直线度测量系统和直线度测量方法与流程

1.本发明涉及定位运动控制技术领域，尤其是涉及一种直线度测量系统和直线度测量方法。


背景技术：

2.定位运动平台的直线度是衡量定位运动平台动态特性的一个重要指标，直线度在直写光刻领域主要影响曝光设备曝光图形的正确性以及影响曝光对准精度等。其中，直线度主要受到导轨本身的精密程度和导轨安装调试等因素的影响，传统定位运动平台直线度的测量主要是利用激光干涉仪进行测量，定位运动平台沿着轴运行的方向运动时，激光干涉仪能测量出每个位置处直线度的变化。
3.在现有技术中，激光干涉仪的价格昂贵，且采用激光干涉仪测量直线度时，对测试环境要求很高且整个测量系统的组装调试过程复杂，因此无法保证定位运动平台直线度测量的准确度，工作效率有待提高。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种直线度测量系统，测量结果准确、结构简单、成本低且便于调节，系统的工作效率高。
5.本发明的另一个目的在于提出一种直线度测量方法。
6.为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的直线度测量系统，包括：底座；定位运动装置，所述定位运动装置可移动地设置在所述底座上；测量装置，所述测量装置固定在所述底座上，用于在所述定位运动装置移动至目标测量位置时，测量所述定位运动装置的各个位置点与所述测量装置之间的距离值；数据采集仪器，所述数据采集仪器与所述测量装置连接，用于根据所述距离值获得所述定位运动装置的直线度曲线，以及，根据所述直线度曲线对所述定位运动装置的直线度进行优化。
7.根据本发明实施例提出的直线度测量系统，通过采用固定在底座上的测量装置，在定位运动装置与底座发生相对运动时，测量装置能准确测量定位运动装置的各个位置点与测量装置之间的距离值，进而数据采集仪器能准确获得定位运动装置的直线度，能保证定位运动装置的直线度测量的准确度，根据所测量的直线度能有效地评估定位运动装置的直线度带给直写光刻曝光系统的误差精度，进而保证直写光刻曝光设备曝光图形的正确性。并且本发明采用的测量装置可采用仅用于精确测量距离的仪器，该种仪器相较于干涉仪结构简单、价格低且便于调试，能提升直线度测量和直线度优化过程中的工作效率。以及，整个直线度测量系统对测试环境要求比较低，方便后期对定位运动装置的直线度进行优化。
8.在本发明的一些实施例中，所述定位运动装置包括：若干导轨，若干所述导轨铺设在所述底座上；驱动电机，所述驱动电机设置在底座上；光栅，所述光栅铺设在所述底座上，
并与若干所述导轨同向设置，用于反馈所述定位运动装置的位置信息；运动座，所述运动座设置在若干所述导轨上并与所述驱动电机电连接，用于受到所述驱动电机驱动以沿着所述导轨移动。
9.在本发明的一些实施例中，所述测量装置包括：平尺，所述平尺设置在所述运动座上，用于跟随所述运动座运动，所述平尺的延伸方向与若干所述导轨的延伸方向相同；连接底座，所述连接底座固定在所述底座上；升降支架，所述升降支架的第一端与所述连接底座连接，所述升降支架的第二端相较于所述第一端的高度差可调；测距模块，所述测距模块安装在所述升降支架的第二端，所述测距模块用于在所述平尺的测量面上的坐标点运动至所述目标测量位置时测量所述坐标点与所述测量装置之间的距离；
10.在本发明的一些实施例中，所述底座的安装面的平面精度等级低于所述平尺的测量面的平面精度等级。
11.在本发明的一些实施例中，所述数据采集仪器用于，获取所述直线度曲线中的原点以作为参考点，以及，获取所述直线度曲线中直线度大于或者小于所述参考点的坐标点以作为待调节点，根据所述参考点对应的直线度对所述待调节点对应的直线度进行优化。
12.在本发明的一些实施例中，所述定位运动装置的直线度包括所述定位运动装置的水平直线度和所述定位运动装置的垂直直线度。
13.为了达到上述目的，本发明第二方面实施例提出一种直线度测量方法，用于上面任一项所述直线度测量系统，所述直线度测量方法包括：确定定位运动装置的各个位置点的坐标点；控制所述定位运动装置由原点位置运动至目标位置，并在所述定位运动装置运动至目标测量位置时测量所述定位运动装置的各个位置的坐标点与所述测量装置之间的距离值；根据所述距离值获取所述定位运动装置的直线度曲线；根据所述直线度曲线对所述定位运动装置的直线度进行优化。
