運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總的涉及工裝技術領域，尤其涉及一種在精密測量等領域中使用的運動平 臺系統(tǒng)的平面定位補償方法。
【背景技術】
[0002] 運動平臺廣泛使用在精密測量等領域。需要測量或者操作的物體放在運動平臺的 卡盤上，運動平臺在氣體壓力或者精密電機的牽引下移動物體到指定位置。由于運動平臺 的原理、機械、氣浮等原因，運動平臺最終位置和操作者期望的位置有微小的差別。這種微 小的差別將會給后繼的測量和操作帶進誤差。
[0003] 運動平臺系統(tǒng)本身具有平面位置的二維補償，但是一般在離線（即，沒有安裝到 測量機臺中）情況下定標完成，與在線（即，已安裝到測量機臺中）情況相比，運行環(huán)境（主 要是溫度、濕度的變化）相差較大，沒有反映出運動平臺的軸正交性和安裝帶入的誤差，這 就導致離線得到的二維補償一般無法滿足在線測量時的定位精度需求。另外，長期使用運 動平臺系統(tǒng)后，補償量會發(fā)生變化，此時尤其需要重新確定補償量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 運動平臺系統(tǒng)運動不準確的原因主要有兩方面：一是運動平臺坐標系的X，y軸不 正交，二是X，y軸的讀數(shù)本身不均勻。本發(fā)明的目的在于改進上述現(xiàn)有技術中的不足，提出 一種運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，可以從圖案識別獲取的各個圖案的坐標來同時補 償運動平臺這兩方面的偏差。
[0005] 所述運動平臺系統(tǒng)包括運動平臺以及對所述運動平臺上的物體進行測量的測量 機臺，根據(jù)本發(fā)明，運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法包括：a、選定標準量具，使其隨運動 平臺一起運動，所述標準量具上具有多個精密等間距圖案；b、使用測量機臺的圖案識別系 統(tǒng)識別所述標準量具上的各個圖案在運動平臺中的識別坐標值；c、由所述識別坐標值擬合 出圖案間距和各個圖案的修正坐標值；d、由所述修正坐標值與所述識別坐標值的差值，得 出各個圖案位置處需要的補償量。
[0006] 在一些情形下，使用的標準量具可以為標準硅片，其表面刻蝕尺寸精密的容易識 別的圖案，圖案在水平和垂直方向等間距重復出現(xiàn)，每個單元稱為一個Die。測量時，標準硅 片吸附在運動平臺的卡盤上，隨著運動平臺一起運動。
[0007] 在本發(fā)明的方法中，利用測量機臺附帶的圖案識別系統(tǒng)識別出標準硅片上各個圖 案的坐標，即運動平臺中的識別坐標值。獲取的標準硅片上各個圖案的識別坐標值包含兩 方面的偏差，即X，y軸不正交以及X，y軸的讀數(shù)不均勻。由這些識別坐標值可以擬合出圖 案間距（Die尺寸）和各個圖案的修正坐標值。通過測量機臺的正交坐標系與運動平臺坐 標系之間的換算關系來換算識別坐標值和修正坐標值，各個圖案的修正坐標值與識別坐標 值之差就是各個圖案位置處需要的補償量。標準硅片上其余位置的補償量可以通過插值的 辦法給出。為了以后使用的方便，保證插值的精度，所述圖案識別系統(tǒng)的掃描隊列中包括所 有的相同圖案。
[0008] 從上述描述可以看出，本發(fā)明提供了一種運動平臺系統(tǒng)誤差補償?shù)亩S表方法。 該方法借助圖像識別和標準硅片，對運動平臺系統(tǒng)的軸正交性和刻度均勻性同時做出補 償。標準硅片作為運動平臺的標準量具，標準長度就是標準硅片上的精密等間距圖案，圖案 識別系統(tǒng)輔助識別出圖案的坐標，由此給出當前運動平臺的長度與標準長度的換算關系。 所得到的運動平臺系統(tǒng)的平面補償表能在線進行，并且在補償量發(fā)生變化時，可以在原有 補償表的基礎上對進一步運行的狀況進行更新。由于本方法中使用數(shù)學擬合的方法，而不 絕對依賴于某一點的識別，提高了 X，y軸不正交和讀數(shù)不均勻的補償結果的可信度。
【具體實施方式】
[0009] 下面詳細討論應用本發(fā)明運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法的具體實施例的實 施和使用。然而，應當理解，所討論的具體實施例僅僅示范性地說明實施和使用本發(fā)明的特 定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0010] 掃描標準硅片表面得到的原始數(shù)據(jù)包括運動平臺實際運行至的位置、識別出的圖 案像素位置等信息。由運動平臺實際運行至的位置、識別出的圖案像素位置以及每個像素 等效的距離可以計算出每個圖案被識別出的位置在運動平臺中的坐標數(shù)值。
[0011] 假設運動平臺坐標系為x，y軸，它與測量機臺的正交坐標系的X，Y軸的關系是：Y 軸和y軸平行，X軸與X軸的角度是θ i，因此兩個坐標系的坐標可以建立數(shù)量關系如下：
[0012]
[0013] 上式可換算出各個圖案在運動平臺中的識別坐標值（X，y)。
[0014] 更一般的情況下，正交坐標系旋轉了一個角度Θ 2，因此最終二者轉換關系為：
[0015]
[0016] 在所有掃描圖案中，選擇坐標值最接近（0,0)的點為基準點，標記其在正交坐標 系中的坐標值為運動平臺坐標系中的坐標（?, yj，該點在兩個坐標系中值重合，同時也相 當于是運動平臺坐標系中的坐標原點。由于所有圖案都在掃描隊列中，式2可以寫成：
[0017]
[0018] 上式中，Dx,y是Die的長寬，nx,y是所有圖案位置離散化的結果。上式可以擬合給 出標準硅片Die的長寬以及01和θ2。
[0019] 之后，可由下式計算各個圖案的運動平臺坐標，獲得各個圖案的修正坐標值 (^j).
