【技术实现步骤摘要】
一种六自由度误差修正的三维运动测量系统及测量方法
[0001]本专利技术涉及光学测量领域，具体为一种六自由度误差修正的三维运动测量系统及测量方法。
技术介绍
[0002]随着现代科技的迅猛发展，工业化产品的精密度逐步提高，精密以及超精密加工技术成为了重要的工业发展方向和科学研究领域。伴随着超精密的加工与制造，针对工业产品的三维形貌检测是超精密加工品质控制与评价的关键技术。例如在半导体加工领域，蓝宝石衬底片由于化学性质稳定成为十分重要的衬底材料，而蓝宝石衬底片的面型质量对GaN等外延薄膜的生长产生一定的影响，如蓝宝石衬底片的加工曲率对外延薄膜的总翘曲有恒定的影响。因此在晶圆的加工工艺过程中如线切、研磨等需要对晶圆片进行全面形的检测与追踪。精密以及超精密加工对面型测量的需求极高，测量系统需要满足三维零阿贝误差，同时满足三维零耦合误差。常见三维形貌测量系统，由于其测量线上往往是刚性传感器，传感器作为仪器的从动器件，随着仪器的运动而运动，仪器的阿贝臂随着系统的角度误差始终在变换，难以实现XYZ三轴测量线都通过测量点，故并不满足三维零...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种六自由度误差修正的三维运动测量系统，其特征在于，包括光学气浮平台、六自由度误差修正的三维运动测量系统、二维运动机台、基准光学平晶、彩色共聚焦测量桥组件、相机测量桥组件以及薄膜干涉组件；所述光学气浮平台作为底座，所述二维运动机台设置于该底座上且包括配置在所述底座的导轨驱动机构、基准光学平晶以及中心平台，所述中心平台配置在所述导轨驱动机构上，所述基准光学平晶配置在中心平台上用以承载待测工件，所述彩色共聚焦测量桥组件设置于底座上并横跨所述二维运动机台的两侧来采集待测工件的表面信息，所述六自由度误差修正的三维运动测量系统固定于所述二维运动机台上并能随所述二维运动机台进行移动，所述相机测量桥组件设置于六自由度误差修正的三维运动测量系统上方并采集所述六自由度误差修正的三维运动测量系统的图像，所述相机测量桥组件获取的二维运动机台处于不同位置的同心圆图像，通过亚像素图像处理实现XY方向耦合误差以及导轨定位误差的消除，通过六自由度误差修正的三维运动测量系统测量位置来消除二维运动机台的横向阿贝误差，所述薄膜干涉组件位于所述二维运动机台的一侧并能够通过与所述基准光学平晶下表面产生的薄膜干涉时条纹的位移进行来消除系统纵向的阿贝误差以及Z轴耦合误差。2.根据权利要求1所述的六自由度误差修正的三维运动测量系统，其特征在于，所述六自由度误差修正的三维运动测量系统包括白光光源以及标定板，所述标定板由多组同心圆组成，每个同心圆之间具有相同间隔，通过所述相机测量桥组件采集所述标定板中的同心圆图案，并进行亚像素图像处理的方式计算圆心中心点的像素偏移量，基于像素与真实距离比，转换成真实位移，并通过相似三角形的线性插值方式来计算虚拟测量线，使系统补偿阿贝误差。3.根据权利要求2所述的六自由度误差修正的三维运动测量系统，其特征在于，所述相似三角形的线性插值方式为：两组像栅位移传感器获取的位移量从左至右分别为(X1,Y1)与(X2,Y2)，基于相似三角形的线性插值能够获取测量点处的位移值(X
t
,Y
t
)；当运动机台沿X方向运动时，测量点处X轴方向的真实位移X
t
＝X1+(X2‑
X1)K
x
，其中K
x
为X方向相似比，满足其中D
x1
与D
x2
分别为两相机的测量光轴在Y方向与测量点的距离，则Y
t
＝Y1+(Y2‑
Y1)K
y
，其中K
y
为Y方向相似比，满足其中D
y1
与D
y2
分别为两相机的测量光轴在X方向与测量点的距离。4.根据权利要求2所述的六自由度误差修正的三维运动测量系统，其特征在于，所述亚像素图像处理为：采集的第一个同心圆为二维运动机台运行前静止状态采集的图像其圆心点为(X0,Y0)，假设所采集的第二个同心圆为二维运动机台移动之后所采集的图像,其圆心点为(X1,Y1)，第二个同心圆与第一个同心圆之间像素偏移(X1‑
X0,Y1‑
Y0)，其中Y1≈Y0,像素偏移简化为Δε＝X1‑
X0,所述像栅偏移和实际位移之间存在线性关系，即通过像素和实际位移的关系可获取线性比κ，则实际位移为κΔε。5.根据权利要求4所述的六自由度误差修正的三维运动测量系统，其特征在于，所述同心圆的圆心位置确定的方式为：使用高斯模糊算法对图像进行降噪，在某像素点处使用Sobel卷积核，获取二维梯度值，当该点梯度值大于所设阈值时，即认为该点为边缘点，接着
基于边缘点与梯度值提取图像的亚像素边缘点，所述亚像素边缘点提取方式为首先根据边缘点P0，在相邻像素点处绘制四条水平线，水平线与边缘点的梯度方向分别交于P1、P2、P3、P4，其中上述四点并未落于整像素点上...
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