CN104820344A - 一种精密定位平台Yaw值的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密定位平台Yaw值的测量方法,具体做法是在所测精密定位平台上安装真空吸盘,在真空吸盘上吸附定制的高精度标定板,标定板上具有规则排列的多行多列Mark,在大理石横梁上安装两个固定的CCD图像采集***,用图像匹配技术测量出不同位置下定位平台X轴和Y轴的Yaw值,并绘制成曲线。本发明适用于直写光刻技术或用到精密定位平台的其他技术领域,比传统的激光干涉仪测量成本低、易操作;本发明所述图像匹配法测量Yaw值,测量精度高,误差为0.1arc sec,可以有效评估精密定位平台的动态性能。
Description
技术领域
本发明属于精密定位控制领域,涉及一种精密定位平台Yaw值的测量方法,本发明适用于制版光刻技术、PCB直写光刻技术领域或应用到精密定位平台的其他技术领域。
背景技术
如图1所示,精密定位平台的Yaw值是衡量定位平台动态特性的一个重要指标,其主要取决于几个因素:导轨本身的精密程度、导轨安装调试的效果、光栅尺和导轨的搭配效果等,Yaw值在PCB直写光刻领域的主要影响为:影响内外层对准的精度,且影响曝光图形的变形。
传统的精密定位平台Yaw值测量主要是利用激光干涉仪的角度测量模块,沿着轴运行的方向,测量出每个位置处因为yaw值带来的角度摆动。但采用激光干涉仪价格昂贵,且组装调试过程复杂,本发明提供的方法既简单高效,测量又准确。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点,本发明所解决的技术问题是:提供一种简单易用、成本低且高效的精密定位平台Yaw值的测量方法,
为实现上述目的,本发明的实现方案为:将定做的高精度标定板放置到需要测量的定位平台***的真空吸盘上,打开真空吸附,上方采用两个高清CCD图像采集***,在平台移动到不同位置时,实时采集两个mark,利用图像匹配法计算平台在不同位置时的yaw值。
所述图像采集***指集成在PCB直写光刻机或其他激光打印设备上的高清CCD及图像放大光路,其一般作用是用于直写光刻设备的对准。
所述图像采集***CCD的视场范围为12mm*12mm。
所述图像匹配法指通过Mark的模板和图像处理的算法使在CCD视场中的Mark移动至CCD视场的中心的方法。
所述制作标定板的高精度光刻机曝光后的图形变形和缩放都很小,一般任意两点之间的距离<2um。
所述标定板的材料最好为玻璃基地,其热膨胀系数为3.25PPM,温度对测量产生的影响较小。
所述Yaw值测量的目的是获取平台在不同位置时的摆角大小,并评估其对整机图形质量带来的影响,为图形的矫正提供可靠的数据。
本发明的优点是:
本发明比传统的激光干涉仪测量和补偿成本低、易操作;利用图像匹配法进行测量,测量精度高,误差为700nm左右,可以有效评估定位平台Yaw值给整机***带来的误差。
附图说明:
图1为精密定位平台动态特性示意图。
图2为标定板Mark布置示意图。
图3为精密定位平台yaw测量结构示意图--等轴测图。
图4为精密定位平台yaw测量结构示意图--前视图。
图5为双CCD测量X轴yaw的原理图。
图6为双CCD测量Y轴yaw的原理图。
图7为X轴Yaw测量结果示意图。
图8为Y轴Yaw测量结果示意图
附图中标号代表意义如下:
1-大理石床身、2-定位平台Y轴、3-真空吸盘、4–标定板、5-左CCD***,记为CCD1、6-右CCD***,记为CCD2、7-大理石横梁、8–定位平台X轴。
图2中,a=10mm。
具体实施方式
如图1所示,精密定位平台每根轴的动态特性包括:Pitch(俯仰)、Roll(翻转)、Yaw(偏摆)、Straightness(直线度)和Flatness(平面度)。
实施例:如图3-图6所示。
一种精密定位平台Yaw值的测量方法,具体实现方式如下:
Step1:如图3所示,将标定板4放置在真空吸盘3上,靠左下角定位,其横竖方向的Mark尽量与定位平台的X轴和Y轴平行,打开真空吸附固定,真空吸盘固定在精密定位平台X轴8上。
Step2:如图2所示,标定板上具有规则排列的Mark,X方向间距为a,Y方向间距为b,在安装CCD1和CCD2***时,需保证两CCD之间在X方向的间距Dx为a的整数倍。
