[发明专利]一种二维栅格标准板的校准装置和方法

说明书

本发明属于超精密加工及测量技术领域，且公开了一种二维栅格标准板的校准装置，包括底座和活动安装于底座顶部的标准板承载台，所述底座顶部设有前定位销、左定位销和右定位销，所述前定位销设有两个并设置于标准板承载台的前部，所述左定位销和右定位销各在标准板承载台的左右两侧设有一个，所述底座的顶部还安装有左顶杆和右顶杆。本发明公开的二栅格标准板校准装置由定位销和顶杆实现标准板的旋转或平移位姿的变换，无需旋转电机和直线电机，简化了装置结构，降低了装置结构搭建的难度和制造成本，可消除系统振动等误差因素，提高校准精度。

技术领域

本发明属于超精密加工及测量技术领域，具体为一种二维栅格标准板的校准装置和方法。

背景技术

二维栅格标准板校准装置为超精密加工和检测装备的关键部件，二维超精密工作台的运动及定位精度决定了加工或检测的精度，而二维栅格标准板通常被用来对二维工作台的运动误差进行校准。由于二维栅格标准板自身的精度已经很高，因此对二维栅格标准板的校准工作一直以来是个难题。自校准方法使用一台精度等级不高于二维栅格标准板的二维工作台实施校准，通过旋转和平移等位姿变换操作改变二维栅格样板在工作台上所处的位置和姿态，再通过一定步骤的数据处理，即可得到各栅格点所处位置的栅格误差。

美国斯坦福大学的M.Raugh在1984年首先提出了二维定位精度自校准法，并应用在电子束光刻机的超精密工作台精度标定，但是相应的校准算法并不完善。直到1996年，斯坦福大学的J.Ye基于二维傅里叶变换首次在不计测量噪声的情况下实现了没有重构误差的自校准算法。德国联邦物理技术院的Xu应用自校准方法在计量型原子力显微镜上实现了二维栅格标准板的校准。瑞典皇家理工学院的P.Ekberg提出了分步迭代递推的方法实现了二维自校准，并在二维栅格样板上进行了验证。

申请号CN104006777A中国专利中公开了二维大行程工作台测量系统自标定方法，该方法基于二维傅里叶变换的自校准法获得各个小区域的系统误差，再对各区域的离散点坐标进行线性拟合和坐标变换最终得到整个待校准区域的统一标定坐标系。以上这些方法都是通过二维栅格标准板的初始位姿、旋转位姿和平移位姿这三个基本位姿的组合来实现的，同时旋转和平移动作的实现都要依靠旋转电机和直线电机驱动，造成整个校准装置过于复杂，带来额外的振动等误差因素。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种不需要旋转电机和直线电机驱动的二维栅格标准板的校准装置，以及一种基于复合位姿的二维栅格标准板栅格误差的自校准方法。本发明由定位销和顶杆实现标准板的旋转或平移位姿的变换，简化了装置结构，可消除系统振动等误差因素，提高校准精度。同时提出了一种区别于传统的单一位姿校准方法，能以更少的位姿组合达到相同的校准效果，提高了校准的效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二维栅格标准板的校准装置和方法，包括底座1和活动安装于底座1顶部的标准板承载台2，所述底座1顶部设有前定位销3、左定位销4和右定位销5，所述前定位销3设有两个并设置于标准板承载台2的前部，所述左定位销4和右定位销5各在标准板承载台2的左右两侧设有一个，所述底座1的顶部还安装有左顶杆6和右顶杆7，且左顶杆6和右顶杆7可通过旋转尾端实现螺纹啮合推进从而分别顶住底座1的左右两侧边角。

优选的，所述标准板承载台2的顶部开设有标准板定位槽8，所述标准板定位槽8中定位安装有二维栅格标准板10，且二维栅格标准板10按照标准板定位槽8指示安装后位于标准板承载台2的中心，所述底座1的两侧面螺纹安装有压紧块9，且压紧块9的内端将二维栅格标准板10顶住固定，标准板定位槽8的表面和内侧开设有镂空的槽孔，压紧块9的内端设有一顶块穿过标准板定位槽8表面的镂空槽从而将二维栅格标准板10的边缘顶住，将其压在标准板定位槽8的内壁上实现夹持固定。

优选的，所述左定位销4和右定位销5之间的距离为二维栅格标准板10一边的有效栅格边长与一个栅格间距的和。