CN217331177U - 用于二维反馈定位框架垂直度校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于二维反馈定位框架垂直度校准装置。本实用新型包括基座、垂直反馈平晶支架、垂直反馈平晶、垂直反馈平晶调整架、水平反馈平晶支架、水平反馈平晶、水平反馈平晶调整架、平面反射镜、平面反射镜调整架、测量光束、激光自准直仪、激光自准直仪调整架、旋转运动轴、直线运动轴动子、直线运动轴定子、转折光束；本实用新型基于光线入射角与反射角相等的原理通过平面反射镜的高精度45°旋转准确构建出90°转折的光束，通过激光自准直仪的返回光束角度表征出两反馈平面之间的垂直度偏差以进行反馈调整。本实用新型能够方便、高效、准确地实现应用于二维超精密运动平台中的二维反馈定位框架的垂直度校准。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密测量技术领域，尤其涉及一种用于二维反馈定位框架垂直度校准装置。
背景技术
二维超精密运动平台是光刻机、超精密机床、超精密测量仪等高端装备中的核心部件。随着高端装备对于运动精度的需求从微米级别发展至纳米级别，单纯依靠光栅进行位置反馈的手段已不能满足其面内超精密定位需求，当前的主要解决手段是通过由两相互垂直平面反馈元件构成的二维反馈定位框架与高精度激光干涉位移传感器相结合实现超精密的二维面内定位。在实际应用中，二维反馈定位框架的任何微小位姿误差会直接耦合进二维超精密运动台的定位误差，因此要求二维反馈定位框架必须具备极高的空间姿态精度。其中两平面反馈元件之间的垂直度误差构成二维反馈定位框架的主要姿态误差来源，为保证亚微米级乃至纳米级的面内定位精度，必须对垂直度误差进行校准。
发明内容
本实用新型针对二维超精密运动平台中的位置反馈器件垂直度姿态校准问题，提出一种用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，可实现二维反馈定位框架中两反馈平面元件之间垂直度误差的快速、精确校准，以保障纳米级的二维平面内定位精度。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，包括：基座(1)、垂直反馈平晶支架(2)、垂直反馈平晶(3)、垂直反馈平晶调整架(4)、水平反馈平晶支架(5)、水平反馈平晶(6)、水平反馈平晶调整架(7)、平面反射镜(8)、平面反射镜调整架(9)、测量光束(10)、激光自准直仪(11)、激光自准直仪调整架(12)、旋转运动轴(13)、直线运动轴动子(14)、直线运动轴定子(15)、转折光束(16)。
其中垂直反馈平晶支架(2)与垂直反馈平晶调整架(4)安装于基座(1)左侧，两者之间悬挂安装垂直反馈平晶(3)，水平反馈平晶支架(5)与水平反馈平晶调整架(7)安装于基座(1)上侧，两者之间悬挂安装水平反馈平晶(6)。基座(1)中心区域安装直线运动轴定子(15)，其上依次叠加安装直线运动轴动子(14)、旋转运动轴(13)、平面反射镜调整架(9)、平面反射镜(8)。激光自准直仪(11)通过激光自准直仪调整架(12)固定在基座(1)右侧区域，并向左方发射测量光束(10)。
所述垂直反馈平晶(3)的右侧面与水平反馈平晶(6)的下侧面为具有高平面度的标准平面，通过两个标准平面构建出二维平面内的垂直坐标基准，结合各类传感器，如激光干涉位移传感器、激光三角位置传感器等位置传感器即可实现二维平面内的精准定位。
所述垂直反馈平晶调整架(4)与水平反馈平晶调整架(7)能够进行微小的直线运动与旋转运动调节，分别以垂直反馈平晶支架(2)与水平反馈平晶支架(5)为支点，可实现垂直反馈平晶(3)与水平反馈平晶(6)的俯仰姿态调整与偏摆姿态调整。由于垂直反馈平晶(3)的右侧面与水平反馈平晶(6)的下侧面均为标准平面，其沿平面法线方向的滚转不引起垂直度姿态误差，完成俯仰与偏摆姿态调整后即可完成其空间姿态校准。
本实用新型所述的装置既可在水平平面内布置实现卧式二维反馈定位框架的垂直度校准，也可在垂直平面内布置实现立式二维反馈定位框架的垂直度校准。
所述旋转运动轴(13)运动至0°位置时，平面反射镜(8)经过平面反射镜调整架(9)调整后与测量光束(10)准确垂直。所述旋转运动轴(13)带动平面反射镜(8)，即平面反射镜调整架(9)旋转45°后，测量光束(10)的入射角为准确的45°，经过反射后产生的转折光束(16)具有准确的90°偏折(如图3所示)，并照射在水平反馈平晶(6)的下侧面，通过水平反馈平晶调整架(7)使测量光束(10)准确返回到激光自准直仪(11)的中心，即可保证水平反馈平晶(6)与转折光束(16)垂直并与测量光束(10)平行。