Step3:首先测量X轴的Yaw值,如图5所示,驱动定位平台,使得标定板上一Mark1移动至CCD1视场中心,记录此时定位平台的坐标(x1,y1),因CCD1和CCD2在X方向的距离Dx为a的整数倍,且CCD1和CCD2的视场有12mm*12mm之大,所以此时标定板上另一Mark2会进入到CCD2的视场中心,记录此时Mark2在CCD2中的图像坐标,并计算此时的图像坐标与理论中心(CCD2视场中心)在Y方向的距离Dy1,因此可得到:
此时已获取位置P1处所得的角度θ1。
Step4:如图5所示,移动X轴距离a或a的整数倍,到位置P2,重复以上步骤3,并获取Dy2,因此可得到:
此时已获取位置P2处所得的角度θ2。
Step5:继续移动X轴,重复步骤3和4,分别测得位置P3-Pn处的角度θ3~θn。
Step6:根据以上测得的θ1~θn,计算Y=y1位置时,不同的X轴位置对应的Yaw值计算如下:
YawX-P1=0,YawX-P2=θ2-θ1,YawX-P3=θ3-θ1…YawX-Pn=θn-θ1,单位换算成角秒(arc sec)。
Step7:移动Y轴距离b或b的整数倍,测量Y=y2时,不同X轴位置对应的Yaw值。
Step8:重复Step7,测量Y=y3,y4…yn时的不同X轴位置对应的Yaw值。
Step2~Step8为测量X轴的Yaw值方法,如图7所示,根据测量的角度可以绘制出不同位置下X轴Yaw的曲线图,如图7所示。
Step9:同Step2~Step8,测量过程中,Y轴移动距离需是标定板Mark行间距b的整数倍,同理可得不同Y轴位置对应的Yaw值:
YawY-P1=0,YawY-P2=θ2-θ1,YawY-P3=θ3-θ1…YawY-Pn=θn-θ1
Step10:同Step7和Step8,变化X轴位置,测量X=x2,x3…xn时不同Y轴位置对应的Yaw值,根据测量的角度可以绘制不同位置下Y轴Yaw的曲线图,如图8所示。
Claims (5)
1.一种精密定位平台Yaw值的测量方法,其特征在于包含以下步骤:
1)在所测精密定位平台上安装真空吸盘,将标定板放置在真空吸盘上,标定板上有规则排列的很多Mark,X方向间距为a,Y方向间距为b.
2)在精密定位平台之上安装两个CCD图像采集***,两个CCD之间的距离已知;
3)用图像匹配法驱动定位平台,将标定板其中一Mark居中至CCD1的中心,记录平台的坐标(x1,y1),同一行的另外一个Mark可被CCD2抓取,记录第二个Mark在CCD2中的图像坐标;
4)移动精密定位平台的X轴,让平台移动距离a,重复步骤3);
5) 在Y轴坐标Y=y1下,重复步骤4);
6)移动Y轴距离b或b的整数倍,重复步骤3)、步骤4)、步骤5);
步骤3)至步骤6)为测量X轴的Yaw值;
7)回到坐标(x1,y1),重复步骤3);
8) 移动精密定位平台的Y轴,让平台移动距离b,重复步骤3);
9)在X轴坐标X=x1下,重复步骤8);
10)移动X轴距离a或a的整数倍,重复步骤7)、步骤8)、步骤9);
步骤7)至步骤10)为测量Y轴的Yaw值;
11)根据CCD2记录的图像坐标,计算X轴和Y轴的Yaw值。
2.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法,其特征在于:步骤1)中所述的标定板为玻璃基底,是通过高精密的曝光机曝光后刻蚀所得,其上的mark与mark之间的距离和多个mark之间组成的图形的与理论值之间的误差都小于2um。
3.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法,其特征在于:做Yaw值测量时,需要使用两个CCD***组合测量,其中一个CCD抓取Mark的中心,另外一个CCD只读取图像坐标。
4.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法,其特征在于:可以测量X轴在Y轴不同位置时的Yaw的变化,同样也可测量Y轴在X轴不同位置时Yaw的变化。
5.根据权利要求1所述的精密定位平台Yaw值的测量方法,其特征在于:可以测量单轴平台、X&Y十字交叉平台、或龙门结构的平台,本发明以X&Y十字交叉平台为例。
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