一种高精度的二维工作台Z轴误差补偿方法及系统与流程

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。

技术实现要素：

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。

作为本发明的进一步优选，所述高精度z轴误差补偿装置还包括调节底座(601)和调节螺钉(603)，两者配合对所述电容位移传感器(602)进行固定，其中，所述调节底座(601)用于固定安装在所述二维工作台中，所述调节螺钉(603)设置在调节底座(601)上并用于调节所述电容位移传感器(602)在z轴方向上的相对位置，避免所述电容位移传感器(602)与所述基准面(604)之间的距离超出该电容位移传感器(602)的量程；优选的，所述调节螺钉(603)设置在所述调节底座(601)的侧壁上。

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。

按照本发明的又一方面，本发明提供了一种高精度二维工作台系统，其特征在于，包括底座(1)，以及位于该底座(1)上的x轴运动模块(2)、y轴运动模块(3)、共运动平面(4)、z轴误差补偿组件(6)和载物台(7)，所述y轴运动模块(3)和所述载物台(7)均位于所述共运动平面(4)上，所述x轴运动模块(2)用于带动所述共运动平面(4)及其上的所述y轴运动模块(3)和所述载物台(7)沿x轴方向移动，所述y轴运动模块(3)用于带动所述载物台(7)沿y轴方向移动，所述x轴运动模块(2)和所述y轴运动模块(3)用于带动所述载物台(7)在同一运动平面内移动；所述z轴误差补偿组件(6)包括电容位移传感器(602)及基准面(604)，所述电容位移传感器(602)安装于所述底座(1)上，所述基准面(604)设置在所述载物台(7)的底面上，所述电容位移传感器(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，该位移即所述载物台(7)的z轴误差，从而能够基于该位移对所述载物台(7)的z轴误差进行补偿，实现能够补偿z轴误差的高精度二维工作台。

作为本发明的进一步优选，所述z轴误差补偿组件(6)还包括调节底座(601)和调节螺钉(603)，两者配合对所述电容位移传感器(602)进行固定，其中，所述调节底座(601)用于固定安装在所述底座(1)中，所述调节螺钉(603)设置在调节底座(601)上并用于调节所述电容位移传感器(602)在z轴方向上的相对位置，避免所述电容位移传感器(602)与所述基准面(604)之间的距离超出该电容位移传感器(602)的量程；优选的，所述调节螺钉(603)设置在所述调节底座(601)的侧壁上。

作为本发明的进一步优选，所述x轴运动模块(2)包括x轴直线步进电机(201)、x轴电机安装底座(202)、x轴滚柱丝杠(203)、x轴限位装置(204)、x轴柔性铰链(205)、x轴柔性铰链安装板(206)、x轴丝杠支撑底座(207)、x向左交叉滚柱导轨(208a)及x向右交叉滚柱导轨(208b)；该x轴运动模块(2)由所述x轴直线步进电机(201)驱动，并由固定于所述底座(1)上的所述x向左交叉滚柱导轨(208a)及所述x向右交叉滚柱导轨(208b)导向；

其中，所述x轴直线步进电机(201)通过固定在所述底座(1)上的所述x轴电机安装底座(202)固定，所述x轴滚柱丝杠(203)由所述x轴直线步进电机(201)与所述x轴丝杠支撑底座(207)采用一端固定一端游动支撑的方式固定；所述x轴限位装置(204)用于对所述x轴滚柱丝杠(203)上的丝杆螺母进行限位；所述x轴滚柱丝杠(203)通过x轴柔性铰链(205)与所述x轴柔性铰链安装板(206)连接，所述x轴柔性铰链安装板(206)固定在所述共运动平面(4)上；所述x轴直线步进电机(201)用于驱动所述x轴滚柱丝杠(203)，并通过与所述x轴滚柱丝杠(203)配合的所述x轴柔性铰链(205)，将动力传输至所述x轴柔性铰链安装板(206)带动所述共运动平面(4)运动；所述x向左交叉滚柱导轨(208a)安装在所述底座(1)上，所述x向右交叉滚柱导轨(208b)安装于所述共运动平面(4)上；

所述y轴运动模块(3)包括y轴直线步进电机(301)、y轴电机安装底座(302)、y轴滚柱丝杠(303)、y轴限位装置(304)、y轴柔性铰链(305)、y轴柔性铰链安装板(306)、y轴丝杠支撑底座(307)、y向左交叉滚柱导轨(308a)及y向右交叉滚柱导轨(308b)；所述y轴运动模块(3)由所述y轴直线步进电机(301)驱动，并由固定于所述载物台(7)上的所述y向左交叉滚柱导轨(308a)及所述y向右交叉滚柱导轨(308b)导向；

