[实用新型]一种二维自标定标记点检测对准系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测对准系统，特别涉及一种二维自标定标记点检测对准系统。

背景技术

超精密工作台在精密工程领域的应用越来越广泛，对多维工作台的测量精度要求也越来越高，在超精密加工领域(如高端光刻机)，其多维测量精度往往需要达到纳米级甚至亚纳米级。针对超精密工作台测量系统的标定问题，自标定技术的发展带来了新的解决办法。其中，自标定方法基于采用标记点精度低于被标定对象的辅助测量装置作为媒介，通过该辅助测量装置，获取并对不同位姿的测量数据进行比较，来消除该辅助测量装置标记点位置精度的影响，进而得到精密工作台的标定函数，实现超精密工作台系统误差的标定。

同时，光栅测量系统作为一种典型的位移传感器广泛应用于众多机电设备。光栅测量系统的测量原理主要基于莫尔条纹原理和衍射干涉原理。基于莫尔条纹原理的光栅测量系统作为一种发展成熟的位移传感器以其测距长、成本低、易于装调等众多优点成为众多机电设备位移测量的首选。随着光栅尺在工业应用中的发展，其精度目前可以达到纳米量级，最小分辨率可达到1.25nm，是比较理想的测量元件。

对于传统的自标定方案中使用的辅助测量装置，是一块具有栅格刻线的光学玻璃板，在自标定过程中，需要利用光学显微镜测量系统对该光学玻璃板进行标记点的检测和对准。该方案在诸多专利论文中均有揭露，例如美国学者Ye在研究论文“An exact algorithm forself-calibration of precision metrology stages”中所使用的大小为100×100mm的光学玻璃板作为辅助测量装置；清华大学专利文献200510011385.2(公开日为2005年9月4日)，利用一种栅格玻璃板做辅助测量装置，并完成XY二维工作台的自标定；清华大学学者Hu，在文章“A holistic self-calibration algorithm for X–Y precision metrology systems”中提到，在二维工作台自标定过程中，使用了由镀铬石英玻璃板或镀铬K9玻璃板制成的辅助测量装置，并结合光学显微镜对光学玻璃板进行标记点对准检测。以上文献中所使用的方案，都涉及到光学显微镜和图像传感器的使用，该方案特点是技术比较成熟，且模块化程度较高，对准效果直观。但该方案存在着明显的弊端和不足，由于所用光学器件受光学衍射极限的限制，最高对准精度仅为100nm左右，这在很大程度上影响了最终自标定的效果；其次，由于采用光学显微镜配合图像传感器做检测系统，涉及到大量的图像数据处理问题，导致信号采集频率较低，在这种情况下仅能进行静态对准，很难在工作台运动过程中进行对准和标定，这在很大程度上导致自标定过程时间长、效率低下；再者，由于采用光学显微镜和图像传感器等设备，势必带来成本高的问题和系统复杂度高的问题；并且该方案会受到一定的环境影响，所以对工作环境的要求比较高。

考虑到上述技术方案的弊端和局限，寻求一种利用光栅尺作为测量检测工具的标记点检测对准系统，该对准系统能够实现二维自标定的标记点检测对准；该对准系统检测技术成熟、环境敏感性低，分辨率与精度可达纳米级甚至更高；检测信号易于处理，信号读出延时小，能应用于工作台动态、高速标定；同时该检测系统还具有结构简洁、体积小、质量轻、易于安装、方便应用以及性价比高等优点。采用该检测对准系统作为二维自标定的标记点检测对准装置，能够有效的降低传统的光学检测对准系统在自标定应用中的不足，使自标定效果提升。该标记点检测对准系统还可应用于其他需要进行对准检测的设备，如三坐标测量机、半导体检测设备等。

实用新型内容

考虑到上述技术方案的弊端和局限性，本实用新型的目的是寻求一种利用光栅尺作为测量检测工具的标记点检测对准系统，以实现二维自标定的标记点检测对准；使得检测信号易于处理，信号读出延时小，能应用于工作台动态、高速标定；同时使该检测系统具有结构简洁、体积小、质量轻、易于安装、方便应用以及性价比高等优点。

本实用新型的技术方案如下：