CN115077426B - 一种角位移测量装置及角位移测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造设备技术领域，公开一种角位移测量装置及角位移测量方法。其中角位移测量装置用于检测运动台的转动的角位移，第一导轨模组包括第一导轨和第一滑块，第一导轨通过设于运动台外部的固定件固定于运动台上方，第一导轨沿第一方向延伸，第一滑块滑动连接于第一导轨，第一滑块能够沿第一方向运动；第一连接块连接于第一滑块上；第二导轨模组包括第二滑块和第二导轨，第二导轨模组安装于第一连接块上，第二导轨沿第二方向延伸，第一方向与第二方向相互垂直，第二滑块能够沿第二导轨运动；第二连接块一侧连接于第二滑块，另一侧可转动连接于运动台；位移检测组件用于检测第一连接块沿第一方向的位移量。

Description

一种角位移测量装置及角位移测量方法

技术领域

本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种角位移测量装置及角位移测量方法。

背景技术

随着半导体制造设备技术的更新迭代，有越来越多的圆周运动需要进行高分辨率的高精度测量，双频激光干涉仪能够很好地实现高分辨率高精度直线运动测量，但是对于圆周运动测量，由于被测反射镜或表面在圆周运动中会发生丢光现象，无法采用激光干涉仪进行测量。

基于此，亟需一种角位移测量装置及角位移测量方法，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种角位移测量装置及角位移测量方法，利用正交的导轨模组，将运动台的角位移转化为第一连接块沿第一方向的位移，根据余弦定理，通过第一连接块沿第一方向的位移量计算运动台圆周运动的角位移，实现对运动台圆周运动的测量。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种角位移测量装置，用于检测运动台的转动的角位移，包括：

第一导轨模组，包括第一导轨和第一滑块，所述第一导轨通过设于所述运动台外部的固定件固定于所述运动台上方，且所述第一导轨沿第一方向延伸，所述第一滑块滑动连接于所述第一导轨，所述第一滑块能够沿所述第一方向运动；

第一连接块，连接于所述第一滑块上；

第二导轨模组，所述第二导轨模组安装于所述第一连接块上，包括第二滑块和第二导轨，所述第二导轨沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述第二滑块能够沿所述第二导轨运动；

第二连接块，其一侧连接于所述第二滑块，另一侧可转动连接于所述运动台；

位移检测组件，用于检测所述第一连接块沿所述第一方向的位移量。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述位移检测组件包括激光器、激光干涉仪和反光镜，所述激光器、所述激光干涉仪和所述反光镜沿所述第一方向依次设置于所述第一连接块的一侧，所述反光镜安装于所述第一连接块上，所述反光镜的反光面垂直于所述第一方向。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述反光镜粘结于所述第一连接块。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，还包括轴承座和第一轴承，所述运动台上设置有安装孔，所述轴承座安装于所述安装孔内，所述第一轴承安装于所述轴承座上，所述第二连接块设置有圆柱段，所述圆柱段通过所述第一轴承转动连接于所述轴承座。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述第二导轨模组包括固定块，所述固定块连接于所述第一连接块，所述第二导轨设置于所述固定块的底部。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述固定块通过螺钉连接于所述第一连接块。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述轴承座通过螺钉固定于所述安装孔内。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述第一轴承为止推轴承。

