本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種絕對(duì)式測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

編碼器在運(yùn)動(dòng)臺(tái)中作為主要的測(cè)量工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是編碼器多數(shù)是增量式，所以在測(cè)量時(shí)需要找尋零位位置，給測(cè)量及結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的復(fù)雜度。而且光柵式或者電容式的編碼器對(duì)于測(cè)量間隙及安裝精度的要求都非常高，所以，給使用帶來(lái)了一定的難度。

目前絕對(duì)式編碼器也在逐漸被應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)臺(tái)中，絕對(duì)式編碼器可以為運(yùn)動(dòng)臺(tái)提供單軸上絕對(duì)位置的數(shù)據(jù)，在使用過程中可以不進(jìn)行尋找零位的工作，使結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，絕對(duì)式編碼器也同樣存在對(duì)于測(cè)量間隙、安裝精度及旋轉(zhuǎn)角度的高要求，所以對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔測(cè)量精度高的絕對(duì)式測(cè)量裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種絕對(duì)式測(cè)量裝置，包括：一第一測(cè)量桿，該第一測(cè)量桿包括一水平面和一第一測(cè)量面，該第一測(cè)量面與水平面呈一角度θ，所述水平面長(zhǎng)L₀；一第一探頭，該第一探頭沿水平面直線運(yùn)動(dòng)，該第一探頭用于探測(cè)該測(cè)量面與該第一探頭之間的距離d；并根據(jù)d計(jì)算該第一探頭的絕對(duì)位置，以所述水平面與測(cè)量面相交處為零位，計(jì)算公式為：L=(D-d) / tanθ，其中，L為所述第一探頭在X軸的絕對(duì)位置，D為所述第一探頭測(cè)量面到所述水平面的距離。

更進(jìn)一步地，該第一探頭通過一X軸直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，該X軸直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一滑塊和位于該滑塊下方的導(dǎo)軌。

更進(jìn)一步地，該測(cè)量裝置還包括一第二探頭以及一第三探頭，所述第二探頭和第三探頭的測(cè)量面等高，用于測(cè)量所述第一探頭的X、Y向位移以及Rz向旋轉(zhuǎn)角度Δθ；該測(cè)量裝置還包括一第二測(cè)量桿，該第二測(cè)量桿位于該第一測(cè)量桿的下方，該第二測(cè)量桿包括一水平面和一第二測(cè)量面，該第二測(cè)量面與該第一測(cè)量面重合；該第二探頭用于探測(cè)與該第二測(cè)量桿的水平面的距離d1；該第三探頭用于探測(cè)與該第二測(cè)量桿的水平面的距離d2。

更進(jìn)一步地，該第一、第二、第三探頭安裝于一結(jié)構(gòu)件上，該結(jié)構(gòu)件用于實(shí)現(xiàn)水平面上X、Y方向的直線運(yùn)動(dòng)以及沿Rz方向三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。

更進(jìn)一步地，該第一、第二、第三探頭的水平高度一致。

更進(jìn)一步地，該第一探頭為光電傳感器或電容傳感器或電渦流傳感器。

更進(jìn)一步地，該第一第二探頭為光電傳感器或電容傳感器或電渦流傳感器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明采用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一維絕對(duì)測(cè)量，根據(jù)不同工作環(huán)境選擇不同傳感器，可不受環(huán)境、材料等因素的制約。

在實(shí)現(xiàn)一維絕對(duì)測(cè)量的基礎(chǔ)上，添加輔助傳感器可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)二維測(cè)量，解決因測(cè)量系統(tǒng)自身旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的測(cè)量誤差，并且旋轉(zhuǎn)角度可通過輔助傳感器進(jìn)行反饋，使測(cè)量系統(tǒng)不受轉(zhuǎn)角限制。

測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心位置無(wú)硬性約束，且安裝精度要求可根據(jù)實(shí)際使用及控制需要而定。

附圖說明

關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。

圖1是本發(fā)明在一維運(yùn)動(dòng)條件下在X軸的絕對(duì)位置測(cè)量示意圖；

圖2是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之一；

圖3是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之二；

圖4是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之三；

圖5是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之四；

圖6是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之五；

圖7是本發(fā)明在二維運(yùn)動(dòng)三自由度條件下的測(cè)量示意圖之六；

圖8是本發(fā)明應(yīng)用在GANTRY結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)臺(tái)的示意圖；

圖9是本發(fā)明應(yīng)用在磁浮結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)臺(tái)的示意圖。

