高精度平面度在线测量装置及测量方法，属于高精度在线测量技术领域。解决了现有技术中平面度测量方法检测精度低、效率低、操作繁琐等问题。该装置包括数控立式车床、刀杆接柄、适配器、长度计、数显装置和PC机；其中，刀杆接柄夹持固定在数控立式车床的刀具夹持系统上；适配器固定在刀杆接柄上，长度计固定在适配器上且沿Z向设置，适配器能够相对于刀杆接柄运动，调节长度计的位置，使长度计的探针在工件的被测面上的Z向投影恰好落在数控立式车床的X轴上；数显装置显示长度计的测量值；PC机与数显装置、控制系统分别连接。该装置能够达到亚微米级检测精度，提高了检测效率。尤其适用于光刻投影物镜镜框平面度的在线测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高精度在线测量
，具体涉及一种，尤其适用于光刻投影物镜镜框平面度的在线测量。
技术介绍
光刻投影物镜是制造大规模集成电路中的关键设备，近些年来，随着科学技术的不断进步，集成电路的规模不断提高，对光刻投影物镜分辨率的要求也不断提高。在光刻投影物镜的设计与系统集成过程中，对物镜镜框的机械精度有着极高的要求，尤其是镜框的基准面平面度，它可以直接影响所支撑镜片的倾斜程度，从而影响物镜最终成像质量。现有技术中，镜框平面度的测量方法主要有三种:一种是将镜框加工完成之后，从机床上取下来，放在诸如三坐标测量机(CMM)、圆度仪等设备上进行检测，如果没有达到工件精度要求，再重新装夹找正进行重新加工，但是这种方法要耗费许多时间装调夹具及工件，甚至比工件真正切削的时间都长，而且多次装夹也将产生装夹误差，影响工件的最终精度。一种是通过一些常规手段进行在线测量，例如千分表等，这种测量方法简单易行，但是这些测量设备精度都是微米级别的，很难满足物镜镜框亚微米的精度要求，通过读数只能大概反映出平面度的数值。还有一种是利用机床自身所带探针进行打点，然后判断工件的平面度，但是机床自身携带的探针精度也是在几微米甚至更大，也很难满足亚微米的测量需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中平面度测量方法检测精度低、效率低、操作繁琐等技术问题，提供一种。本专利技术解决上述技术问题采取的技术方案如下。高精度平面度在线测量装置，包括主要由导磁块、C向旋转工作台、Z向运动轴、X向运动轴、床身、床座、刀具夹持系统和控制系统组成的数控立式车床；还包括，刀杆接柄、适配器、长度计、数显装置和PC机；所述刀杆接柄夹持固定在刀具夹持系统上；所述适配器固定在刀杆接柄上，长度计固定在适配器上且沿Z向设置，适配器能够相对于刀杆接柄运动，调节长度计的位置，使长度计的探针在工件的被测面上的Z向投影恰好落在数控立式车床的X轴上；所述数显装置与长度计连接，显示长度计的测量值；所述PC机与数显装置、控制系统分别连接，PC机采集并存储数显装置的数据，且通过控制系统实时控制数控立式车床。进一步的，所述刀杆接柄刀杆接柄的顶端设有凸台，凸台夹持固定在刀具夹持系统上，刀杆接柄的侧面设有凹槽，凹槽一端开口。进一步的，所述适配器由底座和固定在底座上的凸台组成，凸台置于刀杆接柄的凹槽内，能够相对凹槽移动，并通过紧固螺钉夹持固定。进一步的，长度计通过自带螺钉固定在适配器的底座上。采用上述高精度平面度在线测量装置测量平面度的方法，包括以下步骤:步骤一、将数控立式车床的C轴定位到0度，移动X向运动轴和Z向运动轴，使长度计的探针头到工件的被测面的Z向位移在长度计的量程内；步骤二、通过长度计的控制开关使长度计的探针头与工件的被测面接触，获得一个采集点，将PC机上的数据采集软件归零，以该采集点作为工件的被测面的第一个直径上的第一个数据点xn = (1，0)，通过长度计的控制开关抬起探针头，转动C向旋转工作台，采集该第一个直径上的其它数据点幻工二丨丨^丨“表示工件的被测面的同一直径上的第丨个采集点，i为整数且lSiSn，n为工件的被测面的同一直径上所需采集的数据点的个数，z为长度计的测量值；步骤三、采集完第一个直径上的所有数据点后，通过移动X向运动轴，采集工件的被测面上其它直径上的数据点处1=仏，2)，1^表示工件的被测面上的第1^个直径沽为正整数5.k>2；步骤四、读取PC机上采集的所有数据点，采用最小二乘法求取平面度。进一步的，所述步骤一中，长度计的探针头到工件的被测面的Z向位移在2-5mm的范围内。进一步的，所述步骤二中，C向旋转工作台转动的角度为360°/η。进一步的，所述步骤二中，ng 12。进一步的，所述步骤四中，读取软件为matlab软件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为:1、本专利技术的高精度平面度在线测量装置能够实现工件平面度的在线测量，满足工件所需的亚微米级检测精度，在工件车削之后不需要拆卸工件就可以进行测量，只需要将车削刀具换成长度计即可，这样大大降低了由于工件重复装夹对加工精度的影响和工件搬运所需的时间，提高了平面度检测的效率，降低由于工件重复装夹对加工精度的影响；2、本专利技术的高精度平面度在线测量装置处于精密立式车床的密闭加工空间中，检测结果基本不受外界环境影响，具备良好的检测稳定性；3、本专利技术的高精度平面度在线测量装置测量方法，测量前，可以通过Z向运动轴任意调节长度计的位置，使长度计保持在一个离工件被测面适当的高度上，在检测过程中始终让Z轴保持在同一高度，这样就可以避免机床自身的Z向定位误差对长度计测量精度的影响，保证了高精度长度计的亚微米测量精度；4、本专利技术的高精度平面度在线测量装置测量方法，利用高精密立式车床的C轴及其数控系统对工件进行角度分度，保持长度计不动，转动C轴以实现采集工件被测面上的不同数据点，另外通过移动机床X向运动轴实现工件不同直径上数据点的采集，使得测量过程简便，充分利用了精密车床的自有条件，便于工件平面度的多点测量；5、本专利技术的高精度平面度在线测量装置测量方法，能够精确快速计算平面度，在PC机上生成平面度的直观图和工件不同半径上的平面高低差，真实详细的反映工件平面度情况，可以用来指导工件的进一步切削。【附图说明】图1为本专利技术的高精度平面度在线测量装置的结构示意图(图中省略数显装置和PC机)；图2为本专利技术的适配器与刀杆接柄的装配图；图3为本专利技术的适配器的结构示意图；图中，1、工件，2、导磁块，3、C向旋转工作台，4、长度计，5、适配器，5-1、底座，5-2、凸台，6、刀杆接柄，6-1、凸台，7、Z向运动轴，8、X向运动轴，9、床身，10、床座。【具体实施方式】下面结合图1-3对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1所示，本专利技术的高精度平面度在线测量装置，主要包括数控立式车床、刀杆接柄、适配器、长度计、数显装置和PC机。其中，数控立式车床为现有结构，一般为精密数控立式车床，没有特殊限制，主要包括导磁块2、C向旋转工作台3、Z向运动轴7、X向运动轴8、床身9、床座10、刀具夹持系统和控制系统(图中未示出)，2向运动轴7能够沿Z向运动，X向运动轴8能够沿X向运动。如图2所示，刀杆接柄6为柱状结构，顶端设有凸台6-1，凸台6-1夹持固定在刀具夹持系统上，刀杆接柄6的侧面设有凹槽，凹槽底端开口，凹槽壁上设有螺纹孔，用于安装紧固螺钉。如图2-3所示，适配器5由底座5-1和凸台5-2组成，凸台5-2置于刀杆接柄6的刀杆接柄6的凹槽内，凸台5-2能够相对于凹槽移动，并通过紧固螺钉夹持固定。底座5-1上设有螺纹孔，用于固定长度计4，螺纹孔的具体位置按照长度计4上自身所带螺钉位置设计。适配器5可以采用对温度不敏感的材料加工，可以最大限度当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
高精度平面度在线测量装置，包括主要由导磁块(2)、C向旋转工作台(3)、Z向运动轴(7)、X向运动轴(8)、床身(9)、床座(10)、刀具夹持系统和控制系统组成的数控立式车床；其特征在于，还包括，刀杆接柄(6)、适配器(5)、长度计(4)、数显装置和PC机；所述刀杆接柄(6)夹持固定在刀具夹持系统上；所述适配器(5)固定在刀杆接柄(6)上，长度计(4)固定在适配器(5)上且沿Z向设置，适配器(5)能够相对于刀杆接柄(6)运动，调节长度计(4)的位置，使长度计(4)的探针在工件(1)的被测面上的Z向投影恰好落在数控立式车床的X轴上；所述数显装置与长度计(4)连接，显示长度计(4)的测量值；所述PC机与数显装置、控制系统分别连接，PC机采集并存储数显装置的数据，且通过控制系统实时控制数控立式车床。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，王东方，李全松，崔庆龙，杨怀江，隋永新，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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