作为一种角位移测量装置的优选技术方案，所述第二导轨模组还包括位置传感器，用于检测所述第二滑块的位置。

第二方面，提供一种角位移测量方法，采用以上任一项所述的角位移测量装置，第一导轨位于运动台旋转中心的正上方，所述角位移测量方法包括以下步骤：

S1、确定第二连接块相对运动台的转动中心与所述运动台的旋转中心的距离d；

S2、实时检测第一连接块沿第一方向的位移量y；

S3、检测运动台的角位移是否大于180°，若否，进行S41；若是，进行S42；

S41、根据第一公式计算所述运动台（10）的角位移z，所述第一公式为：

z=arccos[（d-y）/d]；

S42、根据第二公式计算所述运动台（10）的角位移z，所述第二公式为：

z=π+arccos[（y-d）/d]。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种角位移测量装置，第一导轨模组和第二导轨模组正交设置，运动台转动时，带动第二连接块做圆周运动，第二连接块和第二滑块沿第二导轨移动，同时第一连接块、第二导轨模组和第一滑块沿第一导轨移动，实现了运动台带动第二连接块做圆周运动，利用正交设置的导轨模组，将运动台的角位移转化为第一连接块沿第一方向的位移，位移检测组件检测该第一连接块沿第一方向的位移量，再根据余弦定理计算第二连接块的角位移，实现通过第一连接块沿第一方向的位移量计算运动台圆周运动的角位移，进而实现对运动台圆周运动的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的角位移测量装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的角位移测量装置的剖视图；

图3是本发明具体实施方式提供的运动台不同角位移状态下的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的位移检测组件的示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的角位移测量方法的流程图。

图中标记如下：

10、运动台；

1、第一导轨模组；11、第一导轨；12、第一滑块；

2、第一连接块；

3、第二导轨模组；31、第二滑块；32、第二导轨；33、固定块；

4、第二连接块；41、圆柱段；

5、位移检测组件；51、激光器；52、激光干涉仪；53、反光镜；

6、轴承座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1和图2所示，本实施例提供一种角位移测量装置，该角位移测量装置用于检测运动台10的转动的角位移，包括第一导轨模组1、第一连接块2、第二导轨模组3、第二连接块4和位移检测组件5。

具体地，第一导轨模组1包括第一导轨11和第一滑块12，第一导轨11通过设于运动台10外部的固定件固定于运动台10上方，本实施例中，固定件可以为框架，实现了第一导轨11的固定。第一导轨11沿第一方向延伸，第一滑块12滑动连接于第一导轨11，第一滑块12能够沿第一方向运动；第一连接块2连接于第一滑块12上；第二导轨模组3包括第二滑块31和第二导轨32，第二导轨模组3安装于第一连接块2上，第二导轨32沿第二方向延伸，第一方向与第二方向相互垂直，第二滑块31能够沿第二导轨32运动；第二连接块4一侧连接于第二滑块31，另一侧可转动连接于运动台10；位移检测组件5用于检测第一连接块2沿第一方向的位移量。本实施例中，第一方向为Y向，第二方向为X向。

第一导轨模组1和第二导轨模组3正交，运动台10转动时，带动第二连接块4做圆周运动，第二连接块4和第二滑块31沿第二导轨32移动，同时第一连接块2、第二导轨模组3和第一滑块12沿第一导轨11移动，实现了运动台10能够带动第二连接块4做圆周运动，利用正交设置的导轨模组，将运动台10的角位移转化为第一连接块2沿第一方向的位移，位移检测组件5检测第一连接块2沿第一方向的位移量，再根据余弦定理计算第二连接块4的角位移，实现通过第一连接块2沿第一方向的位移量计算运动台10圆周运动的角位移，进而实现对运动台10圆周运动的检测。

进一步地，第二导轨模组3包括固定块33，固定块33连接于第一连接块2，第二导轨32设置于固定块33的底部。本实施例中，固定块33通过螺钉连接于第一连接块2，第二导轨32通过螺钉固定于固定块33，实现了第二导轨模组3固定于第一连接块2。

进一步地，如图1-图2所示，该角位移测量装置还包括轴承座6和第一轴承，运动台10上设置有安装孔，轴承座6安装于安装孔内，第一轴承安装于轴承座6上，第二连接块4设置有圆柱段41，圆柱段41通过第一轴承转动连接于轴承座6，实现了第二连接块4转动连接于运动台10。本实施例中，第一轴承为止推轴承，使得第二连接块4能够相对于运动台10旋转，当运动台10带动第二连接块4做圆周运动时，第二连接块4同时沿其转动中心相对运动台10旋转，由此实现运动解耦，避免位于第二连接块4上方的导轨模组对运动台10的运动形成干涉。

