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专利名称：一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410748666.9

专利申请（专利权）人：恩纳基智能装备(无锡)股份有限公司
权利人地址：江苏省无锡市金山北开云优惠体育网页版入口产业园C1-8

专利发明（设计）人：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名

专利摘要：本发明公开了一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，具体包括以下步骤：S1、标定片建立：建立三个固定位置的标定片，作为焊头组件的三个检测位点，并在标定片下方安装底部相机组件；S2、启动贴片机运行，将焊头组件按照移动至三个标定片上方的参数进行移动；本发明涉及工作误差计算技术领域。该光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，通过设置三个标定点，对焊头组件移动的实际误差进行检测，并通过相互对比计算可获取光栅尺本身的膨胀率，以及由于参照膨胀变形的光栅尺导致的位移误差，可有效的计算预测在实际工作中位移一定距离时存在的总误差值，通过此方式，可自动补偿设备的位移参数。

主权利要求：
1.一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、标定片建立：建立三个固定位置的标定片，作为焊头组件的三个检测位点，并在标定片下方安装底部相机组件；
S2、启动贴片机运行，将焊头组件按照移动至三个标定片上方的参数进行移动，在移动至每个标定片位置时，启用底部相机组件向上拍摄，记录焊头组件与标定片具体的相对位置；
S3、三组图像采集结束后，计算三次检测中焊头组件的实际位置与三个标定片在XYZ三轴方向上的误差值，然后计算光栅尺变形误差和设备本身的安装误差；
其中对于工作中磨损量增大导致的安装误差增大的情况，焊头组件在X轴和Y轴上正负
移动时产生的安装误差不一致，因此在三个标定片位置采集数据需进行正负两个移动方向的采集；
S4、通过计算获取的光栅尺变形误差，并结合焊头组件移动至三个标定片位置的距离，计算随着焊头组件移动不同距离时光栅尺变形误差的变化率；
S5、结合设备本身的安装误差和光栅尺变形误差的变化率，计算在实际工作中需要进
行的位移量，进而对位移量参数进行误差计算和补偿。
2.根据权利要求1所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：所述步骤S1中，三个标定片的中心点位置分别标记为M1、M2、M3，且M1、M2、M3在XYZ三轴方向上均依次具有等量的位移，第三个标定片的位置为焊头组件最大位移量的位置。
3.根据权利要求2所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：所述步骤S2中，设焊头组件底端中心点为H，其在移动至三个标定片位置处时的底端中心点分别为H1、H2、H3。
4.根据权利要求3所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：计算焊头组件移动至三个标定片位置处时H1、H2、H3三点相对于M1、M2、M3三点于XYZ三轴方向上的偏差X、Y、Z，并分别设定为{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}。
5.根据权利要求4所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：所述偏差X、Y、Z由光栅尺热膨胀变形导致的变形误差和设备本身安装误差组成，变形误差为波动值，设在XYZ三轴方向上的变形误差为{（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}，而同一轴向上的安装误差于三个标定点上一致，设在XYZ三轴方向上的安装误差{δX，δY，δZ}。
6.根据权利要求5所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：通过偏差计算变形误差与安装误差的计算公式为：其中，偏差{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}为实测获。ü扑慊竦帽湫挝蟛顊（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}和安装误差{δX，δY，δZ}。