其中，所述y轴直线步进电机(301)通过固定在所述共运动平面(4)上的所述y轴电机安装底座(302)固定，所述y轴滚柱丝杠(303)由所述y轴直线步进电机(301)与所述y轴丝杠支撑底座(307)采用一端固定一端游动支撑的方式固定；所述y轴限位装置(304)用于对所述y轴滚柱丝杠(303)上的丝杆螺母进行限位；所述y轴滚柱丝杠(303)通过y轴柔性铰链(305)与所述y轴柔性铰链安装板(306)连接，所述y轴柔性铰链安装板(306)固定在所述载物台(7)上；所述y轴直线步进电机(301)用于驱动所述y轴滚柱丝杠(303)，并通过与所述y轴滚柱丝杠(303)配合的所述x轴柔性铰链(305)，将动力传输至所述y轴柔性铰链安装板(306)带动所述载物台(7)运动；所述y向左交叉滚柱导轨(308a)安装在所述载物台(7)上，所述y向右交叉滚柱导轨(308b)安装于所述共运动平面(4)上。

作为本发明的进一步优选，所述共运动平面(4)上还设置有xy向位置检测装置(5)，该xy向位置检测装置(5)用于实时检测所述载物台(7)在x轴方向和y轴方向上的位移，进而控制所述x轴运动模块(2)及所述y轴运动模块(3)的运动；

所述xy向位置检测装置(5)包括x向光栅尺(501)、y向光栅尺(502)、x向光栅尺读数头(503)和y向光栅尺读数头(504)；其中，所述x向光栅尺(501)固定在所述共运动平面(4)上，所述x向光栅尺读数头(503)固定在所述底座(1)上；所述y向光栅尺(502)固定在所述载物台(7)上，所述y向光栅尺读数头(504)固定在所述共运动平面(4)上。

按照本发明的再一方面，本发明提供了上述高精度二维工作台系统在三坐标机测量中的应用，其特征在于，所述应用是将该系统应用于三坐标机上，该系统中的电容位移传感器(602)配合该三坐标机使用，所述电容位移传感器(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。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，总体来说，具有以下有益效果：

(1)本发明提出了高精度的二维工作台z轴误差补偿方法及系统设计。现行国内外对于工作台的研究主要集中在如何提高其定位精度，例如达到纳米级的定位精度。而对于由于振动或者装配所造成的z轴方向上的测量误差，考虑甚少。同时，针对z轴方向上的误差补偿考虑的也不是很多，少量相关的研究考虑工作台面的偏摆误差，即考虑工作台在安装调试时，对装配误差等造成的工作台运动面的倾斜情况进行误差补偿。但是此类补偿方法，并不能从源头对测量的误差进行补偿，同时也只考虑了由于装配情况造成的静态倾斜误差。但是在实际情况下，误差因素是也有多种多样的，因此一个可以对多种情况造成的误差进行补偿的方法以及装置必不可少。实际测量时，理论的基准面由于各种误差早已不复存在，而采用发明所述的补偿方法以及由该补偿方法所设计的结构，利用所设计的高面型精度的基准面，可以将其作为测量的基准面。如此以来，z轴方向的误差都可以映射到所设计基准面的测量数据跳动上，通过数据分析，例如利用后续的改良数据处理算法，将诸如三坐标机所测的z轴误差数据进行误差补偿。采用该补偿方法以及结构不仅可以对普通的线误差进行补偿，基于其工作台的结构，还可以通过一定的数据融合以及补偿算法，可以对被测工件的面形误差进行补偿，从而从源头对z轴方向的测量误差进行补偿。

(2)由于电容位移传感器测量时的随机测量误差，工作台在运动时的随机振动误差等原因，因此电容位移传感器得到的数据并不能直接进行误差补偿。针对此情况，本发明还进一步设计了一种改良的数据处理方法，利用该方法处理电容位移传感器的数据，将处理后的数据再跟三坐标机测量得到的数据进行拟合，进而可以得到被测工件的表面形貌数据，进而进一步对被测工件的表面形貌进行分析处理。

