差补偿结构均与控制器电连接。21.位移传感器分布在移动载盘上，用于采集移动载盘与基准平台之间的垂直投影距离。22.控制器用于计算工作台位移偏差及移动载盘在非运动方向上的，用于输出位移调节指令。23.误差补偿结构位于工作台与移动载盘之间，用于依据调节指令对工作台在非运动方向上的位移偏差进行消除。24.在上述装置的一个实施例中，至少3个位移传感器中，一部分位移传感器沿工作台运动方向分布，另一部分位移传感器沿垂直工作台运动方向分布。25.进一步的，上述位移传感器有4个，分别位于移动载盘的四个角的位置。26.进一步的，上述位移传感器包括光谱共焦传感器、点激光、电容式传感器、电涡流传感器中任意一种。27.在上述装置的另一个实施例中，工作台位移偏差包括在非运动方向上的俯仰位移偏差，和/或在非运动方向上的翻滚位移偏差。28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的工作台位移误差测量及补偿的方法及装置，第一方面可以避免在设备内设置反光结构而造成的空间；第二方面，采用位移传感器代替激光传感器可以大大降低设备的制备成本；第三方面，本发明设计的装置特别适用于高精密设备能够大幅度提高工件的加工(如基片曝光、套刻、光学部件跟随对位等)精度。附图说明29.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。30.图1为实施例1中高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法的流程图；31.图2为高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的装置的结构示意图；32.其中，1.基准平台；2.位移传感器；3.误差补偿结构；4.工作台；5.移动载盘；6.导向机构。具体实施方式33.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。34.实施例1：35.本实施例提供了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法，在本实施方式中，参见图1及图2所示，图1为工作台位移误差测量及补偿的方法的流程图，图中2为基准平台，2为位移传感器，3为误差补偿结构，4为工作台，5为移动载盘，6为导向机构。36.如图1所示，工作台位移误差测量及补偿的方法包括以下步骤：37.s1、移动载盘上设置至少3个非共线的位移传感器。38.在本步骤中移动载盘5上表面的至少3个位移传感器的位置可以沿运动方向或垂直运动方向设置在同一条直线上，也可以沿其他方向可以任意设置。在本实施例中，择优选择将一部分位移传感器沿工作台运动方向分布，另一部分位移传感器沿垂直工作台运动方向分布。这样设置的目的是：工作台4运动到不同位置时，通过各个位移传感器上位移传感器2获取移动载盘5与基准平台1之间的投影距离，当各个位移传感器连接后能够形成虚拟平面，进而便于计算工作台4在运动过程中出现的角度变化。39.s2、采用位移传感器实时采集移动载盘与其下方的基准平台之间的投影距离，并将各位移传感器测量点依次连接构成虚拟平面。40.s3、获取移动载盘位于初始位置的虚拟平面a，以及运动过程中的虚拟平面b。41.在本步骤s2和s3中，虚拟平面的获取方法为：采用位移传感器2实时获取各位移传感器2与其在基准平台1上垂直投影点之间的投影距离；依据各位移传感器2及其投影距离，将其依次连接后形成移动载盘5相对于基准平台1的虚拟平面。42.s4、计算虚拟平面b相对于虚拟平面a的旋转角度c，即获得工作台及移动载盘相对于基准平台在非运动方向的旋转角度。43.在本步骤中，运功过程中，位移传感器2的数值会一直发生变化，因此虚拟平面b相对于虚拟平面a也不断的发生变化，会产生一定的旋转角度c，进而使得工作台产生了在非运动方向上的位移。44.具体的，旋转角度c是根据位移传感器的变化量及位移传感器之间距离，采用现有通用方法进行计算的，在此不对其进行具体说明。45.s5、获取运动过程中，移动载盘上2个不同位置之间的高度偏差h。46.在本步骤中，移动载盘在运动过程中若发生了旋转角度变化(俯仰角度、翻滚角度中任意一种或两种)，则移动载盘上不同位置的高度也会发生相应的变化，从而产生了高度偏差h，再结合虚拟平面a和虚拟平面之间的夹角即可计算移动载盘5上2个不同位置的偏移量。47.s6、依据公式c＊h或sinc＊h，计算运动过程中移动载盘的位移偏差，也即为工作台的位移偏差。48.在步骤s4～s6中，参见图1所示，工作台4位于移动载盘5上方，当移动载盘5相对于基准平台6运动时可能在沿运动方向(也可以称为y方向或第一方向)出现俯仰角度，或在垂直运动方向(也可以称为x方向或第二方向)产生翻滚角度，也可以在两个方向上都发生角度的变化，进而造成了工作台4的工作面与初始状态时工作面不一致的情况。49.在步骤s4和s5的一种方式中，在移动载盘5运动过程中，其相对于基准平台6只出现俯仰角度时，即旋转角度c为平行工作台运动方向的俯仰夹角β，此时工作台只在沿运动方向(即y方向或第一方向)产生俯仰位移偏差，即为β＊h或sinβ＊h。50.