[发明专利]一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法

说明书

本发明的一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法，在本发明的一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法中，仅需要使用一块具有二维标记点阵列的透明栅格板，通过对栅格板进行平移或翻转，测量栅格板上标记点的坐标，然后对所测得的坐标数据利用数学模型进行计算就能得出工作台的系统误差，这种方法精度高、易于操作，便于用户使用。

技术领域

本发明涉及一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法。

背景技术

为了适应集成电路，微机电，激光探测，航空航天等尖端技术的发展需求，精密测量的精度已发展到亚纳米级，并一直向更加微小的数量级迈进。超精密工作台在机械工件和电子器件的加工过程中起着十分重要的作用，二维坐标测量机的定位精度和运动精度直接决定了被测物体的精度，必须进行严格的校准。

普通校准是通过更高精度的计量仪器与被校准物体进行比对来确定精度量级。这要求计量仪器具有非常高的精度标准，在现有的科技水平下很难达到。大部分超精密工作台的校准采用误差分离和补偿技术来评估仪器性能指标和测量结果。其中，自校准技术因其不需要提供更高一级的计量标准，可操作性强等优点，被认为是目前分离纳米级超精密工作台误差，改善其定位精度的重要手段之一。

自校准技术最早由M.R,Raugh为了解决电子束光刻仪器的校准问题，于1984年给出了自校准方法的数学理论，提出二维栅格板的位姿变换，为自校准发展奠定了理论基础。而开始得到实际应用的算法是J.Ye等人提出的基于二维傅里叶变换的自校准法，其中的假设条件被频繁用于多种算法中。在国内，清华大学的朱立伟，朱煜等人提出了非线性优化法，通过一个应用实例验证了该方法的可行性与有效性。上海交通大学的陈欣等人在2011年提出了基于最小二乘法的自校准方法。但这些方法所采用的测量位姿都涉及到对二维栅格板进行较为精密的平面内旋转，且要求所使用的二维栅格板为正方形。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法，能够测得工作台的系统误差。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用透明二维栅格板对工作台进行自校准的方法，包括如下步骤：

1)准备一块设置有二维标记点阵列的透明栅格板；

2)将栅格板放置在工作台被校准区域，使栅格板标记点的XY排列方向与工作台坐标轴方向对齐，记此位姿为位姿0；读取栅格板上每个标记点的坐标值，计算其误差值，用矩阵M₀表示；

3)使栅格板相对于位姿0向右平移一个栅格距离，记为位姿1；相应的栅格板标记点坐标测量值的误差值记为M₁；

4)使栅格板相对于位姿0向上平移一个栅格距离，记为位姿2；相应的栅格板标记点坐标测量值的误差值记为M₂；

5)以位姿0为基准，以栅格板Y轴方向的中线为轴左右翻转180度，记为位姿3；相应的栅格板标记点坐标测量值的误差值记为M₃；

6)以位姿0为基准，以栅格板X轴方向的中线为轴上下翻转180度，记为位姿4；相应的栅格板标记点坐标测量值的误差值记为M₄；

7)通过位姿0、位姿1和位姿2建立迭代自校准模型，表示工作台误差矩阵S的递推关系；

8)根据建立的自标定模型计算工作台的系统误差。

进一步地，在所述步骤2)中，矩阵M₀表示为：

在所述步骤3)中，矩阵M₁表示为：