主要圖示說明。

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

103、203、303、403-測(cè)量支架 104、204、304、404-結(jié)構(gòu)件

105、205、305、405-輔助測(cè)量桿 106、206、306、406-輔助探頭

107、207、307、407-旋轉(zhuǎn)中心 θ-主測(cè)量桿斜面角度

Δθ-旋轉(zhuǎn)角度 501-運(yùn)動(dòng)臺(tái)

502-X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 503-Y向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌

504-X向測(cè)量裝置 505-Y向測(cè)量裝置

506-運(yùn)動(dòng)臺(tái)基座 601-磁浮平臺(tái)動(dòng)子

602-磁浮平臺(tái)基座 603- X向測(cè)量裝置

604-Y向測(cè)量裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。

絕對(duì)式測(cè)量系統(tǒng)主體采用一根帶有一定角度的測(cè)量桿及探頭組成。通過探頭測(cè)量與測(cè)量桿斜面間的距離，推算出探頭在水平向的絕對(duì)位置。

如圖1所示，101為測(cè)量桿，其中被測(cè)面和X軸夾角為θ，長(zhǎng)度L₀，寬度A；102為探頭，任意時(shí)刻，探頭測(cè)量面到測(cè)量桿被測(cè)面間的測(cè)量距離，即探頭的測(cè)量距離為d，探頭測(cè)量面到測(cè)量桿背面的距離為D；在單自由度直線運(yùn)動(dòng)的情況下，探頭安裝在滑塊103上，通過滾珠105可在導(dǎo)軌104上做直線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，可通過探頭的測(cè)量值d推算出探頭在X軸的絕對(duì)位置。假設(shè)，視圖左側(cè)端面為零位，則任意時(shí)刻，探頭在X軸的絕對(duì)位置L=(D-d) / tanθ。

該測(cè)量系統(tǒng)可擴(kuò)展成在三自由度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置測(cè)量。在原有測(cè)量系統(tǒng)中添加一根測(cè)量面和X軸水平的測(cè)量桿用于測(cè)量另一個(gè)自由度；而探頭兩端分別添加兩個(gè)輔助探頭，用于測(cè)量另一個(gè)自由度和探頭的旋轉(zhuǎn)角度。

如圖2所示，在主測(cè)量桿201下側(cè)（視圖為俯視圖）添加一根輔助測(cè)量桿205，其測(cè)量面和X軸平行，主測(cè)量桿的測(cè)量面與X軸的夾角任為θ，輔助測(cè)量桿的長(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)₀和A；主探頭202兩側(cè)裝有兩個(gè)輔助探頭206，兩輔助探頭測(cè)量面等高，輔助探頭中心距離為l，輔助探頭測(cè)量面到輔助測(cè)量桿被測(cè)面距離分別為d₁、d₂，在沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況下，d₁=d₂；主探頭在X軸的絕對(duì)位置L=(D-d) / tanθ。

主探頭和輔助探頭均安裝在測(cè)量支架203上，測(cè)量支架安裝在結(jié)構(gòu)件204上，由于結(jié)構(gòu)件在水平面X、Y方向沒有約束，所以結(jié)構(gòu)件在XY水平面內(nèi)可實(shí)現(xiàn)X、Y和Rz三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。

如圖3所示，假設(shè)探頭部分（包括結(jié)構(gòu)件和測(cè)量支架）的旋轉(zhuǎn)中心207在主探頭中心線且靠近探測(cè)面。則任意時(shí)刻系統(tǒng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)且在Y向有運(yùn)動(dòng)的情況下，兩輔助探頭206的實(shí)測(cè)距離為d₁’和d₂’，輔助探頭中心線距離l，則旋轉(zhuǎn)角度Δθ=arctan (d₂’- d₁’) / l。由于旋轉(zhuǎn)中心在靠近主探頭202測(cè)量面，可假設(shè)旋轉(zhuǎn)中心就在主探頭測(cè)量面中心點(diǎn)，所以，當(dāng)探頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，主探頭只是圍繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生X、Y向的移動(dòng)，所以不考慮探頭在Y向產(chǎn)生位移的情況，此時(shí)主探頭的實(shí)測(cè)距離為d’，則主探頭到主測(cè)量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ。假設(shè)視圖左端面為零位，則此時(shí)，主探頭在X軸的絕對(duì)位置為L(zhǎng)=(D-d) / tanθ。

