一种激光两坐标装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了满足高精度、大行程和微步距、可对二维光学线纹标准器（或掩膜板、网格板）进行高精度测量和溯源的激光两坐标标准装置。包括基座，关键是基座平面上设有具Ｘ、Ｙ方向的共面气浮位移平台，气浮位移平台上设有零膨胀玻璃平台，被测件放置在零膨胀玻璃平台上，基座置于４个气浮脚支承上，气浮位移平台设有可Ｘ、Ｙ方向位移的驱动装置，气浮位移平台上还有满足阿贝原则的激光测量装置和光学成像装置。本发明专利技术所使用的激光位置反馈分辨率为１０ｎｍ，测长分辨率为０．３ｎｍ，保证整个系统实现大行程、微步距及纳米级的定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密仪器制造及测量
，具体是涉及一种可直接溯源的用于二 维线纹标准器及超精密掩膜板测量的测量及溯源装置。
技术介绍
掩膜制造技术是亚微米和纳米加工技术的体现，而掩膜测量技术则是监测和保证 制造水平的重要手段。由于非接触的光学影像测量模式及高精度和数字功能强大的特点， 影像测量仪、带视觉测头的坐标测量机及测量显微镜取代常规的仪器，被广泛应用于FPD 业、IC业、PCB业、航天航空业、通讯业、仪器仪表业等诸多领域。掩膜测量和光学影像测 量虽然测量等级不同，测量对象和应用范围不同，但它们都是使用数字影像测量原理，必须 使用不同精度等级的二维光学线纹标准器(或称作掩膜板、标准网格板等)来校准测试其 单项及综合精度，并溯源统一到米定义。二维光学线纹标准器是一种带有纵横坐标值的标 准器，其线间距或圆心点(X、Y)坐标的测量准确性将直接影响到影像测量仪、带视觉测头 的坐标测量机或测量显微镜的量值的准确性。随着影像测量仪、带视觉测头的坐标测量机 或测量显微镜的大量使用，对其验收、校准、溯源传递和保持量值准确性的要求就日益强烈 了，因此需要建立测量不确定度满足高精度二维光学线纹标准器的量值校准要求的并可直 接溯源到波长米定义的测量或溯源装置。目前二维光学线纹标准器的刻线宽在0. 1 6 μ m 之间，为此需要激光两坐标标准装置的X-Y工作台具有非常精细的运动和十分精确的定 位，同时为配合二维光学线纹标准器的规格和尺度，要求其测量行程应大于300mm，但大行 程与高精度是一对十分敏感的矛盾，大行程的要求必然对标准装置的稳定性、部件自重的 变形、行程带来的误差叠加等均被放大，是一个系统性的矛盾，故常规的坐标测量装置能够 做到高精度而达不到大行程或反之。因此如何解决大行程、高精度的二坐标标准装置对现 代亚微米、纳米级测量具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是公开一种满足高精度、大行程和微步距、可对二维光学线纹 标准器(或掩膜板、网格板)进行高精度测量和溯源的激光两坐标标准装置。实现本专利技术的技术解决方案如下包括基座，关键是基座平面上设有具X、Y方向 的共面气浮位移平台，气浮位移平台上设有零膨胀玻璃平台，被测件放置在零膨胀玻璃平 台上，基座置于4个气浮脚支承上，气浮位移平台设有可X、Y方向位移的驱动装置，气浮位 移平台上还有满足阿贝原则的激光测量装置和光学成像装置。所述的共面气浮位移平台由X位移平台和Y位移平台交叉嵌合并共同以基座表面 为支撑面。所述的基座、X位移平台和Y位移平台均有相对应的可透光的镂空孔或条状孔，且 基座下方设有透射光装置。所述的驱动装置分别设于基座的侧壁，该驱动装置由电机的电机轴与至少一个摩擦轮夹持一光杆，光杆一端的气浮轴承与X位移平台或Y位移平台连接。所述的摩擦轮另一侧设有一对摩擦轮施加平行压力的水平柔性铰链，水平柔性铰 链另一侧与一压紧螺母接触，在电机轴的另一侧设有对称设置的二个平衡轮。所述的激光测量装置包括激光头、分光镜、转向镜、干涉镜、反射镜和参考镜构成， 光学成像装置设在玻璃平台的上方。所述的激光测量装置形成的光路与置于玻璃平台上的被测件表面的高度同高，且 激光光路分成三路，其中两路为Χ、γ测长光路，另一路与前述的χ测长光路或Y测长光路平 行设置，可实时监控X、Y位移平台相对于Z轴的旋转量。所述的光学成像装置一侧设有Z轴调焦装置，光学成像装置包括(XD、双光管和物 镜，照明方式有反射式和透射式两种，都是通过光纤将光源引入反射或透射镜组，形成平行 光照明。本专利技术公开的激光两坐标标准装置具有共面的X、Y位移平台结构、气浮悬挂式支 承脚形成稳性极高的平台，整体重心低，电机轴与光杆之间的摩擦驱动方式、柔性铰链和气 浮轴承结构，气浮导轨与滑动摩擦的运动结构使本专利技术具有非常好的导轨直线性和整个系 统的很好的定位重复性，通过电机合理选型和控制系统PID的调节，可以产生及实现任意 小的步距，因此只要控制系统的反馈分辨率有多小，精度有多高，摩擦驱动机构就可以产生 多小的步距。由于使用激光干涉测长作为定位控制反馈，本专利技术所使用的激光位置反馈分 辨率为lOnm，测长分辨率为0. 