[发明专利]一种激光两坐标装置

说明书

技术领域：

本发明属于精密仪器制造及测量技术领域，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。

背景技术：

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0.1～6μm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。

发明内容：

本发明的发明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。

实现本发明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X、Y测长光路，另一路与前述的X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CCD、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。

本发明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发明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，本发明所使用的激光位置反馈分辨率为10nm，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为本发明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。

具体实施方式：