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

背景技術(shù)：

編碼器在運(yùn)動臺中作為主要的測量工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是編碼器多數(shù)是增量式，所以在測量時需要找尋零位位置，給測量及結(jié)構(gòu)帶來一定的復(fù)雜度。而且光柵式或者電容式的編碼器對于測量間隙及安裝精度的要求都非常高，所以，給使用帶來了一定的難度。

目前絕對式編碼器也在逐漸被應(yīng)用到運(yùn)動臺中，絕對式編碼器可以為運(yùn)動臺提供單軸上絕對位置的數(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)也相對簡單。但是，絕對式編碼器也同樣存在對于測量間隙、安裝精度及旋轉(zhuǎn)角度的高要求，所以對于機(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)簡潔測量精度高的絕對式測量裝置。

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，該第一探頭沿水平面直線運(yùn)動，該第一探頭用于探測該測量面與該第一探頭之間的距離d；并根據(jù)d計算該第一探頭的絕對位置，以所述水平面與測量面相交處為零位，計算公式為：L=(D-d) / tanθ，其中，L為所述第一探頭在X軸的絕對位置，D為所述第一探頭測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)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，該X軸直線運(yùn)動機(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量面等高，用于測量所述第一探頭的X、Y向位移以及Rz向旋轉(zhuǎn)角度Δθ；該測量裝置還包括一第二測量桿，該第二測量桿位于該第一測量桿的下方，該第二測量桿包括一水平面和一第二測量面，該第二測量面與該第一測量面重合；該第二探頭用于探測與該第二測量桿的水平面的距離d1；該第三探頭用于探測與該第二測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)動以及沿Rz方向三個自由度運(yùn)動。

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

測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對于測量系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)中心位置無硬性約束，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)動條件下在X軸的絕對位置測量示意圖；

圖2是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之一；

圖3是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之二；

圖4是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之三；

圖5是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之四；

圖6是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之五；

圖7是本發(fā)明在二維運(yùn)動三自由度條件下的測量示意圖之六；

圖8是本發(fā)明應(yīng)用在GANTRY結(jié)構(gòu)的運(yùn)動臺的示意圖；

圖9是本發(fā)明應(yīng)用在磁浮結(jié)構(gòu)的運(yùn)動臺的示意圖。

主要圖示說明。

101、201、301、401-主測量桿 102、202、302、402-主探頭

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

105、205、305、405-輔助測量桿 106、206、306、406-輔助探頭

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

Δθ-旋轉(zhuǎn)角度 501-運(yùn)動臺

502-X向運(yùn)動導(dǎo)軌 503-Y向運(yùn)動導(dǎo)軌

504-X向測量裝置 505-Y向測量裝置

506-運(yùn)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(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。

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

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為探頭，任意時刻，探頭測量面到測量桿被測面間的測量距離，即探頭的測量距離為d，探頭測量面到測量桿背面的距離為D；在單自由度直線運(yùn)動的情況下，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。此時，可通過探頭的測量值d推算出探頭在X軸的絕對位置。假設(shè)，視圖左側(cè)端面為零位，則任意時刻，探頭在X軸的絕對位置L=(D-d) / tanθ。

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

如圖2所示，在主測量桿201下側(cè)（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(cè)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(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況下，d₁=d₂；主探頭在X軸的絕對位置L=(D-d) / tanθ。

主探頭和輔助探頭均安裝在測量支架203上，測量支架安裝在結(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三個自由度的運(yùn)動。

如圖3所示，假設(shè)探頭部分（包括結(jié)構(gòu)件和測量支架）的旋轉(zhuǎn)中心207在主探頭中心線且靠近探測面。則任意時刻系統(tǒng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)且在Y向有運(yùn)動的情況下，兩輔助探頭206的實(shí)測距離為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測量面，可假設(shè)旋轉(zhuǎn)中心就在主探頭測量面中心點(diǎn)，所以，當(dāng)探頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，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，所以不考慮探頭在Y向產(chǎn)生位移的情況，此時主探頭的實(shí)測距離為d’，則主探頭到主測量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ。假設(shè)視圖左端面為零位，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=(D-d) / tanθ。

由于探頭在結(jié)構(gòu)件的帶動下可沿Y軸進(jìn)行運(yùn)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，而此時主探頭到主測量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心仍在主探頭中心線上但遠(yuǎn)離探測面時，測量系統(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(cè)，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(jié)構(gòu)件用以支撐測量支架；此時的旋轉(zhuǎn)中心307距離主探頭測量面中心的距離為r。當(dāng)測量系統(tǒng)只在X軸運(yùn)動，不帶有旋轉(zhuǎn)和Y向運(yùn)動的情況，主探頭在X軸的絕對位置和前兩例相同；假設(shè)，如圖5所示，測量系統(tǒng)在Y軸不運(yùn)動，只發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則旋轉(zhuǎn)角度可通過兩輔助探頭的實(shí)測距離進(jìn)行計算，Δθ=arctan (d₂’- d₁’) / l；由于，旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)離主探頭探測面中心，所以當(dāng)測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)探頭在X方向和Y方向均會產(chǎn)生位移，此時，計算測量系統(tǒng)在X軸的絕對位置時必須修正主探頭的測量值，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)測距離為d’，旋轉(zhuǎn)中心到主探頭測量面中心的距離為r，旋轉(zhuǎn)角度為Δθ，則a=(d’+r)·cosΔθ-r, d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時測量系統(tǒng)在X軸的絕對位置（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，而此時主探頭到主測量桿的豎直距離為d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。

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

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)動行程而定；測量桿被測面角度精度和面型精度則可視測量所需精度而定。

圖8為龍門結(jié)構(gòu)的運(yùn)動臺上安裝此類測量裝置的應(yīng)用場景，可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)X、Y和Rz三個自由度的測量。其中501為運(yùn)動臺動子，502為X向運(yùn)動導(dǎo)軌，503為Y向運(yùn)動導(dǎo)軌，504為X向測量裝置，此處視501運(yùn)動臺動子的運(yùn)動自由度，可以是單個自由度測量也可以為三自由度測量，505為Y向測量裝置，506為運(yùn)動臺基座。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)動結(jié)構(gòu)。504和505中的測量探頭的測量范圍可根據(jù)實(shí)際需要更換成不同測距，當(dāng)采用長距離測量的探頭時，本測量方案可以擴(kuò)展到類似磁浮工件臺中使用，見圖9。其中，601為磁浮平臺動子，602為磁浮平臺基座，603、604為X、Y向測量裝置，其中探頭部分可以為光學(xué)長距離測量傳感器。

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)。