在实际测量过程中，由于系统或外界环境的突然变化，不可避免地会存在粗大误差，所以需要对电感位移传感器的数据的粗大误差进行剔除。由于最小二乘法、总体最小二乘法、最小包容法等常规数据处理方法无法处理测量数据中的粗大误差，导致数据处理后的结果受粗大误差的影响较大，不具备稳健性的特点；最小截平方法能够很好地处理数据中的粗大误差。综合考虑两种算法的不同特性，本发明中改良的数据处理方法，综合最小截平方法(lts)与总体最小二乘法(tls)，在总体最小二乘法处理所有变量随机误差的同时，利用最小截平方法针对测量数据中的粗大误差进行截断处理，从而使改进后的算法具有稳健性，提高电容位移传感器的数据可用性。

对电感传感器的数据进行平面度拟合时，可以建立理想拟合平面y＝xθ。但实际中不但观测向量y存在误差δy，系数矩阵x也存在误差δx,此时为了求解未知量考虑矩阵方程的解：

式中，x是维数n×t(t<n)的列满秩系数矩阵；y是维数n×1的观测向量；是维数t×1的独立参数矩阵。δx是系数矩阵的随机误差，维数是n×t；δy是观测向量的随机误差，维数也是n×1。n是观测个数，t是参数个数。

式(1-1)可以等价为：

求解最优解可以理解为求约束最优解：

代表δx与δy的二范数运算。

对满足式(1-3)约束条件的最小点[δx0δy0],那么满足的为该tls的解。

令c＝[xy]，其奇异值分解可表示为：

c＝u∑v^t(1-4)

其中：

式中u是[xy]·[xy]^t的n个特征值向量组成的正交矩阵；

v是[xy]^t.[xy]的t+1个特征向量组成的正交矩阵；

∑＝diag(σ1，σ2，...σt+1)为矩阵c的奇异值，其奇异值按从小到大的顺序排列为σ1≥σ2≥…σt+1。

因此，总体最小二乘解为：

通过θtls，可以得到拟合最小二乘平面：

z＝ax+by+c(1-7)

其中，a，b，c为θtls矩阵中的值；

最小截平方法对于包含一个被解释变量y(i)和k个自变量x(i)的多元线性回归模型：

y(i)＝x(i)β+εi，i＝1，2，…，n(1-8)

其中：β为待估系数，εi为随机误差，对于给定任意参数β，其残差平方和：

r(i)²＝(y(i)-x(i)β)²(1-9)

将残差平方和进行排序：

则最小截平方估计为：

其中：m＝int[(n+k+1)/2](即数值向下取整运算)，k为自变量的个数。

结合最小截平方法和总体最小二乘法两种算法的优点，能有效测量数据中的随机误差和粗大误差，因此重新定义残差为:

其中：w为线性回归自变量系数平方和。

通过上述改良算法剔除电感位移传感器数据中的粗大误差点后，再利用总体最小二乘法，即可求得电容位移传感器测得数据所拟合的平面。利用此平面对应坐标值，同三坐标测得数据进行拟合。该改良算法，综合了总体最小二乘法的最小截平方法两种基础算法的优势，同时充分考虑了自变量和因变量的误差，利用该方法对电容位移传感器测得的数据进行数据处理时，可以大大提高电容位移传感器测量数据的稳健性。

(3)本发明可以对z轴的误差进行补偿，进而提高z轴测量准确度，提高三维形貌的测量精度。例如，可以通过高精度的加工技术，保证基准面的面型精度(例如，精度可达0.25μm)，在此基础上采用高精度的电容位移传感器，其动态分辨率可以达到10nm，其绝对误差可以达到0.25μm。通过后期的数据测量以及相关的补偿算法实施，从而使z轴的误差精度降低到0.5μm以内，进而大大提高z轴测量形貌精度，为大规模，低成本检测提供很好的技术参考。

(4)使用该高精度的二维工作台z轴误差补偿方法及系统，可以方便使用在三维形貌测量仪器上，成本低，机械结构简单。x向右交叉滚柱导轨与y向右交叉滚柱导轨均安装于共运动平面上，通过将x、y右交叉导轨安装在共运动平面上，从而能够很好的保证两导向面的基准统一，实现其共运动平面的特性，其目标工作台运动基准面误差远小于由双层导向面叠加而成的目标工作台运动运动基准面，从而能够实现工作台扫描工作的运动平面度。利用xy向位置检测装置的反馈闭环控制可以实现较高的二维定位精度。