7.根据权利要求6所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：所述步骤S4中，设XYZ三轴方向上M1、M2、M3距离焊头组件坐标原点的距离为{（LX1，LX2，LX3）、（LY1，LY2，LY3）、（LZ1，LZ2，LZ3）}，通过以下公式计算在不同移动距离下的变形率：
8.根据权利要求7所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：所述步骤S5中，总结XYZ三轴方向上变形率的变化规律，通过计算不同移动距离下的变形率的方程组，在已知需要移动的距离L的值以及和变形率P的值的情况下，反推获取变形误差ΔX、ΔY和ΔZ的值，然后通过偏差计算变形误差与安装误差的方程组，结合已知的δX、δY、δZ值，反推计算出的偏差X、Y、Z的值，即可对实际位移量进行补偿。
9.根据权利要求8所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：对实际位移量进行补偿时，其中的安装误差值δX、δY需考虑正负方向上采集的不同误差值，即在正方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件正方向移动过程中进行补偿，在负方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件负方向移动过程中进行补偿。
10.根据权利要求9所述的一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，其特征在于：标记正
负方向检测的δX、δY分别为δX正、δY负，设安装误差阈值为δX^，对比δX正与δY负，当δX正与δY负的差值达到设定的安装误差阈值时，则：当│δX正?δY负│≥δX^时，即表示X轴和Y轴上的直线运动平台出现待处理的磨损，则进行警示。 说明书 : 一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法技术领域[0001] 本发明涉及工作误差计算技术领域，具体为一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法。背景技术[0002] 目前半导体领域，设备对高速高精有着越来越高的要求，伴随着速度的提升，由于电机本身发热和其他因素导致的设备本身温度的变化，此温度变化将不可避免地导致设备本身膨胀变形，进而影响设备的精度，而由于设备机构的复杂性，无法对变形进行线性处理，例如：[0003] 光栅尺在受热后膨胀，由于光栅尺本身的膨胀，其刻度距离也会放大，因此参照光栅尺进行移动的位移也会放大，而由于不确定膨胀原点的位置，因此不能准确判断光栅尺的膨胀导致的误差；[0004] 且设备本身的也存在一些误差，利用光栅尺的安装误差，直线移动平台中丝杆间隙引起的误差等等。[0005] 因此，如何在线识别变形的大小和方向并进行补偿，变得尤为重要。发明内容[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，解决了现有的半导体加工设备，在工作过程中会导致光栅尺的变形，进而影响计量精度的问题。[0007] 为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，具体包括以下步骤：[0008] S1、标定片建立：建立三个固定位置的标定片，作为焊头组件的三个检测位点，并在标定片下方安装底部相机组件；[0009] S2、启动贴片机运行，将焊头组件按照移动至三个标定片上方的参数进行移动，在移动至每个标定片位置时，启用底部相机组件向上拍摄，记录焊头组件与标定片具体的相对位置；[0010] S3、三组图像采集结束后，计算三次检测中焊头组件的实际位置与三个标定片在XYZ三轴方向上的误差值，然后计算光栅尺变形误差和设备本身的安装误差；[0011] 其中对于工作中磨损量增大导致的安装误差增大的情况，焊头组件在X轴和Y轴上正负移动时产生的安装误差不一致，因此在三个标定片位置采集数据需进行正负两个移动方向的采集；[0012] S4、通过计算获取的光栅尺变形误差，并结合焊头组件移动至三个标定片位置的距离，计算随着焊头组件移动不同距离时光栅尺变形误差的变化率；[0013] S5、结合设备本身的安装误差和光栅尺变形误差的变化率，计算在实际工作中需要进行的位移量，进而对位移量参数进行误差计算和补偿。