本發(fa)明涉及一種集成電路(lu)裝備(bei)制造領域，尤其涉及一種絕(jue)對式測量裝置。

背景技術：

編(bian)(bian)碼器(qi)在運動(dong)臺中作為主要的(de)測(ce)量工具(ju)已經廣泛應(ying)用(yong)，但是編(bian)(bian)碼器(qi)多數是增量式，所以(yi)在測(ce)量時需要找尋(xun)零位(wei)位(wei)置，給測(ce)量及(ji)結構帶來(lai)(lai)一(yi)定的(de)復雜度。而且光(guang)柵式或者電容式的(de)編(bian)(bian)碼器(qi)對于測(ce)量間隙及(ji)安裝精(jing)度的(de)要求都非常高(gao)，所以(yi)，給使用(yong)帶來(lai)(lai)了一(yi)定的(de)難(nan)度。

目前絕(jue)對(dui)(dui)式(shi)編碼(ma)器也在逐漸被應(ying)用到運動臺中(zhong)，絕(jue)對(dui)(dui)式(shi)編碼(ma)器可(ke)以為(wei)運動臺提供單(dan)軸上絕(jue)對(dui)(dui)位置的數據，在使用過程中(zhong)可(ke)以不進行尋找(zhao)零位的工作(zuo)，使結構(gou)也相對(dui)(dui)簡單(dan)。但是，絕(jue)對(dui)(dui)式(shi)編碼(ma)器也同樣存在對(dui)(dui)于測量間隙、安裝(zhuang)精度及旋轉角度的高要(yao)(yao)求，所(suo)以對(dui)(dui)于機械結構(gou)的要(yao)(yao)求較高。

技術實現要素：

為了克服現(xian)有技術中存在的缺陷，本(ben)發明提供(gong)一種結構簡潔測量精(jing)度(du)高(gao)的絕對式測量裝置。

為了實現上述發明目的，本發明公開一種絕對式測量裝置，包括：一第一測量桿，該第一測量桿包括一水平面和一第一測量面，該第一測量面與水平面呈一角度θ，所述水平面長L₀；一第一探頭(tou)，該(gai)第一探頭(tou)沿水(shui)平面(mian)(mian)直(zhi)線運動，該(gai)第一探頭(tou)用于探測(ce)該(gai)測(ce)量面(mian)(mian)與(yu)該(gai)第一探頭(tou)之間的距(ju)離(li)d；并根據d計(ji)算該(gai)第一探頭(tou)的絕對位置，以所述(shu)(shu)水(shui)平面(mian)(mian)與(yu)測(ce)量面(mian)(mian)相交處為(wei)(wei)(wei)零位，計(ji)算公式為(wei)(wei)(wei)：L=(D-d) / tanθ，其中，L為(wei)(wei)(wei)所述(shu)(shu)第一探頭(tou)在X軸的絕對位置，D為(wei)(wei)(wei)所述(shu)(shu)第一探頭(tou)測(ce)量面(mian)(mian)到所述(shu)(shu)水(shui)平面(mian)(mian)的距(ju)離(li)。

更進一(yi)步地，該(gai)第一(yi)探頭通過一(yi)X軸直(zhi)(zhi)線(xian)運(yun)動機(ji)構實現直(zhi)(zhi)線(xian)運(yun)動，該(gai)X軸直(zhi)(zhi)線(xian)運(yun)動機(ji)構包括一(yi)滑塊和位于該(gai)滑塊下方(fang)的導軌。

更進一(yi)步地，該(gai)(gai)(gai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)裝(zhuang)置還(huan)包(bao)括一(yi)第(di)(di)二探(tan)頭(tou)(tou)以及一(yi)第(di)(di)三探(tan)頭(tou)(tou)，所(suo)述(shu)第(di)(di)二探(tan)頭(tou)(tou)和第(di)(di)三探(tan)頭(tou)(tou)的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)面(mian)(mian)(mian)等高(gao)，用于測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)所(suo)述(shu)第(di)(di)一(yi)探(tan)頭(tou)(tou)的(de)(de)X、Y向位(wei)移以及Rz向旋轉角度Δθ；該(gai)(gai)(gai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)裝(zhuang)置還(huan)包(bao)括一(yi)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)，該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)位(wei)于該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)一(yi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)的(de)(de)下方(fang)，該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)包(bao)括一(yi)水(shui)平面(mian)(mian)(mian)和一(yi)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)面(mian)(mian)(mian)，該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)面(mian)(mian)(mian)與該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)一(yi)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)面(mian)(mian)(mian)重合(he)；該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二探(tan)頭(tou)(tou)用于探(tan)測(ce)(ce)與該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)的(de)(de)水(shui)平面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)距(ju)離d1；該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)三探(tan)頭(tou)(tou)用于探(tan)測(ce)(ce)與該(gai)(gai)(gai)第(di)(di)二測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)桿(gan)(gan)的(de)(de)水(shui)平面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)距(ju)離d2。