图3是本发明实施例提供的运动台不同角位移状态下的结构示意图，该图中示出了运动台10的角位移为0°、90°、180°和270°时，角位移测量装置的各结构的位置变化；如图3中的（a）所示，当运动台10位于初始状态，即运动台10的角位移为0°时，第一连接块2和第二连接块4均位于初始位置，即该图3中的（a）中标示出的第一连接块2所在位置，此时第二连接块4（图中未示出）位于第一连接块2的正下方，第二导轨32也随第二连接块4一起位于初始位置；如图3中的（b）所示，当运动台10顺时针旋转90°，即运动台10的角位移为90°时，第一连接块2沿第一导轨11自初始位置运动距离d（d为第二连接块4相对运动台10的转动中心与运动台10的旋转中心之间的距离）至运动台10的旋转中心，同时带动第二导轨32运动至运动台10的旋转中心，第二连接块4则跟随运动台10一起顺时针旋转了90°；如图3中的（c）所示，当运动台10顺时针旋转180°，即运动台10的角位移为180°时，第一连接块2沿原运动方向继续运动距离d至极限位置，同时带动第二导轨32运动至该极限位置，第二连接块4则跟随运动台10一起顺时针旋转了180°；如图3中的（d）所示，当运动台10顺时针旋转270°，即运动台10的角位移为270°时，第一连接块2沿第一导轨11自极限位置往回运动距离d至运动台10的旋转中心，同时带动第二导轨32往回运动至运动台10的旋转中心，第二连接块4则跟随运动台10一起顺时针旋转了270°；当运动台10顺时针旋转360°时，第一连接块2、第二连接块4和第二导轨32均回到初始位置。需要说明的是，本实施例中以运动台10顺时针旋转为例进行说明，在实际应用中，运动台10也可以逆时针旋转，角位移测量装置的各结构的位置变化与上述过程类似，此处不一一说明。

进一步地，为了实现0°～360°的角位移测量，第二导轨模组3还包括位置传感器，该位置传感器用于检测第二滑块31的位置。

本实施例中，如图4所示，位移检测组件5包括激光器51、激光干涉仪52和反光镜53，激光器51、激光干涉仪52和反光镜53沿第一方向依次设置于第一连接块2的一侧，反光镜53安装于第一连接块2上，反光镜53的反光面垂直于第一方向。激光干涉仪52可以是双频激光干涉仪，也可以是单频激光干涉仪，其核心测量原理均为以直线运动参数为基准，本实施例中，利用第一导轨模组和第二导轨模组正交的结构，实现了将运动台10的角位移转化为反光镜53沿第一方向的位移，反光镜53在运动台10圆周运动过程时始终位于测量光的光路方向（即第一方向）上，不会丢光，从而可以应用激光干涉仪52来进行测量，实现了采用激光干涉仪52对运动台10进行圆周运动的测量，实现了高分辨率的高精度测量。本实施例中，反光镜53粘结于第一连接块2。

进一步地，如图5所示，本实施例还提供一种角位移测量方法，采用上述的角位移测量装置，其中第一导轨11位于运动台10旋转中心的正上方，角位移测量方法包括以下步骤：

S1、确定第二连接块4相对运动台10的转动中心与运动台10的旋转中心的距离d；

其中，将运动台10的旋转中心作为参照点，第一连接块2向上运动的极限为从该参照点沿第一导轨11上移d距离，第一连接块2向下运动的极限为从参照点沿第一导轨11下移d距离。