14.根据本发明实施例提出的直线度测量方法，通过采用上面实施例的直线度测量系统，在定位运动装置运动过程中，通过测量定位运动装置的各个位置点的坐标点与测量装置之间的距离值，能根据距离值获取定位运动装置的直线度曲线，能够有效测量定位运动装置的直线度，测量结果准确且测量成本低。以及，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化时，能够更加方便地调节定位运动装置的直线度，进而从整体提升测量直线度和优化直线度的工作效率。
15.在本发明的一些实施例中，确定所述定位运动装置的各个位置的坐标点至少包括：确定所述定位运动装置的原点位置的坐标点。
16.在本发明的一些实施例中，所述定位运动装置的直线度曲线的横轴为各个所述坐标点对应的坐标，所述定位运动装置的直线度曲线的纵轴为所述定位运动装置运动至目标测量位置时各个所述坐标点与所述测量装置之间的距离值。
17.在本发明的一些实施例中，根据所述直线度曲线对所述定位运动装置的直线度进行优化，包括：获取所述直线度曲线中的原点以作为参考点；获取所述直线度曲线中直线度大于或者小于所述参考点的坐标点以作为待调节点；根据所述参考点对应的直线度对所述待调节点对应的直线度进行优化。
18.根据本发明实施例提出的直线度测量方法，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化时，通过选取参考点和待调节点，并根据参考点对应的直线度对待调节点对
应的直线度进行优化，能够有效调整定位运动平台的直线度，调节方便、成本低，能提升调节过程的工作效率。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1为根据本发明一个实施例的直线度测量系统的框图；
22.图2为根据本发明一个实施例的直线度测量系统的示意图；
23.图3为根据本发明一个实施例的定位运动装置的动态特性示意图；
24.图4为根据本发明另一个实施例的直线度测量系统的示意图；
25.图5为根据本发明一个实施例的直线度测量方法的流程图；
26.图6为根据本发明另一个实施例的直线度测量方法的流程图。
27.附图标记：
28.直线度测量系统10；
29.底座1、定位运动装置2、测量装置3、数据采集仪器4；
30.若干导轨21、驱动电机22、光栅23、运动座24、平尺31、连接底座32、升降支架33、测距模块34。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
32.下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的直线度测量系统。
33.在本发明的一些实施例中，如图1所示，为根据本发明一个实施例的直线度测量系统的框图，其中，直线度测量系统10包括底座1、定位运动装置2、测量装置3和数据采集仪器4。
34.其中，定位运动装置2可移动地设置在底座1上。其中，可结合图2理解本发明实施例的定位运动装置2，如图2所示，为根据本发明一个实施例的直线度测量系统的示意图，其中，定位运动装置2包括若干导轨21、驱动电机22、光栅23和运动座24，图2中未示出数据采集仪器。
35.其中，若干导轨21可以为一条导轨、两条导轨、三条导轨或者多条导轨等，此处不作限定。以下，若干导轨21均以图2中示出的三条导轨为例进行描述。
36.若干导轨21铺设在底座1上，其中，若干导轨21可均为直线导轨。驱动电机22设置在底座1上，运动座24设置在若干导轨21上并与驱动电机22电连接，用于受到驱动电机22驱动以沿着导轨21移动。具体地，驱动电机2可以为一个或者多个，驱动电机22设置在若干导轨21之间或者两侧，用于驱动运动座24沿着导轨21移动。
37.光栅23铺设在底座1上，并与若干导轨21同向设置，用于反馈定位运动装置10的位置信息。其中，光栅23实际上为一种光栅系统，其中包括(如光栅尺)和读数感应器，读数传
感器用于读取光栅尺上的刻度，并上传至软件中用于反馈定位运动装置10的位置信息，设置光栅23可用来解决轴的线位移、转速或转角的监测和控制问题。
38.在一些实施例中，测量装置3固定在底座1上，可以理解的是，定位运动装置2可移动地设置在底座1上，则定位运动装置2相较于测量装置3之间可发生相对移动，测量装置3用于在定位运动装置2移动至目标测量位置时，测量定位运动装置2的各个位置点与测量装置3之间的距离值。也就是说，在执行测量操作时，定位运动装置2从初始位置运行至目标测量位置时，当定位运动装置2上所标记的各个位置点运行至测量点时，测量装置3能获取与位置点之间的距离。