更(geng)進一(yi)步(bu)地，該第一(yi)、第二(er)、第三(san)探頭安裝于(yu)(yu)一(yi)結構件上(shang)(shang)，該結構件用于(yu)(yu)實現水平面上(shang)(shang)X、Y方(fang)向的直線運動(dong)以及沿Rz方(fang)向三(san)個(ge)自(zi)由度運動(dong)。

更進(jin)一(yi)步地，該(gai)第(di)一(yi)、第(di)二(er)、第(di)三探頭的水平高度一(yi)致。

更進(jin)一步地，該第一探頭為(wei)光電傳感(gan)器(qi)(qi)或電容傳感(gan)器(qi)(qi)或電渦流傳感(gan)器(qi)(qi)。

更進(jin)一(yi)步地，該第一(yi)第二(er)探頭(tou)為光電(dian)傳感(gan)器或電(dian)容傳感(gan)器或電(dian)渦流傳感(gan)器。

與現(xian)有技(ji)術(shu)相比較(jiao)，本發明(ming)采(cai)用(yong)機械結構實現(xian)一維絕對測量(liang)，根據不(bu)(bu)(bu)同工作環境(jing)選擇(ze)不(bu)(bu)(bu)同傳感器，可不(bu)(bu)(bu)受環境(jing)、材料等因素(su)的制(zhi)約。

在實(shi)現一(yi)維絕對測(ce)量的基礎上(shang)，添加(jia)輔助傳感(gan)器可實(shi)現平面內二(er)維測(ce)量，解決(jue)因測(ce)量系(xi)統(tong)自身旋轉(zhuan)所帶來的測(ce)量誤差(cha)，并且旋轉(zhuan)角度可通過輔助傳感(gan)器進行反饋，使測(ce)量系(xi)統(tong)不受(shou)轉(zhuan)角限制。

測(ce)量系(xi)統結構簡單，對于測(ce)量系(xi)統的旋轉(zhuan)中心位置(zhi)無硬性約束，且安裝精度要求可根(gen)據實際使用及控制需(xu)要而定。

附圖說明

關(guan)于(yu)本(ben)發明(ming)的(de)優點與精(jing)神可以通過以下(xia)的(de)發明(ming)詳述及所附圖式得到進一步的(de)了解(jie)。

圖(tu)1是(shi)本發(fa)明(ming)在一維運動條(tiao)件下在X軸的絕(jue)對位置測量示意圖(tu)；

圖2是本發明在(zai)二(er)維運動三(san)自由(you)度條件下的測量示意圖之一；

圖3是本發明(ming)在二(er)維(wei)運動三(san)自由度(du)條(tiao)件(jian)下的(de)測量(liang)示(shi)意(yi)圖之二(er)；

