[发明专利]确定可移动物体在空间中的位置的系统、方法和标记物

说明书

本发明涉及一种确定可移动物体(12)在空间中的位置的系统，该系统包括要附接到物体(12)上的标记物(16)，所述标记物具有被细分成多个单独场(32)的表面(30)，其中场(32)各自包括统计噪声图案(34)。该系统还包括：图像捕获单元(18)，该图像捕获单元远离物体(12)并被设置为捕获标记物(16)的图像(28)；以及图像评估单元(26)，该图像评估单元中存储噪声图案(34)的参考图像。图像评估单元设计为通过与参考图像进行比较在当前检测的标记物(16)的图像(28)中定位该场(32)中的至少一个，以便确定标记物(16)在空间中的当前位置。本发明还涉及用于确定位置的对应方法以及标记物(16)。

本申请要求于2017年6月20日提交的德国专利申请No.10 2017 113 615.0的优先权，通过引用将其全部内容并入本申请的公开中。

本发明涉及确定可移动物体在空间中的位置的系统。

本发明还涉及确定可移动物体在空间中的位置的方法。

本发明还涉及确定可移动物体在空间中的位置的标记物。

存在各种各样的工业应用，其中需要准确的位置确定来控制物体的移动。这样的物体例如可以是例如在反射镜制造中的机器人臂，必须准确地掌握和控制该机器人臂的六维(6D)位置。其他应用示例涉及例如在投射曝光设备中的可移动反射镜的6D位置控制，以便在要曝光的半导体基板上生成掩模母版结构的精确图像。这样的位置控制系统通常基于常规传感器，诸如光学编码器、电容传感器，涡流传感器。

在本发明的范围内，物体在空间中的位置应理解为意味着根据N个移动自由度的位置，其中N可以是2、3、4、5或6。作为示例，6D位置是根据3个平移自由度和3个旋转自由度物体在空间中的位置。因此，术语位置还包括物体在空间中的取向。

由于近年来图像传感器的性能改进，还可以通过使用一个或多个相机捕获物体的图像来确定位置。DE 10 2009 009 372 A1提出了监控至少一个反射镜的取向的设备和方法(例如在微光刻投射曝光设备中)，其中具有相机的捕获装置捕获以下图案：使用空间和/或时间上可变的光源(由反射镜将该光源反射到捕获装置上)由图案源提供的图案。可以根据由捕获装置捕获的反射镜图像来确定反射镜的取向。根据所述文献，由图案源提供的图案可以是噪声图案，即由随机过程生成的图案，例如要监控的反射镜附近的部件的表面区域，例如投射曝光设备的壳体的涂覆的表面或结构化表面等。不同的图像或图案识别方法或可比较的方法(特别是相关方法)可以用于图案的比较，也就是说，将在捕获装置中成像的图案与原始图案进行比较。

尽管本发明还可以用于需要将位置非常准确地确定在亚微米范围或甚至在亚纳米范围内的应用中，但是本发明特别适合于在例如尺寸为1m³的大工作体积中且在测量系统与物体之间的工作距离大的情况下，确定可移动物体的位置。

本发明的目的是提供确定可移动物体在空间中的位置的系统和方法，其使得特别是在测量系统和物体之间的距离大的情况下在大工作体积中，可以尽可能准确且可靠地确定位置。

本发明提供了确定可移动物体在空间中的位置的系统，该系统具有要施加到该物体并且具有被细分成多个单独场的表面的标记物，其中场各自具有统计噪声图案，该系统还具有图像捕获单元和图像评估单元，该图像捕获单元远离物体且布置为捕获标记物的图像；并且该图像评估单元存储噪声图案的参考图像，并设计为通过与参考图像比较在标记物的当前所捕获的图像中定位该场中的至少一个，以便确定标记物在空间中的当前位置。

本发明还提供确定可移动物体在空间中的位置的方法，该方法具有以下步骤：提供标记物，该标记物的表面被细分成多个单独场，其中，场各自具有统计噪声图案；存储噪声图案的参考图像；将标记物施加到物体；捕获物体上的标记物的当前图像；以及评估标记物的当前捕获的图像，其中通过与参考图像进行比较，将标记物的场中的至少一个定位在当前所捕获的图像中，以便确定标记物在空间中的当前位置。