39.进一步地，可根据图3理解本发明实施例的直线度，如图3所示，为根据本发明一个实施例的定位运动装置的动态特性示意图。其中，在一些实施例中，定位运动装置2的直线度包括定位运动装置2的水平直线度和定位运动装置2的垂直直线度，定位运动装置2的运行轨迹在水平方向的偏移量即为水平直线度，定位运动装置2的运行轨迹在垂直方向的偏移量即为垂直直线度。
40.可以理解的是，对于定位运动装置2来说，定位运动装置2中的若干导轨2为直线导轨时，无论是在水平方向上还是垂直方向上，定位运动装置2的运行轨迹应为一条完美的直线，即测量装置3所测量的定位运动装置2中的各个位置点与测量装置3之间的距离值均为一固定的距离值，若出现各个位置点与测量装置3之间的距离值不同的情况，则表示定位运动装置3的运行轨迹不是一条直线，则需要对定位运动装置2的直线度进行优化。
41.数据采集仪器4与测量装置3连接，用于根据距离值获得定位运动装置2的直线度曲线，其中，数据采集仪器4为可以接收数据并对数据进行分析和处理的装置，所获得的直线度曲线为二维曲线，直线度曲线的横轴为定位运动装置2上的各个位置点的坐标，直线度曲线的纵轴为与各个位置点的坐标所对应的各个位置点与测量装置3之间的距离值。
42.以及，数据采集仪器4还用于根据直线度曲线对定位运动装置2的直线度进行优化。其中，数据采集仪器4根据距离值获得距离值集合，根据距离值集合，计算定位运动装置2直线度的坐标矩阵，从而形成定位运动装置2的直线度曲线。理想状态下的直线度曲线应为一条直线，曲线中出现波动的位置时，则表示某个位置点与测量装置3之间的距离值与其他位置点与测量装置3之间的距离值不同，则根据此规律能进一步对定位运动装置2的直线度进行优化。
43.根据本发明实施例提出的直线度测量系统10，通过采用固定在底座1上的测量装置3，在定位运动装置2与底座1发生相对运动时，测量装置3能准确测量定位运动装置2的各个位置点与测量装置3之间的距离值，进而数据采集仪器4能准确获得定位运动装置2的直线度，能保证定位运动装置2的直线度测量的准确度，根据所测量的直线度能有效地评估定位运动装置2的直线度带给直写光刻曝光系统的误差精度，进而保证直写光刻曝光设备曝光图形的正确性。并且本发明采用的测量装置3可采用仅用于精确测量距离的仪器，该种仪器相较于干涉仪结构简单、价格低且便于调试，能提升直线度测量和直线度优化过程中的工作效率，以及，整个直线度测量系统10对测试环境要求比较低，方便后期对定位运动装置2的直线度进行优化。
44.在本发明的一些实施例中，可结合图2和图4理解本发明实施例的测量装置3，图4为根据本发明另一个实施例的直线度测量系统的示意图，其中，测量装置3包括平尺31、连
接底座32、升降支架33和测距模块34，图4中未示出数据采集仪器。
45.其中，平尺31设置在运动座24上，具体地，平尺31上具有刻度，其上的刻度可作为所选取的位置点所对应的坐标，如图2所示，平尺31用于跟随运动座24运动，平尺31的延伸方向与若干导轨21的延伸方向相同。平尺31跟随运动座24运动时，平尺31上的刻度依次运动至测距模块34的测量点，测距模块34读取平尺31上相应的位置点与测距模块34之间的距离值。
46.具体地，如图3所示，本发明的直线度测量系统10用于测量定位运动装置2的水平直线度和垂直直线度。
47.可结合图4理解本发明实施例的测量定位运动装置2的水平直线度，如图4所示，当测量定位运动装置2的水平直线度时，可以以平尺31的侧面为测量面，即在平尺31的侧面上择取多个位置点并确定各个位置点的坐标，平尺31运动时，测距模块34用于读取平尺31的侧面上相应的位置点与测距模块34之间的距离值。
48.以及，当测量定位运动装置2的垂直直线度时，可以以平尺31的上表面为测量面，可在平尺31的上表面择取位置点并确定位置点的坐标，测距模块34用于读取平尺31的上表面上相应的位置点与测距模块34之间的距离值。
49.如图4所示，连接底座32固定在底座1上。升降支架33的第一端与连接底座32连接，升降支架33的第二端相较于第一端的高度差可调。测距模块34安装在升降支架33的第二端，测距模块34用于在平尺31的测量面上的坐标点运动至目标测量位置时测量坐标点与测量装置3之间的距离。
50.可以理解的是，测距模块34可采用测距感应器，安装在升降支架33上，升降支架33与连接底座32连接的一端为固定端，升降支架33安装有测距模块34的第二端为可运动的一端。测距模块34用于检测平尺31的测量面上的测量点，因此可根据所选择的平尺31的测量面的位置和高度等，适应性调节升降支架33的高度，进而调整测距模块34的测量位置，使得测距模块34能够准确地对测试点进行测试。