[0014] 优选的，步骤S1中，三个标定片的中心点位置分别标记为M1、M2、M3，且M1、M2、M3在XYZ三轴方向上均依次具有等量的位移，第三个标定片的位置为焊头组件最大位移量的位置。[0015] 优选的，所述步骤S2中，设焊头组件底端中心点为H，其在移动至三个标定片位置处时的底端中心点分别为H1、H2、H3。[0016] 优选的，计算焊头组件移动至三个标定片位置处时H1、H2、H3三点相对于M1、M2、M3三点于XYZ三轴方向上的偏差X、Y、Z，并分别设定为{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}。[0017] 优选的，所述偏差X、Y、Z由光栅尺热膨胀变形导致的变形误差和设备本身安装误差组成，变形误差为波动值，设在XYZ三轴方向上的变形误差为{（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}，而同一轴向上的安装误差于三个标定点上一致，设在XYZ三轴方向上的安装误差{δX，δY，δZ}。[0018] 优选的，所述通过偏差计算变形误差与安装误差的计算公式为：[0019][0020][0021][0022] 其中，偏差{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}为实测获。ü扑慊竦帽湫挝蟛顊（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}和安装误差{δX，δY，δZ}。[0023] 优选的，所述步骤S4中，设XYZ三轴方向上M1、M2、M3距离焊头组件坐标原点的距离为{（LX1，LX2，LX3）、（LY1，LY2，LY3）、（LZ1，LZ2，LZ3）}，通过以下公式计算在不同移动距离下的变形率：[0024][0025][0026][0027] 优选的，所述步骤S5中，总结XYZ三轴方向上变形率的变化规律，通过方程组在已知需要移动的距离L的值以及和变形率P的值的情况下，反推获取变形误差ΔX、ΔY和ΔZ的值，然后通过方程组结合已知的δX、δY、δZ值，反推计算出的偏差X、Y、Z的值，即可对实际位移量进行补偿。[0028] 优选的，对实际位移量进行补偿时，其中的安装误差值δX、δY需考虑正负方向上采集的不同误差值，即在正方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件正方向移动过程中进行补偿，在负方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件负方向移动过程中进行补偿。[0029] 优选的，标记正负方向检测的δX、δY分别为δX正、δY负，设安装误差阈值为δX^，对比δX正与δY负，当δX正与δY负的差值达到设定的安装误差阈值时，则：[0030] 当│δX正?δY负│≥δX^时，即表示X轴和Y轴上的直线运动平台出现待处理的磨损，则进行警示。[0031] 有益效果[0032] 本发明提供了一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法。与现有技术相比具备以下有益效果：[0033] 1、该光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，通过设置三个标定点，对焊头组件移动的实际误差进行检测，并通过相互对比计算可获取光栅尺本身的膨胀率，以及由于参照膨胀变形的光栅尺导致的位移误差，可有效的计算预测在实际工作中位移一定距离时存在的总误差值，通过此方式，可自动补偿设备的位移参数，使设备具备更精准的加工精度。[0034] 2、该光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，由于光栅尺的膨胀变形，在移动至不同距离时的ΔX1、ΔX2、ΔX3为比例缩放，并遵循ΔX1+ΔX3=2ΔX2的规律，结合可通过实测获取的偏差X、Y、Z的值，即可构建四元一次方程组来求取所有未知量，进而获取了光栅尺的膨胀变形规律，解决了无法对变形进行线性处理进而难以进行补偿的问题。[0035] 3、该光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，通过获取的在不同标定点的变形误差值，结合标定点距离远点的距离，可计算获得XYZ三轴方向上变形率的变化规律，可更精准的分析出变形误差值随位移距离变化的规律，可更好的计算预测实际位移中的变形误差值。