[发明专利]一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法及系统，其中Z轴误差补偿装置包括电容位移传感器(602)及基准面(604)；该补偿装置配合二维工作台使用，其中，基准面(604)用于设置在二维工作台的目标区域上，电容位移传感器(602)用于通过检测该电容位移传感器(602)与基准面(604)之间的距离进而得出基准面(604)在Z轴方向上的位移，该位移即二维工作台导致的目标区域处的Z轴误差，从而基于该位移对二维工作台的Z轴误差进行补偿。本发明通过对Z轴误差补偿方法所依据的原理、测量Z轴误差的手段等进行改进，能够有效克服Z轴方向上的基准误差，实现对于热变形、导轨精度、安装误差等导致的Z轴方向误差的测量及补偿。

技术领域

本发明属于表面形貌测量技术领域，更具体地，涉及一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法及系统，能够有效补偿Z轴误差。

背景技术

三维表面形貌测量仪器需要对应的二维扫描工作台具有定位精度高，运动平面稳定可靠等特性。现有精密二维工作台大多采用叠加式二维扫描平台，由于载物台与实际X轴和Y轴运动模块之间垂直距离较大，进而导致阿贝误差较大，想要得到平面度高并且运动平稳的基准面比较困难。由于工作台行程长，工作台位移的精度受各自导轨本身的直线度误差及相互影响较大，以致使工作台构件的精度要求极高，几乎达到极限，很难加工。高精密二维工作台为了实现超精密，不计成本，大量采用如磁悬浮、气浮导轨等最新技术的技术。尽管可以实现精度设计的要求，但是忽略平台在工业应用中的情况，成本太高，同时对环境的要求也较为苛刻，工业应用很困难。国内外对于二维工作台的研究，主要集中如何保证高分辨率的定位精度，对于热变形，导轨精度，安装误差所造成的Z轴方向上的误差并没有进行相关误差方法及系统设计研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法及系统，其中通过对Z轴误差补偿方法所依据的原理、测量Z轴误差的手段，及相应装置所采用的细节组件等进行改进，能够有效克服Z轴方向上的基准误差，实现对于热变形、导轨精度、安装误差等导致的Z轴方向误差的测量及补偿，进而实现Z轴方向的高精度控制。并且，本发明还通过对Z轴误差补偿组件配合工作的二维工作台其细节组件的构成、以及各个组件之间的配合工作方式等进行优选改进，可实现载物台沿X轴、Y轴方向运动时在同一运动平面内移动，实现X轴、Y轴方向上的高精度控制。本发明尤其适用于触针式轮廓仪、三坐标机等零件表面形貌测量仪器中，同时也可应用在光刻技术、微制造等需要精密工作台协同运动的领域。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法，其特征在于，该方法是通过在待进行Z轴误差补偿上的二维工作台目标区域上设置基准面(604)，然后利用电容位移传感器(602)通过检测该电容位移传感器(602)与所述基准面(604)之间的距离进而得出所述基准面(604)在Z轴方向上的位移，该位移即所述二维工作台导致的目标区域处的Z轴误差，从而基于该位移对所述二维工作台的Z轴误差进行补偿。

作为本发明的进一步优选，所述基准面(604)的平整度低于所述高精度Z轴误差补偿装置的补偿精度；优选的，所述电容位移传感器(602)配合三坐标机使用，该电容位移传感器(602)位于该三坐标机测头的正下方，基于所述位移实时补偿修正该三坐标机测头的测量数据。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种用于二维工作台的高精度Z轴误差补偿装置，其特征在于，包括电容位移传感器(602)及基准面(604)；该补偿装置配合二维工作台使用，其中，所述基准面(604)用于设置在所述二维工作台的目标区域上，电容位移传感器(602)用于通过检测该电容位移传感器(602)与所述基准面(604)之间的距离进而得出所述基准面(604)在Z轴方向上的位移，该位移即所述二维工作台导致的目标区域处的Z轴误差，从而基于该位移对所述二维工作台的Z轴误差进行补偿。