51.进一步地，平尺31的测量面随定位运动装置2运动，在定位运动装置2在原点位置时，测距模块34测量与平尺31的相应位置点即原点的距离值并置零，在定位运动装置2运动至末端点位置时，测距模块34测量与平尺31的相应位置点即末端点的距离值并置零。
52.在本发明的一些实施例中，底座1的安装面的平面精度等级低于平尺31的测量面的平面精度等级。
53.可以理解的是，若干导轨21、驱动电机22、光栅23和连接底座32均安装在底座1的安装面上，运动座24在若干导轨21上移动时，平尺31随着运动座24同向移动，在测量定位运动装置2的直线度时，平尺31相当于作为测距模块34测量的标尺，应社设置其测量面的平面度精度等级比较高，尽量接近一个标准的平面。由此，测距模块34在测量平尺31上的位置点到测距模块34之间的距离值时，能尽量减小测量面的平面度对所计算出的直线度的影响，提升对定位运动装置2的直线度的测量精度。
54.在本发明的一些实施例中，数据采集仪器4用于获取直线度曲线中的原点以作为参考点，以及，获取直线度曲线中直线度大于或者小于参考点的坐标点以作为待调节点，根据参考点对应的直线度对待调节点对应的直线度进行优化。
55.具体地，可选取直线度曲线中的合适的一点为原点并以原点以作为参考点，其他
坐标点为待调节点，以该原点所在坐标点所对应的距离值为标准调整待调节点所对应的距离值。
56.举例而言，可在定位运动装置2上设置五个位置点，分别为位置点(1)-位置点(5)，分别为对应坐标点为(0，0)、(0，100)、(0，200)、(0，300)和(0，400)，获取的测量结果为，坐标点(0，0)所对应的距离值为5um；坐标点(0，100)所对应的距离值为6um；坐标置点(0，200)所对应的距离值为5um；坐标点(0，300)所对应的距离值为3um；坐标点(0，400)所对应的距离值为1um。例如，选取坐标点(0，0)为原点，则定位运动装置2上的各个位置点与测量装置3之间的距离值的标准即为5um，由于坐标点(0，200)相较于原点未发生偏离，坐标点(0，100)、(0，300)和(0，400)为待调节点。
57.具体地，以距离值为5um为标准，对待调节点对应的直线度进行优化时，坐标点(0，100)相较于原点向远离测量装置3的方向偏离了1um；坐标点(0，300)相较于原点向靠近测量装置3的方向偏离了1um；坐标点(0，400)相较于原点向靠近测量装置3的方向偏离了4um。
58.基于以上测试结果，可直接根据原点所对应的距离值调整坐标点(0，100)、坐标点(0，300)和坐标点(0，400)与测量装置3之间的距等于满足5um，以实现对定位运动装置2的直线度进行优化。
59.进一步地，上述内容均为示例，还可根据需要设置定位运动装置2上位置点的个数以及各个位置点与测量装置3之间的距离值精确范围，此处不作限定。
60.在本发明的一些实施例中，还提出一种直线度测量方法，用于上面任一项实施例的直线度测量系统，如图4所示，为根据本发明一个实施例的直线度测量方法的流程图，其中，直线度测量方法包括步骤s1-s4，具体如下。
61.s1，确定定位运动装置的各个位置点的坐标点。
62.其中，还可根据需要设置定位运动装置2上位置点的个数以及各个位置点与测量装置3之间的距离值精确范围，此处不作限定。具体地，由于测量装置的测量点主要位于平尺上，则定位运动装置的各个位置点的坐标点可以直接取平尺上的可读进行标注。
63.在一些实施例中，确定定位运动装置的各个位置的坐标点至少包括确定定位运动装置的原点位置的坐标点。可以理解的是，可将定位运动装置开始移动的位置记为原点位置，或者可以将定位运动装置上的其他位置点作为原点位置。
64.举例而言，可在定位运动装置上设置五个位置点，分别为位置点(1)-位置点(5)，分别为对应平尺上的刻度选取坐标点为(0，0)、(0，100)、(0，200)、(0，300)和(0，400)。其中，可以选取坐标点(0，0)-(0，400)中任意一个坐标点为原点，此处不作限定。
65.s2，控制定位运动装置由原点位置运动至目标位置，并在定位运动装置运动至目标测量位置时测量定位运动装置的各个位置的坐标点与测量装置之间的距离值。