[0036] 4、该光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，通过对安装误差值在正负方向上的分别计算，一方面可对焊头组件在不同方向移动时分别进行对应补偿，另一方面，通过两个方向上安装误差的对比计算，还可判断直线运动平台中丝杆的磨损量，进而判断是否需要更换，有效保证了设备的精度。附图说明[0037] 图1为本发明贴片机工作部的结构示意图；[0038] 图2为本发明标定片立体坐标分布示意图；[0039] 图3为本发明X轴变形误差的线性示意图。[0040] 图中：1、Y轴直线运动平台；2、光栅尺；3、滑块；4、X轴直线运动平台；5、焊头固定座6、激光位移传感器；7、顶部相机镜头；8、标定片；9、底部相机组件。具体实施方式[0041] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0042] 参考图1?图3本发明提供三种技术方案：[0043] 第一种实施方式：一种光栅尺线性膨胀偏移的补偿方法，具体包括以下步骤：[0044] S1、标定片建立：建立三个固定位置的标定片，作为焊头组件的三个检测位点，并在标定片下方安装底部相机组件；[0045] S2、启动贴片机运行，将焊头组件按照移动至三个标定片上方的参数进行移动，在移动至每个标定片位置时（具体判定方式是以焊头组件的顶部相机镜头拍摄的画面为准，即顶部相机镜头移动至标定片上方），启用底部相机组件向上拍摄，记录焊头组件与标定片具体的相对位置（采用图像记录与处理技术，对拍摄的图像进行尺寸处理，计算焊头组件与标定片具体的相对位置的距离值，其为现有常规技术手段）；[0046] S3、三组图像采集结束后，计算三次检测中焊头组件的实际位置与三个标定片在XYZ三轴方向上的误差值，然后计算光栅尺变形误差和设备本身的安装误差；[0047] 其中对于工作中磨损量增大导致的安装误差增大的情况，焊头组件在X轴和Y轴上正负移动时产生的安装误差不一致，因此在三个标定片位置采集数据需进行正负两个移动方向的采集；[0048] S4、通过计算获取的光栅尺变形误差，并结合焊头组件移动至三个标定片位置的距离，计算随着焊头组件移动不同距离时光栅尺变形误差的变化率；[0049] S5、结合设备本身的安装误差和光栅尺变形误差的变化率，计算在实际工作中需要进行的位移量，进而对位移量参数进行误差计算和补偿。[0050] 通过设置三个标定点，对焊头组件移动的实际误差进行检测，并通过相互对比计算可获取光栅尺本身的膨胀率，以及由于参照膨胀变形的光栅尺导致的位移误差，通过总结规律，可有效的计算预测在实际工作中位移一定距离时存在的总误差值，通过此方式，可自动补偿设备的位移参数，使设备具备更精准的加工精度。[0051] 第二种实施方式，与第一种实施方式的主要区别在于：步骤S1中，三个标定片的中心点位置分别标记为M1、M2、M3，且M1、M2、M3在XYZ三轴方向上均依次具有等量的位移，第三个标定片的位置为焊头组件最大位移量的位置，进而可同时计算出XYZ三轴方向上的误差，无需分别在XYZ三轴上各设立三个标定点。[0052] 步骤S2中，设焊头组件底端中心点为H，其在移动至三个标定片位置处时的底端中心点分别为H1、H2、H3。[0053] 计算焊头组件移动至三个标定片位置处时H1、H2、H3三点相对于M1、M2、M3三点于XYZ三轴方向上的偏差X、Y、Z，偏差X、Y、Z的获。ㄊ峭ü撞肯嗷纳愕耐枷窬枷翊砑际趸袢〉闹，为现有技术）并分别设定为{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}。[0054] 偏差X、Y、Z由光栅尺热膨胀变形导致的变形误差和设备本身安装误差组成，变形误差为波动值，设在XYZ三轴方向上的变形误差为{（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}，而同一轴向上的安装误差于三个标定点上一致，设在XYZ三轴方向上的安装误差{δX，δY，δZ}。[0055] 通过偏差计算变形误差与安装误差的计算公式为：[0056][0057][0058][0059] 其中，偏差{（X1，X2，X3）、（Y1，Y2，Y3）、（Z1，Z2，Z3）}为实测获。ü扑慊竦帽湫挝蟛顊（ΔX1，ΔX2，ΔX3）、（ΔY1，ΔY2，ΔY3）、（ΔZ1，ΔZ2，ΔZ3）}和安装误差{δX，δY，δZ}。[0060] 由于光栅尺的膨胀变形，在移动至不同距离时的ΔX1、ΔX2、ΔX3为比例缩放，并遵循ΔX1+ΔX3=2ΔX2的规律，结合可通过实测获取的偏差X、Y、Z的值，即可构建四元一次方程组来求取所有未知量，进而获取了光栅尺的膨胀变形规律，解决了无法对变形进行线性处理进而难以进行补偿的问题。