圖4是本(ben)發明(ming)在(zai)二維(wei)運(yun)動(dong)三自由度條件(jian)下的測(ce)量示(shi)意圖之三；

圖(tu)5是本發明在(zai)二維(wei)運動三自由度條件下的測量示意圖(tu)之(zhi)四(si)；

圖(tu)6是本(ben)發明(ming)在二維運動(dong)三自由度條件下的測量(liang)示(shi)意圖(tu)之五；

圖(tu)7是本發明在(zai)二維運(yun)動(dong)三自由度(du)條件下的測(ce)量示意圖(tu)之六；

圖8是本發明(ming)應用在GANTRY結構的(de)運動臺(tai)的(de)示意(yi)圖；

圖9是本發明(ming)應(ying)用(yong)在磁浮結構(gou)的運動臺的示(shi)意圖。

主要圖示說明。

101、201、301、401-主測(ce)量桿(gan) 102、202、302、402-主探頭

103、203、303、403-測量(liang)支架  104、204、304、404-結構(gou)件

105、205、305、405-輔助測量桿  106、206、306、406-輔助探(tan)頭

107、207、307、407-旋轉中心 θ-主測量(liang)桿斜(xie)面角度

Δθ-旋轉(zhuan)角度 501-運動臺

502-X向(xiang)運(yun)動導軌  503-Y向(xiang)運(yun)動導軌

504-X向(xiang)測量裝置 505-Y向(xiang)測量裝置

506-運動臺基座 601-磁浮平臺動子

602-磁浮平臺基座 603- X向測量裝置

604-Y向測量裝置。

具體實施方式

下(xia)面結合(he)附圖詳細說(shuo)明本發明的具體(ti)實施例(li)。

絕(jue)對式(shi)測量系統主體(ti)采用一(yi)根帶有一(yi)定角度的測量桿及(ji)探(tan)頭組成(cheng)。通過探(tan)頭測量與測量桿斜面間的距離(li)，推算(suan)出(chu)探(tan)頭在水平向的絕(jue)對位置(zhi)。

如圖1所示，101為測量桿，其中被測面和X軸夾角為θ，長度L₀，寬度A；102為(wei)(wei)探頭(tou)(tou)，任意時刻，探頭(tou)(tou)測(ce)(ce)量面(mian)到測(ce)(ce)量桿(gan)(gan)被(bei)測(ce)(ce)面(mian)間的(de)(de)測(ce)(ce)量距離(li)，即(ji)探頭(tou)(tou)的(de)(de)測(ce)(ce)量距離(li)為(wei)(wei)d，探頭(tou)(tou)測(ce)(ce)量面(mian)到測(ce)(ce)量桿(gan)(gan)背面(mian)的(de)(de)距離(li)為(wei)(wei)D；在(zai)單自由度直線(xian)運動的(de)(de)情況下，探頭(tou)(tou)安裝(zhuang)在(zai)滑塊103上，通(tong)過滾珠(zhu)105可在(zai)導軌104上做直線(xian)運動。此時，可通(tong)過探頭(tou)(tou)的(de)(de)測(ce)(ce)量值d推(tui)算出探頭(tou)(tou)在(zai)X軸的(de)(de)絕(jue)對位置。假設，視圖左(zuo)側(ce)端(duan)面(mian)為(wei)(wei)零(ling)位，則任意時刻，探頭(tou)(tou)在(zai)X軸的(de)(de)絕(jue)對位置L=(D-d) / tanθ。

該測(ce)(ce)量系(xi)(xi)統可擴(kuo)展成在三自(zi)(zi)由(you)度系(xi)(xi)統中(zhong)實現絕對位(wei)置測(ce)(ce)量。在原有測(ce)(ce)量系(xi)(xi)統中(zhong)添(tian)加一(yi)根測(ce)(ce)量面和X軸水平的(de)測(ce)(ce)量桿(gan)用(yong)于(yu)測(ce)(ce)量另一(yi)個自(zi)(zi)由(you)度；而探頭兩(liang)端分別添(tian)加兩(liang)個輔助探頭，用(yong)于(yu)測(ce)(ce)量另一(yi)個自(zi)(zi)由(you)度和探頭的(de)旋轉角度。

如圖2所示，在主測量桿201下側（視圖為俯視圖）添加一根輔助測量桿205，其測量面和X軸平行，主測量桿的測量面與X軸的夾角任為θ，輔助測量桿的長、寬分別為L₀和A；主探頭202兩側裝有兩個輔助探頭206，兩輔助探頭測量面等高，輔助探頭中心距離為l，輔助探頭測量面到輔助測量桿被測面距離分別為d₁、d₂，在沒有發生旋轉的情況下，d₁=d₂；主(zhu)探頭在X軸的(de)絕對位置(zhi)L=(D-d) / tanθ。

主(zhu)探頭和(he)輔(fu)助探頭均(jun)安裝在測量支架203上(shang)(shang)，測量支架安裝在結(jie)(jie)構(gou)(gou)件204上(shang)(shang)，由于結(jie)(jie)構(gou)(gou)件在水(shui)平(ping)面(mian)X、Y方向沒有約束，所(suo)以(yi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)件在XY水(shui)平(ping)面(mian)內可實(shi)現X、Y和(he)Rz三(san)個自(zi)由度的運動。

