本發明涉及一種集成電路裝備制造領域，尤其涉及一種絕對式測量裝置。
背景技術：
編碼器在運動臺中作為主要的測量工具已經廣泛應用，但是編碼器多數是增量式，所以在測量時需要找尋零位位置，給測量及結構帶來一定的復雜度。而且光柵式或者電容式的編碼器對于測量間隙及安裝精度的要求都非常高，所以，給使用帶來了一定的難度。
目前絕對式編碼器也在逐漸被應用到運動臺中，絕對式編碼器可以為運動臺提供單軸上絕對位置的數據，在使用過程中可以不進行尋找零位的工作，使結構也相對簡單。但是，絕對式編碼器也同樣存在對于測量間隙、安裝精度及旋轉角度的高要求，所以對于機械結構的要求較高。
技術實現要素：
為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種結構簡潔測量精度高的絕對式測量裝置。
為了實現上述發明目的，本發明公開一種絕對式測量裝置，包括：一第一測量桿，該第一測量桿包括一水平面和一第一測量面，該第一測量面與水平面呈一角度θ，所述水平面長L0；一第一探頭，該第一探頭沿水平面直線運動，該第一探頭用于探測該測量面與該第一探頭之間的距離d；并根據d計算該第一探頭的絕對位置，以所述水平面與測量面相交處為零位，計算公式為：L=(D-d) / tanθ，其中，L為所述第一探頭在X軸的絕對位置，D為所述第一探頭測量面到所述水平面的距離。
更進一步地，該第一探頭通過一X軸直線運動機構實現直線運動，該X軸直線運動機構包括一滑塊和位于該滑塊下方的導軌。
更進一步地，該測量裝置還包括一第二探頭以及一第三探頭，所述第二探頭和第三探頭的測量面等高，用于測量所述第一探頭的X、Y向位移以及Rz向旋轉角度Δθ；該測量裝置還包括一第二測量桿，該第二測量桿位于該第一測量桿的下方，該第二測量桿包括一水平面和一第二測量面，該第二測量面與該第一測量面重合；該第二探頭用于探測與該第二測量桿的水平面的距離d1；該第三探頭用于探測與該第二測量桿的水平面的距離d2。
更進一步地，該第一、第二、第三探頭安裝于一結構件上，該結構件用于實現水平面上X、Y方向的直線運動以及沿Rz方向三個自由度運動。
更進一步地，該第一、第二、第三探頭的水平高度一致。
更進一步地，該第一探頭為光電傳感器或電容傳感器或電渦流傳感器。
更進一步地，該第一第二探頭為光電傳感器或電容傳感器或電渦流傳感器。
與現有技術相比較，本發明采用機械結構實現一維絕對測量，根據不同工作環境選擇不同傳感器，可不受環境、材料等因素的制約。
在實現一維絕對測量的基礎上，添加輔助傳感器可實現平面內二維測量，解決因測量系統自身旋轉所帶來的測量誤差，并且旋轉角度可通過輔助傳感器進行反饋，使測量系統不受轉角限制。
測量系統結構簡單，對于測量系統的旋轉中心位置無硬性約束，且安裝精度要求可根據實際使用及控制需要而定。
附圖說明
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
圖1是本發明在一維運動條件下在X軸的絕對位置測量示意圖；
圖2是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之一；
圖3是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之二；
圖4是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之三；
圖5是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之四；
圖6是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之五；
圖7是本發明在二維運動三自由度條件下的測量示意圖之六；
圖8是本發明應用在GANTRY結構的運動臺的示意圖；
圖9是本發明應用在磁浮結構的運動臺的示意圖。
主要圖示說明。
101、201、301、401-主測量桿 102、202、302、402-主探頭
103、203、303、403-測量支架 104、204、304、404-結構件
105、205、305、405-輔助測量桿 106、206、306、406-輔助探頭
107、207、307、407-旋轉中心 θ-主測量桿斜面角度
Δθ-旋轉角度 501-運動臺
502-X向運動導軌 503-Y向運動導軌
504-X向測量裝置 505-Y向測量裝置
506-運動臺基座 601-磁浮平臺動子
602-磁浮平臺基座 603- X向測量裝置
604-Y向測量裝置。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施例。
絕對式測量系統主體采用一根帶有一定角度的測量桿及探頭組成。通過探頭測量與測量桿斜面間的距離，推算出探頭在水平向的絕對位置。
如圖1所示，101為測量桿，其中被測面和X軸夾角為θ，長度L0，寬度A；102為探頭，任意時刻，探頭測量面到測量桿被測面間的測量距離，即探頭的測量距離為d，探頭測量面到測量桿背面的距離為D；在單自由度直線運動的情況下，探頭安裝在滑塊103上，通過滾珠105可在導軌104上做直線運動。此時，可通過探頭的測量值d推算出探頭在X軸的絕對位置。假設，視圖左側端面為零位，則任意時刻，探頭在X軸的絕對位置L=(D-d) / tanθ。