[0061] 第三种实施方式，与第二种实施方式的主要区别在于：步骤S4中，设XYZ三轴方向上M1、M2、M3距离焊头组件坐标原点的距离为{（LX1，LX2，LX3）、（LY1，LY2，LY3）、（LZ1，LZ2，LZ3）}，通过以下公式计算在不同移动距离下的变形率：[0062][0063][0064][0065] 步骤S5中，总结XYZ三轴方向上变形率的变化规律，通过方程组在已知需要移动的距离L的值以及和变形率P的值的情况下，反推获取变形误差ΔX、ΔY和ΔZ的值，然后通过方程组结合已知的δX、δY、δZ值，反推计算出的偏差X、Y、Z的值，即可对实际位移量进行补偿。[0066] 通过获取的在不同标定点的变形误差值，结合标定点距离远点的距离，可计算获得XYZ三轴方向上变形率的变化规律，可更精准的分析出变形误差值随位移距离变化的规律，可更好的计算预测实际位移中的变形误差值。[0067] 第四种实施方式，与第三种实施方式的主要区别在于：对实际位移量进行补偿时，其中的安装误差值δX、δY需考虑正负方向上采集的不同误差值，此处安装误差的变化考虑的为丝杆在磨损后导致的误差值增大，因此正反向驱动时会有不同方向的误差值，而Z轴上由于受重力作用影响，在正负两个方向上丝杆的磨损造成的误差值一样，因此不做计算，即在正方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件正方向移动过程中进行补偿，在负方向上采集数据计算的安装误差值δX、δY仅用于对焊头组件负方向移动过程中进行补偿。[0068] 标记正负方向检测的δX、δY分别为δX正、δY负，设安装误差阈值为δX^，对比δX正与δY负，当δX正与δY负的差值达到设定的安装误差阈值时，则：[0069] 当│δX正?δY负│≥δX^时，即表示X轴和Y轴上的直线运动平台出现待处理的磨损，则进行警示。[0070] 通过对安装误差值在正负方向上的分别计算，一方面可对焊头组件在不同方向移动时分别进行对应补偿，另一方面，通过两个方向上安装误差的对比计算，还可判断直线运动平台中丝杆的磨损量，进而判断是否需要更换，有效保证了设备的精度。[0071] 图1中除标定片和底部相机组件以外结构为现有设备结构；图3中的0点为光栅尺的变形原点。[0072] 经某次实验测算的数据为：[0073] X轴偏差：X1=10μm，X2=10μm，X3=10μm；[0074] Y轴偏差：Y1=9.5μm，Y2=10μm，Y3=10.5μm；[0075] Z轴偏差：Z1=12μm，Z2=12.5μm，Z3=13μm；[0076] 经过方程组计算获得：[0077][0078][0079][0080] X轴变形误差：ΔX1=6μm，ΔX2=6μm，ΔX3=6μm；[0081] Y轴变形误差：ΔY1=5μm，ΔY2=5.5μm，ΔY3=6μm；[0082] Z轴变形误差：ΔZ1=6μm，ΔZ2=6.5μm，ΔZ3=7μm；[0083] X轴安装误差：δX=4μm；[0084] Y轴安装误差：δY=4.5μm；[0085] Z轴安装误差：δZ=6μm；[0086] 已知LX1、LX2、LX3、LY1、LY2、LY3、LZ1、LZ2、LZ3均为标准的10cm，即100000μm，即：[0087] PX1=ΔX1/LX1=4/100000=0.00004；[0088] PX2=ΔX2/LX2=6/100000=0.00006；[0089] PX3=ΔX3/LX3=6/100000=0.00006；[0090] PY1=ΔY1/LY1=5/100000=0.00005；[0091] PY2=ΔY2/LY2=5.5/100000=0.000055；[0092] PY3=ΔY3/LY3=6/100000=0.00006；[0093] PZ1=ΔZ1/LZ1=6/100000=0.00006；[0094] PZ2=ΔZ2/LZ2=6.5/100000=0.000065；[0095] PZ3=ΔZ3/LX3=7/100000=0.00007。[0096] 同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。[0097] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。[0098] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：江苏

专利申请日期：2024-06-11

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118518012B