由于探頭在結(jié)構(gòu)件的帶動(dòng)下可沿Y軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以，考慮Y向位移的情況下，主探頭在X向的絕對(duì)位置計(jì)算時(shí)，必須去掉Y向的移動(dòng)距離。探頭在Y向的移動(dòng)距離為Δd=(d₁cosΔθ+ d₂cosΔθ)/2-(d₁ + d₂)/2，而此時(shí)主探頭到主測(cè)量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ，則此時(shí)，主探頭在X軸的絕對(duì)位置為L(zhǎng)=[D-(d-Δd)] / tanθ。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心仍在主探頭中心線上但遠(yuǎn)離探測(cè)面時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)后，需考慮探頭在X和Y向因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的位移。

如圖4所示，其中301為主測(cè)量桿，輔助測(cè)量桿305安裝在主測(cè)量桿下面，302為主探頭，兩個(gè)輔助探頭306安裝在主探頭兩側(cè)，中心間距為l，且兩探測(cè)兩面等高，所有探頭均安裝在測(cè)量支架303上，304為結(jié)構(gòu)件用以支撐測(cè)量支架；此時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心307距離主探頭測(cè)量面中心的距離為r。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)只在X軸運(yùn)動(dòng)，不帶有旋轉(zhuǎn)和Y向運(yùn)動(dòng)的情況，主探頭在X軸的絕對(duì)位置和前兩例相同；假設(shè)，如圖5所示，測(cè)量系統(tǒng)在Y軸不運(yùn)動(dòng)，只發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則旋轉(zhuǎn)角度可通過兩輔助探頭的實(shí)測(cè)距離進(jìn)行計(jì)算，Δθ=arctan (d₂’- d₁’) / l；由于，旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)離主探頭探測(cè)面中心，所以當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)探頭在X方向和Y方向均會(huì)產(chǎn)生位移，此時(shí)，計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)在X軸的絕對(duì)位置時(shí)必須修正主探頭的測(cè)量值，即減去因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移值。如圖6所示，主探頭的實(shí)測(cè)距離為d’，旋轉(zhuǎn)中心到主探頭測(cè)量面中心的距離為r，旋轉(zhuǎn)角度為Δθ，則a=(d’+r)·cosΔθ-r, d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)在X軸的絕對(duì)位置（假設(shè)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(duì)位置計(jì)算時(shí)，必須再去掉Y向的移動(dòng)距離。探頭在Y向的移動(dòng)距離為Δd=(d₁cosΔθ+ d₂cosΔθ)/2-(d₁ + d₂)/2，而此時(shí)主探頭到主測(cè)量桿的豎直距離為d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時(shí)，主探頭在X軸的絕對(duì)位置為L(zhǎng)=[D-(d-Δd)] / tanθ。

如圖7所示，當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心407為結(jié)構(gòu)件上任意一點(diǎn)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)在X軸的絕對(duì)位置計(jì)算方法與旋轉(zhuǎn)中心在主探頭中心線上的計(jì)算方法相同。

主探頭和輔助探頭可采用光電傳感器、電容傳感器、電渦流傳感器等，可視運(yùn)動(dòng)行程而定；測(cè)量桿被測(cè)面角度精度和面型精度則可視測(cè)量所需精度而定。

圖8為龍門結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)臺(tái)上安裝此類測(cè)量裝置的應(yīng)用場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)X、Y和Rz三個(gè)自由度的測(cè)量。其中501為運(yùn)動(dòng)臺(tái)動(dòng)子，502為X向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，503為Y向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，504為X向測(cè)量裝置，此處視501運(yùn)動(dòng)臺(tái)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)自由度，可以是單個(gè)自由度測(cè)量也可以為三自由度測(cè)量，505為Y向測(cè)量裝置，506為運(yùn)動(dòng)臺(tái)基座。該GANTRY結(jié)構(gòu)可以為氣浮/直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，也可以是直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。504和505中的測(cè)量探頭的測(cè)量范圍可根據(jù)實(shí)際需要更換成不同測(cè)距，當(dāng)采用長(zhǎng)距離測(cè)量的探頭時(shí)，本測(cè)量方案可以擴(kuò)展到類似磁浮工件臺(tái)中使用，見圖9。其中，601為磁浮平臺(tái)動(dòng)子，602為磁浮平臺(tái)基座，603、604為X、Y向測(cè)量裝置，其中探頭部分可以為光學(xué)長(zhǎng)距離測(cè)量傳感器。

本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。