(5)本发明中二维工作台z轴误差补偿是通过高精度电容位移传感器来实现的，高精度电容位移传感器可以对由于运动等各方面原因产生的振动进行实时测量。具体说来，振动误差补偿原理如下：在运动工作台系统下底面加工出一个精度很高的平面，作为补偿测量的基准面，通过高精度电容位移传感器实时测量在运动过程中，由于振动造成基准面在z轴方向的位移变化；以二维工作台系统上方为三坐标机的测头为例，在高精度电容位移传感器的正上方即为三坐标机的测头。通过将高精度电容位移传感器的数据实时反馈到三坐标机测头所测得数据，即可实现对所测位置z轴方向数据的补偿，进而提高三维形貌测量精度。并且，本发明优选利用共运动平面，首先从机械结构上统一了xy轴导向面，进而实现高的平面度精度，然后利用z轴误差补偿装置对二维工作台进行z轴误差补偿，从而对z轴的基准进行误差补偿。本发明中x轴运动模块和y轴运动模块可以为内外两层布置，确保使载物台在同一运动平面内运动。xy运动模块优选采用精密的直线光栅尺实时反馈工作台系统在空间的位置，进而实现全闭反馈位置控制。

(6)本发明整体结构设计，综合考虑基准面的布置、电容位移传感器的安装、工作台的运动情况。由于该补偿机构是为了实现对诸如三坐标机测量数据的直接补偿，因此电容位移传感器必须安装在三坐标机侧头的正下方，方能合理进行实时点对点补偿，如此以来，常规的二维工作台结构无法满足工作需求，由此整体结构的驱动必须要进行侧置设计。同时为了从设计源头减小误差，使用了导轨共运动平面的设计，通过此设计，可以很好的减小测量误差。本发明得益于当前的电容位移传感器的精度以及相关材料加工精度，相较以往有了极大程度的提高；可以加工出精度超高的平面，并以此作为测量的基准面，而以往机器的加工精度以及传感器的测量精度达不到要求。该方法以及采用此方法设计的工作台，其原理易懂，可操作性好，可以大大提高现有三坐标测量机等的测量精度。

附图说明

图1是本发明方法的原理示意图。

图2是本发明设计的系统的整体结构示意图。

图3是本发明系统的俯视图。

图4是本发明z轴误差补偿装置原理示意图。

图5是本发明设计系统的共运动平面导轨安装结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：1为底座，2为x轴运动模块，3为y轴运动模块，4为共运动平面，5为xy向位置检测装置，6为z轴误差补偿装置(即，z轴误差补偿组件)，7为载物台。针对x轴运动模块：201为x轴直线步进电机，202为电机安装底座(即x轴电机安装底座)，203为滚柱丝杠(即x轴滚柱丝杠)，204为限位装置(即x轴限位装置)，205为柔性铰链(即x轴柔性铰链)，206为柔性铰链安装板(即x轴柔性铰链安装板)，207为丝杠支撑底座(即x轴丝杠支撑底座)，208a为x向左交叉滚柱导轨，208b为x向右交叉滚柱导轨。针对y轴运动模块：301为y轴直线步进电机，302为电机安装底座(即y轴电机安装底座)，303为滚柱丝杠(即y轴滚柱丝杠)，304为限位装置(即y轴限位装置)，305为柔性铰链(即y轴柔性铰链)，306为y轴柔性铰链安装板(即y轴柔性铰链安装板)，307为丝杠支撑底座(即y轴丝杠支撑底座)，308a为y向左交叉滚柱导轨，308b为y向右交叉滚柱导轨。针对xy向位置检测装置：501为x向光栅尺，502为y向光栅尺，503为x向光栅尺读数头，504为y向光栅尺读数头。针对z轴误差补偿装置：601为调节底座，602为高精度电容位移传感器，603为调节螺钉，604为基准面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中高精度的二维工作台z轴误差补偿方法，概括来说，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。

本发明中高精度二维工作台系统包括xy轴运动模块、xy轴位置检测装置和z轴补偿装置，其中，x轴运动模块由x向直线步进电机通过x轴丝杠驱动，由交叉滚柱直线导轨导向，直线导轨安装在底座上。y轴运动模块位于共运动平面上，由y向直线步进电机通过y轴丝杠进行驱动。由x轴和y轴运动模块组成的二维工作台系统，构成两运动轴等高的共运动平面运动平台系统。z轴误差补偿装置，主要由高精度电容位移传感器作为误差补偿的精密测量仪器，通过利用高精度电容位移传感器对待测位置和基准面的距离进行测量，可以构造出测量误差的实时距离散点图，然后进行z轴误差自补偿。

图1是上述高精度的二维工作台z轴误差补偿方法对应的结构示意图；图2是高精度的二维工作台z轴误差补偿系统整体结构示意图；图3是共运动平面结构示意图；图4是基于z轴误差补偿装置图；图5是共运动平面导轨安装结构示意图。该高精度的z轴误差补偿系统由共运动平面二维位移机构和z轴误差补偿机构以及xy轴光栅计量装置构成。