[0020]
[0021] 由此，各個圖案位置的補償量為：
[0022]
[0023] 由于測量機臺使用的是正交坐標系中的坐標（X，Y)，測量時，需要運動平臺運行至 坐標（X，Υ)處，此時需要按照式4將坐標（X，Υ)轉化為運動平臺坐標J7)然后計算該 ? 點處的補償量，實際運動平臺得到的命令是運動到（x，y):
[0024]
[0025] 上述運動平臺的平面補償是在安裝到測量機臺的情況下在線進行。相比于現(xiàn)有的 離線二維補償，保證了在線測量時的定位精度要求，并且能夠即時發(fā)現(xiàn)補償量變化，對原有 補償表進行在線更新，對精密測量十分有利。
[0026] 本發(fā)明的技術內(nèi)容及技術特點已揭示如上，應當理解的是，上述實施方式存在許 多修改方式，這些方式對相關領域技術人員來說是很明顯的。任何所屬技術領域中具有通 常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的修改與潤飾，這些修改/變 型落入本發(fā)明的相關領域中，也應當包括在所附的權利要求的范圍中。
【主權項】
1. 運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，所述運動平臺系統(tǒng)包括運動平臺以及對所述運 動平臺上的物體進行測量的測量機臺，其特征在于，所述方法包括： a、 選定標準量具，使其隨運動平臺一起運動，所述標準量具上具有多個精密等間距圖 案； b、 使用測量機臺的圖案識別系統(tǒng)識別所述標準量具上的各個所述圖案在運動平臺中 的識別坐標值； c、 由所述識別坐標值擬合出圖案間距和各個圖案的修正坐標值； d、 由所述修正坐標值與所述識別坐標值的差值，得出各個圖案位置處需要的補償量。2. 根據(jù)權利要求1所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于，所述標準 量具為標準硅片，其表面刻蝕尺寸精密的圖案，所述圖案在水平和垂直方向等間距重復出 現(xiàn)。3. 根據(jù)權利要求1所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于，在所述步 驟b中，所述圖案識別系統(tǒng)的掃描隊列中包括所有的相同圖案。4. 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于， 所述識別坐標值滿足下式：其中，X，Y為測量機臺的正交坐標系的坐標值，x，y為運動平 臺坐標系的坐標值，X軸與x軸的角度為0Y軸與y軸平行。5. 根據(jù)權利要求4所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于，所述識別 坐標值滿足下式：其中，正交坐標系旋轉角度02。6. 根據(jù)權利要求5所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于，以所有掃 描圖案中坐標值最接近（〇,〇)的點為基準點（X(]，y。)，所述擬合出的修正坐標值滿足下式：其中，Dx,y是所述圖案的長寬，nx,y是離散化 的所有圖案。7. 根據(jù)權利要求6所述的運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，其特征在于，所述補償 量由下式計算：/ 其中，（x，y)為所述識別坐標值，(元為所述修正坐標值，其由下式計算：
【專利摘要】本發(fā)明提供一種運動平臺系統(tǒng)的平面定位補償方法，所述運動平臺系統(tǒng)包括運動平臺以及對運動平臺上的物體進行測量的測量機臺，該方法包括：a、選定標準量具，使其隨運動平臺一起運動，所述標準量具上具有多個精密等間距圖案；b、使用測量機臺的圖案識別系統(tǒng)識別標準量具上的各個圖案在運動平臺中的識別坐標值；c、由識別坐標值擬合出圖案間距和各個圖案的修正坐標值；d、由所述修正坐標值與所述識別坐標值的差值，得出各個圖案位置處需要的補償量。本發(fā)明提供的運動平臺系統(tǒng)的平面補償表能在線進行，對運動平臺系統(tǒng)的軸正交性和刻度均勻性同時做出補償，并且在補償量發(fā)生變化時，可以在原有補償表的基礎上對進一步運行的狀況進行更新。
【IPC分類】G05B19/404
【公開號】CN105094051
【申請?zhí)枴緾N201410150200
【發(fā)明人】黨江濤, 黃建華, 李賓
【申請人】睿勵科學儀器（上海）有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年4月15日