[发明专利]高精度平面度在线测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于高精度在线测量技术领域，具体涉及一种高精度平面度在线测量装置及测量方法，尤其适用于光刻投影物镜镜框平面度的在线测量。

背景技术

光刻投影物镜是制造大规模集成电路中的关键设备，近些年来，随着科学技术的不断进步，集成电路的规模不断提高，对光刻投影物镜分辨率的要求也不断提高。在光刻投影物镜的设计与系统集成过程中，对物镜镜框的机械精度有着极高的要求，尤其是镜框的基准面平面度，它可以直接影响所支撑镜片的倾斜程度，从而影响物镜最终成像质量。

现有技术中，镜框平面度的测量方法主要有三种：一种是将镜框加工完成之后，从机床上取下来，放在诸如三坐标测量机(CMM)、圆度仪等设备上进行检测，如果没有达到工件精度要求，再重新装夹找正进行重新加工，但是这种方法要耗费许多时间装调夹具及工件，甚至比工件真正切削的时间都长，而且多次装夹也将产生装夹误差，影响工件的最终精度。一种是通过一些常规手段进行在线测量，例如千分表等，这种测量方法简单易行，但是这些测量设备精度都是微米级别的，很难满足物镜镜框亚微米的精度要求，通过读数只能大概反映出平面度的数值。还有一种是利用机床自身所带探针进行打点，然后判断工件的平面度，但是机床自身携带的探针精度也是在几微米甚至更大，也很难满足亚微米的测量需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中平面度测量方法检测精度低、效率低、操作繁琐等技术问题，提供一种高精度平面度在线测量装置及测量方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

高精度平面度在线测量装置，包括主要由导磁块、C向旋转工作台、Z向运动轴、X向运动轴、床身、床座、刀具夹持系统和控制系统组成的数控立式车床；

还包括，刀杆接柄、适配器、长度计、数显装置和PC机；

所述刀杆接柄夹持固定在刀具夹持系统上；

所述适配器固定在刀杆接柄上，长度计固定在适配器上且沿Z向设置，适配器能够相对于刀杆接柄运动，调节长度计的位置，使长度计的探针在工件的被测面上的Z向投影恰好落在数控立式车床的X轴上；

所述数显装置与长度计连接，显示长度计的测量值；

所述PC机与数显装置、控制系统分别连接，PC机采集并存储数显装置的数据，且通过控制系统实时控制数控立式车床。

进一步的，所述刀杆接柄刀杆接柄的顶端设有凸台，凸台夹持固定在刀具夹持系统上，刀杆接柄的侧面设有凹槽，凹槽一端开口。

进一步的，所述适配器由底座和固定在底座上的凸台组成，凸台置于刀杆接柄的凹槽内，能够相对凹槽移动，并通过紧固螺钉夹持固定。

进一步的，长度计通过自带螺钉固定在适配器的底座上。

采用上述高精度平面度在线测量装置测量平面度的方法，包括以下步骤：

步骤一、将数控立式车床的C轴定位到0度，移动X向运动轴和Z向运动轴，使长度计的探针头到工件的被测面的Z向位移在长度计的量程内；

步骤二、通过长度计的控制开关使长度计的探针头与工件的被测面接触，获得一个采集点，将PC机上的数据采集软件归零，以该采集点作为工件的被测面的第一个直径上的第一个数据点x₁₁＝(1，0)，通过长度计的控制开关抬起探针头，转动C向旋转工作台，采集该第一个直径上的其它数据点x_1i＝(1，z)，i表示工件的被测面的同一直径上的第i个采集点，i为整数且1≦i≦n，n为工件的被测面的同一直径上所需采集的数据点的个数，z为长度计的测量值；

步骤三、采集完第一个直径上的所有数据点后，通过移动X向运动轴，采集工件的被测面上其它直径上的数据点x_ki＝(k，z)，k表示工件的被测面上的第k个直径，k为正整数且k≥2；

步骤四、读取PC机上采集的所有数据点，采用最小二乘法求取平面度。

进一步的，所述步骤一中，长度计的探针头到工件的被测面的Z向位移在2-5mm的范围内。

进一步的，所述步骤二中，C向旋转工作台转动的角度为360°/n。

进一步的，所述步骤二中，n≧12。

进一步的，所述步骤四中，读取软件为matlab软件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：