本高精度的z轴误差补偿方法的基本工作原理为：通过z轴误差补偿装置对工作台系统在运动过程中，由于导轨精度、装配以及热变形等因素造成z轴方向上测量准确度造成的影响，通过利用高精度电容位移传感器对待测位置和基准面的距离进行测量，可以构造出测量的实时距离散点图。从而对z轴方向的误差进行补偿。

参见图1所示：高精度的二维工作台z轴误差补偿方法，补偿是通过高精度电容位移传感器来实现的，高精度电容位移传感器可以对由于运动等各方面原因产生的振动进行实时测量。振动误差补偿原理：在运动工作台下底面加工出一个精度很高的平面，作为补偿测量的基准面，通过高精度电容位移传感器实时测量在运动过程中，由于振动造成基准面在z轴方向的位移变化，在高精度电容位移传感器的正上方即为三坐标机的测头。通过将高精度电容位移传感器的数据实时反馈到三坐标机测头所测得数据，即可实现对所测位置z轴方向数据的补偿，进而提高三维形貌测量精度。

参见图2、3所示：高精度的二维工作台z轴误差系统，其y轴运动模块3安装在共运动平面4上。x轴和y轴交叉直线导轨均安装在共运动平面4上，组成两个运动轴等高的二维运动工作台。其x轴运动模块2和y轴运动模块3均由丝杠进行单边驱动，从而避免由于双边驱动所导致控制一致性问题。采用直线步进电机201、301，将电机和滚柱丝杠做成一个整体，避免采用联轴器对工作性能造成影响，同时减小其所占空间。采用共运动平面的结构，使运动轴等高，保证其运动平面的平面度，具有更好的动力学性能。同时从加工的角度，其运动平面更容易加工，进而减小运动误差，提高运动精度。

并且，共运动平面4可以通过x轴柔性铰链安装板206，y轴柔性铰链安装板306，与滚柱丝杠203、303进行连接，从而与x轴运动模块2，y轴运动模块3进行连接。x向左交叉滚柱导轨208a与底座1进行固连。载物台7与y向左交叉滚柱导轨308a进行固连。

本发明利用共运动平面，首先从机械结构上统一了xy轴导向面，进而实现高的平面度精度，然后利用z轴误差补偿装置对二维工作台进行z轴误差补偿，从而对z轴的基准进行误差补偿。

参见图4所示：为了保证安装，装配，以及防止运动时出现干涉的情况，此设计中将底座1中间位置开槽，从而将z轴误差补偿机构6放置在底座1中间所开的槽中。利用平面高精度电容的原理，通过对高精度电容位移传感器与基准面之间的距离进行测量。为了保证高精度电容位移传感器与基准面之间的距离在其量程的范围内，设计一个高度调节装置，通过对其调节，保证量程的要求，防止在工作台运动时，出现超量程的情况发生。由于高精度电容位移传感器探头部分为光面结构，为了便于安装，在高度调节装置的侧面打孔，安装塑料螺钉。设计加工的平面604，选定其作为基准面。其表面精度会很高，其表面的形貌误差相较于待补偿的z轴基准可以忽略不计，即基准面的平整度远低于电容位移传感器的精度；平整度数值越小越平整。通过其整体的结构设计，保证z轴补偿机构的整体设计性能需求。

参见图5所示：x向右交叉滚柱导轨208b与y向右交叉滚柱导轨308b均安装于共运动平面4上，通过将x、y右交叉导轨安装在共运动平面4上，进而使两个方向上的导向面位于同一个平面。x轴左直线交叉导轨208a作为x向的基准导轨，首先令其与共运动平面4的定位台阶侧基准对齐，然后用螺钉预紧固定在共运动平面4的基准平面上，接着从中间位置螺钉开始，按交叉位置向两侧开始拧紧螺钉。待到基准导轨安装完毕后，x轴右直线交叉导轨208b以基准导轨208a为基准进行调校。同时，y轴左直线交叉导轨308a和y轴右直线交叉导轨308b以基准导轨208a为基准进行调校，从而保证其x向的垂直度精度。

x轴、y轴方向与z轴方向满足两两相互正交的关系，并且本发明中x轴、y轴方向两者可以互换；x轴、y轴方向上各自的限位装置能够控制xy轴运动模块运动范围。

本发明中高精度电容位移传感器，可以选用德国米铱dt6530@8.5khz测量系统，配合使用cs05测头等测头，使其传感器系统动态分辨率可以达到10nm，其绝对误差可以达到0.25μm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。