在完成调整后，垂直反馈平晶(3)与测量光束(10)垂直，而水平反馈平晶(6)与测量光束(10)平行，即可保证垂直反馈平晶(3)与水平反馈平晶(6)垂直。
本实用新型基于光线入射角与反射角相等的原理通过平面反射镜的高精度45°旋转准确构建出90°转折的光束，通过激光自准直仪的返回光束角度表征出两反馈平面之间的垂直度偏差以进行反馈调整，可方便、高效、准确地实现应用于二维超精密运动平台中的二维反馈定位框架的垂直度校准。
附图说明
图1为用于二维平面内精密定位的测量框架垂直度校准装置。
图2为平面反射镜姿态校准机构。
图3为水平反馈平晶姿态校准机构。
图4为二维反馈定位框架的垂直度偏差示意。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详述。
二维反馈定位框架通常被用作光刻机及高端机床中的二维超精密运动平台的位置反馈元件，其采用两个垂直平面平晶与高精密激光干涉仪进行平面内的实时位置反馈与误差补偿，可实现比光栅更高的面内定位精度。为保障二维反馈定位框架的工作精度，必须对其垂直度等姿态误差进行准确的校准。本实用新型装置以高精度转台的转角为角度基准，可实现二维反馈定位框架垂直度的便捷、快速、高精度校准，从而保障二维超精密运动平台的面内定位精度，为保障光刻机及高端机床等超精密设备的运动精度提供支持。
如图1所示，用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，包括基座(1)、垂直反馈平晶支架(2)、垂直反馈平晶(3)、垂直反馈平晶调整架(4)、水平反馈平晶支架(5)、水平反馈平晶(6)、水平反馈平晶调整架(7)、平面反射镜(8)、平面反射镜调整架(9)、测量光束(10)、激光自准直仪(11)、激光自准直仪调整架(12)、旋转运动轴(13)、直线运动轴动子(14)、直线运动轴定子(15)、转折光束(16)。所述垂直反馈平晶支架(2)与垂直反馈平晶调整架(4)安装于基座(1)左侧，两者之间悬挂安装垂直反馈平晶(3)，水平反馈平晶支架(5)与水平反馈平晶调整架(7)安装于基座(1)上侧，两者之间悬挂安装水平反馈平晶(6)。基座(1)中心区域安装直线运动轴定子(15)，其上叠加安装直线运动轴动子(14)、旋转运动轴(13)、平面反射镜调整架(9)、平面反射镜(8)。激光自准直仪(11)通过激光自准直仪调整架(12)固定在基座(1)右侧区域，并向左方发射测量光束(10)。
如图2所示，移动旋转运动轴(13)至0°位置，调整直线运动轴动子(14)使激光自准直仪(11)的测量光束(10)照射到平面反射镜(8)表面，并经过反射后返回激光自准直仪(11)，调整平面反射镜调整架(9)使测量光束(10)返回到激光自准直仪(11)的中心位置，此时平面反射镜(8)与测量光束(10)垂直，即完成平面反射镜(8)的姿态校准。
如图3所示，移动旋转运动轴(13)至45°位置，调整直线运动轴动子(14)使激光自准直仪(11)的测量光束(10)照射到平面反射镜(8)表面，并经过反射后垂直向上照射到水平反馈平晶(6)的下表面，经过原路反射后返回激光自准直仪(11)，通过水平反馈平晶调整架(7)调整水平反馈平晶(6)姿态，使测量光束(10)返回激光自准直仪(11)的中心位置，此时水平反馈平晶(6)与测量光束(10)平行，完成水平反馈平晶(6)的姿态校准。
如图4所示，垂直反馈平晶(3)与水平反馈平晶(6)在分别处于垂直反馈平晶理想姿态(18)与水平反馈平晶理想姿态(17)时，两者相互垂直，不存在垂直度误差，二维超精密运动平台可以从二维反馈定位框架中得到精准的位置反馈。垂直反馈平晶(3)与水平反馈平晶(6)存在垂直度偏差时，反馈光线存在偏斜，影响二维平面内位置的定位精度。
所述的二维平面内精密定位的测量框架垂直度校准流程包括：通过垂直反馈平晶调整架(4)调整垂直反馈平晶(3)姿态至理想位置。移动直线运动轴动子(14)与旋转运动轴(13)并调整激光自准直仪调整架(12)使测量光束(10)返回激光自准直仪(11)的中心位置，完成激光自准直仪(11)的姿态调节。移动旋转运动轴(13)至0°位置，调整直线运动轴动子(14)使激光自准直仪(11)的测量光束(10)通过平面反射镜(8)表面返回到激光自准直仪(11)的中心位置，完成平面反射镜(8)的姿态校准。移动旋转运动轴(13)至45°位置，调整直线运动轴动子(14)使激光自准直仪(11)的测量光束(10)通过平面反射镜(8)和水平反馈平晶(6)返回激光自准直仪(11)，完成水平反馈平晶(6)的姿态校准。完成上述步骤后，即可实现水平反馈平晶(6)与垂直反馈平晶(3)的垂直度校准。