如圖3所示，假設探頭部分（包括結構件和測量支架）的旋轉中心207在主探頭中心線且靠近探測面。則任意時刻系統發生旋轉且在Y向有運動的情況下，兩輔助探頭206的實測距離為d₁’和d₂’，輔助探頭中心線距離l，則旋轉角度Δθ=arctan (d₂’- d₁’) / l。由于旋(xuan)(xuan)轉中(zhong)心(xin)在(zai)靠近主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭202測量面，可假(jia)設旋(xuan)(xuan)轉中(zhong)心(xin)就在(zai)主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭測量面中(zhong)心(xin)點，所(suo)以，當探(tan)(tan)頭發生旋(xuan)(xuan)轉時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭只是(shi)圍繞旋(xuan)(xuan)轉中(zhong)心(xin)旋(xuan)(xuan)轉，不(bu)發生X、Y向的(de)(de)移(yi)動，所(suo)以不(bu)考(kao)慮探(tan)(tan)頭在(zai)Y向產生位(wei)移(yi)的(de)(de)情況，此時(shi)(shi)主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭的(de)(de)實測距離為(wei)d’，則(ze)主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭到(dao)主(zhu)(zhu)測量桿的(de)(de)豎直距離為(wei)d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ。假(jia)設視圖左端面為(wei)零位(wei)，則(ze)此時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)探(tan)(tan)頭在(zai)X軸的(de)(de)絕對(dui)位(wei)置(zhi)為(wei)L=(D-d) / tanθ。

由于探頭在結構件的帶動下可沿Y軸進行運動，所以，考慮Y向位移的情況下，主探頭在X向的絕對位置計算時，必須去掉Y向的移動距離。探頭在Y向的移動距離為Δd=(d₁cosΔθ+ d₂cosΔθ)/2-(d₁ + d₂)/2，而此(ci)時(shi)主(zhu)探頭到(dao)主(zhu)測量(liang)桿的(de)豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ，則此(ci)時(shi)，主(zhu)探頭在X軸(zhou)的(de)絕對位置為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。

當旋(xuan)轉中(zhong)心仍在主探(tan)頭中(zhong)心線上但遠離探(tan)測(ce)面時，測(ce)量系統(tong)發生旋(xuan)轉后，需考(kao)慮探(tan)頭在X和Y向因旋(xuan)轉而(er)產生的位移。

如圖4所示，其中301為主測量桿，輔助測量桿305安裝在主測量桿下面，302為主探頭，兩個輔助探頭306安裝在主探頭兩側，中心間距為l，且兩探測兩面等高，所有探頭均安裝在測量支架303上，304為結構件用以支撐測量支架；此時的旋轉中心307距離主探頭測量面中心的距離為r。當測量系統只在X軸運動，不帶有旋轉和Y向運動的情況，主探頭在X軸的絕對位置和前兩例相同；假設，如圖5所示，測量系統在Y軸不運動，只發生旋轉，則旋轉角度可通過兩輔助探頭的實測距離進行計算，Δθ=arctan (d₂’- d₁’) / l；由于，旋轉中心遠離(li)(li)主探頭探測(ce)面中心，所(suo)以當(dang)測(ce)量系統(tong)(tong)轉動時(shi)，轉探頭在X方向和(he)Y方向均(jun)會產(chan)生(sheng)位移，此(ci)時(shi)，計算(suan)測(ce)量系統(tong)(tong)在X軸(zhou)的(de)(de)絕對位置(zhi)時(shi)必(bi)須修正(zheng)主探頭的(de)(de)測(ce)量值(zhi)，即減去(qu)因旋轉產(chan)生(sheng)的(de)(de)位移值(zhi)。如圖6所(suo)示，主探頭的(de)(de)實測(ce)距(ju)離(li)(li)為d’，旋轉中心到主探頭測(ce)量面中心的(de)(de)距(ju)離(li)(li)為r，旋轉角度為Δθ，則a=(d’+r)·cosΔθ-r, d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此(ci)時(shi)測(ce)量系統(tong)(tong)在X軸(zhou)的(de)(de)絕對位置(zhi)（假設(she)視圖左端面為零位。）為：L=(D-d) / tanθ。

考慮Y向位移的情況下，主探頭在X向的絕對位置計算時，必須再去掉Y向的移動距離。探頭在Y向的移動距離為Δd=(d₁cosΔθ+ d₂cosΔθ)/2-(d₁ + d₂)/2，而此(ci)時主探頭(tou)到(dao)主測量(liang)桿的豎直距離(li)為d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此(ci)時，主探頭(tou)在X軸的絕對位(wei)置(zhi)為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。