在步骤s4和s5的另一种方式中，在移动载盘5运动到工作位时，其相对于基准平台6只出现翻滚角度时，旋转角度c为垂直工作台运动方向的翻滚夹角θ，此时工作台只在沿垂直运动方向(即x方向或第二方向)产生翻滚位移偏差，即为θ＊h或sinθ＊h。51.在步骤s4和s5的第三种方式中，在移动载盘5运动到工作位时，其相对于基准平台6同时出现翻滚角度和俯仰角度时，即旋转角度c包括沿平行工作台运动方向的俯仰夹角β和沿垂直工作台运动方向的翻滚夹角θ，此时工作台在沿运动方向(即y方向或第一方向)和沿垂直运动方向(即x方向或第二方向)均产生了位移偏差，即为θ＊h和β＊h(或sinβ＊h和sinθ＊h)。52.s7、驱动位于工作台与移动载盘之间的误差补偿结构，实时对工作台的位移偏差进行消除。53.本步骤中，参考图2所述，由于移动载盘在基准平台上沿轨道或导向机构运动，因此本步骤中通过误差补偿结构的作用，依据计算的位移偏差对移动载盘上方的工作台进行反向补偿，以消除由移动载盘角度变化而引起的工作台工作面的变化。54.本实施例设计的方法，能够快速高效的计算出工作台在跟随移动载盘移动到不同工作位时，相对于其初始位置产生的位移误差，同时通过误差补偿结构的作用及时对产生的位移误差进行消除，使得工作台实际工作面保持与其初始位置时工作面的高度一致，以确保工作台上负载的加工精度。55.实施例2：56.本实施例提供了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的方法，本实施例与实施例1的区别在于：57.步骤s1中，移动载盘上至少设置2个位移传感器，且至少2个位移传感器沿平行工作台运动方向或沿垂直工作台运动方向位于同一条直线上。58.步骤s2中，依次连接各个位移传感器后形成移动载盘相对于基准平台的虚拟直线，并获取工作台位于初始位置的虚拟直线c和位于工作位置的虚拟直线d。59.步骤s4中，计算虚拟直线c与虚拟直线d之间的旋转角度c。60.步骤s5中，依据公式c＊h或sinc＊h，计算工作台在非运动方向上的位移偏差，此时位移偏差有2种情况，一种为在移动载盘5运动过程中，其相对于基准平台6只出现俯仰角度时，即旋转角度c为沿平行工作台运动方向的俯仰夹角β，此时工作台只在沿运动方向(即y方向或第一方向)产生俯仰位移偏差，且位移偏差c为β＊h或sinβ＊h；另一种为：在移动载盘5运动过程中，其相对于基准平台6只出现翻滚角度时，旋转角度c为沿垂直工作台运动方向的翻滚夹角θ，此时工作台只在沿垂直运动方向(即x方向或第二方向)产生翻滚位移偏差，且位移偏差c为θ＊h或sinθ＊h。61.本实施例设计的方法，能够快速高效的计算出工作台在跟随移动载盘移动到不同工作位时，相对于其初始位置产生的位移误差，同时通过误差补偿结构的作用及时对产生的位移误差进行消除，使得工作台实际工作面保持与其初始位置时工作面的高度一致，以确保工作台上负载的加工精度。62.实施例3：63.本实施例公开了一种高精度设备中工作台位移误差测量及补偿的装置，其可以采用实施例1和实施例2中的方法对高精度设备中工作台位移误差进行测量及补偿。如图2所示，在高精度设备中移动载盘5设置在基准平台1的导向机构3上，且移动载盘5上设有工作台4，移动载盘5在导向机构3上运动以调整工作台4的位置，将工作台4上负载移动到加工位置。64.如图2所示，工作台位移误差测量及补偿的装置包括误差补偿结构3及至少3个位移传感器2，位移传感器2及误差补偿结构3均与控制器电连接，控制器可以外置或者设置在工作台4内，在此不对其进行限定。65.如图2所示，位移传感器2分布在移动载盘5上，用于采集移动载盘5与基准平台1之间的垂直投影距离。66.为了能够获取移动载盘5相对于基准平台1不同位置的垂直投影距离，以获取移动载盘5可能产生的沿工作台运动方向产生的俯仰角度而造成的偏移，以及产生的垂直工作台运动方向产生的翻滚角度而造成的偏移，本实施例将一部分位移传感器2沿工作台运动方向分布，另一部分位移传感器2沿垂直工作台运动方向分布。优选的，如图2所示，本实施例中位移传感器2有4个，且分别位于移动载盘5的四个角的位置。67.在本实施例中，可以根据高精度设备、分布间距、分辨率、安装空间、成本造价等因素，选择光谱共焦传感器、点激光、电容式传感器、电涡流传感器中任意一种位移传感器。68.在本实施例中，控制器用于计算工作台位移偏差及移动载盘在非运动方向上的，用于输出位移调节指令。69.在本实施例中，工作台位移偏差包括在非运动方向上的俯仰位移偏差，和/或在非运动方向上的翻滚位移偏差，俯仰位移偏差和翻滚位移偏差参见实施例1中描述。70.如图2所示，误差补偿结构3位于工作台4与移动载盘5之间，用于依据控制器输出的调节指令对工作台位移偏差进行消除，从而使得工作台实际工作面保持与其初始位置时工作面的高度一致，以确保工作台上负载的加工精度。误差补偿结构3可以选用为微动台，需要说明的是：本实施例中误差补偿结构3只要能够说实现对工作台4进行调整，使得工作台4在工作位置与初始位置时工作面的高度一致即可，在此不对其进行具体的限定。71.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。72.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!