3nm，故可保证整个系统实现大行程、微步距及纳米级的定位 精度。附图说明图1为本专利技术的整体立体结构示意图。图2为共面式X、Y精密定位位移台的立体结构示意图。图3为摩擦轮柔性铰链固定支座的结构示意图。图4为带Y轴光杆和Y向气浮轴承的镂空的Y位移平台的立体结构图。具体实施例方式请参见图1 图4，本专利技术的具体实施例如下包括基座1，其可由大理石制作，基 座1平面上设有具X、Y方向的共面气浮位移平台(3、4)，气浮位移平台上设有零膨胀玻璃 平台5，基座1置于4个气浮脚支承2上，一方面利用气浮脚支承2抗振，同时X Y移动平面 运动时造成的微小倾斜也可通过气浮脚支承2始终保持恒定的气浮间隙而得到微调，气浮 位移平台设有可X、Y方向位移的驱动装置，气浮位移平台上还有满足阿贝原则的激光测量 装置17和光学成像装置16，在零膨胀玻璃平台5上放置二维光学线纹标准器，通过驱动装 置使X位移平台Y位移平台(3、4)位移，通过光学成像装置和激光测量装置对二维光学线 纹标准器进行测量，再利用二维光学线纹标准器将量值传递给影象测量仪，以保证影象测 量仪的量值准确性和一致性。所述的共面气浮位移平台由X位移平台3和Y位移平台4交叉嵌合并共同以基 座1表面为支撑面，Y位移平台4位于X位移平台3下方，X位移平台3的气浮承重面位于 大理石基座1表面，Y位移平台4的气浮承重面也位于大理石基座1表面，形成共面结构，XY位移平台(3、4)的导轨相互分离，互不干涉，有效地避免了导轨重叠式结构的相互耦合及 负载不一的缺点，Y向导轨埋藏于基座1平台内，可降低重心，提高系统稳定性。所述的基座1、X位移平台3和Y位移平台4均有相对应的可透光的镂空孔或条状 孔，且基座1下方设有透射光装置6，当需要使用透射光方式照明时，透射光装置6将从基座 1下方通过前述的可透光的镂空孔或条状孔将平行光移动到被测件附近，透射光装置6中 包含了一套透射光镜组，该镜组可以将光纤点光源转化为测量所需的平行光，透射光装置6 可以带动整组镜组上下位移以方便使用。所述的驱动装置分别设于基座1的侧壁，该驱动装置由电机8的电机轴9与至少 一个摩擦轮10夹持一光杆11，光杆11 一端的气浮轴承12与X位移平台3或Y位移平台4 连接；电机8为直流恒力矩电机，电机轴9自身即为一摩擦轮与另外的摩擦轮10夹持光杆 11，即通过压紧力使电机轴9与光杆11紧密连接，当电机轴9转动时，由于摩擦轮和光杆间 产生的摩擦力驱动，可带动光杆11前后位移，光杆11通过气浮轴承12与位移平台3或Y 位移平台4连接到一起，光杆11的移动可推动X Y位移平台(3、4)前后移动，上述的摩擦 结构及气浮轴承12可补偿驱动装置的安装误差及移动过程中的偏摆和干涉，由于X Y位移 平台的结构、位置及受力不同，X Y位移平台(3、4)的气浮轴承的结构可作适当的变化。为进一步提高驱动装置的稳定性和超精密驱动，在摩擦轮10另一侧设有一对摩 擦轮10施加平行压力的水平柔性铰链18，该水平柔性铰链18另一侧与一压紧螺母19接 触，并通过压紧螺母1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光两坐标装置，包括基座（１），其特征在于基座（１）平面上设有具Ｘ、Ｙ方向的共面气浮位移平台（３、４），气浮位移平台上设有零膨胀玻璃平台（５），基座（１）置于４个气浮脚支承（２）上，气浮位移平台设有可Ｘ、Ｙ方向位移的驱动装置，气浮位移平台上还有满足阿贝原则的激光测量装置（１７）和光学成像装置（１６）。

【技术特征摘要】
1.一种激光两坐标装置，包括基座(1)，其特征在于基座(1)平面上设有具x、Y方向的 共面气浮位移平台(3、4)，气浮位移平台上设有零膨胀玻璃平台(5)，基座(1)置于4个气 浮脚支承(2)上，气浮位移平台设有可Χ、Υ方向位移的驱动装置，气浮位移平台上还有满足 阿贝原则的激光测量装置(17)和光学成像装置(16)。2.按权利要求1所述的激光两坐标装置，其特征在于所述的共面气浮位移平台由X位 移平台(3)和Y位移平台(4)交叉嵌合并共同以基座(1)表面为支撑面。3.按权利要求2所述的激光两坐标装置，其特征在于所述的基座(1)、X位移平台(3) 和Y位移平台(4)均有相对应的可透光的镂空孔或条状孔，且基座(1)下方设有透射光装 置(6)。4.按权利要求1或2所述的激光两坐标装置，其特征在于所述的驱动装置分别设于基 座(1)的侧壁，该驱动装置由电机(8)的电机轴(9)与至少一个摩擦轮(10)夹持一光杆 (11)，光杆(11) 一端的气浮轴承(12)与X位移平台(3)或Y位移平台(4)连接。5.按权利要求4所述的激光两坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛梓，叶孝佑，林琳，王鹤岩，孙双花，高宏堂，杨国梁，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]