如圖7所(suo)示，當測(ce)量(liang)系統(tong)的(de)旋轉中心(xin)407為結構件上(shang)任意一點時，測(ce)量(liang)系統(tong)在(zai)X軸的(de)絕對位置計(ji)算(suan)方法與旋轉中心(xin)在(zai)主探(tan)頭中心(xin)線(xian)上(shang)的(de)計(ji)算(suan)方法相同。

主探(tan)頭(tou)和(he)輔助探(tan)頭(tou)可(ke)采用光(guang)電傳感器(qi)、電容傳感器(qi)、電渦流傳感器(qi)等，可(ke)視運(yun)動行程(cheng)而定；測(ce)量桿被(bei)測(ce)面角度(du)精度(du)和(he)面型精度(du)則(ze)可(ke)視測(ce)量所(suo)需精度(du)而定。

圖(tu)(tu)8為(wei)(wei)(wei)龍門結構的(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)臺上安裝此(ci)類(lei)測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)的(de)應用場景，可實現平面內X、Y和Rz三個自(zi)(zi)由(you)度(du)(du)的(de)測(ce)量(liang)。其(qi)(qi)中501為(wei)(wei)(wei)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)臺動(dong)(dong)(dong)(dong)子(zi)，502為(wei)(wei)(wei)X向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)導(dao)(dao)軌，503為(wei)(wei)(wei)Y向(xiang)(xiang)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)導(dao)(dao)軌，504為(wei)(wei)(wei)X向(xiang)(xiang)測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)，此(ci)處視501運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)臺動(dong)(dong)(dong)(dong)子(zi)的(de)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)自(zi)(zi)由(you)度(du)(du)，可以(yi)(yi)是單個自(zi)(zi)由(you)度(du)(du)測(ce)量(liang)也可以(yi)(yi)為(wei)(wei)(wei)三自(zi)(zi)由(you)度(du)(du)測(ce)量(liang)，505為(wei)(wei)(wei)Y向(xiang)(xiang)測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)，506為(wei)(wei)(wei)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)臺基(ji)座(zuo)。該GANTRY結構可以(yi)(yi)為(wei)(wei)(wei)氣(qi)浮/直線導(dao)(dao)軌導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)，直線電機(ji)(ji)驅動(dong)(dong)(dong)(dong)結構，也可以(yi)(yi)是直線導(dao)(dao)軌導(dao)(dao)向(xiang)(xiang)，旋轉(zhuan)電機(ji)(ji)和滾珠絲杠驅動(dong)(dong)(dong)(dong)結構。504和505中的(de)測(ce)量(liang)探頭的(de)測(ce)量(liang)范圍可根據實際需要更(geng)換(huan)成不同測(ce)距，當采用長距離(li)測(ce)量(liang)的(de)探頭時，本測(ce)量(liang)方案可以(yi)(yi)擴展到類(lei)似磁(ci)浮工(gong)件(jian)臺中使用，見圖(tu)(tu)9。其(qi)(qi)中，601為(wei)(wei)(wei)磁(ci)浮平臺動(dong)(dong)(dong)(dong)子(zi)，602為(wei)(wei)(wei)磁(ci)浮平臺基(ji)座(zuo)，603、604為(wei)(wei)(wei)X、Y向(xiang)(xiang)測(ce)量(liang)裝置(zhi)(zhi)，其(qi)(qi)中探頭部分可以(yi)(yi)為(wei)(wei)(wei)光學長距離(li)測(ce)量(liang)傳(chuan)感器。

本(ben)說明(ming)書(shu)中所述的(de)只(zhi)是本(ben)發明(ming)的(de)較佳(jia)具體實(shi)(shi)施例，以上實(shi)(shi)施例僅用以說明(ming)本(ben)發明(ming)的(de)技術方(fang)案(an)而非對本(ben)發明(ming)的(de)限制。凡本(ben)領域技術人員依本(ben)發明(ming)的(de)構思(si)通過(guo)邏(luo)輯分析(xi)、推理或者有(you)限的(de)實(shi)(shi)驗可以得到的(de)技術方(fang)案(an)，皆應(ying)在本(ben)發明(ming)的(de)范圍(wei)之內。