66.其中，可将定位运动装置开始由导轨的一端向另一端运动时，可将开始运动的初始位置记为原点位置，将导轨的另一端所在位置作为目标位置。测量装置设置在运动轨迹之间的任意一处，并将该位置记为目标测量位置，当定位运动装置中各个位置的坐标点依次经过目标测量位置时，测量装置用于依次获取各个位置的坐标点与测量装置之间的距离值。
67.s3，根据距离值获取定位运动装置的直线度曲线。
68.具体地，可根据距离值获得距离值集合，根据距离值集合，计算定位运动装置直线
度的坐标矩阵，从而形成定位运动装置的直线度曲线，该直线度曲线为二维曲线，其中，定位运动装置的直线度曲线的横轴为各个坐标点对应的坐标，定位运动装置的直线度曲线的纵轴为定位运动装置运动至目标测量位置时各个坐标点与测量装置之间的距离值。
69.s4，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化。
70.可以理解的是，形成定位运动装置的直线度曲线，在理想状态下的直线度曲线应为一条直线，曲线中出现波动的位置时，则表示某个位置点与测量装置之间的距离值与其他位置点与测量装置之间的距离值不同，则根据此规律能进一步对定位运动装置的直线度进行优化。
71.根据本发明实施例的直线度测量方法，通过采用上面实施例的直线度测量系统，在定位运动装置运动过程中，通过测量定位运动装置的各个位置点的坐标点与测量装置之间的距离值，能根据距离值获取定位运动装置的直线度曲线，能够有效测量定位运动装置的直线度，测量结果准确且测量成本低。以及，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化时，能够更加方便地调节定位运动装置的直线度，进而从整体提升测量直线度和优化直线度的工作效率。
72.在本发明的一些实施例中，如图6所示，为根据本发明另一个实施例的直线度测量方法的流程图，其中，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化，即上面步骤s4具体包括步骤s41-s43。
73.s41，获取直线度曲线中的原点以作为参考点。
74.其中，仍以上面内容中的在定位运动装置上选取5个位置点分别为位置点(1)-位置点(5)，分别为对应平尺上的刻度选取坐标点为(0，0)、(0，100)、(0，200)、(0，300)和(0，400)为例进行描述。例如，可以选取坐标点(0，0)为原点，则定位运动装置2上的各个位置点与测量装置3之间的距离值的标准即为5um。
75.s42，获取直线度曲线中直线度大于或者小于参考点的坐标点以作为待调节点。
76.举例而言，获取的测量结果为，坐标点(0，0)所对应的距离值为5um；坐标点(0，100)所对应的距离值为6um；坐标置点(0，200)所对应的距离值为5um；坐标点(0，300)所对应的距离值为3um；坐标点(0，400)所对应的距离值为1um。以坐标点(0,0)为原点时，则定位运动装置上的各个位置点与测量装置3之间的距离值的标准即为5um。由于坐标点(0，200)相较于原点未发生偏离，则坐标点(0，100)、(0，300)和(0，400)为待调节点。
77.s43，根据参考点对应的直线度对待调节点对应的直线度进行优化。
78.具体地，以距离值为5um为标准，对待调节点对应的直线度进行优化时，坐标点(0，100)相较于原点向远离测量装置3的方向偏离了1um；坐标点(0，300)相较于原点向靠近测量装置3的方向偏离了1um；坐标点(0，400)相较于原点向靠近测量装置3的方向偏离了4um。基于以上测试结果，可直接根据原点所对应的距离值调整坐标点(0，100)、坐标点(0，300)和坐标点(0，400)与测量装置之间的距离值，最终使得所测量的定位运动装置上的各个位置点与测量装置之间的距离均等于5um，以实现对定位运动装置的直线度进行优化。
79.根据本发明实施例提出的直线度测量方法，根据直线度曲线对定位运动装置的直线度进行优化时，通过选取参考点和待调节点，并根据参考点对应的直线度对待调节点对应的直线度进行优化，能够有效调整定位运动平台的直线度，调节方便、成本低，能提升调节过程的工作效率。
80.根据本发明实施例的直线度测量系统10的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
81.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
82.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。