該測量系統可擴展成在三自由度系統中實現絕對位置測量。在原有測量系統中添加一根測量面和X軸水平的測量桿用于測量另一個自由度；而探頭兩端分別添加兩個輔助探頭，用于測量另一個自由度和探頭的旋轉角度。
如圖2所示，在主測量桿201下側（視圖為俯視圖）添加一根輔助測量桿205，其測量面和X軸平行，主測量桿的測量面與X軸的夾角任為θ，輔助測量桿的長、寬分別為L0和A；主探頭202兩側裝有兩個輔助探頭206，兩輔助探頭測量面等高，輔助探頭中心距離為l，輔助探頭測量面到輔助測量桿被測面距離分別為d1、d2，在沒有發生旋轉的情況下，d1=d2；主探頭在X軸的絕對位置L=(D-d) / tanθ。
主探頭和輔助探頭均安裝在測量支架203上，測量支架安裝在結構件204上，由于結構件在水平面X、Y方向沒有約束，所以結構件在XY水平面內可實現X、Y和Rz三個自由度的運動。
如圖3所示，假設探頭部分（包括結構件和測量支架）的旋轉中心207在主探頭中心線且靠近探測面。則任意時刻系統發生旋轉且在Y向有運動的情況下，兩輔助探頭206的實測距離為d1’和d2’，輔助探頭中心線距離l，則旋轉角度Δθ=arctan (d2’- d1’) / l。由于旋轉中心在靠近主探頭202測量面，可假設旋轉中心就在主探頭測量面中心點，所以，當探頭發生旋轉時，主探頭只是圍繞旋轉中心旋轉，不發生X、Y向的移動，所以不考慮探頭在Y向產生位移的情況，此時主探頭的實測距離為d’，則主探頭到主測量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ。假設視圖左端面為零位，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=(D-d) / tanθ。
由于探頭在結構件的帶動下可沿Y軸進行運動，所以，考慮Y向位移的情況下，主探頭在X向的絕對位置計算時，必須去掉Y向的移動距離。探頭在Y向的移動距離為Δd=(d1cosΔθ+ d2cosΔθ)/2-(d1 + d2)/2，而此時主探頭到主測量桿的豎直距離為d=d’cosΔθ+d’sinΔθ·tanθ，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。
當旋轉中心仍在主探頭中心線上但遠離探測面時，測量系統發生旋轉后，需考慮探頭在X和Y向因旋轉而產生的位移。
如圖4所示，其中301為主測量桿，輔助測量桿305安裝在主測量桿下面，302為主探頭，兩個輔助探頭306安裝在主探頭兩側，中心間距為l，且兩探測兩面等高，所有探頭均安裝在測量支架303上，304為結構件用以支撐測量支架；此時的旋轉中心307距離主探頭測量面中心的距離為r。當測量系統只在X軸運動，不帶有旋轉和Y向運動的情況，主探頭在X軸的絕對位置和前兩例相同；假設，如圖5所示，測量系統在Y軸不運動，只發生旋轉，則旋轉角度可通過兩輔助探頭的實測距離進行計算，Δθ=arctan (d2’- d1’) / l；由于，旋轉中心遠離主探頭探測面中心，所以當測量系統轉動時，轉探頭在X方向和Y方向均會產生位移，此時，計算測量系統在X軸的絕對位置時必須修正主探頭的測量值，即減去因旋轉產生的位移值。如圖6所示，主探頭的實測距離為d’，旋轉中心到主探頭測量面中心的距離為r，旋轉角度為Δθ，則a=(d’+r)·cosΔθ-r, d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時測量系統在X軸的絕對位置（假設視圖左端面為零位。）為：L=(D-d) / tanθ。
考慮Y向位移的情況下，主探頭在X向的絕對位置計算時，必須再去掉Y向的移動距離。探頭在Y向的移動距離為Δd=(d1cosΔθ+ d2cosΔθ)/2-(d1 + d2)/2，而此時主探頭到主測量桿的豎直距離為d=(a+r) ·sinΔθ·tanθ+a，則此時，主探頭在X軸的絕對位置為L=[D-(d-Δd)] / tanθ。
如圖7所示，當測量系統的旋轉中心407為結構件上任意一點時，測量系統在X軸的絕對位置計算方法與旋轉中心在主探頭中心線上的計算方法相同。
主探頭和輔助探頭可采用光電傳感器、電容傳感器、電渦流傳感器等，可視運動行程而定；測量桿被測面角度精度和面型精度則可視測量所需精度而定。
圖8為龍門結構的運動臺上安裝此類測量裝置的應用場景，可實現平面內X、Y和Rz三個自由度的測量。其中501為運動臺動子，502為X向運動導軌，503為Y向運動導軌，504為X向測量裝置，此處視501運動臺動子的運動自由度，可以是單個自由度測量也可以為三自由度測量，505為Y向測量裝置，506為運動臺基座。該GANTRY結構可以為氣浮/直線導軌導向，直線電機驅動結構，也可以是直線導軌導向，旋轉電機和滾珠絲杠驅動結構。504和505中的測量探頭的測量范圍可根據實際需要更換成不同測距，當采用長距離測量的探頭時，本測量方案可以擴展到類似磁浮工件臺中使用，見圖9。其中，601為磁浮平臺動子，602為磁浮平臺基座，603、604為X、Y向測量裝置，其中探頭部分可以為光學長距離測量傳感器。
本說明書中所述的只是本發明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。