S2、实时检测第一连接块2沿第一方向的位移量y；

S3、检测运动台10的角位移是否大于180°，若否，进行S41；若是，进行S42；

S41、根据第一公式计算所述运动台10的角位移z，所述第一公式为：

z=arccos[（d-y）/d]。

以上公式可用于计算0°~180°的角位移。

S42、对于大于180°小于360°的角位移计算，根据第二公式计算所述运动台10的角位移z，所述第二公式为：

z=π+arccos[（y-d）/d]。

通过上述角位移测量方法，实现了对运动台10的角位移z的测量。

因此，可以通过设置位置传感器来检测第二滑块31的位置，进而来确定运动台10的角位移是否大于180°。

以运动台10顺时针旋转为例，将第二导轨32和第二滑块31位于起始位置时，第二滑块31的中心对应至在第二导轨32上的位置设置为零度位置，当位置传感器检测到第二滑块31运动至该零度位置的右侧时，则判定运动台10的角位移大于180°。若运动台10逆时针，当位置传感器检测到第二滑块31运动至该零度位置的左侧时，则判定运动台10的角位移大于180°。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种角位移测量装置，用于检测运动台（10）的转动的角位移，其特征在于，包括：

第一导轨模组（1），包括第一导轨（11）和第一滑块（12），所述第一导轨（11）通过设于所述运动台（10）外部的固定件固定于所述运动台（10）上方，且所述第一导轨（11）沿第一方向延伸，所述第一滑块（12）滑动连接于所述第一导轨（11），所述第一滑块（12）能够沿所述第一方向运动；

第一连接块（2），连接于所述第一滑块（12）上；

第二导轨模组（3），所述第二导轨模组（3）安装于所述第一连接块（2）上，包括第二滑块（31）和第二导轨（32），所述第二导轨（32）沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向相互垂直，所述第二滑块（31）能够沿所述第二导轨（32）运动；

第二连接块（4），其一侧连接于所述第二滑块（31），另一侧可转动连接于所述运动台（10）；

位移检测组件（5），用于检测所述第一连接块（2）沿所述第一方向的位移量。

2.根据权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，所述位移检测组件（5）包括激光器（51）、激光干涉仪（52）和反光镜（53），所述激光器（51）、所述激光干涉仪（52）和所述反光镜（53）沿所述第一方向依次设置于所述第一连接块（2）的一侧，所述反光镜（53）安装于所述第一连接块（2）上，所述反光镜（53）的反光面垂直于所述第一方向。

3.根据权利要求2所述的角位移测量装置，其特征在于，所述反光镜（53）粘结于所述第一连接块（2）。

4.根据权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，还包括轴承座（6）和第一轴承，所述运动台（10）上设置有安装孔，所述轴承座（6）安装于所述安装孔内，所述第一轴承安装于所述轴承座（6）上，所述第二连接块（4）设置有圆柱段（41），所述圆柱段（41）通过所述第一轴承转动连接于所述轴承座（6）。

5.根据权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，所述第二导轨模组（3）包括固定块（33），所述固定块（33）连接于所述第一连接块（2），所述第二导轨（32）设置于所述固定块（33）的底部。

6.根据权利要求5所述的角位移测量装置，其特征在于，所述固定块（33）通过螺钉连接于所述第一连接块（2）。

7.根据权利要求4所述的角位移测量装置，其特征在于，所述轴承座（6）通过螺钉固定于所述安装孔内。

8.根据权利要求4所述的角位移测量装置，其特征在于，所述第一轴承为止推轴承。

9.根据权利要求1所述的角位移测量装置，其特征在于，所述第二导轨模组（3）还包括位置传感器，用于检测所述第二滑块（31）的位置。

10.一种角位移测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的角位移测量装置，第一导轨（11）位于运动台（10）旋转中心的正上方，所述角位移测量方法包括以下步骤：

S1、确定第二连接块（4）相对运动台（10）的转动中心与所述运动台（10）的旋转中心的距离d；

S2、实时检测第一连接块（2）沿第一方向的位移量y；

S3、检测运动台（10）的角位移是否大于180°，若否，进行S41；若是，进行S42；

S41、根据第一公式计算所述运动台（10）的角位移z，所述第一公式为：

z=arccos[（d-y）/d]；

S42、根据第二公式计算所述运动台（10）的角位移z，所述第二公式为：

z=π+arccos[（y-d）/d]。

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