Claims (4)
1.用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，其特征在于包括基座(1)、垂直反馈平晶支架(2)、垂直反馈平晶(3)、垂直反馈平晶调整架(4)、水平反馈平晶支架(5)、水平反馈平晶(6)、水平反馈平晶调整架(7)、平面反射镜(8)、平面反射镜调整架(9)、测量光束(10)、激光自准直仪(11)、激光自准直仪调整架(12)、旋转运动轴(13)、直线运动轴动子(14)、直线运动轴定子(15)、转折光束(16)；
其中垂直反馈平晶支架(2)与垂直反馈平晶调整架(4)安装于基座(1)左侧，两者之间悬挂安装垂直反馈平晶(3)，水平反馈平晶支架(5)与水平反馈平晶调整架(7)安装于基座(1)上侧，两者之间悬挂安装水平反馈平晶(6)；基座(1)中心区域安装直线运动轴定子(15)，其上依次叠加安装直线运动轴动子(14)、旋转运动轴(13)、平面反射镜调整架(9)、平面反射镜(8)；激光自准直仪(11)通过激光自准直仪调整架(12)固定在基座(1)右侧区域，并向左方发射测量光束(10)。
2.根据权利要求1所述的用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，其特征在于所述垂直反馈平晶(3)的右侧面与水平反馈平晶(6)的下侧面为具有高平面度的标准平面，通过两个标准平面构建出二维平面内的垂直坐标基准。
3.根据权利要求1所述的用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，其特征在于所述垂直反馈平晶调整架(4)与水平反馈平晶调整架(7)能够进行直线运动与旋转运动调节，分别以垂直反馈平晶支架(2)与水平反馈平晶支架(5)为支点，实现垂直反馈平晶(3)与水平反馈平晶(6)的俯仰姿态调整与偏摆姿态调整。
4.根据权利要求3所述的用于二维反馈定位框架的垂直度校准装置，其特征在于由于垂直反馈平晶(3)的右侧面与水平反馈平晶(6)的下侧面均为标准平面，其沿平面法线方向的滚转不引起垂直度姿态误差，完成俯仰与偏摆姿态调整后即可完成其空间姿态校准。
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| CN202220229496.XU CN217331177U (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 用于二维反馈定位框架垂直度校准装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202220229496.XU CN217331177U (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 用于二维反馈定位框架垂直度校准装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN217331177U true CN217331177U (zh) | 2022-08-30 |
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Family Applications (1)
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| CN202220229496.XU Active CN217331177U (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 用于二维反馈定位框架垂直度校准装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN217331177U (zh) |
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2022
- 2022-01-27 CN CN202220229496.XU patent/CN217331177U/zh active Active
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