3自由度平面对准装置及其操作方法制造方法及图纸

提供了一种包括新型绝对X‑Y‑Θ位置传感器的3自由度平面对准装置以测量精密多轴工作台系统的平面运动。通过分析2D相位编码二进制标尺(2D PEBS)的旋转的感兴趣区域的图像，分别在两个单独点处获得绝对位置值。可以通过将所述值组合来计算绝对X‑Y‑Θ位置。

3-DOF plane alignment device and its operation method

【技术实现步骤摘要】
3自由度平面对准装置及其操作方法
本公开涉及一种3自由度平面对准装置，更具体地，涉及一种包括测量旋转角和绝对位置的X-Y-Θ传感器的3自由度平面对准装置。
技术介绍
在各种精密系统和科学仪器中，精确的位置测量是监测和控制致动系统的基本因素。激光干涉仪和光学编码器是典型的位置传感器。激光干涉仪对干涉条纹进行计数和细分并且以亚纳米分辨率测量其位置。干涉条纹的周期由激光光源的波长确定。光学编码器使用标尺。该标尺具有均匀且周期性的图案。该图案具有几微米到几十微米的间距。光学编码器处理干涉条纹或强度分布以获得位置读数。激光干涉仪可以实现高精度。然而，激光干涉仪需要控制良好的环境条件和精密对准。在增量位置测量中，通过累积从初始位置的相对位移来获得位置值。增量位置测量已经应用在如精密平台和位置监测等许多应用领域。然而，增量位置测量仅测量相对位移，并且需要使用附加传感器进行初始化以测量绝对位置。绝对位置测量提高了精密系统的效率和鲁棒性。这是因为绝对位置测量不需要初始化并且可以处理各种紧急事件。绝对位置测量在应当严格控制功耗的应用中也是有利的。由于光学编码器可以在不增加成本和复杂性的情况下实现，所以光学编码器广泛用于测量绝对位置。绝对编码器需要专门设计的标尺。将绝对位置二进制码(APBC)编码到标尺中。在初始阶段，使用多码道代码(multi-trackcode)对APBC进行编码并且添加增量码道以实现高分辨率。然而，不可避免地由标尺的多码道配置引起编码器头的复杂配置和对准问题。<br>编码器分为配置成测量线性运动的线性编码器和配置成测量旋转运动的旋转编码器。因此，需要一种具有新型结构的高精度编码器，用于根据线性运动同时测量由旋转运动引起的绝对位置和旋转角。
技术实现思路
本公开的一个方面在于提供一种具有高精度的同时提供线性运动和旋转运动的3自由度平面对准装置。该3自由度平面对准装置需要具有高精度和简单结构的绝对位置测量装置。绝对位置测量装置使用其中两个一维绝对位置二进制码正交并且以矩阵形式排列的二维绝对位置标尺。通过改变单个二进制状态表示的相位来对一维绝对位置二进制码进行编码。二维绝对位置标尺可以使用光学和结构特性被有效地解码。二维绝对位置标尺可以精确地对二维位置和旋转角进行解码。二维绝对位置二进制码的细分可以通过检测用来对绝对位置编码进行编码的二进制状态表示的相对位置来执行。因此，绝对位置编码不会干扰细分处理。因此，任何伪随机序列都可以用作绝对位置代码。本公开中提出的方法不需要用于细分的附加传感单元。所提出的方法可以使用简单的配置和有效数据处理来实现。根据本公开的一方面，一种3自由度平面对准装置包括：工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板中；信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；以及工作台驱动单元，其以所述活动板的位移驱动所述工作台。在示例实施方案中，所述工作台是XYΘ工作台或UVW工作台。在示例实施方案中，所述二维绝对位置标尺设置在所述活动板的底面上以暴露于空气中。在示例实施方案中，所述活动板的所述位移基于所述工作台的所述3自由度运动的位置，所述3自由度运动的位置包括两个线性运动和一个旋转运动。在示例实施方案中，所述二维绝对位置标尺包括二维数据单元，所述二维数据单元包括在参考坐标系的第一方向上排列的第一绝对位置二进制码和在所述参考坐标系的第二方向上排列的第二绝对位置二进制码的组合。所述第一绝对二进制码和所述第二绝对二进制码中的每一种都包括一维数据单元。每个一维数据单元包括数据部分、中性部分和时钟部分。表示(0，0)状态的二维数据单元标记在表示第二绝对位置二进制码的"0"的数据部分和表示第一绝对位置二进制码的"0"的数据部分的交叉点上。表示(0，1)状态的二维数据单元标记在表示第二方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分和表示第一方向的绝对位置二进制码的"0"的数据部分的交叉点上。表示(1，0)状态的二维数据单元标记在表示所述第二方向的绝对位置二进制码的"0"的数据部分和表示所述第一方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分的交叉点上。以及表示(1，1)状态的二维数据单元标记在表示所述第二方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分和表示所述第一方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分的交叉点上。在示例实施方案中，所述数据部分、所述中性部分和所述时钟部分中的每一个包括具有规则间隔的一个或多个分段。表示第一状态("0")的所述一维数据单元包括连续排列的数据部分、中性部分和时钟部分。表示第二状态("1")的所述一维数据单元包括连续排列的中性部分、数据部分和时钟部分。在示例实施方案中，所述中性部分分为两个分段，所述数据部分分为三个分段，以及所述时钟部分分为三个分段。根据本公开的一方面，一种3自由度平面对准装置包括：工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板上；信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；以及工作台驱动单元，其以所述活动板的位移驱动所述工作台。所述3自由度平面对准装置的操作方法包括：测量所述工作台的所述活动板的初始位置；将所述位移设定为所述工作台的所述活动板的目标位置和所述初始位置之间的差值；基于所述位移计算所述工作台的驱动值；以及通过所述驱动值驱动所述工作台的每个电机。在示例实施方案中，所述操作方法进一步地包括：在移动所述工作台之后通过测量所述工作台的当前位置来确认所述目标位置的到达。根据本公开的一方面，一种3自由度平面对准装置包括：工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板上；信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；至少一个视觉相机，其检查安装在所述工作台的所述活动板上的基板的对准标记；以及工作台驱动单元，其以基于所述对准标记的当前位置和所述对准标记的目标对准位置之间的差值的所述工作台的驱动值驱动所述工作台。在示例实施方案中，所述工作台是XYΘ工作台或UVW工作台。在示例实施方案中，所述二维绝对位置标尺设置在所述活动板的底面上以暴露于空气中。在示例实施方案中，所述3自由度运动的位置包括两个线性运动和一个旋转运动。在示例实施方案中，所述二维绝对位置标尺包括二维数据单元，所述二维数据单元包括在参考坐标系的第一方向上排列的第一绝对二进制码和在参考坐标系的第二方向上排列的第二绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3自由度平面对准装置，包括：/n工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；/nX-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；/n二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板中；/n信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；以及/n工作台驱动单元，其以所述活动板的位移驱动所述工作台。/n

【技术特征摘要】
20181017 KR 10-2018-01240411.一种3自由度平面对准装置，包括：
工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；
X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；
二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板中；
信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；以及
工作台驱动单元，其以所述活动板的位移驱动所述工作台。


2.根据权利要求1所述的3自由度平面对准装置，其中所述工作台是XYΘ工作台或UVW工作台。


3.根据权利要求1所述的3自由度平面对准装置，其中所述二维绝对位置标尺设置在所述活动板的底面上以暴露于空气中。


4.根据权利要求1所述的3自由度平面对准装置，其中所述活动板的所述位移基于所述工作台的所述3自由度运动的位置，
所述3自由度运动的位置包括两个线性运动和一个旋转运动。


5.根据权利要求1所述的3自由度平面对准装置，其中所述二维绝对位置标尺包括二维数据单元，所述二维数据单元包括在参考坐标系的第一方向上排列的第一绝对位置二进制码和在所述参考坐标系的第二方向上排列的第二绝对位置二进制码的组合，
所述第一绝对二进制码和所述第二绝对二进制码中的每一种都包括一维数据单元，
每个一维数据单元包括数据部分、中性部分和时钟部分，
表示(0，0)状态的二维数据单元标记在表示第二绝对位置二进制码的"0"的数据部分和表示第一绝对位置二进制码的"0"的数据部分的交叉点上，
表示(0，1)状态的二维数据单元标记在表示第二方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分和表示第一方向的绝对位置二进制码的"0"的数据部分的交叉点上，
表示(1，0)状态的二维数据单元标记在表示所述第二方向的绝对位置二进制码的"0"的数据部分和表示所述第一方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分的交叉点上，以及
表示(1，1)状态的二维数据单元标记在表示所述第二方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分和表示所述第一方向的绝对位置二进制码的"1"的数据部分的交叉点上。


6.根据权利要求5所述的3自由度平面对准装置，其中所述数据部分、所述中性部分和所述时钟部分中的每一个包括具有规则间隔的一个或多个分段，
表示第一状态("0")的所述一维数据单元包括连续排列的数据部分、中性部分和时钟部分，
表示第二状态("1")的所述一维数据单元包括连续排列的中性部分、数据部分和时钟部分。


7.根据权利要求6所述的3自由度平面对准装置，
其中所述中性部分分为两个分段，
所述数据部分分为三个分段，以及
所述时钟部分分为三个分段。


8.一种3自由度平面对准装置的操作方法，所述3自由度平面对准装置包括：工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板上；信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标尺的标尺图像来计算所述工作台的所述活动板的3自由度运动的位置；以及工作台驱动单元，其以所述活动板的位移驱动所述工作台，其中所述操作方法包括：
测量所述工作台的所述活动板的初始位置；
将所述位移设定为所述工作台的所述活动板的目标位置和所述初始位置之间的差值；
基于所述位移计算所述工作台的驱动值；以及
通过所述驱动值驱动所述工作台的每个电机。


9.根据权利要求8所述的3自由度平面对准装置的操作方法，进一步地包括：
在移动所述工作台之后通过测量所述工作台的当前位置来确认所述目标位置的到达。


10.一种3自由度平面对准装置，包括：
工作台，其包括基准板和活动板并且提供3自由度位置对准；
X-Y-Θ传感器头，其安装在所述工作台的所述基准板上；
二维绝对位置标尺，其安装在所述活动板上；
信号处理单元，其通过分析由所述X-Y-Θ传感器拍摄的所述二维绝对位置标...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟安，金在完，李在镕，禹济忻，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR